沉井与气压沉箱施工规范 [附条文说明] GB/T51130-2016

2  术语和符号

2．1  术    语

2．1．1  沉井    open caisson

    地面上制作井筒，通过井内取土使之下沉至地下预定深度的地下结构。

2．1．2  气压沉箱  pneumatic caisson

    地面上制作具有水平封板的井筒，在封板下形成气压工作室，向工作室内加气平衡水土压力进行挖土作业，下沉至地下预定深度的地下结构。

2．1．3  浮运沉井    floating open caisson

    把沉井部分或全部的井壁做成箱型结构，或使其漂浮在水中，并将其拖运到指定位置的沉井。

2．1．4  浮运沉箱    floating pneumatic caisson

    把制作好的箱体浮运到指定位置的沉箱。

2．1．5  工作坑  working pit

    沉井与气压沉箱在首节制作前施工垫层时开挖的基坑。

2．1．6  井(箱)壁  wall

    沉井或沉箱与土体接触的结构外壁。

2．1．7  刃脚    cutting edge

    井(箱)壁最下端支承沉井与沉箱的重量、切土下沉和挡土的刃状结构。

2．1．8  下沉系数  subsidence factor

    沉井与气压沉箱下沉时向下作用力与阻力的比值。

2．1．9  工作室    working chamber

    气压沉箱下部加气平衡水土压力和取土作业的工作空间。

2．1．10  气压沉箱工作室顶板  ceiling of working chamber

    在气压沉箱内用于封堵气体的水平封板。

2．1．11  遥控挖掘机  remote control excavator

    由地面操作室控制气压沉箱工作室内的机械挖掘系统。

2．1．12  多次制作一次下沉法  segmentally precast and sinking wholly

    井(箱)体沿高度分节，将所有节段制作完成后一次性下沉的施工方法。

2．1．13  多次制作多次下沉法  segmentally precast and sinking

    将井(箱)体沿高度分节，制作与下沉循环进行的施工方法。

2．1．14  压沉法    sinking by additional force

    用压重或地锚反力装置将井(箱)体压至地下预定深度的施工方法。

2．1．15  排水下沉法  sinking by drainage

    沉井下沉过程中，使井内保持无水状态进行取土的下沉方法。

2．1．16  不排水下沉法  sinking under water

    沉井下沉过程中，控制井内水位保持井内水土稳定，进行水下取土的下沉方法。

2．1．17  空气幕减阻法  friction reducing by air curtain

    通过井壁管路向外壁注入空气，在井壁与土体之间形成空气帷幕，降低井壁摩阻力的方法。

2．1．18  气压浮托力  compressed-air uplift pressure

    气压沉箱所受工作室气压作用的均布向上的气体压力。

2．1．19  泥浆套减阻法  thixotropic slurry drag reduction

    通过井壁管路向外壁注入泥浆，在井壁四周形成泥浆套，降低井壁摩阻力的方法。

2．1．20  筑岛施工法  drilling using artificial island method

    在位于浅水区域或邻近水域的岸滩上施工沉井或沉箱时，预先堆积出高于水面的人工岛进行作业的施工方法。

2．2  符    号

2．2．1  作用及作用效应：

    Eep,k——沉井后侧主动土压力标准值之和；

    Epk——沉井前侧被动土压力标准值之和；

    fa——修正后的地基承载力特征值；

    fkx——侧壁与土的极限摩阻力标准值；

    ft——混凝土轴心抗拉强度设计值；

    fk——单位极限摩阻力标准值；

    fki——第i层土的单位摩阻力标准值；

    Fg——下沉过程中气压的浮托力；

    Fbf,k——沉井底面有效摩阻力标准值之和；

    F′k——基底的水浮托力标准值；

    Fu——下沉过程中气压或地下水的浮托力；

    Fw——下沉过程中地下水的浮托力；

    Gk——沉井、气压沉箱自重，包括外加助沉重量的标准值；

    Gkc——接高后的井(箱)体重量；

    G0——沉井与气压沉箱第一节沿井壁单位长度重量；

    G1k——下沉到设计标高后井(箱)体的重量标准值；

    M——每米宽度最大弯矩的设计值；

    M外——外力矩；

    ∑Maov,k——沉井抗倾覆弯矩标准值之和；

    ∑Mov,k——沉井倾覆弯矩标准值之和；

    p——基底压力标准值；

    pg——气压沉箱工作室内气压值；

    R1——刃脚下地基极限承载力；

    R2——隔墙和底梁下地基极限承载力；

    Rk——地基极限承载力；

    Tf——侧壁与土的总摩阻力标准值；

    γc——混凝土重度；

    γw——水的重度；

    γs——砂的天然重度。

2．2．2  几何参数：

    A1——隔墙支承面积；

    A2——底梁支撑面积；

    b——刃脚踏面宽度；

    b0——计算宽度；

    b1——素混凝土外挑宽度；

    bw——护道宽度；

    B——刃脚宽度；

    BL——素混凝土垫层的宽度；

    BS——砂垫层的底面宽度；

    d——导管内径；

    h——水位面至基底的深度；

    h1——导管内混凝土柱与管外泥浆柱平衡所需高度；

    h2——初灌混凝土下灌后导管外混凝土扩散高度；

    hv——刃脚到井(箱)壁变截面高度；

    hs——砂垫层厚度；

    hc——素混凝土垫层厚度；

    hx——计算点距离地面的深度；

    ht——水下封底混凝土厚度；

    hu——附加厚度；

    H——筑岛高度；

    Hi——第i层土的厚度；

    I——浮运沉井或浮运沉箱浸水截面面积对斜轴线的惯性矩；

    l——浮运沉井或浮运沉箱重心至浮心的距离；

    n——刃脚斜面与土壤接触面的水平投影宽度；

    r——扩散半径；

    S——气压沉箱工作室顶板与气压接触的面积；

    U——侧壁外围周长；

    Ui——第i层土中侧壁外围周长；

    V——沉井在地下水位以下的体积；

    Vc——混凝土初灌量；

    V排——排水体积；

    ρ——定倾半径；

    α——砂垫层的压力扩散角；

    φ——筑岛土饱和状态内摩擦角；

    ——浮运沉井或浮运沉箱在浮运阶段的倾斜角。

2．2．3  计算系数：

    k——充盈系数；

    ks——沉井抗滑移系数；

    kst——下沉系数；

    kc——接高稳定性系数；

    kf——抗浮系数；

    kov——沉井抗倾覆系数；

    η——被动土压力利用系数。

4  计算与验算

4．1  一般规定

4．1．1  沉井施工前应对垫层厚度、下沉系数、接高稳定性、封底混凝土等内容进行计算与验算，计算和验算时所取的作用力均采用标准值。

4．1．2  气压沉箱施工计算除应符合本规范第4．1．1条的规定外，尚应符合下列规定：

    1  在下沉阻力计算中，除箱壁侧摩阻力、刃脚反力外，尚应包括气压浮托力；

    2  工作室顶板的计算荷载应根据不同工况确定，应取配重、自重、地基反力、水浮力和气压浮托力的最不利工况，且不应计入封底混凝土的作用。

4．1．3  水域沉井与沉箱在溜放、拖运以及沉放施工时，应对沉井与沉箱的倾斜稳定性进行验算；水域沉井与沉箱的前后两面水平作用不均衡时，尚应验算抗滑移及抗倾覆稳定性。

4．1．4  钢筋混凝土沉井与气压沉箱在分节制作时，每节井(箱)壁上端水平钢筋应加强。

4．1．5  沉井与气压沉箱首节制作时的基底压力不应大于下卧层地基承载力特征值，以后各节接高制作时应符合地基极限承载力的要求。

4．1．6  沉井与气压沉箱地基承载力及软弱下卧层验算应按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB 50007的规定执行。

4．2  混凝土垫层及砂垫层

4．2．1  开挖工作坑遇有暗塘、暗沟、旧河道等不良地质时应进行加固处理，工作坑的开挖应符合现行行业标准《建筑基坑支护技术规程》JGJ 120的规定。

4．2．2  砂垫层的厚度应根据沉井与气压沉箱的重量和地基土的承载力按下列公式计算确定(砂垫层计算简图见图4．2．2)，且不宜小于600mm。

图4．2．2  砂垫层计算简图

    式中：p——基底压力标准值(kN／m2)；

          hs——砂垫层厚度(m)；

          G0——沉井与气压沉箱第一节沿井壁单位长度重量(kN／m)；

          γs——砂的天然重度(kN／m3)，可取15kN／m3；

          BL——素混凝土垫层的宽度(m)，BL＝B＋2b1，计算时取b1＝hc；

          b1——素混凝土外挑宽度(m)，可取b1≥hc(hc为素混凝土垫层厚度)；

          α——砂垫层的压力扩散角(°)，可取30°；

          fa——修正后的地基承载力特征值(kPa)；

          b——刃脚踏面宽度(m)；

          B——刃脚宽度(m)。

4．2．3  砂垫层的宽度宜根据素混凝土垫层边缘向下按砂垫层的压力扩散角α扩散确定，即按下式计算确定：

    式中：BS——砂垫层的底面宽度(m)。

4．2．4  素混凝土垫层的厚度hc不应小于150mm，且不宜大于250mm，混凝土的强度等级不应低于C20。

4．3  侧阻力

4．3．1  沉井与气压沉箱壁阻力沿井(箱)壁深度方向的分布，侧阻力计算应符合下列规定(图4．3．1)：

图4．3．1  摩阻力沿井(箱)壁外侧分布图

    1  井(箱)壁外侧为直壁式井壁时，应按下列公式进行计算：

    式中：fkx——侧壁与土的极限摩阻力标准值(kPa)；

          hx——计算点距离地面的深度(m)；

          fk——单位极限摩阻力标准值(kPa)，多层土按照深度取加权平均值。

    2  井(箱)壁外侧为阶梯式井壁时，应按下列公式进行计算：

    式中：hv——刃脚到井(箱)壁变截面高度(m)。

4．3．2  井(箱)壁外侧与土层间的极限侧阻力标准值应根据工程地质条件，通过试验或对比工程的经验资料确定。当无试验或无可靠资料时，可按表4．3．2选用。

表4．3．2  极限侧阻力标准值

    注：灌砂助沉适用于阶梯形井壁外侧。

4．3．3  侧壁与土的总摩阻力Tf值应按下式计算：

    式中：Tf——侧壁与土的总摩阻力标准值(kN)；

          Ui——第i层土中侧壁外围周长(m)；

          fki——第i层土的单位摩阻力标准值(kPa)；

          Hi——第i层土的厚度(m)。

4．4  下沉系数及接高稳定性

4．4．1  沉井与气压沉箱下沉系数计算应符合下列规定：

    1  采取刃脚留土下沉时，沉井下沉系数应按下列公式计算：

    式中：kst——下沉系数；

          Gk——沉井、气压沉箱自重，包括外加助沉重量的标准值(kN)；

          Fw——下沉过程中地下水的浮托力(kN)，采取排水下沉时取0；

          γw——水的重度(kN／m3)，取9．8kN／m3；

          V——沉井在地下水位以下的体积(m3)；

          R1——刃脚下地基极限承载力(kN)，当采取掏刃脚下沉时取0；

          U——侧壁外围周长(m)；

          n——刃脚斜面与土壤接触面的水平投影宽度(m)；

          Rk——地基极限承载力(kPa)；

          R2——隔墙和底梁下地基极限承载力(kN)，当采取掏刃脚下沉时取0；

          A1——隔墙支承面积(m2)；

          A2——底梁支撑面积(m2)。

    2  当井(箱)内填砂处理时，式(4．4．1-1)中的R1、R2应按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB 50007的规定进行深度修正，且应增加刃脚处砂对刃脚的摩阻力值。

    3  采取刃脚留土下沉时，气压沉箱下沉系数应按下列公式计算：

    式中：Fg——下沉过程中气压的浮托力(kN)，气压沉箱接高时取气压浮托力标准值；

          pg——气压沉箱工作室内气压值(kPa)；

          S——气压沉箱工作室顶板与气压接触的面积(m2)。

    4  下沉系数宜为1．05～1．25，在下沉过程中遇有软弱土层时宜为0．8～0．9。

4．4．2  当沉井与气压沉箱多次制作下沉时，应按下列公式进行接高稳定性验算：

    式中：kc——接高稳定性系数；

          Gkc——接高后的井(箱)体重量(kN)；

          Fu——下沉过程中气压或地下水的浮托力(kN)，当沉井下沉时，取Fu＝Fw，当气压沉箱下沉时，取Fu＝Fg。

4．5  封底混凝土

4．5．1  干封底混凝土厚度应符合设计要求，且不宜小于0．4m，并应保证钢筋混凝土底板能够顺利施工。

4．5．2  水下封底混凝土的厚度除应符合井(箱)体的强度和抗浮要求，尚应按下式计算：

    式中：ht——水下封底混凝土厚度(mm)；

          M——每米宽度最大弯矩的设计值(N·mm)；

          b0——计算宽度(mm)，取1000mm；

          ft——混凝土轴心抗拉强度设计值(N／mm2)；

          hu——附加厚度(mm)，可取300mm。

4．5．3  沉井与气压沉箱封底前，应进行抗浮验算。沉井与气压沉箱抗浮应按封底时可能出现的最高水位进行验算。抗浮系数应按下式计算，但不应小于1．0：

    式中：kf——抗浮系数；

          F′k——基底的水浮托力标准值(kN)；

          G1k——下沉到设计标高后井(箱)体的重量标准值(kN)。

4．5．4  当封底混凝土与底板间有拉结钢筋等可靠连接时，封底混凝土的自重宜计入抗浮重量的一部分，且kf应大于1．05。

4．5．5  沉井采用导管法进行水下混凝土封底时，导管的平面布置应符合下列规定(图4．5．5)：

    1  导管扩散半径不宜大于4．0m；

    2  导管插入深度不宜小于1．0m；

    3  导管浇筑时距离基底面高度宜为0．3m～0．4m；

    4  水下封底混凝土初灌量应按下列公式计算：

    式中：Vc——混凝土初灌量(m3)；

          h——水位面至基底的深度(m)；

          h1——导管内混凝土柱与管外泥浆柱平衡所需高度(m)；

          h2——初灌混凝土下灌后导管外混凝土扩散高度(m)，取1．3m～1．4m；

          d——导管内径(m)；

          r——扩散半径(m)；

          k——充盈系数，宜取1．3；

          γc——混凝土重度，取23kN／m3。

图4．5．5  混凝土初灌量计算示意

1-料斗；2-导管；Hw-水位

4．6  水域沉井与沉箱

4．6．1  浮运沉井或浮运沉箱沉入河床前，应验算稳定倾斜角。浮运阶段的稳定倾斜角不得大于6°。稳定倾斜角角应按下列公式计算：

    式中：——浮运沉井或浮运沉箱浮运阶段的倾斜角(°)；

          M外——外力矩(kN·m)；

          V排——排水体积(m3)；

          l——浮运沉井或浮运沉箱重心至浮心的距离(m)，重心在浮心之上为正，反之为负；

          ρ——定倾半径(图4．6．1)，即定倾中心至浮心的距离(m)；

          I——浮运沉井或浮运沉箱浸水截面面积对斜轴线的惯性矩(m4)。

图4．6．1  水中浮运沉井与浮运沉箱

D-重心；C-浮心；O-定倾中心

4．6．2  浮运沉箱下水前混凝土强度应符合设计要求。根据施工情况复核沉箱的浮运稳定性，不符合要求时，应采取适当措施。

4．6．3  位于水域岸边的沉井与沉箱，前后两面水平作用不均衡时应按下列公式验算沉井的滑移和倾覆稳定性。

    1  抗滑移验算：

    式中：ks——沉井抗滑移系数；

          η——被动土压力利用系数，施工阶段取0．80，使用阶段取0．65；

          Eep,k——沉井后侧主动土压力标准值之和(kN)；

          Epk——沉井前侧被动土压力标准值之和(kN)；

          Fbf,k——沉井底面有效摩阻力标准值之和(kN)。

    2  抗倾覆验算：

    式中：kov——沉井抗倾覆系数；

          ∑Maov,k——沉井抗倾覆弯矩标准值之和(kN·m)；

          ∑Mov,k——沉井倾覆弯矩标准值之和(kN·m)。

4．6．4  浮运沉箱水上运输可用浮运拖带法、半潜驳或浮船坞干运法。无运输经验时，应对下潜装载、船运和下潜卸载的作业阶段进行下列验算：

    1  半潜驳或浮船坞的吃水、稳性、总体强度、甲板强度和局部承载力；

    2  在风、浪、流作用下的船舶运动响应和浮运沉箱自身的强度、稳性等。

4．6．5  浮运沉箱采用浮运拖带法水上运输时，拖带前应对浮运沉箱进行吃水、压载和浮游等稳定验算。验算应符合下列规定：

    1  验算浮运沉箱吃水时，应准确计入浮运沉箱内实际的残余水和混凝土残屑的重量、施工操作平台和封舱盖的重量；

    2  验算吃水、干舷高度和稳定性时，应分别对空载和不同拖带工艺下不同稳定要求等情况进行计算；

    3  浮运沉箱压载宜用砂、石、混凝土块等固体物；用水压载时，应精确计算自由水面对稳定性的影响。

4．6．6  水深小于5．0m的浅水地段，宜采取现场人工筑岛进行沉井与沉箱制作与施工。岛面标高应高出施工期最高水位0．5m以上，下沉结构边线外侧应留设护道；无围堰时四周护道宽度不应小于2．0m，有围堰时应按下式确定且不应小于1．5m，设置其他施工设施时应另行加宽或按设计要求。

    式中：bw——护道宽度(m)；

          H——筑岛高度(m)；

          φ——筑岛土饱和状态内摩擦角(°)。

5  制作与下沉

5．1  一般规定

5．1．1  施工前应对施工现场进行踏勘，了解邻近建(构)筑物、堤防、地下管线和地下障碍物等状况，按要求做好沉降位移的定期监测及监护工作。水域环境沉井与沉箱施工前尚应对洪汛、凌汛、河床冲刷、通航及漂流物等做好调查研究，并应采取相应防护措施。

5．1．2  施工前应设置测量控制网，进行定位放线、布置水准基点等工作。

5．1．3  气压沉箱工作室内外应配备通信联络设备，定期检查线路确保畅通。

5．1．4  邻近水域的沉井与沉箱施工初沉阶段宜避开汛期。

5．1．5  分节制作的钢筋混凝土沉井与气压沉箱，下沉前首节的混凝土强度必须达到设计强度，其余各节不得低于设计强度的70％。

5．1．6  沉井与气压沉箱制作时应符合下列规定：

    1  地基承载力不能符合沉井与气压沉箱制作和接高稳定要求时，在施工前应进行地基处理；

    2  首节制作高度不宜大于6m，其余节制作高度宜控制在6m～8m；

    3  分节制作高度不宜大于沉井与气压沉箱的短边或者直径。

5．1．7  沉井与气压沉箱为多次制作多次下沉时，每次接高均应符合稳定性要求。

5．1．8  沉井与气压沉箱施工时落地外脚手架必须与模板系统脱开，且落地外脚手架应具有防倾覆的安全措施。

5．1．9  沉井与气压沉箱下沉前，应完成井壁防水层施工，并应做好下沉高差、平面偏差的观测。

5．1．10  沉井与气压沉箱下沉前及下沉时，应做好地下水位的观测。

5．1．11  软土地层中的沉井与气压沉箱下沉，应严格控制井(箱)内取土深度。

5．1．12  沉井与气压沉箱的下沉应实时测量与纠偏，下沉至设计标高，且8h累计下沉量不大于10mm时可封底施工。

5．1．13  大型沉井封底应分仓、均匀对称进行，且任一区域的混凝土封底工作均应一次连续浇筑完成。

5．2  垫层施工

5．2．1  工作坑底部的平面尺寸应根据支模、搭设脚手架及排水等因素确定，开挖的深度应根据土质情况、地下水位、现场施工条件等综合确定。

5．2．2  工作坑基底宜选择在低压缩性、高承载力的土层中，基底位于地下水位以下时，应做好降水、排水工作。

5．2．3  砂垫层的铺设厚度不宜小于600mm，每层铺设厚度不应超过300mm，应逐层浇水控制最佳含水量。砂垫层宜采用颗粒级配良好的中砂、粗砂或砾砂。

5．2．4  铺筑砂垫层前，场地应预先清理、平整和夯实。工作坑底部应设置盲沟和集水井，集水井的深度宜低于基底500mm。在清除浮土后，方可进行砂垫层的铺填工作。施工期间应做好排水工作，严禁砂垫层浸泡在水中。

5．2．5  砂垫层的压实系数可采用环刀法或贯入仪等方法测定，压实系数不应小于0．93。 

5．2．6  沉井砂垫层布置宜采用满堂铺筑形式，平面尺寸较大时，可采用环井壁铺筑形式；气压沉箱砂垫层应采用满堂铺筑形式。

5．2．7  素混凝土垫层施工前，应检查砂垫层的压实系数和平整度，符合要求后可沿墙浇筑混凝土垫层。

5．3  沉井与气压沉箱制作

5．3．1  沉井与气压沉箱刃脚施工应符合下列规定：

    1  沉井刃脚内侧与底板连接的凹槽在浇筑前应进行凿毛处理；

    2  气压沉箱刃脚应与顶板、箱壁整浇；

    3  沉井与气压沉箱刃脚内侧与底板连接的凹槽深度宜为150mm～200mm，连接点处不应漏水。

5．3．2  沉井与气压沉箱模板施工应符合下列规定：

    1  模板表面应平整光滑且具有足够的强度、刚度、整体稳定性，缝隙不应漏浆；

    2  模板的设计、安装及预埋件和预留孔洞设置偏差应符合现行国家标准《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB 50204的规定。

5．3．3  沉井与气压沉箱接高制作时模板下端应高出地面1000mm以上。

5．3．4  沉井与气压沉箱接高施工应符合下列规定：

    1  沉井与气压沉箱首节制作高度应符合地基土下卧层的承载力要求；接高时，应进行接高稳定性验算，气压沉箱接高时应维持工作室内的气压稳定；

    2  井壁与后浇隔墙的连接处应在井壁上加设腋脚，并预留凹槽和连接钢筋；预留连接凹槽的深度不宜少于100mm，连接钢筋的直径和间距应与隔墙内的水平钢筋的布置一致；

    3  沉井与气压沉箱接高前应进行纠偏，符合终沉时的偏差允许值，接高水平施工缝宜做成凸型，应将接缝处的混凝土凿毛，清洗干净，充分润湿，并在浇筑上层混凝土前用水泥砂浆接浆。气压沉箱接缝和施工缝应用止水钢板。

5．3．5  沉井与气压沉箱制作和接高时，脚手架和模板支撑的设计与施工应按国家现行有关标准及通过计算确定。

5．3．6  混凝土浇筑应分层平铺，均匀对称，每层混凝土的浇筑厚度宜为300mm～500mm。

5．3．7  水平施工缝应留置在底板凹槽、凸榫或沟、洞底面以下200mm～300mm。沉井井壁及框架不宜设置竖向施工缝。

5．3．8  气压沉箱工作室顶板浇筑时应预留人孔、物料孔及供气、照明、封底混凝土浇筑等管路。

5．3．9  沉井与气压沉箱浇筑完成后应及时养护，侧模板待混凝土强度达到能保证表面和棱角不受损伤时方可拆除，底模版拆除时混凝土的强度应符合现行国家标准《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB 50204的规定。

5．4  沉井下沉

5．4．1  沉井下沉前应检查结构外观，并复核混凝土强度及抗渗等级。根据施工计算结果判断各阶段是否会出现突沉或下沉困难，确定下沉方法和相应技术措施。

5．4．2  沉井采用排水法下沉前，应分析工程地质和水文地质资料，采取排水措施，确保顺利下沉。

5．4．3  凿除混凝土垫层时，应先内后外，分区域对称凿除，凿断线应与刃脚底边平齐。凿除的混凝土垫层应立即清除，并立即用砂或砂夹碎石回填空穴。混凝土的定位支点处应最后凿除，不得漏凿。

5．4．4  沉井下沉挖土时应符合下列规定：

    1  挖土下沉时，应分层、均匀、对称；

    2  下沉系数较大时应先挖中间部分，保留刃脚周围土体，使其切土下沉；

    3  下沉应按勤测勤纠的原则进行。

5．4．5  下沉前应在沉井外壁四周沿竖向标出刻度尺，下沉中应对井体倾斜度和下沉量进行测量，每8h应至少测量2次。每下沉3m应测量1次，经清土校正后方可继续挖土下沉。

5．4．6  排水法下沉时可选用机械挖土或高压水冲泥等下沉方法。不排水下沉时可选择空气吸泥或机械挖土等下沉方法，施工时井内水位不宜低于井外水位。

5．4．7  采用空气吸泥下沉施工应符合下列规定：

    1  在黏性土层下沉时，应在高压水冲碎土层后方可吸泥；

    2  吸泥装置在水下的深度应大于5m，在初期下沉时可采用机械挖土等方式；

    3  吸泥施工时应保持井内外的水位平衡；

    4  吸泥施工时应及时掌握排出泥水的浓度和锅底各部位的标高。

5．4．8  沉井在下沉到距离设计标高2m时，应控制四角高差及下沉速度，下沉深度距设计标高应有一定的预留量，预留量宜为50mm～200mm。

5．4．9  遇风化或软质岩层时，可用风镐或风铲进行开挖；在开挖砂砾层时，对大块孤石宜进行钻孔爆破；遇岩层开挖时，宜采用爆破法开挖，并制订爆破方案。爆破作业应符合现行国家标准《爆破安全规程》GB 6722的规定。

5．4．10  当沉井下沉系数小于1时，宜采用触变泥浆、空气幕、桩基反压法、压重法等助沉法配合沉井下沉，根据实际情况可选用一种或多种助沉措施。

5．4．11  采用触变泥浆助沉时，应符合下列规定：

    1  井壁的外台阶宽度宜为100mm～200mm；

    2  触变泥浆物理力学指标可根据沉井下沉时所通过的不同土层按表5．4．11选用；

表5．4．11  触变泥浆的物理力学性能指标

    3  在沉井下沉到设计标高后，泥浆套应按设计要求处理，宜采用水泥浆或水泥砂浆置换触变泥浆。

5．4．12  采用空气幕助沉时，应符合下列规定：

    1  施工前应根据计算确定空压机和储气包的数量，在刃脚外踏面处应设置密封装置；

    2  空气幕压力值应小于水压力的1．5倍；

    3  压气顺序应自上而下进行，关气顺序应自下而上；

    4  气龛的形状宜为倒梯形，在1．5m～3．0m内宜设置2个喷气孔，刃脚顶以上3．0m内不宜设置喷气孔，喷气孔的直径宜为1mm～3mm；

    5  空气幕助沉时间应根据实际情况确定，不宜超过2h。

5．4．13  采用桩基反压法助沉时，应符合下列规定：

    1  开始下沉前，助沉系统应安装到位，检查连接的可靠性；

    2  反压桩的抗拔承载力应符合助沉反压力的要求。

5．4．14  采用压重法助沉时，应均匀对称加重。堆载应确保下沉施工的空间及作业人员的安全。

5．4．15  沉井纠偏可选用下列一种或几种方法：

    1  挖土纠偏；

    2  触变泥浆减阻纠偏；

    3  空气幕减阻纠偏；

    4  桩基反压装置协助纠偏；

    5  压重纠偏。

5．5  气压沉箱下沉

5．5．1  气压沉箱下沉施工前应符合下列规定：

    1  所有设备已经安装完成，并确保在下沉过程中架设牢固；

    2  气压沉箱施工前应对遥控挖土机械、高压舱、出土设备、测量及监控设备仪器等进行调试；

    3  所有穿过底板管路均已连接或密封；

    4  箱壁混凝土已达到设计强度要求。

5．5．2  气压沉箱工作室高度应按机械操作要求确定，一般为2．5m。气压沉箱在初期下沉时，可设置素混凝土支座承托上部荷载。

5．5．3  气压沉箱宜在下沉至地下水位以下0．5m～1．0m时加气。气压沉箱施工时应保证工作室内气压稳定，工作室内气压应与箱外地下水压力保持平衡。

5．5．4  施工现场必须配备备用供气设备及备用电源。

5．5．5  气压沉箱施工作业人员从常压进入高压或从高压回到常压环境必须符合健康操作程序。

5．5．6  气压沉箱挖运土可根据实际情况选用吊桶法或螺旋出土法。

5．5．7  液压挖机的型号和数量可根据施工地区的土质情况以及挖机的挖掘范围等综合确定。

5．5．8  挖机取土下沉时应先在箱体中央形成锅底，逐步均匀向周围扩大，不宜掏挖刃脚踏面处土体。

5．5．9  气压沉箱下沉纠偏可选用下列一种或几种方法：

    1  挖土纠偏；

    2  桩基反压装置协助纠偏；

    3  压重纠偏；

    4  触变泥浆减阻纠偏。

5．5．10  当气压沉箱下沉系数小于1．0时，宜采用触变泥浆护壁下沉法、压重下沉法及桩基反压法等一种或多种助沉措施配合气压沉箱下沉。

5．5．11  气压沉箱施工时可采用下列防漏气措施：

    1  气压沉箱外围设置泥浆套；

    2  调节工作室的气压低于地下水压5kPa～10kPa；

    3  刃脚处留土，隔绝气体渗漏通道。

5．6  沉井封底

5．6．1  沉井采用排水法下沉至设计标高，井内土体稳定时可采用干封底，井内土体不稳定及采用不排水下沉时应采用水下封底。

5．6．2  沉井干封底施工应符合下列规定：

    1  沉井基底土面、分仓封底可分仓挖至设计标高，混凝土凿毛处应清理干净；

    2  在井内应设置集水井，并不间断抽除积水与排气，保持井内无积水，集水井封闭应在底板混凝土达到设计强度及符合抗浮要求后进行；

    3  沉井封底应先铺设400mm～500mm的碎石或砂砾石反滤层并夯实；

    4  面积不大于100m2的沉井应一次连续浇筑；

    5  大于100m2的沉井宜分仓对称浇筑，每个分仓应连续浇筑。

5．6．3  沉井水下封底时应符合下列规定：

    1  封底混凝土与井壁结合处应清理干净；

    2  基底为软土层时应清除井底浮泥，修整锅底，铺碎石垫层；

    3  水下混凝土骨料最大粒径不应大于导管内径的1／6，水胶比不应大于0．6，坍落度宜为180mm～220mm，并应具有一定的流动性；

    4  导管的平面布置及初灌量的要求应符合本规范第4．5．5条的规定，且每根导管的停歇时间不宜超过30min；

    5  封底混凝土达到设计强度后方可抽除沉井内的水。

5．7  气压沉箱封底

5．7．1  气压沉箱封底混凝土宜采用自密实混凝土。

5．7．2  气压沉箱封底混凝土浇筑应符合下列规定：

    1  混凝土导管的管段接头应密封；

    2  封底浇筑顺序应从刃脚处向中间对称、连续浇筑；

    3  拆除工作室内的设备及封底施工过程中，应维持工作室内的气压稳定。

5．7．3  封底混凝土达到设计强度50％后可停止向工作室内供气，并应进行预留孔的封堵。

5．7．4  封底结束后应注入水泥浆，填实工作室顶板与封底混凝土之间的空隙。

5．8  水域沉井与沉箱施工

5．8．1  水域沉井与沉箱施工可结合水域环境、施工条件等因素选用筑岛法或浮运法。

5．8．2  筑岛法的地基承载力不应小于100kPa及设计要求，岛体应符合沉降稳定和防冲刷稳定的要求。

5．8．3  水域沉井与沉箱采用筑岛法施工时，制作与下沉可按本规范第5．3节～第5．7节的规定执行。

5．8．4  浮运沉井与浮运沉箱的首节制作场地应符合下列规定：

    1  在陆地制作与拼装时，宜在坞室内或靠近码头的区域；

    2  在浮船上或支架平台上制作与拼装时，应对船舶或支架平台的承载力与稳定性进行验算。

5．8．5  浮运沉井与浮运沉箱浮运前的施工准备应符合下列规定：

    1  对所经水域和就位河床应进行探查及清理，应无妨碍浮运的水下障碍物，就位处河床应清除浮泥并整平；

    2  场地平整后应在水中铺设砂垫层，铺设范围应超出浮运沉井与浮运沉箱四周3．0m；

    3  应检查拖运、定位、导向、锚锭、潜水、起吊及排、灌水等相关设备设施的可靠安全性；

    4  浮运时应掌握水文、气象和航运情况，施工前应与港监部门联系，办理有关水上施工的手续；

    5  施工区域附近应设置导航标志，并应备有导航船。

5．8．6  浮运沉井与浮运沉箱的浮运应符合下列规定：

    1  施工前应对首节进行水密性检查及水压试验；

    2  首节浮运应根据现场情况选用滑道、起吊、涨水自浮、浮船等下水方法；

    3  浮运定位应采用钢锚碇结合锚系导向定位系统；

    4  浮运、下沉、着床宜选在枯水期，且在水流速度小于2m／s时进行作业；

    5  浮运防水围壁高度应高出施工期最高水位不小于1．0m。

5．8．7  浮运沉井与浮运沉箱的就位与下沉应符合下列规定：

    1  浮运沉井与浮运沉箱的就位可采用定位锚船法、缆绳定位法；

    2  浮运沉井与浮运沉箱周边应设置防撞措施，严防船舶及漂流物等的撞击；

    3  浮运沉井与浮运沉箱准确定位着床后，应采取及时、对称均匀地向井(箱)壁、井(箱)格内灌水、灌筑混凝土和压重等措施下沉；

    4  就位与下沉过程中应测量浮运沉井与浮运沉箱的高程、平面位置、垂直度、扭转等几何姿态；

    5  浮运沉井与浮运沉箱接高制作与下沉可按本规范第5．3节～第5．7节的规定执行；

    6  浮运沉井与浮运沉箱下沉过程中应加强对附近河床冲刷情况的观察，发现问题应及时对井(箱)壁四周抛压砂袋或块石。

6  质量控制与验收

6．1  砂垫层

6．1．1  砂垫层的施工质量检验必须分层进行，并应在每层的压实系数达到0．93后铺填上层。

6．1．2  砂垫层施工质量的检查点布设，按环边铺设时每10m不应少于1个点，满堂铺设时每50m2不应少于1个点，且每个单体工程不应少于3个点。

6．1．3  环刀法检验垫层的施工质量时，取样点应位于每层厚度的2／3处。

6．2  制    作

6．2．1  混凝土浇筑前应对模板的位置、尺寸和密封性以及钢筋、预埋件、预留洞口的位置进行检查及验收，拆模后应对浇筑质量进行外观检查和强度检测。

6．2．2  沉井与气压沉箱结构制作允许偏差应符合表6．2．2的规定。

表6．2．2  沉井与气压沉箱结构制作允许偏差

    注：1 L1为设计沉井(箱)长度(mm)，B为设计沉井(箱)宽度(mm)，H1为设计沉井(箱)高度(mm)，D1为设计沉井(箱)直径(mm)；

        2  检查中心线位置时，应沿纵、横两个方向测量，并取其中较大值。

6．2．3  水域沉井与沉箱结构制作允许偏差应符合表6．2．3的规定。

表6．2．3  水域沉井与沉箱结构制作允许偏差

    注：1 L1为设计水域沉井(箱)长度(mm)，B为设计水域沉井(箱)宽度(mm)，H1为设计水域沉井(箱)高度(mm)，D1为设计水域沉井(箱)直径(mm)；

        2  对于钢沉井及结构构造、拼装等方面有特殊要求的沉井，其平面尺寸允许偏差值应按照设计要求确定；

        3  井壁的表面应平滑、不外凸，且不得倾斜。

6．3  下沉及封底

6．3．1  沉井与气压沉箱下沉过程中的允许偏差应符合表6．3．1-1和表6．3．1-2的规定。

表6．3．1-1  沉井下沉阶段允许偏差

    注：1 L1为设计沉井长度(mm)，H2为下沉深度(mm)；

        2  下沉速度较快时适当增加测量频率。

表6．3．1-2  气压沉箱下沉阶段允许偏差

    注：L1为气压沉箱设计长度(mm)；H2为下沉深度(mm)；下沉速度较快时适当增加测量频率。

6．3．2  下沉后进行接高时，应对地基强度、沉井和气压沉箱的稳定性以及下沉偏差进行复核。

6．3．3  沉井终沉后的允许偏差应符合表6．3．3的规定。

表6．3．3  沉井终沉后允许偏差

    注：L2为矩形沉井两角的距离，圆形沉井为互相垂直的两条直径(mm)；H3为下沉总深度(mm)。

6．3．4  气压沉箱终沉后的允许偏差应符合表6．3．4的规定。

表6．3．4  气压沉箱终沉后允许偏差

    注：L2为矩形气压沉箱两角的距离，圆形气压沉箱为互相垂直的两条直径(mm)；H3为下沉总深度，系指下沉前后刃脚之高差。

6．3．5  水域沉井与沉箱终沉后允许偏差应符合表6．3．5的规定。

表6．3．5  水域沉井与沉箱终沉后允许偏差

    注：H1为设计水域沉井(箱)高度(mm)。

6．3．6  沉井封底施工检验应符合下列规定：

    1  封底前应对混凝土的工作性能进行检验，符合要求后方可进行封底；

    2  沉井干封底时，井内地下水位应控制在坑底以下0．5m，沉井封底结束后应检查混凝土的强度和厚度。

6．3．7  气压沉箱封底施工检验应符合下列规定：

    1  气压沉箱封底前应对封底混凝土的工作性能进行检验；

    2  气压沉箱封底时应检验物料塔及人员塔内的气压；

    3  气压沉箱的封底混凝土应进行强度检验。

7  监    测

7．1  一般规定

7．1．1  沉井与气压沉箱工程应结合工程特性和周边环境条件实施工程监测，包括主体结构监测和周边环境监测，且应编制监测方案。

7．1．2  沉井与气压沉箱工程监测项目应根据沉井与气压沉箱工程特点、施工工艺、环境保护等级等确定，应按表7．1．2的规定执行。

表7．1．2  沉井与气压沉箱监测项目

    注：√为应测项目；◇为选测项目，可按设计要求选择。

7．1．3  重要监测点损坏后应及时修复或重设。施工过程中应做好监测点的保护工作，应设置监测点的保护装置或采取保护措施。

7．1．4  沉井与气压沉箱施工前三天应完成监测项目初始值测定，取2次～3次观测平均值作为监测初始值。监测记录应真实、规范，并应妥善保管。

7．1．5  监测单位应及时分析、处理监测数据，并应将监测结果和评价及时通知各相关单位。

7．1．6  监测仪器应在校验的有效期内，并应定期检查和保养，仪器性能应完好。

7．1．7  当出现下列情况之一时，应立即通报各相关单位，并同时提高监测频率：

    1  监测数据达到报警值；

    2  存在勘察未发现的不良工程地质现象；

    3  沉井与气压沉箱附近地面荷载突然增大或超过设计限值；

    4  周边地面突发较大沉降或出现严重开裂；

    5  邻近建筑突发较大沉降、不均匀沉降或出现严重开裂。

7．1．8  沉井与气压沉箱监测时不应影响其结构安全，妨碍其正常使用。

7．1．9  传感器导线从井壁内引至地面采集点，穿越混凝土时应采用套管保护。

7．2  监测与报警

7．2．1  主体结构监测报警值应根据设计要求确定；设计无要求时，可按表7．2．1采用。

表7．2．1  主体结构监测报警值

    注：1 H为下沉深度(mm)；

        2   L为矩形沉井两角间的距离，圆形沉井为直径长度(mm)；

        3  终沉按验收标准控制。

7．2．2  沉井与气压沉箱工程周边环境监测应符合下列规定：

    1  监测频率应综合考虑沉井与气压沉箱工程施工、周边环境条件、自然条件的变化和当地经验等，按表7．2．2确定；

表7．2．2  沉井与气压沉箱工程监测频率

    2  沉井与气压沉箱位置距河流水系的距离较近时，应对防汛墙和堤坝进行沉降监测；防汛墙和堤坝的沉降和位移监测点设置应得到相关部门的确认；

    3  周边环境监测点布置可按现行国家标准《建筑基坑工程监测技术规范》GB 50497的规定执行。

7．2．3  周边环境监测项目的报警值应根据设计文件的要求确定；当无明确要求时，可按表7．2．3采用。

表7．2．3  周边环境监控报警值

    注：建筑整体倾斜度累计值达到2／1000或倾斜速度连续3d大于0．0001H／d(H为建筑承重结构高度)时应报警。

7．3  监测报告

7．3．1  监测资料应包括监测过程中提供的监测日报表(速报)、监测中间报告(阶段性报告)和最终监测报告。

7．3．2  监测的初始记录和监测数据应详细完整，并应及时提交当日报表，施工周期较长时尚应提供阶段性报告。在报表和报告中应反映施工工况和报警值，并进行综合分析判断，及时提出工程建议。

7．3．3  成果文件中提供的数据、图表应客观、真实、准确。成果文件应标识工程名称、工程编号、编写单位、提交报告日期等。

7．3．4  监测结束后应编写完整监测报告，并应包括下列内容：

    1  工程概况；

    2  监测依据；

    3  监测项目、测点布置；

    4  监测设备和监测方法；

    5  监测频率、监测报警值；

    6  监测项目变化分析及评价；

    7  监测结论与建议。

4  计算与验算

4．1  一般规定

4．1．1  沉井工程施工计算主要包括垫层厚度、下沉系数、接高稳定性和封底混凝土等内容，本规范中进行的计算和验收中所需公式的作用力均采用标准值进行计算。本规范作为施工规范使用，不要求计算公式中的作用力再乘以分项系数。

4．1．2  气压沉箱与沉井的计算基本相同，除应符合沉井的计算要求外，尚需要考虑气压的作用力，本条给出了计算需要考虑的作用以及计算荷载的取值方法，在实际计算时可取气压沉箱实际施工工况中最不利的工况进行计算。

4．1．3  水域沉井与沉箱施工时为了保证质量与安全，要求在施工前对定位系统以及浮运、就位的稳定性进行验算，计算结果符合要求后方可进行后续施工；若不符合稳定要求，可以通过灌水、配重等措施来维持沉井与沉箱的稳定。水域沉井与沉箱在出现前后两面作用不均衡时，为了防止施工中出现滑移和倾覆情况，需进行抗滑移和抗倾覆验算。

4．1．4  沉井与气压沉箱分节制作时，上下节井(箱)壁混凝土的收缩不一致，应采取措施予以控制。措施中包括设后浇带、用补偿收缩混凝土和增加水平钢筋等。

4．1．5  沉井与气压沉箱的第一节为下沉阶段的主要受力结构，所以第一节制作对沉井与气压沉箱的下沉非常重要。为了保证第一节的制作质量，要求第一节的制作荷载不应大于地基的承载力设计值，以后各节只制作井壁，承载力要求较第一节低，达到地基的极限承载力标准值即可。

4．2  混凝土垫层及砂垫层

4．2．1  工作坑底部若有暗塘、暗沟、土质松软的土层应予以清除。在井(箱)壁中心线的两侧各1m范围内回填砂性土整平振实，以免沉井(箱)在制作过程中发生不均匀沉陷。开挖工作坑应分层按顺序进行，地面浮泥应清除干净并保持平整和疏干状态。

4．2．2  本条给出了砂垫层的计算公式，计算结果小于600mm时，取600mm。沉井与气压沉箱首节荷载主要为井(箱)体的自重，为确保首节稳定性，应控制首节制作高度。同时，在刃脚下设置素混凝土垫层可以加大支承面积，并通过砂垫层进一步扩散至地基土，使应力小于地基土的承载力特征值，确保首节的稳定性。

4．2．3  压力扩散角为基底压力扩散线与垂直线的夹角，这个扩散角度大小与基础材料的弹性模量、持力层的压缩模量、持力层土的内摩擦角有关。

4．2．4  本条给出了素混凝土垫层厚度的取值范围，应根据现场土层及沉井(箱)大小综合确定。一般来说素混凝土垫层的厚度不宜过厚，太厚会造成沉井与气压沉箱下沉时凿除混凝土困难。

4．3  侧阻力

4．3．1  本规范列出了常规的摩阻力示意图，如有地区的成功经验可以进行调整。图4．3．1(a)主要用于井(箱)壁外侧无台阶的沉井与气压沉箱。图4．3．1(b)井(箱)壁外侧台阶以上的土体与井(箱)壁并不紧密接触，摩阻力有所减少。

4．3．3  尚应指出：在淤泥质土和黏性土中，由于土的黏聚力等因素的作用，沉井与气压沉箱停止下沉的时间越长，摩阻力值就越大；当沉井与气压沉箱开始起步下沉时，摩阻力值又下降到较小的数值。

4．4  下沉系数及接高稳定性

4．4．1  沉井与气压沉箱下沉前，应进行分阶段下沉系数的计算，下沉系数结果符合要求后方可下沉，如果下沉系数不能符合下沉需求，需要采用合适的下沉施工方法和相应的技术措施。

    由于在井(箱)内填砂，故刃脚和隔墙底部的承载力不仅仅是底部的承载力，需要对其进行修正，本规范对其只考虑深度修正，同时根据刃脚和隔墙的埋深，应考虑刃脚和隔墙处的摩阻力。

    根据工程实践经验，一般来说沉井与气压沉箱依靠结构自重克服摩擦力下沉。在选择下沉系数时，一方面要尽可能保证依靠自重下沉，同时又要防止结构自重过大导致超沉、突沉。下沉系数可采用掏刃脚、调节土塞高度等措施来控制。

    沉井与气压沉箱的自重包括井壁、隔墙和框架等重量。如采用不排水下沉，则沉井的自重尚应考虑水的浮力对沉井自重的影响。此时沉井所受水的浮力的大小，等于地下水位以下的井壁、隔墙、框架等部分的同体积水重；气压沉箱所受水的浮力大小，等于地下水位以下至刃脚踏面以上高度内的土体内的同体积水重。

    由于淤泥质土的承载力很低，这时，沉井与气压沉箱就会突然下沉，数十秒的沉降量可达3m～5m。在淤泥质土和黏性土中下沉时，土体宜进行加固处理，宜在刃脚下土体进行加固，具体范围可根据计算确定，否则会造成严重的工程事故。

4．4．2  沉井与气压沉箱在接高时，增加了混凝土重量，大大增加了刃脚踏面的荷载。如果踏面下土体承载力不足以承担这部分荷载，在浇筑过程中会造成大的沉降，甚至发生突沉，荷载不均匀时还会产生大的倾斜，给浇筑混凝土的质量带来一定的危害。因此，进行接高施工前应进行接高稳定性验算。工程中往往在沉井与气压沉箱接高之前，在井内回填部分黄砂，以增加接触面，减少沉井与气压沉箱的沉降。

4．5  封底混凝土

4．5．1  干封底混凝土的厚度应根据工程地质、设计与施工工况确定，宜取0．4m～1．2m。

4．5．2  水下封底混凝土的弯矩计算：

    (1)封底混凝土受浮力作用，其向上作用的标准值，即为地下水头高度减去单位面积封底混凝土的重量。

    (2)沉井自重反力作用。沉井封底后仍有可能继续下沉，沉井自重将对封底混凝土产生反力，计算时假定自重反力均匀分布。反力与浮力进行比较，取其中大值计算弯矩。计算反力时应扣除封底混凝土自重。

    (3)计算弯矩时，一般假定封底素混凝土板与刃脚斜面连接为简支，如板中有梁系分隔，只要梁边有支承面，也可按简支考虑。

        1)圆形板周边简支时，跨中最大弯矩为：

    式中：q——均布荷载(kN／m)；

          r——圆板的计算半径(m)，一般取值至刃脚斜面水平投影的中点。

        2)矩形板周边简支时，根据实际情况可按单向板或双向板进行计算。

4．5．3  抗浮稳定验算时不计井(箱)壁外侧土体摩阻力的作用。而摩阻力实际是存在的，抗浮稳定系数下限取1．0是能够保证沉井抗浮稳定要求的。如果沉井较深，尚宜考虑摩阻力。考虑摩阻力的抗浮系数，一般应取1．15。

4．5．4  当封底混凝土与底板有可靠连接时，封底混凝土可作为沉井(箱)抗浮重量的一部分，通常的连接方式是使用插筋，使得封底混凝土与底板共同作用。

4．5．5  当浇筑面积较大时，可采用2根或2根以上的导管同时浇筑，但各根导管的有效扩散半径应互相搭接并能盖满井底全部范围。

    为防止导管外的水进入导管，并获得比较平缓的混凝土表面坡度，故导管下端应插入混凝土内一定的深度。

4．6  水域沉井与沉箱

4．6．1  在水中浮运的沉井与沉箱，由于风浪的影响，往往会影响到浮运沉井与浮运沉箱的浮运安全，因而水中浮运的沉井与沉箱在浮运过程中(沉入河床前)，必须验算横向稳定性，以避免在水中倾覆事故的发生。在进行浮运稳定验算时，一般是验算浮运沉井与浮运沉箱的稳定倾斜角。

4．6．6  无围堰筑岛是指带边坡的土岛；有围堰筑岛。是指在设有钢板桩、钢筋混凝土板桩等防护围堰内的筑岛。由于有围堰边缘比无围堰边缘坚固，所以有围堰护道宽度比无围堰护道宽度规定要小。

5  制作与下沉

5．1  一般规定

5．1．2  定位放线工作在地面上定出沉井与气压沉箱纵横两个方向的中心轴线、轮廓线以及水准点等，并布置水准基点作为沉井与气压沉箱施工的依据，同时应做好保护工作。

5．1．5  本条给出了沉井与气压沉箱结构在首节和分节制作时的强度要求，一般来说沉井与气压沉箱在实际施工过程中为了缩短施工周期会在混凝土强度未达到要求时就开始下沉，这样必然会引起结构的裂缝或局部破坏，故需要对首节和其余各节下沉前混凝土应达到的强度作出严格规定，防止强度达不到强行下沉的情况出现，造成严重的后果。

    本条对于沉井与气压沉箱的混凝土强度给出了具体的要求，混凝土的强度对于沉井与气压沉箱后续的施工起到决定性作用，首节是井(箱)体接高和下沉时的主要受力构件，所以要求首节的混凝土强度需要达到设计强度，其余各节的混凝土在下沉过程中受力较小，实际操作中考虑施工进度要求一般都会提前下沉，为确保结构安全及工程质量，本条给出了“首节的混凝土强度必须达到设计强度，其余各节不得低于设计强度的70％”的要求。

5．1．6  本条给出了沉井与气压沉箱制作时的规定：

    1  沉井与气压沉箱在接高过程中可采取地基加固、井(箱)壁外注浆和井内填土的方式保持稳定；地基加固可采取换填、水泥土搅拌桩、注浆加固、高压旋喷桩加固等方法对地基进行预处理，保证在接高时地基承载力能符合要求；

    2  首节制作高度与刃脚底部的素混凝土垫层、砂垫层以及下卧层土体的承载力均有直接的关系，首节的高度直接决定了素混凝土垫层、砂垫层的厚度以及对下卧层土体承载力的要求；首节制作的质量对于沉井与气压沉箱后续施工至关重要，故应该保证其质量，若制作高度过高，对于刃脚下的素混凝土垫层、砂垫层的厚度以及对下卧层土体承载力的要求都较高，从首节制作的技术性和经济性来说，一般要求制作高度不宜超过6m；如果超过6m，需要采用较厚的砂垫层，素混凝土垫层，同时尚需要对下卧层进行验算，不能符合要求时要对下卧层进行地基加固；

    3  为了保证制作时安全性，一般来说分节制作的高度不宜大于沉井与气压沉箱的短边或者直径。

5．1．7  沉井与气压沉箱为多次制作多次下沉时，要求传至刃脚下土层的荷载应小于该层土的极限承载力，每次接高都应符合稳定性要求。

5．1．8  本条针对落地外脚手架与模板系统的关系进行了规定。沉井与气压沉箱的制作过程中，沉井本身会产生一定量的自沉，落地脚手架与模板系统连在一起，会影响混凝土的浇筑质量及脚手架的安全，所以必须脱开。落地脚手架制作高度较大时容易发生倾覆，可以通过增加抛撑或者宽度等方法进行防倾覆的安全设计。

5．1．11  沉井与气压沉箱下沉时开挖所形成的类似锅底状的开挖面，在施工时要控制开挖深度，不得超挖，如图1所示。

图1  沉井与气压沉箱锅底示意图

5．2  垫层施工

5．2．1  为了保证工作坑的尺寸能符合工程的需求，需要考虑支模、搭设脚手架的空间，还应综合考虑周边环境及排水的需要。

5．2．2  降水会影响周边环境，应有降水范围估算，以估计对环境的影响，必要时需有回灌措施，尽可能减少对周边环境的影响。降水运转过程中要设水位观测井及沉降观测点，以估计降水的影响。

5．2．3  砂垫层使用细砂时宜同时掺入一定数量的卵石或碎石，其掺入量应按设计规定，石子的最大粒径不宜大于50mm。每层砂垫层的铺设厚度不应超过300mm，同时控制含水量，使之达到良好的压实效果。

5．2．4  设置集水井的深度宜低于基底500mm，以防坑(槽)底的土层破坏或隆起。不应使砂垫层泡水，保证砂垫层的承载力。

5．2．5  砂垫层的压实系数的质量检测方法如下：

    (1)环刀法质量检测砂垫层密实度时，用容积不小于200cm3的环刀取样。测定其干重度，以不小于通过试验所确定的该砂料在中密状态时的干重度数值为合格。检测时可在垫层中设置纯砂检查点，在同样施工条件下，按上述方法测定；

    (2)贯入仪测定法使用贯入仪、钢叉或钢筋等工具，以贯入度大小检测砂垫层的质量。检测时，以不大于通过试验所确定的贯入度数值为合格。

5．2．6  当沉井平面尺寸不大时，可按工作坑开挖的范围满堂铺筑。沉井的平面尺寸的面积大于300m2时，可认为其平面尺寸较大，此时砂垫层铺设可采用环边铺设，达到节省工程造价的目的。气压沉箱在制作时候需要做工作室顶板，为了保证工作室顶板混凝土的浇筑质量，砂垫层的铺设应采用满堂铺设的形式。

5．3  沉井与气压沉箱制作

5．3．1  由于工作室在施工过程中均处于气压作用下，故工作室的气密性要求非常高，气压沉箱的刃脚应与顶板、箱壁整浇，保证气压沉箱工作室的气密性。气压沉箱不能整浇时也应采取措施，满足气密性要求。

5．3．2  目前在沉井与气压沉箱工程中，井壁模板常采用钢组合式定型模板或木定型模板组装而成，采用木模时，外模朝混凝土的一面应刨光。

5．3．3  沉井与气压沉箱接高制作时，会引起沉井与气压沉箱的自沉，自沉量根据经验预估，一般为300mm～500mm，若不考虑一定 的预留量，模板与地面硬接触，沉井(箱)接高时的自沉会造成模板系统破坏，引起安全及质量事故。本条考虑一定的安全储备，给出了模板下端应高出地面1000mm的安全高度。

5．3．6  混凝土浇筑时应分层进行，每层的厚度不宜过大，防止振捣不密实的现象出现，故建议每层浇筑厚度为300mm～500mm。

5．3．7  沉井与气压沉箱主要是受水平作用力，故不宜设置竖向施工缝。水平施工缝的留设也不应在井(箱)结构的薄弱环节处，规定留设在距离薄弱环节200mm～300mm以外。

5．4  沉井下沉

5．4．3  定位支点根据计算时的不利受力情况布置，应符合下列规定：

    (1)长宽比不小于1．5的小型矩形沉井，按四点支承计算，定位支承点距端部的距离可取0．15L，参见图2；

    (2)长宽比小于1．5的小型矩形沉井，定位支点宜在两个方向均按上述原则设置；

    (3)对于大型矩形沉井，支点的位置可沿周边均匀布置，支承点数量可根据沉井尺寸、砂垫层厚度和持力层的极限承载力确定；

    (4)对于圆形沉井，支承点的布置可以采用沿直径的对称布置形式，可参见图3。

图2  矩形沉井定位支承点布置

图3  圆形沉井定位支承点布置

5．4．4  沉井在软土中下沉时，分层挖去井内泥土，并在沉井四周的刃脚处留有土堤，逐步削平刃脚四周土堤，边挖边沉；沉井在较坚实的土层中下沉时，先挖锅底，刃脚四周留土堤，再向四周均匀扩挖，最后削去土堤，使其下沉；沉井在坚硬的土层中下沉时，先开挖锅底，后分层掏挖刃脚，使其下沉。如采用干挖，条件许可时，在沉井刃脚设计标高处提前放置一定数量的混凝土块，使沉井最后坐落在混凝土块上。

5．4．6  不排水下沉中，应控制水位、井底开挖尺寸、下沉量和速度以稳定井底，防止突沉，控制终沉。挖流动性土时，应保持井内水位高出井外水位不少于1m。当井内水深超过5m～10m时，可采用空气吸泥法和钻吸法出土下沉。

5．4．7  空气吸泥法是比较常用的不排水下沉法之一，需配备一定数量的潜水作业人员。当空气吸泥装置工作时，压缩空气沿进气管进入空气箱以后，通过内壁上的一排排小孔眼进入混合管，在混合管内与水混合，形成比重小于1的气水混合物，与泥土混合通过混合管置换出去。

5．4．8  一般沉井下沉到距离设计标高2m时，应放慢下沉速度。为使得沉井结构符合使用时候的要求，沉井的下沉深度应有一定的预留量，具体预留量还可根据实际情况进行确定。在接近下沉标高500mm时，在软土地层中可以预留100mm～200mm，在砂土等硬土层中可以预留50mm～100mm。

5．4．10  对于下沉深度较深或侧摩阻力较大的沉井，为了让沉井能在土中顺利下沉，可采用触变泥浆套、空气幕、高压射水、压重下沉、抽水下沉、井壁外侧挖土下沉等措施配合施工，使沉井顺利下沉到设计标高。

    采用泥浆润滑套助沉措施时，泥浆管应预埋于井壁上，下沉过程中应经常检查输浆管的通畅情况。泥浆槽内的液面不宜过低，应维持在沉井基坑面下50mm左右。泥浆应定期检测置换。

    砂性土层可采用空气幕法助沉。

    当沉井下沉速度较快时，可采取控制挖土范围、深度、井内水位、井壁外回填粗糙材料、夯实井壁外土体等止沉措施。

5．4．12  沉井下沉深度越深，其侧摩阻力越大，采用空气幕措施可减小井壁与土层之间的摩阻力，使沉井顺利下沉到设计标高。该法是在沉井井壁内预设一定数量的管路，管路上预留小孔，之后向管内压入一定压力的压缩空气，通过小孔向沉井井壁外喷射，形成一层空气帷幕，从而降低井壁与土层之间的摩阻力。整个空气幕系统一般由一套压气设备组成，包括空压机、储气包、井壁内的预埋管路、气龛，以及地面供气管路。每个气龛的供气能力宜大于0．023m3／min。

5．4．13  反压桩的抗拔能力可通过桩侧、桩底后注浆来提高。

5．4．15  沉井纠偏的规定：

    1  挖土纠偏：沉井在入土较浅时，容易产生倾斜，但也比较容易纠正。纠正倾斜时，如系排水下沉，可在沉井刃脚高的一侧进行人工或机械出土。在刃脚低的一侧应保留较宽的土堤，或适当回填砂石。如系不排水下沉的沉井，一般可在靠近刃脚高的一侧吸泥或抓土，必要时可有潜水员配合在刃脚下出土。

    5  压重纠偏：由于弃土堆在沉井一侧，或由于其他原因造成的沉井两侧有土压力差，使沉井产生偏斜。在沉井倾斜低的一侧回填砂或土，并进行夯实，使低的一侧产生的土压力大于沉井高的土压力，亦可起到纠偏的作用。如在沉井高的一侧压重，最好使用钢锭或生铁块，这时沉井高的一侧刃脚下土的应力大于低的一侧刃脚下土的应力，使沉井高的一侧下沉量大些，亦可起到纠正沉井倾斜的作用。

5．5  气压沉箱下沉

5．5．3  根据地下水位情况、气压沉箱入土深度、承压水头的大小、穿越土质情况等因素决定工作室气压的大小。实际气压沉箱下沉过程中，气压的调节尚应根据开挖面土层干燥度等因素来调节，有利于遥控液压挖机挖土施工。气压应与地下水位压力值相差100mm～150mm的水柱高度，小于1kPa左右。

    气压沉箱用气消耗公式按式(2)计算：

    式中：V1——气压沉箱用气消耗量(m3)；

          F——工作室顶板及四周刃脚内表面积之和(m2)；

          U——气压沉箱刃脚中心周长(m)；

          α——经过面积F每平方米逃逸的空气量(m3)，此值视混凝土的密实程度而定，对表面未喷防水砂浆的可取α＝0．5m3／h～0．6m3／h，对内表面喷防水砂浆的取α＝0．30m3／h～0．35m3／h；

          β——经过刃脚底部四周每延米每小时逃逸的空气量(m3)。视土质的透气程度而定，对黏土取β＝1m3／(h·m)，对砂土取β＝2m3／(h·m)～3m3／(h·m)；

          k——施工消耗空气量系数，一般取k＝1．2～1．3；

          H——气压沉箱下沉至终沉标高时原静水头高度再加上2m(m)。

5．5．4  由于气压沉箱施工技术特点是靠气压平衡水土压力，在气压沉箱施工过程中必须有稳定的气压，若停电或者供气设备故障，都会造成气压沉箱突沉、土体失稳、设备损坏等严重的工程事故，所以现场必须配备备用供气设备和备用电源，保证工程的安全。

5．5．5  在气压沉箱施工过程中，作业人员进出气压工作室若不按照健康操作程序进行，将会引起职业病，严重时会危及生命，施工作业人员从常压进入高压和从高压回到常压必须符合有关的规定。本条涉及人身安全。

          (1)作业人员从常压环境进入高压环境的健康操作程序如下：

          1)人员塔过渡舱内的主舱有压力时：

          ①作业人员进入进口闸，关闭进口闸外门；

          ②舱内人员检查通信及应急呼叫状态是否良好，舱外操舱通过电视监控观察舱内人员的工作状态；

          ③开始加压，加至与主舱平衡，打开舱外平衡阀，至压力完全平衡；

          ④舱内人员打开进口闸内门，即可进入主舱的工作压力环境；

          ⑤此状态一次进入2人。

          2)过渡舱内的主舱没有压力时：

          第一种方法是：

          ①作业人员通过进口闸进入主舱，并关闭进口闸内门；

          ②舱内人员检查通信及应急呼叫状态是否良好，舱外操舱通过电视监控观察舱内人员的工作状态；

          ③开始加压，加至与下部人舱段平衡，舱外工作人员开启主舱与人舱标准段之间的平衡阀；

          ④同时舱内作业人员开启主舱底部舱门上的平衡阀，待完全平衡后开启底部舱门；

          ⑤人员即可进入人舱段的压力环境中；

          ⑥此状态下一次进入2人。

          第二种方法是：

          ①作业人员通过进口闸进入主舱，并关闭进口闸内门；

          ②舱内人员检查通信及应急呼叫状态是否良好，舱外操舱通过电视监控观察舱内人员的标准段之间的平衡阀；

          ③同时舱内作业人员开启主舱底部舱门上的平衡阀，待完全平衡后开启底部舱门；

          ④人员即可进入人舱段的压力环境中；

          ⑤该状态一次可进入6人～8人；

          ⑥人员进入前应先行检测作业环境内的危险有毒气体的情况。

          (2)从高压环境回到常压环境的健康操作程序如下：

          1)作业人员准备回到过渡舱前，舱外工作人员应关闭进口闸内门，并对过渡舱主舱进行加压；

          2)将压力加至与下部人舱段平衡后，通知作业人员打开底部舱门上的平衡阀，待舱压完全平衡后，打开舱门；

          3)作业人员进入过渡舱主舱内，关闭底部舱门，并通知舱外工作人员开始吸氧，舱外人员应密切注意舱内氧浓度值的变化(氧浓度应严格控制在25％以下)，随时保持通风状态；

          4)待压力降至0．12MPa时，或继续吸氧减压，按程序逐步减至常压状态，作业人员出舱；或在减压至0．12MPa时，不停留直接减压出舱，在5min之内必须进入移动舱内，再加压至0．12MPa，继续按程序吸氧减压；后者可大大缩短在过渡舱内停留时间。

5．5．7  气压沉箱内至刃脚边、气压沉箱的墙角都应在挖掘作业的范围内。

5．5．8  由于刃脚处为气体最容易逸出的通道，因此遥控液压挖机取土时一般应避免掏挖刃脚处土体，随着气压沉箱的下沉，刃脚处土体会逐渐被挤压至中间方向，再依靠遥控液压挖机取土即可。但气压沉箱下沉一定深度后，由于气压反力的影响使气压沉箱下沉缓慢，这时可适当分层掏挖刃脚土体，但应始终保留刃脚处部分土塞，防止气体外泄。同时此时气压沉箱的下沉可依靠助沉措施，如千斤顶压沉等来进行。

5．5．10  助沉方法及原理如表1所示。

表1  助沉方法及原理

5．5．11  在进入砂层或者杂填土时，其气体损失率较高，可以通过减小气压来降低漏气量，使得气压略低于地下水位即可，防止气体大量泄漏。

5．6  沉井封底

5．6．1  沉井干封底，操作人员可下井施工，质量容易控制。但当井外水位较高时，井内抽水后大量地下水涌入井内，或者井内土体的抗剪强度不足以抵抗井外较高的土体重量，产生剪切破坏而使大量土体涌入，沉井不能稳定，则必须井内灌水，采用不排水封底。

5．6．2  干封底时除用井点降水外，水下封底混凝土中埋设的排水管也能起到降水泄压的作用，管道布设、直径等应符合泄压要求。

    封底混凝土浇筑宜连续一次浇筑完毕，这样混凝土整体性良好，能保证混凝土的浇筑质量。大于100m2的沉井宜分仓浇筑，分仓浇筑时，间歇时间应小于混凝土的初凝时间。不同混凝土的允许间歇时间应根据环境温度、水泥性能、水胶比和外加剂类型等通过试验确定。

5．7  气压沉箱封底

5．7．2  在浇筑混凝土的过程中，应加强观测工作室内的气压，保证其稳定。由于浇筑混凝土，使得工作室的空间减小，加上可能产生的漏气，所以在观测气压时候，如有变化，应进行加气或者排气，保证工作室内气压的稳定，这样不至于使得气压沉箱上浮或者下沉。浇筑的速度应与气压值的增减相匹配，在浇筑时候，可根据现场情况，根据浇筑速度进行设定，以保证工作室内气压的稳定。

    第一次浇筑应封堵锅底部分及刃脚地面以上1m左右，在封底混凝土达到强度要求后，适当降低工作室气压，作业人员进入工作室内拆除设备后，进行第二次封底混凝土的浇筑。施工中应利用多辆泵车连续浇筑并保证混凝土能够充满整个工作室，且具有较大的流动性。

5．7．4  在封底结束后，混凝土会有一定的收缩，此时应通过底板处预埋的注浆管对工作室和封底混凝土之间的空隙进行填充，保证密实。

5．8  水域沉井与沉箱施工

5．8．4  浮运沉井与浮运沉箱首节可采用空腔式钢丝网水泥、钢筋混凝土薄壁沉井与沉箱、单壁或双壁钢壳沉井与沉箱及带临时井底和带气筒的沉井与沉箱等。

5．8．6  水域沉井与沉箱浮运施工前，应对浮运的首节井(箱)体进行水密性检查及水压试验，符合要求后方可进行浮运。

    采用起吊下水时，应对起重设备进行检查；在河岸有适合坡度，采用滑道、牵引等方法下水时，应严防倾覆。

5．8．7  浮运沉井与浮运沉箱的初步溜放定位宜设在井(箱)位上游1倍水深距离处，精确就位落河床前，应对缆绳、锚链、锚锭设备等进行检查和调整，调紧及松放定位锚绳应缓慢、均匀、有序。

    浮运沉井与浮运沉箱的制作除了首节不一样外，其余各节的接高均与陆地上的接高并无区别，包括下沉的方式可以根据陆地上的施工工艺和出土方式确定，排除的污泥不得随意排放至水域内。