沉箱(pneumatic caisson)

有盖无底或有底无盖作为施工护壁用的箱形结构。施工时，向沉箱工作室内输入压缩空气将水排出，造成无水工作条件，亦称气压沉箱。沉箱可用来修筑桥梁墩台或其他构筑物的基础，也可作为地下结构的一部分。早期沉箱多用钢材制造，以后相继改用钢筋混凝土、木筋混凝土、竹筋混凝土、木材和石料制造。钢筋混凝土沉箱工作室以上部分可做成实心的或空心的；顶盖和刃脚可做成空心结构，浮运就位后再浇灌混凝土填心。

发展简史1841年法国工程师M.特里热在采煤工程中最早使用了管状沉箱。1851年J.赖特在英国罗切斯特梅德韦河建桥时，下沉了深达18.6m管状沉箱。1859年弗勒尔圣德尼在法国莱茵河上建桥时，下沉了矩形沉箱。在中国1892～1894年修筑京山铁路滦河桥时最先采用了沉箱基础。1935～1937年中国茅以升设计建造钱塘江大桥时，采用了沉箱下接桩基的联合基础。1955年修建黎(塘)湛(江)铁路贵县郁江桥时也使用了沉箱基础。

沉箱构造主要由工作室、刃脚、箱顶圬工、升降孔和箱顶管路等组成(见图)。(1)工作室是由顶盖和刃脚围成的工作空间，其四周和顶面均密封不漏气。顶盖是工作室的顶板，承受箱顶圬工等荷重，下沉时承受高压空气向上的压力。刃脚为斜坡形，是工作室的外墙，有防止水和土进入工作室内及防止工作室内压缩空气外溢的作用。(2)箱顶圬工是基础或地下建筑的主要组成部分，在下沉过程中，箱顶圬工起压重作用。(3)升降孔是在沉箱和箱顶结构中留出的垂直孔道，其中安装了连通工作室和气闸的气筒(井管)，工作人员、器材、室内弃土可由气筒内上下通过。(4)箱顶管路有电线管、水管、进气管、排气管、风管、悬锤管和备用管等。检查沉箱下沉方向是否垂直的悬锤放置在悬锤管内。

沉箱图

1-刃脚；2-工作室；3-沉箱顶盖；4-箱顶圬工；5-进压缩空气管；6-人用受气闸；7-脚手架；8-绞车；9-中央总气闸；10-运料变气闸；11-弃土；12-井管；13-提升斗；14-扶梯

沉箱设备主要有气闸、气筒(井管)、空气压缩机和其他设备。(1)气闸位于气筒(井管)顶端，由中央气闸、人用变气闸和料用变气闸(进料筒、出土筒)组成。料用变气闸的作用是进料和出土时，不使工作室内气压发生变化；人用变气闸的作用是逐渐改变闸内气压，以使工作人员能适应工作室内外的气压差和防止人员出入工作室时而使压缩空气外溢。(2)气筒(井管)是连接气闸与工作室的孔道，气简中设隔墙将其分成两半：一半是运料升降孔(进料筒、出土筒)；另一半是人用升降孔。气筒随着沉箱下沉而逐步接长，始终保持气闸高出土面或水面。(3)空气压缩机(站)生产压缩空气，供给工作室和气闸。(4)其他设备，包括通讯照明设备、起重设备和挖运土机械等。

施工方法按下沉场地条件，沉箱分陆地下沉和水中下沉两种：(1)陆地下沉。地面无水时就地制造沉箱下沉；浅水时围堰筑岛后再制造沉箱下沉。(2)水中下沉。在高出水面的场地或在驳船上制造沉箱，水中浮运就位后下沉。陆地沉箱的施工顺序是：(1)制造；(2)拆除垫木；(3)安装气筒(井管)和气闸；(4)挖土下沉；(5)接高气筒(井管)；(6)下沉到设计标高后进行基底鉴定和地基处理；(7)填封工作室和升降孔。在沉箱内应有顺序的挖土，以保证沉箱平稳下沉。沉箱周围土的摩阻力过大而不能下沉时，可采取压重或暂时撤离工作人员，降低工作室内的气压，进行强迫下沉。

适用范围沉箱法适用于以下情况：(1)土层中有障碍物，使用沉井无法下沉或采用桩基无法穿透时；(2)待建的建筑物基础邻近埋置有较浅的旧有建筑物基础，要求保证地基稳定和建筑物安全时；(3)土层不稳定，无法下沉井或挖槽埋设水底隧道箱体时；(4)地质情况复杂，要求直接检验地基和对地基进行处理时。由于沉箱工作条件差，在压缩空气中工作对人体健康有害、工效低、费用大，入水深度受限制(一般控制在35m以内)。因此，除特殊情况外，一般较少使用。

沉箱病沉箱工作室内的工作人员是在高气压条件下工作，必须有一套严格的安全和劳动保护制度，其中包括工作人员体格检查，工作时间规定和工作人员出入沉箱必须在人用变气闸内按规定时间逐渐变压的规定等，否则就会引起沉箱病。例如，若加压太快，会引起耳膛病；减压太快，在高气压条件下血液中吸收的氮气来不及全部排出，形成气泡积聚压迫神经，会引起关节炎；血液中吸收的乙炔来不及全部排出，会引起人体中毒等。