沉井的施工經驗談

一、前言

沉井（又稱沉箱，CAISSON）的應用，已有百餘年的歷史，早在1841年法國工程師特利其爾（Triger）就提出用氣壓沉箱方法施工橋墩，於1849首次應用成功。20世紀起，莫斯科及西歐的地下隧道、美國的橋梁基礎，均相繼採用沉箱結構，而中國從直徑2m小體積的集水井，到泰州巨大的長江大橋中塔沉井（58.4m×44.4m×76m），沉井沉降紀錄不斷被刷新。沉井的優點，施工設備簡單、操作容易、成本低、操作時間不受限制、出土快速且封底方便。

沉井是修築地下結構和深基礎的一種結構形式，先在地表製作成一個井筒狀的結構物，然後在井壁的圍護下，從井內的挖土，使沉井在自重及上部荷重作用下，逐漸沉降到設計高程，然後進行封底施作上面的結構體。玆將核能四廠氣象觀測鐵塔的沉井之經驗，簡介如下。

二、沉井構造

沉井的基本構造為井壁、刃腳、井孔凹槽、底板及頂蓋，分述如下：

1.井壁：係主要的受力部位，設計厚30cm的鋼筋混凝土結構體，以便有足夠的強度，承受井壁周遭的水、土壓力。

2.刃腳：主要作用為切削泥土下沉，因此必須要有足夠的強度，以免在切削泥土過程中破損，而刃腳的底面（踏面）厚為15cm，刃腳側面的傾角為60度，而刃腳高度，要綜合考慮沉井封底方式、或便於抽取刃腳底下的墊木、及泥土開挖等因素。

刃腳構造示意圖

3.井孔凸榫：凸榫高15cm、寬15cm，位於刃腳上方1m與井壁以及井壁與井壁間的銜接處，目的使銜接處有更好的接合，以便抵抗側向土壓力。

4.底板：為純混凝土，主要作用為防止地下水湧入，抵抗基底地層反力。

5.頂蓋：為沉井封底後，根據實際需要，井體頂端設置鋼筋混凝土的板。

三、施工流程

先將基地整平、放樣，然後以挖土機將基坑開挖約1.5m深，先澆置墊底混凝土，再放樣將刃腳的模板及鋼筋組立完成，並於刃腳上面施作凸榫後澆置混凝土，在刃腳上面完成井壁的模板及鋼筋組立，並於井壁上面施作凸榫後澆置混凝土。俟混凝土養護屆滿且達設計強度後，拆除內外模板，並鑿除沉井內打底混凝土，開始挖土下沉，俟沉井下沉到一定深度後，接長井壁再組立井壁的模板、鋼筋，於井壁上面施作凸榫後澆置混凝土，重複以上接長井壁及挖土下沉，直到設計高程，將沉井封底、內填砂石級配，及沉井頂端設置鋼筋混凝土頂蓋後，整個沉井施作完成。

沉井的下沉開挖，俟地面挖土機的作業深度達到極限後，須以人工開挖，利用搭設在沉井口地面的施工腳架，吊掛滑輪穿引鋼索連接的鐵桶，下降到沉井開挖底面，將挖掘的泥土，吊置於沉井口地面外的棄土坑。人工在沉井底面開挖過程中，必須使用壓風機，連接風管至作業沉井底面抽送風，排除作業環境之悶熱，以及保持空氣的新鮮。

為使沉井能夠順利下沉，每段井壁採1.7m高度的加載，以及刃腳採用鋼模、井壁採用7分防水夾板、且表面塗油的清水模板，使拆除模板後混凝土表面平滑，來克服下沉時的泥土摩擦阻力。

沉井平面示意圖

沉井剖面示意圖

四、施工安全措施

沉井的施工，最困難且最危險的階段，係在沉井內以人工挖土下沉過程；沉井內的侷限空間，衹允許一名人員作業開挖，雖然有自沉井外，以壓風機抽排及吹送風氣，但空氣還是很悶熱及污濁，因此每工作半小時～1小時，要出沉井外面休息20～30分鐘，喝水解熱及呼吸新鮮的空氣。

沉井內雖然悶熱，但是工作人員還是要帶安全帽、及配帶以繩索，連接於沉井口上地面的安全帶；至於沉井口外地面的工作人員，除了負責吊運沉井內開挖的泥土，堆置於棄土坑外，還要隨時注意壓風機抽排及吹送風氣的情形，以及沉井內工作人員的狀況，一旦發現精神或體能有異狀，應立即以繩索拉到沉井口外地面急救。

五、結語

本工程的沉井下沉，曾經因泥土的摩擦係數太大難以下沉，而以沉井壁上面加載，及沉井壁外周邊灌注水的方式因應，而得順利下沉。另下沉未達設計深度，即遇到岩盤難以下沉時，經與設計單位溝通協調，並經結構分析檢討安全無虞後，以深入岩盤1m的方式解決，終於將沉井順利且無災害的完成。

參考資料

1.沉井與沉箱定義，施工工藝，優缺點對比及分析大全，每日頭條，107年9月。

2.實用土木施工學，汪燮之， 88年3月。

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