長(zhǎng)細(xì)比偏大的沉井發(fā)生較大傾斜時(shí)的糾偏技術(shù)

王天功 羊 軍 朱建培

上海市基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司 上海 200090

沉井工藝是以沉井法施工地下結(jié)構(gòu)物和深基礎(chǔ)的一種形式，其先在地表制作成一個(gè)井筒狀的結(jié)構(gòu)物（沉井），然后在井壁的圍護(hù)下通過(guò)從井內(nèi)不斷挖土，使沉井在自重作用下逐漸下沉，達(dá)到預(yù)定設(shè)計(jì)標(biāo)高后，再進(jìn)行封底和構(gòu)筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工。沉井下沉本身就是一個(gè)不斷糾偏的過(guò)程，非常容易產(chǎn)生偏斜。特別是長(zhǎng)細(xì)比較大的沉井結(jié)構(gòu)，因重心位置高，在下沉期間，如刃腳下地層軟硬差異較大，或井內(nèi)出土不均，極易發(fā)生沉井傾斜工況，進(jìn)而引發(fā)沉井的偏移或扭轉(zhuǎn)[1-3]。本文以上海黃浦江上游水源地連通管工程C2標(biāo)工程為背景，在JB03井結(jié)構(gòu)施工完成，進(jìn)行結(jié)構(gòu)下墊層鑿除過(guò)程中，突然發(fā)生嚴(yán)重偏斜。為此，通過(guò)采取合理的糾偏技術(shù)措施對(duì)長(zhǎng)細(xì)比較大、嚴(yán)重偏斜的沉井結(jié)構(gòu)進(jìn)行糾偏，最終將沉井順利糾偏并下沉至設(shè)計(jì)高程位置。

1 工程概況

上海黃浦江水源地連通管工程C2標(biāo)工程的JB03井為頂管接收井，工作井結(jié)構(gòu)為圓井，擬采用50 t履帶吊＋抓斗抓土的方式進(jìn)行排水下沉施工，工作井分為三節(jié)制作、一次下沉。沉井結(jié)構(gòu)質(zhì)量約為1 000 t，下部井壁厚800 mm，上部井壁最薄處僅為500 mm。JB03井外徑10.6 m，沉井高度15.4 m，故JB03井屬于長(zhǎng)細(xì)比偏大的沉井。

JB03井沉井制作完畢且腳手架拆除完成后，按照對(duì)稱原則對(duì)沉井磚胎模及刃腳素混凝土墊層進(jìn)行鑿除。在墊層還有將近2 m未鑿除時(shí)，沉井突然向一側(cè)產(chǎn)生傾斜，最高點(diǎn)與最低點(diǎn)刃腳高差2.74 m，傾角達(dá)到15°，同時(shí)JB03井也發(fā)生了下沉，下沉量達(dá)3 m左右。

2 沉井傾斜原因分析

1）沉井下臥層地質(zhì)原因。原地勘報(bào)告揭示，沉井砂墊層下臥層土層為⑥1-1層粉質(zhì)黏土（已挖除上部①1填土層和③1淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層），該土層滿足沉井制作及下沉要求。但根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際開(kāi)挖情況及地質(zhì)補(bǔ)勘資料，JB03井區(qū)域分布大面積的暗浜，呈流塑狀，承載力極低，與原來(lái)地勘資料嚴(yán)重不符；且填土下方浜底淤泥頂面不均勻，故導(dǎo)致沉井下臥層軟硬不均，在破除磚胎模和墊層后，沉井發(fā)生傾斜。

2）技術(shù)措施原因。該沉井高15.4 m，外徑10.6 m，受施工工期限制，為加快施工進(jìn)度，采取了分三節(jié)制作、一次下沉的方案，未考慮較為穩(wěn)妥的二次下沉方案；雖有考慮沉井長(zhǎng)細(xì)比過(guò)大可能導(dǎo)致的風(fēng)險(xiǎn)，并對(duì)沉井外側(cè)進(jìn)行了回填。但回填土壓實(shí)度差、回填高度僅3 m左右，未達(dá)到規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)的目的，最終沉井仍發(fā)生了傾斜（圖1）。

3 沉井糾偏關(guān)鍵技術(shù)措施

3.1 糾偏方案選擇

按照常規(guī)的沉井傾斜糾偏方案，可考慮“壓重糾偏”和“偏出土＋堆土糾偏”兩種方案。

由于JB03井為圓形，高15.4 m，井壁厚度僅500 mm，高度之高，傾斜度之大，導(dǎo)致壓載物體無(wú)法固定，采用壓重糾偏方案具有非常大的安全隱患，所以“壓重糾偏”方案不可取。

“偏出土＋堆土糾偏”方案對(duì)于施工來(lái)說(shuō)較為簡(jiǎn)便，調(diào)撥設(shè)備較為迅速，土源離事發(fā)地一般比較近，且能立竿見(jiàn)影，糾偏效果明顯，也在許多工地案例中實(shí)施。項(xiàng)目部在沉井發(fā)生傾斜之后立即采取一側(cè)堆土、一側(cè)挖土的偏出土方案，但是由于JB03井傾角達(dá)到15°，重心產(chǎn)生的扭矩很大，單靠土的側(cè)壓力已難以將沉井糾正過(guò)來(lái)。實(shí)際施工后未起到良好的效果，故“偏出土＋堆土糾偏”方案在本案例中亦不適用。

通過(guò)上述2種方案的分析以及嘗試，本案例中的沉井需通過(guò)相當(dāng)大的外力強(qiáng)制將沉井糾正過(guò)來(lái)。經(jīng)研究討論，本案例中的JB03井?dāng)M采取由千斤頂提供外力，同時(shí)結(jié)合井內(nèi)偏出土，邊下沉邊糾偏的方案進(jìn)行糾偏。

3.2 糾偏方案實(shí)施

3.2.1 千斤頂后座選擇與實(shí)施

根據(jù)上述分析，本次糾偏需提供很大的頂力，根據(jù)作用力和反作用力原理，千斤頂糾偏需提供堅(jiān)實(shí)牢靠的后座。根據(jù)工程實(shí)例，本次千斤頂后座采取“鋼板樁＋路基箱”結(jié)合的方式，即采用打樁機(jī)在計(jì)算出的地面位置施打2排拉森鋼板樁（長(zhǎng)度為12 m），間距0.4 m，打設(shè)深度為11.5 m，露出地面的長(zhǎng)度為0.5 m。2排鋼板樁通過(guò)槽鋼焊接連接，形成一個(gè)整體。

將2塊路基箱（厚度300 mm，寬度1 200 mm，長(zhǎng)6 000 mm）靠在露出地面的鋼板樁面上，1塊平放，1塊豎放，2塊路基箱互相垂直。

在路基箱2個(gè)相互垂直的面上焊接235 mm×324 mm的加筋板，間距0.1 m，并在加筋板斜面上焊接1塊0.5 m×0.5 m的鋼板，作為千斤頂接觸的面板。

上述三部分的結(jié)合作為千斤頂?shù)暮笞▓D2）。

3.2.2 千斤頂選型

本次糾偏千斤頂采用4只國(guó)產(chǎn)千斤頂，每只千斤頂（長(zhǎng)度為1 900 mm左右，沖程為1 000 mm）的額定頂力為1 500 kN，布置在后座前面（千斤頂布置方向一致，中心間距為1 000 mm）。為了防止井壁被頂裂，在糾偏過(guò)程中每只千斤頂?shù)捻斄刂圃?00 kN。

圖1 JB03井傾斜

圖2 千斤頂后座示意

因千斤頂與平放路基箱角度為36°，故千斤頂需設(shè)置支架。本案例中考慮將千斤頂支架埋放于30#槽鋼槽內(nèi)，槽鋼底座采用雙拼槽鋼與路基箱焊接。

3.2.3 傳力裝置的選擇

通過(guò)計(jì)算以及現(xiàn)場(chǎng)放樣，千斤頂端頭與井壁的距離接近9 m。由于千斤頂長(zhǎng)度和沖程長(zhǎng)度限制，所以千斤頂與井壁中間必須設(shè)置傳力裝置。本次在每只千斤頂前側(cè)各布置1根長(zhǎng)8 500 mm的φ609 mm鋼管，鋼管端頭都焊有加筋板以確保鋼管管壁不被頂裂、變形。鋼管與固定在井壁上的弧形鋼板接觸，千斤頂將力傳給φ609 mm鋼管，鋼管將力傳給弧形鋼板與井壁，井壁在頂力的作用下實(shí)現(xiàn)糾偏過(guò)程。

3.2.4 保護(hù)井壁的傳力鋼結(jié)構(gòu)設(shè)置

因井壁較薄，考慮到保護(hù)沉井，擬增設(shè)傳力鋼結(jié)構(gòu)。整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)根據(jù)弧形井壁放樣，并充分接觸。本案例與井壁接觸的為寬1 200 mm、厚22 mm弧形鋼板，長(zhǎng)度根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際進(jìn)行放樣，但不小于7 m，根據(jù)井體弧形完成卷制。在傾斜側(cè)井壁上植筋（根據(jù)弧形板輪廓放線），植筋間距為50 cm，運(yùn)用吊車將卷制的弧形鋼板吊至井壁上設(shè)定的區(qū)域，并通過(guò)井壁上植入的螺栓固定在井壁上。弧形鋼板上焊接三角筋板，在三角筋板斜面上焊接0.8 m× 0.8 m鋼板，作為每個(gè)φ609 mm鋼管的接觸面（圖3）。

3.2.5 井內(nèi)偏出土

為提高糾偏效果，安排吊機(jī)將一臺(tái)小型挖機(jī)吊至井內(nèi)，在刃腳高的一側(cè)挖土至井中心，并通過(guò)配有抓斗的50 t履帶式起重機(jī)吊至井外場(chǎng)地上。

3.3 糾偏監(jiān)測(cè)與旋轉(zhuǎn)移位控制

在邊出土、邊下沉糾偏過(guò)程中，由于沉井處于動(dòng)態(tài)過(guò)程中，井的最低點(diǎn)不斷發(fā)展變化，若原千斤頂糾偏方向不變，則會(huì)導(dǎo)致井發(fā)生旋轉(zhuǎn)偏位，故后座千斤頂受力位置、千斤頂頂力方向在糾偏過(guò)程中也需不斷調(diào)整，布置原則及技術(shù)同上。根據(jù)重力原理，整個(gè)糾偏過(guò)程通過(guò)觀察設(shè)置在穿墻門洞上的線墜和水平放置的鋼尺來(lái)了解沉井的糾偏角度，即通過(guò)線墜長(zhǎng)度和線墜的位移推算線墜擺動(dòng)的角度，從而了解整個(gè)沉井在千斤頂頂力下糾偏的角度。

實(shí)際施工中，采用了增設(shè)臨時(shí)后座、輔助型鋼支撐等措施，減少了沉井的旋轉(zhuǎn)移位（圖4）。

圖3 鋼結(jié)構(gòu)傳力裝置

圖4 輔助型鋼支撐

4 糾偏效果

通過(guò)千斤頂與偏出土的糾偏措施，JB03井傾角減小至1.5°，刃腳最大高差控制在30 cm，糾偏效果明顯，方案實(shí)施達(dá)到了預(yù)定目標(biāo)。后期JB03井轉(zhuǎn)為正常下沉（50 t履帶式起重機(jī)＋抓斗抓土下沉），下沉到位時(shí)，刃腳最大高差在10 cm以內(nèi)（圖5）。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上海黃浦江上游水源地連通管工程C2標(biāo)JB03井的糾偏案例，可以得到以下結(jié)論：

1）原始地質(zhì)資料只能作為施工的參考，不能作為施工的絕對(duì)依據(jù)，長(zhǎng)細(xì)比大于1的沉井必須采用多次下沉方案，以減少偏斜風(fēng)險(xiǎn)。

圖5 JB03井下沉到位

2）自主設(shè)計(jì)、制造了使用沉井糾偏的保護(hù)井壁傳力鋼結(jié)構(gòu)，為今后沉井的糾偏提供了設(shè)備參考。

3）提出了沉井傾斜工況下的創(chuàng)新糾偏技術(shù)，可為今后沉井工程施工提供技術(shù)支撐。