橋梁大型沉井基礎(chǔ)研究綜述

施 洲，鐘美玲，周勇聰，李思陽(yáng)，馮傳寶

（1.西南交通大學(xué) 土木工程學(xué)院，四川 成都 610031；2.中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司 南京鐵路樞紐工程建設(shè)指揮部，江蘇 南京 200142）

橋梁基礎(chǔ)施工是超大跨徑橋梁建設(shè)的重中之重［1］。一直以來(lái)，沉井基礎(chǔ)因承載力強(qiáng)、施工時(shí)兼具圍堰結(jié)構(gòu)而成為大跨徑橋梁塔墩及錨碇基礎(chǔ)的重要形式之一。橋梁大型沉井基礎(chǔ)一般由井壁、刃腳、隔墻、井蓋、封底混凝土及填充物共同構(gòu)成［2］。根據(jù)特定的場(chǎng)地及建設(shè)條件，大型沉井基礎(chǔ)可采用不同的平面和立面布置，如圖1所示。

圖1 沉井基礎(chǔ)平面與立面布置形式

矩形沉井是應(yīng)用最為廣泛的平面形式，具有制作方便、基礎(chǔ)受力有利、與上部結(jié)構(gòu)易配合等特點(diǎn)；平面圓形沉井具有易控制、受力合理的特點(diǎn)；端圓形沉井具有平面布置合理、受力合理，受水流沖刷小等特點(diǎn)。在沉井的立面布置中，豎直式布置最為常用，具有不易傾斜、井壁摩阻力較大的特點(diǎn)，地基條件適應(yīng)性廣；臺(tái)階式立面布置符合底部受力面積大、上部受力面積小的特點(diǎn)，防沖刷性好，但井壁摩阻力小、施工復(fù)雜，適用于水流沖刷大等條件；傾斜式立面布置適用于中小型沉井基礎(chǔ)，便于下沉，但井壁摩阻力較小，適用于入土深或土質(zhì)密實(shí)等地基情況。大型沉井基礎(chǔ)按建筑材料可分為混凝土（含鋼殼混凝土）、鋼筋混凝土及鋼結(jié)構(gòu)沉井，其中混凝土沉井井壁較厚，適用于覆蓋層較松軟及下沉深度不大的小型沉井；鋼筋混凝土沉井具有下沉深度大、井壁薄、適用性強(qiáng)的特點(diǎn)；鋼沉井具有強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、易施工，可浮運(yùn)等優(yōu)點(diǎn)。

沉井基礎(chǔ)相比擴(kuò)大基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)、地下連續(xù)墻等具有整體性、剛性、穩(wěn)定性和抗震性均較好的特點(diǎn)，有較大的支承面，能承受較大的垂直和水平荷載。隨著世界范圍內(nèi)跨越大河、峽谷以及海峽的大型橋梁，特別是公鐵兩用橋的不斷發(fā)展，更大跨徑橋梁、更大荷載下的沉井基礎(chǔ)同樣也朝著更大平面面積、更深下沉深度等方向不斷發(fā)展［3］。如滬通鐵路長(zhǎng)江大橋、連鎮(zhèn)鐵路五峰山長(zhǎng)江大橋的沉井基礎(chǔ)平面面積先后突破5 000 和7 000 m2。隨著沉井基礎(chǔ)的平面尺寸、下沉深度、主體結(jié)構(gòu)自重呈階梯式增長(zhǎng)，各種困難應(yīng)運(yùn)而生，如施工工藝復(fù)雜、下沉控制困難、突沉翻砂等異常工況頻發(fā)，且大型沉井結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜，表現(xiàn)出與中小型沉井完全不同的施工特點(diǎn)及力學(xué)特性［4-5］。

基于橋梁大型沉井基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)與施工特點(diǎn)，系統(tǒng)總結(jié)近年來(lái)橋梁大型沉井基礎(chǔ)發(fā)展現(xiàn)狀、建造關(guān)鍵技術(shù)、受力理論研究成果，分析尚存在的不足，闡述大型沉井基礎(chǔ)受力理論、結(jié)構(gòu)形式、施工與控制的發(fā)展及創(chuàng)新方向，為后續(xù)橋梁大型沉井基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、施工與控制、理論研究提供參考。

1 橋梁大型沉井基礎(chǔ)應(yīng)用概況

1.1 國(guó)外應(yīng)用概況

大型沉井基礎(chǔ)應(yīng)用于大跨徑橋梁，可追溯到1936年，美國(guó)奧克蘭大橋采用了長(zhǎng)60 m、寬28 m的浮運(yùn)沉井，通過(guò)射水、吸泥等工藝使其下沉到位，一年后的金門(mén)大橋再次采用了沉井基礎(chǔ)。同期，歐洲國(guó)家也開(kāi)始采用沉井作為大跨度橋梁的基礎(chǔ)，1937年修建的Stors trom 橋、1970年修建的新小海帶橋以及1998年修建的大海帶橋均采用了沉井基礎(chǔ)［6］。1999年 希臘修建的Rion-Antirion 橋，其沉井基礎(chǔ)面積達(dá)到了6 358.5 m2，該沉井基礎(chǔ)不僅具有強(qiáng)大的承載能力，還巧妙地結(jié)合橋址地質(zhì)條件利用其龐大的底部面積提升橋梁隔震抗震性能，該沉井基礎(chǔ)也是當(dāng)時(shí)世界上面積最大的沉井基礎(chǔ)，且保持紀(jì)錄近10年之久。此外，隨著日本經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及土木工程技術(shù)的進(jìn)步，在20 世紀(jì)70年代，日本在修建北備贊瀨戶大橋時(shí)開(kāi)始運(yùn)用大型沉井基礎(chǔ)［7］，其面積達(dá)到4 425 m2。之后在1997年修建的明石海峽大橋的沉井基礎(chǔ)面積超過(guò)5 000 m2。國(guó)外代表性大型沉井基礎(chǔ)的相關(guān)信息見(jiàn)表1。

表1 國(guó)外代表性大型沉井基礎(chǔ)信息

相應(yīng)沉井基礎(chǔ)的實(shí)際應(yīng)用也表明，在深水、大跨、重承載要求等條件下修建橋梁時(shí)，大型沉井基礎(chǔ)是常用的基礎(chǔ)形式之一。

1.2 國(guó)內(nèi)應(yīng)用概況

1894年修建的天津?yàn)春哟髽蚴俏覈?guó)最早應(yīng)用沉井技術(shù)的橋例，此后是20 世紀(jì)30年代在錢(qián)塘江大橋首次成功采用了氣壓沉箱法掘泥打樁。

大型沉井基礎(chǔ)在我國(guó)起步較晚。1968年建設(shè)南京長(zhǎng)江大橋時(shí)開(kāi)始運(yùn)用大型混凝土沉井、浮運(yùn)鋼筋混凝土沉井和鋼沉井［8］。之后相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)沉井基礎(chǔ)的發(fā)展較為緩慢。20 世紀(jì)90年代，隨著國(guó)內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的飛速發(fā)展、跨江大橋的不斷修建，大型沉井基礎(chǔ)的建設(shè)數(shù)量和體量也不斷增大，國(guó)內(nèi)部分大跨度橋梁沉井基礎(chǔ)的相關(guān)信息見(jiàn)表2。由表2 可知，從1997年開(kāi)始，國(guó)內(nèi)的沉井基礎(chǔ)建設(shè)發(fā)展迅速，最先在江陰、蕪湖長(zhǎng)江大橋開(kāi)始應(yīng)用，之后在泰州、滬通、楊泗港、五峰山等長(zhǎng)江大橋中作為錨碇或橋塔基礎(chǔ)［9-13］，沉井基礎(chǔ)平面面積超過(guò)2 000 m2的已多達(dá)10 余座，其中五峰山長(zhǎng)江大橋北錨碇沉井基礎(chǔ)的平面尺寸達(dá)到7 260 m2，躍居世界第1位。

表2 國(guó)內(nèi)部分大型沉井基礎(chǔ)信息

1.3 國(guó)內(nèi)外發(fā)展對(duì)比

國(guó)內(nèi)外沉井基礎(chǔ)平面尺寸匯總?cè)鐖D2 所示。由圖2 可知：國(guó)內(nèi)大型橋梁沉井基礎(chǔ)在近10年中發(fā)展較快，平面面積在2 000 m2以上沉井?dāng)?shù)量占據(jù)多數(shù)；國(guó)外的大型沉井基礎(chǔ)有鋼沉井、鋼筋混凝土沉井，而國(guó)內(nèi)的大型沉井基礎(chǔ)主要為鋼筋混凝土沉井基礎(chǔ)，相對(duì)單一；國(guó)外的大型沉井基礎(chǔ)有結(jié)合抗震功能而修建，如希臘的Rion-Antirion 橋沉井基礎(chǔ)、日本的北備贊瀨戶大橋大型沉井基礎(chǔ)，而國(guó)內(nèi)的大型沉井基礎(chǔ)仍主要以承載功能為主。因此，抗裂性能強(qiáng)、結(jié)合抗震等多功能的預(yù)應(yīng)力混凝土、鋼混組合沉井等是發(fā)展的方向。

圖2 國(guó)內(nèi)外沉井基礎(chǔ)平面尺寸匯總

2 橋梁大型沉井基礎(chǔ)受力與變位理論

2.1 大型沉井基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)受力理論

傳統(tǒng)的小平面面積沉井基礎(chǔ)施工全過(guò)程中主要以受壓為主，如圖3所示。圖中：G為沉井自重；Fc為施工荷載；FB為水浮力；Fs為側(cè)壁摩阻力；FR1和FR2為刃腳支撐反力；FN為井壁土壓力。

圖3 小平面沉井受力示意圖

大平面面積沉井基礎(chǔ)通常沿高度分多次接高施工，各施工階段的受力特性與安全更值得關(guān)注，特別是初始下沉階段沉井結(jié)構(gòu)受壓的同時(shí)還應(yīng)考慮受彎受剪，如圖4 所示，圖中FR1—FRn為井墻刃腳和中墻基底支撐反力。

圖4 大平面沉井受彎示意圖

可見(jiàn)大型沉井在施工全過(guò)程中表現(xiàn)出與中小型沉井基礎(chǔ)完全不同的受力特性。此外，由于沉井基礎(chǔ)的平面尺寸及下沉深度越來(lái)越大，下沉過(guò)程中受地層不均勻性及阻礙物影響風(fēng)險(xiǎn)加大，大型沉井結(jié)構(gòu)在施工階段的荷載作用、受力狀態(tài)、傳力特性等方面均與使用階段不同，因此施工階段的受力安全性值得深入研究。除整體受力傳力安全外，大型沉井基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)還需注重結(jié)構(gòu)構(gòu)造細(xì)節(jié)，尤其是刃腳及節(jié)點(diǎn)處構(gòu)造處理，確保沉井下沉過(guò)程中具有足夠的安全冗余度。

在沉井基礎(chǔ)施工至運(yùn)營(yíng)階段的受力理論研究中，主要包括沉井受力、基底土體受力以及兩者的仿真分析等研究工作。

1）沉井受力

沉井受力主要分為下沉力、下沉阻力2 大類，前者包括自重G及施工荷載Fc等，后者包括基底支撐力FRi、側(cè)壁摩阻力Fs及水浮力FB等，如圖3—圖4所示。沉井受力研究是確保沉井結(jié)構(gòu)安全及能否順利下沉的基礎(chǔ)，如Waley等［14］對(duì)蘇格蘭的4個(gè)陸地沉井進(jìn)行實(shí)測(cè)和分析，并詳細(xì)研究了沉井施工過(guò)程中下沉力、下沉阻力等受力組成。

2）基底土體受力

基底土體受力研究是保證基底土體穩(wěn)定、沉井平穩(wěn)下沉的關(guān)鍵，包括土體極限承載力、變形以及相關(guān)計(jì)算參數(shù)等的研究。閆富有等［15］基于Prandtl理論，建立了考慮刃腳切土深度和形狀的近似滑移線場(chǎng)，并得出平面應(yīng)變和圓形沉井極限承載力計(jì)算的理論解，并進(jìn)一步對(duì)承載力與刃腳形狀和切土深度的關(guān)系進(jìn)行了討論。Zhou等［16］基于淺基礎(chǔ)相關(guān)理論，通過(guò)大變形有限元方法模擬沉井在正常固結(jié)黏土中的下沉狀況，并分析了沉井在下沉過(guò)程中土體承載力和變形的特點(diǎn)。Chakraborty［17］通過(guò)極限分析法，對(duì)圓形沉井基礎(chǔ)的土體承載力特性進(jìn)行了研究，分析了承載力系數(shù)隨著沉井半徑變化的規(guī)律，并進(jìn)一步通過(guò)對(duì)深度寬度等的修正計(jì)算沉井基礎(chǔ)使用階段的承載能力。在土體承載力的計(jì)算中，有研究者針對(duì)各類修正系數(shù)、承載系數(shù)等開(kāi)展研究，如Yoshiteura 等［18］假設(shè)土體為理想剛塑性，采用極限分析的方法探討了土體黏聚力和基礎(chǔ)周邊超載對(duì)其形狀修正系數(shù)的影響。Hjiaj 等［19］基于M-C 準(zhǔn)則，通過(guò)極限分析法，研究了剛性基礎(chǔ)在基底無(wú)摩擦和有摩擦?xí)r的承載力系數(shù)Nγ的變化規(guī)律，并提出計(jì)算Nγ的新方法。Diaz-Segura 等［20］計(jì)算對(duì)比了已有的60 種計(jì)算Nγ的方法，發(fā)現(xiàn)不同方法計(jì)算的結(jié)果會(huì)存在較大的差異。

3）仿真分析

目前有很多學(xué)者進(jìn)一步對(duì)沉井基礎(chǔ)施工至運(yùn)營(yíng)階段的受力進(jìn)行細(xì)致的有限元仿真分析研究，計(jì)算中不需要對(duì)沉井結(jié)構(gòu)及地基土參數(shù)做很大的簡(jiǎn)化，提高了計(jì)算結(jié)果的可靠性，如楊燦文等［21］對(duì)某大型懸索橋沉井基礎(chǔ)分別進(jìn)行了三維有限元模型及二維平面模型計(jì)算，并分析其應(yīng)力與變形結(jié)果；肖德存等［22］針對(duì)泰州長(zhǎng)江大橋中塔沉井浮運(yùn)及刃腳下土體被掏空的最不利工況，利用有限元對(duì)刃腳根部以上高度等于該處壁厚的一段井壁進(jìn)行水平框架分析，得到內(nèi)力分布情況，結(jié)果表明最不利工況滿足設(shè)計(jì)內(nèi)力要求；穆保崗等［23］將沉井刃腳及內(nèi)隔墻下方土體支承簡(jiǎn)化為Winkler 模型，用電算程序?qū)Τ辆诖箦伒组_(kāi)挖及分區(qū)開(kāi)挖工況下的內(nèi)力進(jìn)行計(jì)算，得出分區(qū)開(kāi)挖可明顯降低內(nèi)隔墻的彎矩等結(jié)論。

綜上所述，目前在沉井施工至運(yùn)營(yíng)階段，采用巖土力學(xué)理論及有限元分析結(jié)構(gòu)受力，并取得一定成果，但在大型沉井基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)受力中，存在不足如下：

（1）施工中分多次接高的沉井結(jié)構(gòu)的受彎、受剪等復(fù)雜受力特性及相應(yīng)承載能力的研究尚少；

（2）施工過(guò)程中最不利的控制工況理論研究極少，現(xiàn)有的研究主要基于沉井以理想姿態(tài)下沉，但其與實(shí)際狀態(tài)差距較大；

（3）既有沉井基礎(chǔ)受力理論以發(fā)生整體剪切破壞作為達(dá)到其極限承載力的標(biāo)準(zhǔn)，這種破壞模式并不適合實(shí)際受壓、彎、剪復(fù)合受力大型沉井基礎(chǔ)；

（4）有限元仿真計(jì)算中最不利工況考慮不足，大型沉井的有限元中沉井結(jié)構(gòu)與地基土的接觸大多基于理想狀態(tài)，而實(shí)際沉井下沉施工一直處于不均勻、不平衡受力狀態(tài)，甚至還出現(xiàn)沉井下局部支頂、大面積脫空等非常規(guī)工況，使得施工過(guò)程中不利受力工況的準(zhǔn)確模擬存在相當(dāng)大的難度，因而常規(guī)的工況模擬計(jì)算難以反映實(shí)際沉井施工過(guò)程中的復(fù)雜受力、甚至結(jié)構(gòu)混凝土被拉裂的情況。

可見(jiàn)，大型沉井基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的受力理論與驗(yàn)算方法亟須提升。

2.2 大型沉井基礎(chǔ)下沉摩阻力理論

沉井下沉過(guò)程中刃腳端阻力和井壁摩阻力是平衡沉井自重等下沉力并保持沉井平緩下沉的支撐力，也是沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工工藝選擇和助沉措施使用的重要依據(jù)，目前通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試及室內(nèi)實(shí)驗(yàn)等方法［24-25］，在端阻力方面的研究已取得一定成果，如下沉初期，刃腳端阻力隨下沉深度的變化規(guī)律；刃腳下土體壓力松弛區(qū)對(duì)刃腳端阻力的影響規(guī)律等。在井壁摩阻力方面的研究主要集中在理論分析和室內(nèi)試驗(yàn)［26］，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析還較少，摩阻力的變化模式也未得出相對(duì)統(tǒng)一的結(jié)論；同時(shí)目前在實(shí)際工程中這部分的計(jì)算設(shè)計(jì)具有較強(qiáng)的經(jīng)驗(yàn)性，計(jì)算結(jié)果往往難以真實(shí)反映實(shí)際情況。

國(guó)內(nèi)外的學(xué)者對(duì)側(cè)壁摩阻力的研究主要采用現(xiàn)場(chǎng)原位監(jiān)測(cè)、室內(nèi)模型試驗(yàn)、解析計(jì)算以及數(shù)值模擬等。如：Potyondy 等［27］對(duì)不同土層與不同剛性材料相接觸的摩擦系數(shù)進(jìn)行了試驗(yàn)研究，得出各種接觸類型的實(shí)測(cè)摩擦系數(shù)值，并指出摩擦系數(shù)與土體性質(zhì)等有較大關(guān)系；穆保崗等［28］通過(guò)實(shí)測(cè)得到土壓力及各土層的摩擦系數(shù)，進(jìn)一步分析得出沉井下沉過(guò)程中“兩頭小、中間大”的側(cè)壁摩阻力分布形式，并對(duì)現(xiàn)行規(guī)范建議的分布特征與公式進(jìn)行了修正；Wagner等［29］通過(guò)原位試驗(yàn)，對(duì)井壁為直壁和有凹槽的沉井進(jìn)行側(cè)壁摩阻力研究，得出井壁形式對(duì)側(cè)壁摩阻力影響較大等結(jié)論；梁穡稼等［30］基于平面滑裂面和極限平衡狀態(tài)假定，推導(dǎo)出土層為單一非黏土?xí)r沉井下沉的土壓力和側(cè)壁摩阻力計(jì)算公式，采用內(nèi)摩擦角和自重應(yīng)力等效的方法將其推廣至成層黏土層中，為沉井摩阻力的計(jì)算方法提供了參考。

此外，對(duì)于高度大的大平面沉井基礎(chǔ)在下沉中后期面臨側(cè)壁摩阻力過(guò)大而引起滯沉等下沉困難的問(wèn)題，下沉系數(shù)是判斷沉井在下沉過(guò)程中能否順利下沉的關(guān)鍵參數(shù)，為下沉力（沉井自重及施工荷載扣除浮力）與阻力（刃腳端阻力及側(cè)壁摩阻力）的比值，一般小于1.05時(shí)下沉就十分困難［8］。然而既有下沉系數(shù)計(jì)算公式是否適合大型沉井仍需探討。

綜上可知，目前通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，在刃腳端阻力及側(cè)壁摩阻力方面的研究已取得一定成果；但由于地層條件、測(cè)點(diǎn)布置、監(jiān)控手段等諸多因素的影響，目前對(duì)刃腳端阻力、側(cè)壁摩阻力相關(guān)機(jī)理及準(zhǔn)確量化計(jì)算方面的細(xì)致研究還很局限。較多的研究集中于擬合出摩阻力側(cè)壁分布模式，雖然初步得出的分布模式與測(cè)得的土壓力值分布模式符合良好，但少有進(jìn)一步的理論機(jī)理研究與下沉動(dòng)態(tài)數(shù)值模擬分析，而且摩擦系數(shù)多通過(guò)室內(nèi)直剪試驗(yàn)獲得，得出的結(jié)果經(jīng)常出現(xiàn)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際結(jié)果差異較大的情況，在實(shí)際施工中，難以準(zhǔn)確指導(dǎo)施工。

2.3 沉井基礎(chǔ)長(zhǎng)期變位理論

沉井基礎(chǔ)在竣工后發(fā)生的長(zhǎng)期變位主要包括均勻沉降及不均勻沉降、水平位移及轉(zhuǎn)角等，其主要原因有地基沉降、偏心荷載（橋墩偏心、地基反力不均勻等）傳遞、懸索橋大纜的水平力作用等。國(guó)內(nèi)外沉井基礎(chǔ)沉降、水平變位及轉(zhuǎn)角的研究相對(duì)簡(jiǎn)單，相關(guān)研究主要集中于簡(jiǎn)化理論及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)試驗(yàn)。國(guó)內(nèi)早期沉井基礎(chǔ)大多修建在基巖上防止運(yùn)營(yíng)期間沉井基礎(chǔ)產(chǎn)生過(guò)大的變位并保證其穩(wěn)定性，而隨著南京長(zhǎng)江大橋的修建，沉井基礎(chǔ)開(kāi)始修建于軟土地基上。沉井基礎(chǔ)的長(zhǎng)期變位對(duì)大橋運(yùn)營(yíng)影響顯著，而長(zhǎng)期變位過(guò)程與運(yùn)營(yíng)階段結(jié)構(gòu)受力、土體特性等眾多因素有關(guān)，通過(guò)現(xiàn)有的計(jì)算模型——?jiǎng)傮w模型和Winkler 彈性地基梁模型分析，其精度相對(duì)較低。Gerolymos［31］采用基于廣義Winkler 地基模型的非線性計(jì)算方法，計(jì)算沉井在水平靜載及循環(huán)荷載下的變位情況，其計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果及有限元計(jì)算結(jié)果都能很好地吻合；Suryasentana等［32］進(jìn)一步研究Winkler 模型在沉井基礎(chǔ)下線彈性土體特性的模擬應(yīng)用；可見(jiàn)基于Winkler 彈性地基梁模型分析的方法仍是沉井變位計(jì)算的主要方法。對(duì)于水平荷載下的水平位移計(jì)算，Ibsen［33］通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和數(shù)值分析相結(jié)合的方法，對(duì)沉井基礎(chǔ)在波浪沖擊下的水平變位情況進(jìn)行了研究，其采用考慮部分排水的單屈服面硬化模型計(jì)算結(jié)果比Duncan-Chang增量彈性模型更接近實(shí)驗(yàn)結(jié)果；李家平等［34］通過(guò)縮尺模型試驗(yàn)和有限元數(shù)值分析研究了主纜拉力對(duì)軟土地基中錨碇基礎(chǔ)變位的影響規(guī)律，得出在主纜拉力下，錨碇沉井基礎(chǔ)不僅有水平位移，還有剛體轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)生，其變位與主纜拉力呈非線性關(guān)系；反映了2 種主要水平荷載下沉井位移計(jì)算方法和特點(diǎn)。此外，趙永輝等［35］通過(guò)模擬潤(rùn)揚(yáng)長(zhǎng)江大橋沉井基礎(chǔ)實(shí)際受力，采用巖石雙軸流變?cè)囼?yàn)機(jī)開(kāi)展了單軸壓縮蠕變?cè)囼?yàn)，并進(jìn)行了參數(shù)擬合分析，初步得出軟巖蠕變的基本規(guī)律，為軟巖基礎(chǔ)的沉井變位計(jì)算提供參考。

可見(jiàn)，沉井基礎(chǔ)在偏心荷載和巨大的纜索拉力作用下的豎向不均勻變位和水平位移已經(jīng)有良好的研究成果，并實(shí)現(xiàn)相應(yīng)位移的控制，但隨著沉井基礎(chǔ)尺寸變大、土層條件復(fù)雜性加劇，沉井基礎(chǔ)在長(zhǎng)期荷載下的位移規(guī)律及機(jī)理、精確的位移量值等仍需要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)資料進(jìn)一步研究。

3 橋梁大型沉井基礎(chǔ)施工及控制

沉井下沉施工工藝選擇需要考慮的因素眾多，既有結(jié)構(gòu)本身尺寸、重量、構(gòu)造特征等，又有橋址環(huán)境如工程地質(zhì)、水文條件、地形地貌等，并涉及施工控制及助沉措施等，上述因素綜合影響最終施工工藝的結(jié)果，也顯著影響沉井能否順利下沉到預(yù)定位置。隨著沉井基礎(chǔ)的規(guī)模不斷增大，傳統(tǒng)的施工工藝因大平面面積下復(fù)雜地基土、巖體特性的影響而面臨下沉困難、開(kāi)挖不均勻、翻砂、突沉等風(fēng)險(xiǎn)，因此，安全、高效的成套施工工藝成為迫切需求。

3.1 沉井基礎(chǔ)下沉施工工藝

國(guó)內(nèi)橋梁大型沉井基礎(chǔ)的施工工藝均為結(jié)合實(shí)際情況充分優(yōu)化的結(jié)果，如滬通鐵路長(zhǎng)江大橋［12］、五峰山長(zhǎng)江大橋［3］的沉井基礎(chǔ)下沉均采用“多次接高、多次下沉”，排水與不排水相結(jié)合，分區(qū)開(kāi)挖的施工工藝；五峰山長(zhǎng)江大橋［13］沉井基礎(chǔ)下沉施工中除了采用了傳統(tǒng)的大鍋底開(kāi)挖、分區(qū)開(kāi)挖的工藝外，還研制了下沉初期的“角點(diǎn)支撐”均勻開(kāi)挖及下沉后期環(huán)形開(kāi)挖的施工工藝［4］。部分開(kāi)挖方法如圖5所示，圖中填充墻體及陰影部分為土體保留區(qū)，空白部分為吸泥開(kāi)挖區(qū)。

圖5 部分沉井基礎(chǔ)開(kāi)挖方法

根據(jù)目前大型沉井基礎(chǔ)實(shí)際施工工藝調(diào)研，可以得出其施工工藝特點(diǎn)如下。

（1）在下沉方法上，與中小型沉井有了顯著的差異，中小型沉井常用的整體澆筑單次下沉的方法已不再適用，國(guó)內(nèi)外很多在建和已建的大型沉井基礎(chǔ)大多采用分次拼裝或澆筑、多次下沉的施工方法。

（2）下沉過(guò)程中應(yīng)充分考慮基底巖土體的不均勻以及突沉、翻砂、管涌、流土等不利情況對(duì)沉井結(jié)構(gòu)造成的影響與下沉控制難度；單一的排水下沉不再適合大型沉井基礎(chǔ)，更多的是初期排水下沉、部分降排水下沉和不排水下沉相結(jié)合的方法。

（3）傳統(tǒng)的“大鍋底”開(kāi)挖方法具有施工成熟、施工速度快等優(yōu)勢(shì)，但對(duì)沉井受力要求高，在大型沉井的下沉施工中已越發(fā)局限，由于平面尺寸增大，整個(gè)施工下沉過(guò)程中，沉井結(jié)構(gòu)受彎效應(yīng)顯著，尤其是在首次下沉階段，沉井結(jié)構(gòu)底部承受較大拉應(yīng)力。

（4）針對(duì)大型沉井結(jié)構(gòu)受力安全及均勻下沉的要求，沉井全倉(cāng)室均勻開(kāi)挖或多分區(qū)開(kāi)挖、環(huán)形開(kāi)挖等方式不斷發(fā)展，此類方法在沉井中部有足夠的支撐力，減小沉井受彎以及其他不利情況發(fā)生的概率。多分區(qū)及均勻開(kāi)挖工藝便于控制沉井姿態(tài)，但施工下沉速度有所降低，并對(duì)沉井監(jiān)控要求更高。

（5）在大型沉井基礎(chǔ)下沉的中后期，因下沉深度的增加，沉井端阻力及側(cè)壁摩阻力更加復(fù)雜且分布不均勻，沉井結(jié)構(gòu)受力更為復(fù)雜，如何調(diào)整施工工藝，控制開(kāi)挖的均勻性并結(jié)合監(jiān)控措施，避免滯沉及突沉等異常情況同樣非常關(guān)鍵。

3.2 沉井基礎(chǔ)助沉及糾偏等施工輔助措施

在大型沉井基礎(chǔ)全過(guò)程下沉中，為了解決沉井首次下沉階段易開(kāi)裂、傾斜等問(wèn)題，在下沉中后期易滯沉、翻砂、突沉、傾斜等不利情況，以及水中大噸位鋼殼沉井浮運(yùn)、定位、著床等難點(diǎn)。一系列的施工輔助方法及助沉措施不斷發(fā)展。

1）沉井糾偏

沉井下沉是一個(gè)不斷糾偏的過(guò)程；在滬通鐵路、五峰山等長(zhǎng)江大橋沉井基礎(chǔ)施工過(guò)程中偏吸土為應(yīng)用較多的糾偏方法，下沉后期，以空氣幕糾偏為主、偏吸泥為輔的措施來(lái)保證沉井姿態(tài)［18，31-34］；當(dāng)?shù)撞客馏w為黏土層時(shí)，吸泥設(shè)備難以直接將土體吸出；遇到孤石、局部硬巖則需要特殊處理，在楊泗港大橋沉井下沉?xí)r通過(guò)局部爆破取土的方式來(lái)解決局部下沉困難并防止沉井開(kāi)挖偏位［31］。

2）沉井助沉措施

在大型沉井下沉中后期，隨著側(cè)壁阻力增大，易發(fā)生滯沉；降低沉井端阻力可以通過(guò)加強(qiáng)井孔內(nèi)吸泥實(shí)現(xiàn)；減小側(cè)壁摩阻力可采用高壓射水、砂套、觸變泥漿套等。另外一方面，避免沉井突沉的發(fā)生同樣十分重要，在軟土地基中，采用水泥攪拌樁加固地基，可以較好地控制沉井突沉、不均勻沉降；還可以在沉井井壁外側(cè)布置止水帷幕，阻止或減少基坑側(cè)壁及基坑底地下水涌入基坑，降低翻砂、涌土等風(fēng)險(xiǎn)。在沉井下沉中后期，主要通過(guò)有效井內(nèi)泥面標(biāo)高監(jiān)控措施及數(shù)據(jù)分析來(lái)控制開(kāi)挖量并盡量保證均勻開(kāi)挖，避免滯沉及突沉。

3）深水沉井基礎(chǔ)施工

深水區(qū)沉井基礎(chǔ)通常采取底節(jié)鋼沉井或沉井鋼殼浮運(yùn)到位，通過(guò)布置在井底及周?chē)臍饽业葋?lái)調(diào)整沉井角度并結(jié)合纜索等控制措施實(shí)現(xiàn)精確定位下沉著床，之后再進(jìn)行井內(nèi)吸泥下沉。沉井定位過(guò)程中主要考慮風(fēng)、水流和波浪等作用力的影響［2］。在滬通鐵路等長(zhǎng)江大橋鋼沉井施工時(shí)，其底節(jié)采用鋼殼混凝土，通過(guò)整體出塢浮運(yùn)使大噸位鋼沉井就位，布置在井底的氣囊調(diào)整角度進(jìn)而實(shí)現(xiàn)沉井精確定位［11-12］。深水沉井基礎(chǔ)一般都位于大江或海洋中［36］，有效預(yù)防河床局部波流力對(duì)于沉井著床定位的影響［37］，以及沉井基礎(chǔ)就位至下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高的全過(guò)程中風(fēng)浪波流力作用對(duì)沉井結(jié)構(gòu)的不利影響是重要研究課題。

3.3 沉井施工監(jiān)測(cè)與控制

在超大型沉井基礎(chǔ)的下沉施工過(guò)程中，由于地基土、巖體的復(fù)雜性與不均勻性，沉井難以一直保持均勻下沉，甚至面臨翻砂、突沉等異常工況，因此及時(shí)發(fā)現(xiàn)沉井偏位、及時(shí)糾偏及異常工況控制措施必不可少。相應(yīng)的智能化監(jiān)控系統(tǒng)、助沉措施以及糾偏、滯沉、翻砂控制措施顯得非常關(guān)鍵。五峰山、滬通鐵路長(zhǎng)江大橋的沉井基礎(chǔ)在下沉施工中均通過(guò)信息化監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)整個(gè)下沉過(guò)程結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變、側(cè)壁土壓力等進(jìn)行監(jiān)控，并對(duì)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，從而保證了沉井的順利下沉［4，12］。在大型沉井基礎(chǔ)施工過(guò)程中，為準(zhǔn)確、及時(shí)獲取沉井下沉過(guò)程中關(guān)鍵部位的受力情況及整體位移情況，需要對(duì)沉井各施工狀態(tài)的重要參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，還需對(duì)周?chē)噜徑ㄖ锏挠绊戇M(jìn)行監(jiān)測(cè)。目前主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括沉井幾何姿態(tài)監(jiān)測(cè)、受力狀態(tài)監(jiān)測(cè)和環(huán)境監(jiān)測(cè)；其中幾何姿態(tài)監(jiān)測(cè)包括平面位置偏差、傾斜度、扭轉(zhuǎn)角和下沉量，受力狀態(tài)監(jiān)測(cè)主要包括刃腳及井壁土壓力、沉井結(jié)構(gòu)應(yīng)力等，環(huán)境監(jiān)測(cè)主要包括降水井水位監(jiān)測(cè)、泥面標(biāo)高監(jiān)測(cè)、周?chē)饕獦?gòu)筑物基礎(chǔ)沉降監(jiān)測(cè)等。大型沉井基礎(chǔ)下沉過(guò)程中監(jiān)測(cè)內(nèi)容及對(duì)應(yīng)儀器等見(jiàn)表3。

表3 大型沉井基礎(chǔ)監(jiān)測(cè)內(nèi)容

傳統(tǒng)的人工監(jiān)測(cè)因測(cè)量周期長(zhǎng)、數(shù)據(jù)處理慢、無(wú)法實(shí)時(shí)直觀地展現(xiàn)監(jiān)測(cè)結(jié)果等缺點(diǎn)，不適合大型沉井基礎(chǔ)的監(jiān)控。因此，大型沉井基礎(chǔ)在施工前通常研建一套適合于該項(xiàng)目的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，提供直觀的監(jiān)測(cè)界面，對(duì)沉井施工過(guò)程重要部位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)展示，并可對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超限情況進(jìn)行預(yù)警。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)滿足實(shí)用、實(shí)時(shí)、同步、準(zhǔn)確、統(tǒng)一的要求。信息化監(jiān)控系統(tǒng)采用前期分析、過(guò)程中受控、后期處理等一系列措施。圖6為五峰山長(zhǎng)江大橋沉井基礎(chǔ)的實(shí)時(shí)監(jiān)控界面［4，12］。實(shí)時(shí)監(jiān)控準(zhǔn)確可靠是建立在各監(jiān)控元件正常工作的基礎(chǔ)上，因此對(duì)各監(jiān)控元件都應(yīng)有很好的保護(hù)。

圖6 監(jiān)控系統(tǒng)界面

4 橋梁大型沉井基礎(chǔ)研究的總結(jié)與展望

4.1 大型沉井基礎(chǔ)研究有待解決的課題

目前，盡管大型沉井基礎(chǔ)已經(jīng)不斷應(yīng)用于實(shí)橋，相應(yīng)研究工作也取得眾多成果，但在沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工等諸多方面仍存在有待進(jìn)一步解決的課題。

（1）在沉井結(jié)構(gòu)受力安全方面，大型沉井結(jié)構(gòu)在施工下沉全過(guò)程中的靜動(dòng)態(tài)受力特性并未探明，尚未形成沉井基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)荷載、施工控制工況、結(jié)構(gòu)與施工安全性等的設(shè)計(jì)理論。

（2）在下沉摩阻力方面，刃腳支反力及側(cè)壁摩阻力是沉井下沉過(guò)程中的最主要抗力，但目前在下沉摩阻力方面的理論研究仍較為缺乏，尚未厘清復(fù)雜土、巖體與沉井作用機(jī)理，更無(wú)行之有效的刃腳支反力、側(cè)壁摩阻力計(jì)算理論與公式；此外，由于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)條件限制，使得實(shí)測(cè)結(jié)果存在很大波動(dòng)，導(dǎo)致相關(guān)研究止步于土壓力和側(cè)壁摩阻力的簡(jiǎn)化分布，未能進(jìn)行更深入系統(tǒng)的機(jī)理研究。

（3）在深水沉井基礎(chǔ)波流力作用方面，深水沉井在施工階段的波流力直接影響下沉工藝及沉井定位精度，相關(guān)計(jì)算分析理論研究工作有待進(jìn)一步發(fā)展；而沉井在長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)中在波流水作用力及沖刷下的性能演化等相關(guān)研究工作才剛剛起步。

（4）在施工工藝及控制方面，主要是開(kāi)挖或吸泥下沉并通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控及不斷糾偏來(lái)進(jìn)行調(diào)整；在線監(jiān)測(cè)方法與手段雖有顯著進(jìn)展，但在提前預(yù)警和數(shù)據(jù)快速處理方面仍有待提升；大型沉井下沉過(guò)程中異常工況如滯沉、偏位、突沉翻砂等的有效預(yù)防及控制對(duì)策尚不完善。

4.2 大型沉井基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)受力和位移新理論

1）基于施工控制工況的沉井設(shè)計(jì)理論

下沉施工過(guò)程中，沉井會(huì)發(fā)生很多受力遠(yuǎn)大于其就位后受力的情況，如初始下沉、不同步下沉、糾偏、翻砂、突沉等。深水沉井基礎(chǔ)還會(huì)面臨風(fēng)浪波流力等［38］。對(duì)于大型沉井基礎(chǔ)首次下沉?xí)r沉井高度有限但平面尺寸很大，其底部受力普遍表現(xiàn)出大跨度梁、板的受力特點(diǎn)，沉井結(jié)構(gòu)的最不利應(yīng)力很大可能出現(xiàn)在首次下沉階段。隨著下沉深度的增加，各種突發(fā)工況均有可能出現(xiàn)，因此研究沉井施工階段的控制工況，并通過(guò)沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足施工工況受力安全性要求以及地基承載力要求等沉井基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)新理論非常迫切。

2）下沉摩阻力理論

目前越來(lái)越多的理論研究聚焦于沉井下沉期間摩阻力變化情況及理論模型的推導(dǎo)；除現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試、室內(nèi)試驗(yàn)外，通過(guò)有限元模擬并結(jié)合全過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)控獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析提高了結(jié)果的可靠性，但其理論性及與現(xiàn)場(chǎng)偏差問(wèn)題仍有待改進(jìn)。在沉井實(shí)際下沉施工中，開(kāi)挖下沉、穩(wěn)定、調(diào)整糾偏等工況交替進(jìn)行，沉井結(jié)構(gòu)與周?chē)馏w之間的動(dòng)摩擦力與靜摩擦力相應(yīng)地交替變化，相應(yīng)靜、動(dòng)摩擦力的量值與機(jī)理差異較大。在大型沉井下沉中后期，沉井滯沉、突沉易發(fā)，故對(duì)于將側(cè)壁摩阻力按照靜摩擦力、動(dòng)摩擦力分開(kāi)考慮非常必要，相關(guān)力學(xué)機(jī)理均需進(jìn)一步深入研究。此外，土體的應(yīng)力狀態(tài)受土層、施工荷載、開(kāi)挖擾動(dòng)的影響很大，土壓力在垂直方向并不呈線性變化規(guī)律，而且，土中地下水的分布區(qū)域和范圍對(duì)其同樣有影響，如何考慮眾多影響參數(shù)對(duì)土壓力和側(cè)壁摩阻力的影響也需深入研究。

3）長(zhǎng)期位移理論

隨著國(guó)內(nèi)大跨徑橋梁的建設(shè)，越來(lái)越多的沉井基礎(chǔ)位于軟巖甚至軟土地基上，此時(shí)應(yīng)充分考慮軟土地基的蠕變特性，通過(guò)有限元進(jìn)行分析可以取得一定的效果，但精確模型的構(gòu)建及周邊土體參數(shù)的模擬較為復(fù)雜，因此有必要在此方面加強(qiáng)研究。此外，沉井基礎(chǔ)在偏心荷載、水平力、基底不均勻沉降等作用下的位移發(fā)生機(jī)理，以及由變位引起沉井基礎(chǔ)上的橋墩、錨碇發(fā)生水平位移及轉(zhuǎn)動(dòng)量值，進(jìn)而影響主橋及引橋的受力特性及橋面線形情況，特別是鐵路橋梁軌道的平順性及行車(chē)安全性，均需要進(jìn)一步研究；因此在對(duì)沉井基礎(chǔ)變位方面，需要更為準(zhǔn)確的施工直至運(yùn)營(yíng)階段全壽命周期計(jì)算理論與算法研究，為沉井基礎(chǔ)變位控制、確保橋梁運(yùn)營(yíng)階段的受力合理性及適用性能提供保障。

4.3 大型沉井基礎(chǔ)新結(jié)構(gòu)

由于平面尺寸的不斷增大，沉井結(jié)構(gòu)由傳統(tǒng)的抗壓、抗剪為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐钥箯?、抗扭、抗壓綜合受力。而目前國(guó)內(nèi)的沉井基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)主要為鋼筋/鋼殼混凝土結(jié)構(gòu)，不利于施工階段的受力且限制了沉井尺寸的進(jìn)一步發(fā)展。沉井設(shè)計(jì)方面，可以通過(guò)適當(dāng)增加底部配筋率或加強(qiáng)混凝土與鋼殼的黏結(jié)性提高結(jié)構(gòu)的抗裂性；當(dāng)沉井平面尺寸不小于4 000 m2時(shí)，可以考慮在底節(jié)沉井四周及中部布置預(yù)應(yīng)力鋼束提高結(jié)構(gòu)的承載能力及抗裂性能，如圖7所示。

對(duì)于超大型沉井基礎(chǔ)，應(yīng)結(jié)合施工方案進(jìn)行施工階段受力特性分析，可以考慮高標(biāo)號(hào)混凝土、部分預(yù)應(yīng)力、預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)、鋼混組合結(jié)構(gòu)及鋼結(jié)構(gòu)沉井的應(yīng)用等。此外，沉井結(jié)構(gòu)構(gòu)造連接的改進(jìn)，如裝配式井壁刃腳和隔墻刃腳，裝配式的刃腳與沉井井身之間連接為鉸接，在井身受彎時(shí)可適應(yīng)沉井變形，避免參與整體受力。通過(guò)沉井基礎(chǔ)新結(jié)構(gòu)的引入及構(gòu)件的不斷優(yōu)化，大平面沉井基礎(chǔ)可靠性及施工便捷性將不斷提高，如采用鋼結(jié)構(gòu)、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)提升沉井的抗彎、抗扭、抗裂性能及傳統(tǒng)下沉施工工藝適用性，沉井平面面積可繼續(xù)發(fā)展；采用高標(biāo)號(hào)混凝土預(yù)應(yīng)力沉井結(jié)構(gòu)或鋼混組合沉井，沉井平面面積理論上可達(dá)到1萬(wàn)m2以上。

4.4 沉井基礎(chǔ)施工控制新技術(shù)

計(jì)算機(jī)仿真、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)新技術(shù)等的飛速發(fā)展推動(dòng)了沉井基礎(chǔ)施工控制技術(shù)的發(fā)展，從前期的施工可行性研究、施工工藝設(shè)計(jì)、仿真分析等，到施工中的運(yùn)輸拼裝、精確下沉、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與分析等，施工控制技術(shù)，已經(jīng)成為影響沉井下沉施工順利的關(guān)鍵。

在沉井施工監(jiān)控技術(shù)方面除了目前工程中大量應(yīng)用的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)外，一些新技術(shù)也逐漸在沉井的施工監(jiān)控中發(fā)生重要作用，如三維聲吶可在沉井不排水下沉到一定深度后對(duì)井內(nèi)土體標(biāo)高進(jìn)行測(cè)量及水下成像，能夠清晰準(zhǔn)確判斷倉(cāng)室泥面及井壁的狀態(tài)，還可以判斷刃腳埋深及刃腳是否處于懸空狀態(tài)，水下混凝土是否填充到位等，為進(jìn)一步吸泥施工做出準(zhǔn)確指導(dǎo)；監(jiān)測(cè)去噪技術(shù)利用小波去噪等降噪方法對(duì)沉井監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中三維運(yùn)動(dòng)姿態(tài)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，降低多路徑效應(yīng)等隨機(jī)誤差的影響，進(jìn)而保證監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性；通過(guò)水下機(jī)器人攜帶的高清光學(xué)攝像頭對(duì)各井孔進(jìn)行水下探摸及攝像，判斷井壁和刃腳是否脫空，從而確認(rèn)水下土體開(kāi)挖均勻性，并保證封底混凝土與井壁及刃腳之間的良好黏結(jié)。

此外，開(kāi)展沉井基礎(chǔ)施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，辨識(shí)出施工各階段可能存在的風(fēng)險(xiǎn)因素，通過(guò)系統(tǒng)化的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)量化評(píng)選出中、高風(fēng)險(xiǎn)源，對(duì)其采取有針對(duì)性的控制措施及預(yù)案，從而將風(fēng)險(xiǎn)因素控制在可接受的范圍內(nèi)，同樣有助于沉井的順利施工。科學(xué)合理的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估能夠有效降低工程出險(xiǎn)的可能性和事故造成的損失影響，對(duì)保證工程安全性、提高工程質(zhì)量、獲得最佳經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益具有重大意義。

5 結(jié) 語(yǔ)

近十多年來(lái)，國(guó)內(nèi)橋梁大型沉井基礎(chǔ)發(fā)展迅猛，平面面積已超過(guò)7 000 m2，但目前相關(guān)大型沉井結(jié)構(gòu)理論、下沉施工工藝與控制、下沉摩阻力、突沉翻砂異常工況機(jī)理等理論方面尚缺乏系統(tǒng)研究。大型沉井下沉施工控制工況、施工過(guò)程中沉井受力與變形等理論同樣尚待發(fā)展；下沉施工過(guò)程中的沉井摩阻力理論有一定研究成果，但相關(guān)刃腳端阻力、側(cè)壁摩阻力等力學(xué)機(jī)理及隨下沉過(guò)程的變化規(guī)律有待于進(jìn)一步研究；沉井施工工藝與監(jiān)控技術(shù)正快速發(fā)展，但異常工況如突沉、翻砂、滯沉等的發(fā)生機(jī)理與預(yù)防、解決機(jī)制有待進(jìn)一步發(fā)展。

大型沉井基礎(chǔ)的施工工藝和施工控制，因其平面尺寸、自重等的增大發(fā)生根本性變化，分區(qū)開(kāi)挖、倉(cāng)室均勻開(kāi)挖等細(xì)化施工工藝取代傳統(tǒng)的“大鍋底”開(kāi)挖以利于沉井結(jié)構(gòu)受力。同時(shí)，更高效、安全的助沉措施如空氣幕、射水等也不斷發(fā)展并綜合應(yīng)用。信息化的實(shí)時(shí)在線施工監(jiān)控技術(shù)發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，即時(shí)反饋沉井受力、幾何參數(shù)、水位、泥面標(biāo)高、周?chē)鷺?gòu)筑物的實(shí)時(shí)情況并實(shí)施提前、及時(shí)的決策，避免及減小施工風(fēng)險(xiǎn)損失。以聲吶技術(shù)、水下機(jī)器人等為代表的下沉監(jiān)測(cè)技術(shù)，可提高沉井的下沉效率和安全性，是沉井基礎(chǔ)安全施工進(jìn)一步發(fā)展的重要支撐。

當(dāng)前，沉井基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)主要為鋼筋、鋼殼混凝土結(jié)構(gòu)，不利于施工階段受力且限制了沉井尺寸的發(fā)展；發(fā)展預(yù)應(yīng)力混凝土、鋼混組合、鋼結(jié)構(gòu)沉井等新結(jié)構(gòu)代替常規(guī)的鋼筋混凝土沉井，大幅提升沉井結(jié)構(gòu)抗彎、抗裂性能；并在既有設(shè)計(jì)施工經(jīng)驗(yàn)積累、信息化等技術(shù)的支撐下，沉井平面面積可繼續(xù)發(fā)展，有望達(dá)到1萬(wàn)m2以上。