特点
断面尺寸大，埋置深度大，整体性强，稳定性好，承载力高，内部空间可用；施工方便，挖土量少，下沉过程中本身作为挡土和挡水围堰结构物，不需板桩围护，从而可节约投资。广泛适用于：埋深大且无大开挖条件的建筑物；地下水位高，易产生涌流或塌陷的地基土；江心或岸边的取水建筑物；矿用竖井和大型设备基础、高层和超高层建筑基础；桥梁墩台基础和跨江输电塔的基础等。但沉井基础施工周期较长，对粉、细砂类土在井内抽水易发生流砂现象，造成沉井倾斜；沉井下沉过程中受到的石头、树干或井底岩层影响会给施工带来一定的困难。
应用
沉井一般适合在不太透水的土层中下沉，便于控制沉井下沉方向，避免倾斜。下列情况可考虑采用沉井基础。
（1）上部荷载较大，表层地基土非常松软，而深度土承载力较大，且与其他基础方案相比较为经济合理。
（2）在山区河流中，土质虽好，但冲刷较大，或河中有较大卵石不便桩基础施工。
（3）岩层表面较平坦且覆盖层薄，但河水较深，采用扩大基础施工围堰有困难。
类型
按分类的不同，沉井可以分为以下类别。
1.按下沉方式不同分类
（1）一般沉井。它指直接在基础设计的位置上制造，然后挖土，依靠沉井自重下沉。若基础位于水中，则先人工筑岛，再在岛上筑井下沉。
（2）浮运沉井。它指先在岸边制造井体，再浮运就位下沉的沉井。通常在深水地区（如水深大于10m），或水流流速大，有通航要求，人工筑岛困难或不经济时，可采用浮运沉井。
2.按制造材料不同分类
（1）混凝土沉井。混凝土因抗压强度高，抗拉强度低，沉井多做成圆形，使混凝土主要承受压应力；当井壁较厚，下沉不深时，也可做成矩形。混凝土沉井一般仅适用于下沉深度不大（4～7m）的松软土层。
（2）钢筋混凝土沉井。钢筋混凝土沉井抗压抗拉强度高，下沉深度大（可达数十米以上），可做成重型或薄壁就地制造下沉的沉井，也可做成薄壁浮运沉井及钢丝网水泥沉井等。钢筋混凝土沉井是工程中最常用的沉井。
（3）竹筋混凝土沉井。沉井承受拉力主要在下沉阶段，当施工完毕后，沉井中的钢筋不再起作用，因此可以用一种抗拉强度高而耐久性差的竹筋来代替钢筋，以节省钢材。我国南方盛产竹材，因此可就地取材，充分利用，如南昌赣江大桥、白沙沱长江大桥等都采用了竹筋混凝土（但刃脚部分和井壁分节的接头处仍用钢筋）。
（4）钢沉井。由钢材制作的沉井，其强度高、重量轻、易于拼装，适于制造空心浮运沉井，但用钢量大，经济上不合理，国内较少采用。
（5）其他材料的沉井。根据工程条件也可选用木筋混凝土沉井、木沉井和砌石圬工沉井等。
3.按沉井的平面形状分类
按沉井的平面形状可以分为圆形、矩形和圆端形3种基本类型，根据井孔的布置方式，又可分为单孔、双孔及多孔沉井。
（1）圆形沉井。圆形沉井多用于斜交桥或水流方向不定的桥墩基础，可以减少水流冲击力和局部冲刷。在水压力、土压力作用下，井壁仅承受周边轴向压力，即使侧压力分布不均匀，弯曲应力也不大，所以无筋或少筋混凝土多做成圆形。而且圆形沉井比较便于机械挖土，保证其刃脚均匀地支承在土层上，在下沉过程中易于控制方向，不易倾斜。但圆形沉井基底压力的最大值比同面积的矩形要大，当上部墩身为矩形或圆端形时，更使得一部分基础圬工不能充分发挥作用。
（2）矩形沉井。矩形沉井制造方便，受力有利，能充分利用地基承载力，与矩形墩台相配合，可节省基础圬工和挖土数量。但在侧压力作用下，井壁受较大的挠曲力矩，为了减少井壁弯曲应力，可在沉井内设置隔墙，减少受挠跨度，把沉井分成多孔，并把四角做成圆角或钝角，以减少井壁摩擦阻力和除土清孔的困难。另外，矩形沉井在流水中阻力系数较大，冲刷较严重。
（3）圆端形沉井。圆端形沉井在控制下沉、受力条件、阻水冲刷等方面均较矩形有利，但施工较为复杂。对平面尺寸较大的沉井，可在沉井中设隔墙，构成双孔或多孔沉井，以改善井壁受力条件及均匀取土下沉。
4.按沉井的立面形状分类
可分为柱形、阶梯形和锥形沉井，采用形式应视沉井需要通过的土层性质和下沉深度而定。
（1）柱形沉井。柱形沉井受周围土体约束较均衡，下沉过程中对周围土体扰动较小，可减少土体的坍塌，不易发生倾斜，且井壁接长较简单，模板可重复利用，但井壁侧阻力较大，当土体密实，下沉深度较大时，易出现下部悬空，造成井壁拉裂。故一般用于土质较松软或入土深度不大的情况。
（2）阶梯形沉井。鉴于沉井所承受的土压力与水压力，均随深度增大而增大。为了合理利用材料，可将沉井的井壁随深度分为几段，做成阶梯形。下部井壁厚度大，上部井壁厚度小，因此，这种沉井外壁所受的摩擦阻力可以减小，有利于下沉，缺点是施工较复杂，消耗模板多，同时沉井下沉过程中容易发生倾斜。阶梯形沉井的台阶宽度为100～200mm。
（3）锥形沉井。锥形沉井井壁可以减少土与井壁的摩擦阻力，故在土质较密实，沉井下沉深度大，要求在不太增加沉井本身重量的情况下沉至设计标高，可采用此类沉井。锥形沉井井壁坡度一般为1/40～1/20，外壁倾斜式沉井同样可以减小下沉时井壁外侧土的阻力，但这类沉井具有下沉不稳定、制造困难等缺点，故较少使用。
构造
1.沉井的轮廓尺寸
沉井的平面形状及尺寸常根据下部结构墩台的形状、地基土的承载力及施工要求确定。当采用圆端形或长方形时，为保证下沉的稳定性，沉井的长短边之比不宜大于3。若上部结构的长宽比较为接近，可采用方形或圆形沉井。沉井顶面尺寸为结构物底部尺寸加襟边宽度，襟边宽度根据沉井施工允许偏差而定，不宜小于0.2m，且大于沉井全高的1/50，浮运沉井不小于0.4m，如沉井顶面需设置围堰，其襟边宽度根据围堰构造还需加大。建筑物边缘应尽可能支承于井壁上或顶板支承面上，对井孔内不以混凝土填实的空心沉井不允许结构物边缘全部置于井孔位置上。
沉井的入土深度须根据上部结构荷载、水文地质条件及各土层的承载力等确定。入土深度较大的沉井应分节制造和下沉，每节高度不宜大于5m；当底节沉井在松软土层中下沉时，还不应大于沉井宽度的0.8倍；若底节沉井高度过高、沉井过重，将给制模、筑岛时岛面处理、抽除垫木下沉等带来困难。
2.沉井的一般构造
沉井一般由井壁、刃脚、隔墙、井孔、凹槽、封底及顶板等部分组成，有时井壁中还预埋射水管等其他部分。
(1)井壁。沉井的外壁是沉井的主体部分。它在沉井下沉过程中起挡土、挡水及利用本身重量克服土与井壁之间摩擦阻力的作用。当沉井施工完毕后，它就成为基础或基础的一部分而将上部荷载传到地基上去。因此，井壁必须具有足够的强度和一定的厚度，并根据施工过程中的受力情况配置竖向及水平向钢筋。井壁厚度按下沉需要的自重、本身强度以及便于取土和清基等因素确定，一般为0.80～1.50m，最薄不宜小于0.4m，混凝土强度等级不低于C15。
（2）刃脚。井壁下端形如楔状的部分称为刃脚。其作用是使沉井在自重作用下易于切土下沉，它是受力最集中的部分，必须保证强度，以免挠曲和受损，一般采用钢筋混凝土结构，且混凝土强度等级宜大于C20。刃脚底平面称为踏面，踏面宽度一般不大15cm，对软土可适当放宽。若下沉深度大，土质较硬，刃脚底面应以型钢（角钢或槽钢）加强，以防刃脚损坏。刃脚内侧斜面与水平面的夹角不宜小于45°。刃脚的高度由井壁厚度和方便抽除垫木而定，一般在1.0m以上。
(3)隔墙。沉井的内壁，它的作用是把整个沉井空腔分隔成多个井孔以增加沉井的刚度，减小井壁挠曲应力。施工时井孔可作为取土井，以便在沉井下沉时掌握挖土的位置和控制下沉方向，防止或纠正沉井倾斜和偏移。内隔墙间距一般要求不大于5～6m，厚度一般为0.5～1.2m。隔墙底面应高出刃脚底面0.5m以上，避免隔墙下的土搁住沉井而妨碍下沉。当人工挖土时，还应在隔墙下端设置过人孔，以便工作人员在井孔间来往。
(4)井孔。挖土运土的工作场所和通道。井孔尺寸应满足施工要求，最小边长一般不小于3.0m。井孔的布置应简单对称，便于对称挖土，保证沉井均匀下沉。
(5)凹槽。设在取土井孔下端接近刃脚处，其作用是使封底混凝土与井壁有良好的结合，使封底混凝土底面的反力更好地传给井壁；凹槽深度为15～30cm，高约1.0m。沉井挖土困难时，可利用凹槽做成钢筋混凝土板，改为气压箱室挖土下沉。
（6）射水管。若沉井下沉较深，穿过的土质又较好，下沉会产生困难时，可在井壁中预埋射水管组。射水管应均匀布置，以便控制水压和水量来调整下沉方向。一般水压不小于600kPa。若使用泥浆润滑套施工，应有预埋的压射泥浆管路。
（7）封底。沉井沉至设计标高进行清基后，应立即在刃脚踏面以上至凹槽处浇筑混凝土形成封底，以承受地基土和水的反力，防止地下水涌入井内。封底混凝土顶面应高出凹槽0.5m，其厚度可由应力验算决定，根据经验也可取不小于井孔最小边长的1.5倍。混凝土强度等级一般不低于C15，井孔内填充的混凝土强度等级不低于C10。
（8）顶板。沉井封底后，若条件允许，为节省圬工量、减轻基础自重，在井孔内可不填充任何东西，做成空心沉井基础，或仅填砂石，此时须在井顶设置钢筋混凝土顶板，以承托上部结构的全部荷载。顶板厚度一般为1.5～2.0m，钢筋配置由计算确定。
3.浮运沉井的构造
浮运沉井可分为不带气筒和带气筒两种。不带气筒的浮运沉井多用钢、木、钢丝网水泥等材料制作，薄壁空心，内壁与外壁均用2～3层钢丝网铺设在钢筋网两侧，抹以高强度的水泥砂浆，有1～3mm保护层，具有构造简单、施工方便、节省钢材等优点，适用于水不太深、流速不大、河床较平、冲刷较小的自然条件。为增加水中自浮能力，还可做成带临时性井底的浮运沉井，即浮运就位后，灌水下沉，同时接筑井壁，当到达河床后，打开临时性井底，再按一般沉井施工。当水深流急、沉井较大时，可采用带气筒的浮运沉井。其主要由双壁钢沉井底节、单壁钢壳、钢气筒等组成。双壁钢沉井底节是一个可自浮于水中的壳体结构，底节以上的井壁采用单壁钢壳，既可防水又可作为接高时灌注沉井外圈混凝土模板的一部分。钢气筒为沉井提供所需浮力，同时在悬浮下沉中可通过充放气调节使沉井上浮、下沉或校正偏斜等，当沉井落至河床后，除去气筒即为取土井孔。
4.组合式沉井
当采用低承台桩出现围水挖基浇筑承台困难，而采用沉井基础则岩层倾斜较大或地基土软硬不均且水深较大时，可采用沉井-桩基的混合式基础，即组合式沉井。施工时先将沉井下沉至预定标高，浇筑封底混凝土和承台，再在井内预留孔位钻孔灌注成桩。该混合式沉井结构既可围水挡土，又可作为钻孔桩的护筒和桩基的承台。
施工
沉井基础施工主要可分为旱地施工和水中施工两种。
1、旱地沉井施工
沉井基础现场处于旱地时，沉井施工可分为就地制造、除土下沉、封底、充填井孔以及浇筑顶板等，其一般工序如下。
（1）定位放样、清整场地
旱地沉井施工时，应首先根据设计图纸进行定位放样，在地面上确定出沉井纵、横两个方向的中心轴线、基坑的轮廓线以及水准标点等作为施工的依据。
施工前要进行场地整平，平整范围要大于沉井外侧1～3m。施工时要求场地平整干净，若天然地面土质较硬，只需将地表杂物清净并整平；否则应换土或在基坑处铺填不小于0.5m厚夯实的砂或砂砾垫层，防止沉井在混凝土浇筑之初因地面沉降不均匀产生裂缝。为减小下沉深度，也可在基础位置处挖一浅坑，在坑底制作沉井并下沉，但坑底应高出地下水面0.5～1.0m。
（2）制作第一节沉井
制作沉井前应先在刃脚处对称铺满垫木，加大支撑面积以支承第一节沉井的重量。垫木数量应使沉井重量在垫木下产生的应力不大于100kPa。为了便于抽出垫木，还需设置一定数量的定位垫木，其布置应考虑抽垫方便，确定定位垫木位置时，以沉井井壁在抽出垫木时产生的正、负弯矩的大小接近相等为原则。垫木一般为枕木或方木（200mm×200mm），其下垫一层厚约0.3m的砂，垫木间隙用砂填实（填到半高即可）。然后在刃脚位置处放上刃脚角钢，竖立内模，绑扎钢筋，再立外模浇筑第一节沉井混凝土。模板应有较大刚度，以免挠曲变形。钢模较木模刚度大，周转次数多，也易于安装，一般使用钢模，当场地土质较好时也可采用土模。
（3）拆模及抽垫
当沉井混凝土强度达设计强度的25%时可拆除内外侧模，当达设计强度的70%时可拆除模板，当达设计强度后方可抽撤垫木。抽垫应分区、依次、对称、同步地向沉井外抽出，以免引起沉井开裂、移动或倾斜。其顺序为先内壁下、再短边、最后长边。长边下垫木隔一根抽一根，以固定垫木为中心，由远而近对称地抽，最后抽除固定垫木，并随抽随用粗、中砂土回填捣实，以免沉井开裂、移动或偏斜。
（4）除土下沉
沉井下沉施工可分为排水下沉和不排水下沉。一般宜采用不排水除土下沉，在稳定的土层中，如渗水量不大，或者虽然土层渗水较强、渗水量较大，但排水不产生流砂现象时，也可采用排水除土下沉。
土的挖除可采用人工或机械均匀除土，削弱基底土对刃脚的正面力和沉井壁与土之间的摩擦阻力，使沉井依靠自重力克服上述阻力而下沉。排水下沉常用人工除土，人工除土可使沉井均匀下沉并易于清除井内障碍物，但应有安全措施。不排水下沉一般都采用机械除土方式，挖土工具可以是空气吸泥机、抓土斗、水力吸石筒、水力吸泥机等。通过黏土、胶结层除土困难时，可采用高压射水破坏土层，辅助下沉。沉井正常下沉时，应自中间向刃脚处均匀对称除土，排水下沉时应严格控制设计支承点土的排除，并随时注意沉井正位，保持竖直下沉，无特殊情况不宜采用爆破施工。
（5）接高沉井
当第一节沉井下沉至一定深度(井顶露出地面不小于0.5m，或露出水面不小于1.5m)时，停止除土，凿毛顶面，立模，然后对称均匀浇筑混凝土，接筑下节沉井。接筑前刃脚不得掏空，并应尽量均匀加重，并纠正上节沉井的倾斜，待强度达设计要求后再拆模继续下沉。
（6）设置井顶防水围堰
沉井顶面低于地面或水面时，应在井顶接筑临时性防水围堰，围堰的平面尺寸略小于沉井，其下端与井顶上预埋锚杆相连。围堰是临时性的，待墩身出水后可拆除。井顶防水围堰应因地制宜，合理选用。常见的有土围堰、砖围堰和钢板桩围堰。若水深流急、围堰高度大于5.0m时，宜采用钢板桩围堰。
（7）基底检验和处理
沉井沉至设计标高后，应检验基底地质情况是否符合设计要求。排水下沉时可直接检验，若采用不排水开挖下沉法则应进行水下检验，必要时可用钻机取样进行检验。当基底达设计要求后，应对地基进行必要的处理：砂性土或黏性土地基，一般可在井底铺砾石或碎石至刃脚底面以上200mm；岩石地基，应凿除风化岩层，若岩层倾斜，还应凿成阶梯形。要确保井底浮土、软土清除干净，使封底混凝土、沉井与地基紧密结合。
（8）沉井封底
基底经检验、处理合格后应及时封底。排水下沉时，如渗水量上升速度不大于6mm/min时，可采用普通混凝土封底；否则抽水时易产生流砂。宜用水下混凝土封底。若沉井面积大，可采用多导管先外后内、先低后高依次浇筑。封底一般用素混凝土，但必须与地基紧密结合，不得存在有害的夹层、夹缝。
（9）井孔填充和顶板浇筑
封底混凝土达设计强度后，排干井孔中水，填充井内圬工。如果井孔中不填料或仅填砾石，则井顶应浇筑钢筋混凝土顶板，以支承上部结构，且应保持无水施工。然后砌筑井上构筑物，并随后拆除临时性的井顶围堰。井孔是否填充，应根据受力或稳定要求确定，在严寒地区，低于冻结线0.25m以上部分，必须用混凝土或圬工填实。
2、水中沉井施工
（1）水中筑岛
水中筑岛即先在水中修筑人工砂岛，再在岛上进行沉井的制作或挖土下沉。筑岛法与围堰法相比，不需要抽水，对岛体无防渗要求，构造简单，同时还可以就地取材，降低工程造价，方便施工。常用的筑岛法有无围堰防护土岛、有围堰防护土岛和板桩围堰筑岛。
当水深小于3m，流速不大于1.5m/s时，可采用砂或砾石在水中筑岛，周围用草袋维护，形成无围堰防护土岛；当水深或流速加大，可采用有围堰防护土岛；当水深较大(通常＜15m)或流速更大时，宜采用钢板桩围堰筑岛；岛面应高出最高施工水位0.5m以上，砂岛地基强度应符合要求，围堰筑岛时，围堰距井壁外缘距离b≥Htan(45°-θ/2)且≥2m(H为筑岛高度，θ为砂在水中的内摩擦角)。其余施工方法与旱地沉井施工相同。
（2）浮运沉井
在深水河道中，水深超过10m时，人工筑岛困难或不经济，可采用浮运法施工，即将沉井在岸边制造好，再利用在岸边铺成的滑道滑入水中，然后用绳索牵引至设计位置。沉井可做成空体形式或采用其他措施 （如带钢气筒等）使其浮于水上，也可以在船坞内制成浮船定位和吊放下沉或利用潮汐，水位上涨时浮起，再浮运至设计位置。沉井安放就位后在悬浮状态下，逐步将水或混凝土注入空体中，使沉井逐步下沉至河底，若沉井较高，需分段制作，在悬浮状态下逐节接长下沉至河底，但整个过程均应保证沉井本身足够的稳定性。待刃脚切入河床一定深度后，即可按一般沉井下沉方法施工。
3、沉井下沉过程中遇到的特殊情况处理
（1）沉井倾斜
沉井倾斜大多发生在下沉不深时，导致偏斜的主要原因有以下几个方面：
①沉井刃脚下土体表面松软，或制作场地、河底高低不平，软硬不均；
②刃脚制作质量差，井壁与刃脚中线不重合；
③抽垫方法欠妥，回填夯实不及时；
④除土不均匀对称，使井孔内土面高度相差很多，下沉时有突沉和停沉现象；
⑤刃脚遇障碍物顶住搁浅而未及时发现和处理，排土堆放不合理，或单侧受水流冲击淘空等导致沉井受力不对称。
纠正偏斜，通常可用除土、压重、顶部施加水平力或刃脚下支垫等方法处理，空气幕沉井也可采用单侧压气纠偏。若沉井倾斜，可在高侧集中除土，加重物，或用高压射水冲松土层。低侧回填砂石，必要时在井顶施加水平力扶正。若中心偏移则先除土，使井底中心向设计中心倾斜，然后在对侧除土，使沉井恢复竖立，如此反复至沉井逐步移近设计中心。当刃脚遇障碍物时，须先清除再下沉。如遇树根、大孤石或钢料铁件，排水施工时可人工排除，必要时用少量炸药(少于200g)炸碎。不排水施工时，可由潜水工进行水下切割或爆破。
（2）沉井难沉
在沉井下沉的中间阶段，可能会出现下沉困难的现象，即沉井下沉过慢或停沉。导致难沉的主要原因有以下几个方面：
①开挖面深度不够，正面阻力大；
②倾斜或刃脚下遇到障碍物、坚硬岩层和土层；
③井壁摩擦阻力大于沉井自重；
④井壁无减阻措施，或泥浆套、空气幕等遭到破坏。
解决难沉的措施主要是增加压重和减少井壁摩擦阻力。增加压重有以下几个方法：
①提前接筑下节沉井，增加沉井自重；
②在井顶加压沙袋、钢轨、铁块等重物迫使沉井下沉；
③不排水下沉时，可井内抽水，减少浮力，迫使下沉，但需保证土体不产生流砂现象。减小井壁摩擦阻力的方法有：
①将沉井设计成阶梯形、钟形，或使外壁光滑；
②井壁内埋设高压射水管组，射水辅助下沉；
③利用泥浆套或空气幕辅助下沉；
④增大开挖范围和深度，必要时还可采用0.1～0.2kg炸药起爆助沉，但同一沉井每次只能起爆一次，且需适当控制爆振次数。
（3）沉井突沉
在软土地基上进行沉井施工时，常发生沉井瞬间突然大幅度下沉的现象。引起突沉的主要原因是井壁摩擦阻力较小，当刃脚下土被挖除时，沉井支承削弱，或排水过多，除土太深、出现塑流等而导致突然下沉。防止突沉的措施一般是在设计沉井时增大刃脚踏面宽度，并使刃脚斜面的水平倾角不大于60°，必要时通过增设底梁的措施提高刃脚阻力。在软土地基上进行沉井施工时，控制井内排水、均匀挖土，控制刃脚附近挖土深度，刃脚下土不挖除，使刃脚切土下滑。
（4）流砂
在粉、细砂层中下沉沉井，经常出现流砂现象，若不采取适当措施将造成沉井严重倾斜。产生流砂的主要原因是土中动水压力的水头梯度大于临界值。防止流砂的措施有以下几点：①排水下沉时若发生流砂可向井内灌水，采取不排水除土，减小水头梯度；②采用井点、深井或深井泵降水，降低井外水位，改变水头梯度方向使土层稳定，防止流砂发生。
设计
沉井的设计与计算需包括沉井作为整体深基础的计算和施工过程中的结构计算两大部分。设计计算前必须掌握以下有关资料：
①上部或下部结构尺寸要求，基础设计荷载；
②水文和地质资料（如设计水位、施工水位、冲刷线或地下水位标高，土的物理力学性质，施工过程中是否会遇障碍物等）；
③拟采用的施工方法（排水或不排水下沉，筑岛或防水围堰的标高等）。
沉井作为整体深基础没计，主要是根据上部结构特点、荷载大小及水文和地质情况，结合沉井的构造要求及施工方法，拟定出沉井埋深、高度和分节以及平面形状和尺寸，井孔大小及布置，井壁厚度和尺寸，封底混凝土和顶板厚度等，然后进行沉井基础的计算。
当沉井埋深较浅时可不考虑井侧土体横向抗力的影响，按浅基础计算；当埋深较大时，井侧土体的约束作用不可忽视，此时在验算地基应力、变形及沉井的稳定性时，应考虑井侧土体弹性抗力的影响，按刚性桩（αh<2.5）计算内力和土抗力。但对泥浆套施工的沉井，只有采取了恢复侧面土约束能力措施后方可考虑。