沉箱基礎

氣壓沉箱是一種無底的箱形結構，因為需要輸入壓縮空氣來提供工作條件，故稱為氣壓沉箱或簡稱沉箱。

沉箱基礎是以氣壓沉箱來修築橋樑墩台或其他構築物的基礎。沉箱由頂蓋和側壁組成, 其側壁也稱刃腳。頂蓋留有孔洞，以安設向上接高的氣筒(井管)和各種管路。氣筒上端連以氣閘。氣閘由中央氣閘、人用變氣閘及料用變氣閘（或進料筒、出土筒）組成。在沉箱頂蓋上安裝圍堰或砌築永久性外壁。頂蓋下的空間稱工作室。由於沉箱作業條件差，對人員健康有害，且工效低、費用大，加上人體不能承受過大氣壓，沉箱入水深度一般控制在35米以內，使基礎埋深受到限制。因此，沉箱基礎除遇到特殊情況外，一般較少採用。 ^[1] 

沉箱由頂蓋和側壁組成(圖1)，其側壁也稱刃腳。頂蓋留有孔洞，以安設向上接高的氣筒(井管)和各種管路。氣筒上端連以氣閘。氣閘由中央氣閘、人用變氣閘及料用變氣閘（或進料筒、出土筒）組成。在沉箱頂蓋上安裝圍堰或砌築永久性外壁。頂蓋下的空間稱工作室。

當把沉箱沉入水下時，在沉箱外用空氣壓縮機把壓縮空氣通過儲氣筒、油質分離器經輸氣管分別輸入氣閘和沉箱工作室，把工作室內的水壓出室外。工作人員就可經人用變氣閘，從中央氣閘及氣筒內的扶梯進到工作室內工作。人用變氣閘的作用，是通過逐步改變閘內氣壓而使工作人員適應室內外的氣壓差，同時又可防止由於人員出入工作室而導致高壓空氣外溢。

在沉箱工作室裏，工作人員用挖土機具、水力機械（包括水力衝泥機、吸泥機）和其他機具挖除沉箱底下的土石，排除各種障礙物，使沉箱在其自重及其上逐漸增加的圬工或其他壓重作用下，克服周圍的摩阻力及壓縮空氣的反力而下沉。沉箱下到設計標高並經檢驗、處理地基後，用圬工填充工作室，拆除氣閘氣筒，這時沉箱就成了基礎的組成部分。在其上面可在圍堰保護下繼續修築所需要的建築物，如橋樑墩台、水底隧道、地下鐵道及其他水工、港口構築物等。 ^[1] 

沉箱是從潛水鐘發展起來的。1841年法國工程師M.特里熱在採煤工程中為克服管狀沉井下沉困難，把沉井的一段改裝為氣閘，成了沉箱，並提出了用管狀沉箱建造水下基礎的方案。1851年J.賴特在英國羅切斯特梅德韋河建橋時，首次下沉了深18.6米的管狀沉箱。1859年法國弗勒爾-聖德尼在萊茵河上建橋時,下沉了底面和基底相同的矩形沉箱，以後被廣泛應用。

早期的沉箱多用鋼鐵製造，以後又相繼出現石沉箱、木沉箱、鋼筋混凝土沉箱等。特大型的沉箱應推1878～1880年法國土倫幹船塢鋼沉箱,其平面為41×144米。下沉最深的沉箱為1955年位於密西西比河上、跨度 655米的管道懸索橋，因採用了沉箱周圍打深井抽水以降低地下水位的措施，使刃腳下工作最低處在靜水位以下達44米。

中國最先採用沉箱基礎的是京山(北京—山海關)鐵路灤河橋（1892～1894年），中國自行設計建造的浙贛（浙江—江西）鐵路杭州錢塘江橋(1935～1937年)，採用了沉箱下接樁基的聯合基礎。中華人民共和國成立後，有些橋樑如1955年建成的黎（塘）湛（江）鐵路貴縣鬱江橋也曾使用沉箱基礎，但以後逐漸為管柱及其他基礎所替代。

除上述氣壓沉箱外，還有一種被港口部門也稱為沉箱的構築物，其外形象一隻有底無蓋的箱子，因其不用壓縮空氣,可稱無壓沉箱（圖2）。它用鋼筋混凝土建造，只能在水中而不能在土中下沉，故它和氣壓沉箱不同，不能作為深埋基礎。一般多用在水流不急，地基或基牀不受沖刷，地基沉降小，基礎不需埋入土中或對沉降不敏感的構築物，如港口岸壁、碼頭、防波堤、燈塔等工程。

無壓沉箱一般在岸邊或船塢中製造，然後浮運就位，灌水和填充下沉，使之平穩沉到已整平的地基或拋石基牀上。如箱內填砂石，沉箱要作頂蓋。在基底土質較差時，也可先在水底挖一淺坑，打下若干基樁，在樁頂處灌築水下混凝土承台，再將無壓沉箱沉至已找平的承枱面上，箱周下部也用水下混凝土圍護。 ^[1] 

沉箱的施工按其下沉地區的條件有陸地下沉和水中下沉兩種方法。陸地下沉有地面無水時就地製造沉箱下沉，和水不深時採取圍堰築島製造沉箱下沉的兩種方法。水中下沉有在高出水面的腳手架上或在駁船上製造下沉,和在岸邊製造成可浮運的沉箱,再下水浮運就位下沉的兩種方法。為保證沉箱平穩下沉，在沉箱內挖土應有一定的順序。如沉箱內周圍土的摩擦阻力過大而不能下沉時，可暫時撤離工作人員，降低工作室內氣壓，以強迫下沉。

除了在施工後就成為基礎一部分的沉箱外，還有一種可多次使用的輕型沉箱稱為可撤式沉箱。修築基礎時它象一隻圬工上的罩子，隨着圬工面的升高而升高。施工完後，移出基礎。這種沉箱上升能力有限，入土深度不大，多用於維修工程。 ^[2] 

在沉箱工作室內的工作人員處於高氣壓的條件下工作，必須有一套嚴格的安全和勞動保護制度,包括對工作人員的體格檢查,工作時間的規定（氣壓越高，每班工作時間越少），以及工作人員進出沉箱必須在人用變氣閘內按規定時間逐漸變壓的制度。如加壓太快，會引起耳膛病；減壓太快，則在高氣壓條件下血液中吸收的氮氣來不及全部排出，形成氣泡積聚、擴張、堵塞，會引起嚴重的沉箱病。 ^[2] 

沉箱適用於如下情況：①待建基礎的土層中有障礙物而用沉井無法下沉，基樁無法穿透時；②待建基礎鄰近有埋置較淺的建築物基礎，要求保證其地基的穩定和建築物的安全時；③待建基礎的土層不穩定，無法下沉井或挖槽沉埋水底隧道箱體時；④地質情況複雜，要求直接檢驗並對地基進行處理時。由於沉箱作業條件差，對人員健康有害，且工效低、費用大，加上人體不能承受過大氣壓，沉箱入水深度一般控制在35米以內，使基礎埋深受到限制。因此，沉箱基礎除遇到特殊情況外，一般較少採用。 ^[2]