摘要：随着现代建筑向下扩展空间能力的提升，沉箱沉井这两项专用于地下施工的特殊工艺得到广泛应用。本文主要从沉箱沉井施工的技术特点、施工流程、重点难点分析及关键改进措施等几个方面进行阐述。
关键词：建筑 施工 沉箱 沉井 技术 运用
随着高新设备技术的深入应用，建筑工艺水平的大幅提高，现代建筑的利用能力不断增强，从单纯向上的空间往地下，往水下发展。因地下、水下的地质情况复杂而且多变，对施工提出了远高于一般施工项目的技术要求，基于此，沉井、沉箱这两项专用于地下施工的特殊工艺得到广泛应用。
先在地面上制成钢筋混凝土井筒状结构，放入坑道中，作为基坑的坑壁，在该坑壁的保护下，以机械和人工在井内挖土施工，并靠其自重逐步下沉的结构施工称为沉井。沉箱技术与此类似。实际上这种技术最早是运用在民间的水井开挖工艺，只不过水井的施工规模较小，而沉箱沉井用于大型工程后，对规模与技术提出了更高的要求。
一沉箱沉井施工的技术特点
首先是它适用于特定的施工环境。沉井、沉箱技术主要用在建筑物的深坑、水泵房、地下室、设备深基础等地下工程，通用的结构类型包括钢、砼、钢筋砼等少数几种结构。
其次是施工的几何形体比常规建筑更多样，有圆形、矩形、多边形等各种形状，其中最常用的是圆形构造。因为圆形结构简单，易于控制下沉的位置，受力性能较好。
其三是目前沉箱沉井项目多为大型工程，高度较高，箱壁相对薄，钢筋密度大，混凝土用量大，钢筋制安装，要求浇筑一次成型，施工强度较大，对混凝土输送能力、安装内模时间、后续养护措施等的要求非常高，根据统计，最常出现横向施工裂缝、前址温差裂纹等质量问题，所以，对早期温度裂缝的控制成为重点。
二沉箱沉井施工的施工流程
此技术一开始多用于桥梁墩台、重型厂房等各种工业构筑物的一种深基础，后来，这种方法逐渐发展扩散到埋入软土层内的各种地下工业建筑和防空工程围护结构的施工。因为接触到软土层作业，沉箱沉井施工具有其独特的流程，主要包含五个主要节点：
第一步是施工前的准备工作。
先探明地层，与地质勘察单位合作，由其提供全面的勘察报告，对地质构造、土质层次、土质深度、土壤特性和水文等情况有充分的研究和了解，再根据实际情况制定沉井的下沉方案，同时，还应当详细了解地下障碍物的分布情况，是否存在老基础，最后结合施工图纸和工程要求制定方案。
然后进行测量放线，确定基坑。根据图纸设定的坐标，划出相应的控制轴线和标高控制点，作为后续施工的依据，将周边场地清理完毕，才可以开始挖掘。开挖的深度，必须依据水文地质条件、施工机械设备的配置、第一节沉井要求的浇筑高度而定，并且和砂垫层的厚度、最大允许边坡坡度、地下水位等参数有关，具体需要依据现场实际情况而定，此时应设置排水沟、排水井工程，及时排水。
第二步是加固沉箱沉井的地质基础。
先铺设好砂垫层和枕木。由于刀刃的支承面积小，而第一节沉井的重量一般来说较大，为提高表面土层的地基承载力，我们通常会在刃脚下铺设一定数量的枕木以增大支承面积。而出于整平、支模、下沉后抽出枕木的需要，需要在枕木下方铺设一层至几层的砂垫。
然后是支设刃脚。因为刃脚处的井壁截面一般呈现不规则状，所以需要在刃脚的斜面与井壁内模板间设置砖垫座补齐截面，使之变得规则，保证模板的连贯性和整体性，强化其受力性能。
第三步是沉箱沉井制作。
首先要根据图纸确定沉井的分节高度，从安全施工的角度看，必须保证沉井的稳定性，所以，制作的沉井不应该大于该沉井的设计宽度或直径长度，而且应具有相当的自重，以便顺利下沉，此时，地基承载力的考量尤为重要，因为地基承载力与分段沉井自重的相对大小，决定了后期的施工质量。所以，关于沉井的制作，必须拿出一套专门的施工方案，方案一般有以下几种：一次制作、一次下沉方案，分节制作、多次下沉方案，分节制作、一次下沉方案。在实际操作中，更多的是采用分节制作，多次下沉的方案。
第四步是沉箱沉井下沉。
首先，根据工程要求、地质条件、施工条件并结合分节制作情况，确认最终的下沉方案。然后必须对下沉进行精确验算，以确保沉井在制作和下沉过程中的安全性、稳定行，对可行性进行精密计算和预估。方案制定好以后，拆除模板、垫座和垫木，进行排水，开始挖土。施工过程一般采取人工、机械相结合，对称、均匀地从中间开挖，向四周扩散，最后再沿着井壁，每隔一段距离，都向刃脚方向全面、对称、均匀地逐层削薄土层，使沉井凭借自重均匀、垂直地挤土下沉。下沉一段，再接着挖中间，挖周边，反复循环，最终达到下沉深度。
最后一步是沉井封底、底板施工。按照施工图纸的要求，沉井以自重下沉至底部达到目标位时，便可使用混凝土和其它材料进行沉井封底和底板施工。
三沉箱沉井施工的重点难点
首先，与地面施工相比，沉井施工必须精确掌握区域内的地质水文情况、土壤分层，土层间摩擦力及摩擦角等信息，然后才能确定设计施工方案。因为沉井下沉时，受力点主要自身重力、土层与井壁之间的侧膜阻力、刃脚处土层的支撑力等三个，后两者都与地质情况息息相关。
其次是确定沉井的分段分节长度需要进行精确验算。通过对沉井结构的强度、刚度、沉降安全系数、沉井稳定系数等几个因素的计算，对于施工方而言，主要关注沉降安全系数是否在1.15～1.25以 上，沉井稳定系数是否小于1这两项参数。
其三是下沉过程中的测量控制。施工方要随时观测沉降量和垂直度，及时纠正错误，一旦出现不均匀沉降、沉降困难、沉降过快等异常现象，应立即停止下沉动作，马上采取相应措施。
四沉箱沉井施工的关键问题和改进措施
其一是沉井制作阶段易出现外壁粗糙、鼓胀、井筒裂缝、井简歪斜等问题。这些问题的出现源于模板浇筑前的准备工作没做好。要充分浇水湿润，清洗干缝、拼缝要严密。如果出现缝隙，要及时堵严，防止漏浆。模板必须做到支撑牢固，有足够的刚度，加上必要的排水措施，防止浸泡。
其二是容易遇到软硬不均的地基。通过砂垫层或垫木处理使其受力均匀，增强地基的承载力。沉井的刃脚处支设垫木位置得当，可使地基受力均匀。沉井筒壁与内隔墙支模应使作用于地基的荷载基本均匀；对沉井孔洞薄弱部位在四角增设斜向附加钢筋加强。
其三是在沉井下沉阶段易出现下沉过快、过慢、突沉、下沉搁置、悬挂、筒体倾斜等现象。下沉过快可重新调整挖土，从排水法改为不排水法等；下沉过慢应使沉井有足够的下沉自重，或加大刃脚上部空隙；突沉时可在软土层中增大刃脚踏面宽度，或增设底梁提高正面支承力；下沉搁置、悬挂时可采取先破碎开挖较硬土层或倾斜岩层、再挖较弱土层的方法，使其均匀下沉；筒体倾斜时根据不同土质情况，分层开挖，使挖土对称均匀，刃脚均匀受力，沉井均匀、竖直平稳下沉。
其四是沉井封底及底板加工易出现安全问题。可在封底混凝土浇灌前搭设井顶平台，并在导管中设定支架，根据混凝土的进料速度浇筑导管，发现堵管要及时处理，必须设置四个泄水孔，用作底部混凝土施工，等水中混凝土强度达到 70％后，再将井内积水排干清洗，对底板钢筋进行施工。
总的说来，沉箱沉井施工在大的建筑工程项目中非常常见，而且节约了巨大成本，有极大的经济效益，沉井施工的技术方向非常广阔，目前矿井的下沉深度已超过100米，而且很多水下构筑物也逐渐采用了沉井的施工工艺，值得深入研究和探讨。
参考文献
[1]诸葛英培、陈杰 沉井、沉箱技术在建筑施工中的应用[J]中国高新技术企业 2009（19）
[2]梁志美 浅析沉井施工技术[J] 科技创新导报2011年(7)
[3]肖建煌 沉井施工技术分析[J] 福建建材2012(3)