底部淺埋沉井大角度傾斜的糾偏處理技術

中國水利水電第八工程局有限公司，湖南 長沙 410000

1 工程概況

深圳市茅洲河水環(huán)境綜合整治項目所在地珠江入海口地質復雜，存在大量沉積淤泥。松崗街道沙浦片區(qū)雨污分流管網(wǎng)工程是深圳市茅州河水環(huán)境綜合整治工程的子項工程，位于寶安區(qū)西北部茅洲河與沙井河交匯處的松崗街道沙浦片區(qū)，總工程面積約6.35km2，主要為該片區(qū)的雨水污水管網(wǎng)建設完善工程。其中主干管松福大道頂管工程全長765m，頂管管材采用DN1000的Ⅲ級鋼筋混凝土管。WC7號沉井為松福大道頂管工程的鋼筋混凝土頂管沉井，沉井長8m、寬4.5m、高7.6m，壁厚0.5m，采用分兩次制作、一次下沉的方法施工。

根據(jù)地質資料和周邊場地地勘報告，松福大道頂管區(qū)域深度約10m范圍的地層自上而下分布的主要地層為1.5m厚的素填土層、4m厚的淤泥層及6m厚的中粗砂層，沉井下沉主要經(jīng)過淤泥層。

2 沉井傾斜及原因

沉井工作井施工首先進行測量放線、平整場地，并鋪設砂墊層，綁扎鋼筋、模板支立后，澆筑沉井刃腳及下半部分井壁。當達到混凝土強度要求后，澆筑剩余部分井壁。在沉井第一倉混凝土澆筑完成后，尚無明顯下沉跡象。當最后一倉混凝土澆筑完成后約6h尚未進行沉井開挖前，沉井因混凝土自重，一側刃腳先切割土體逐步下沉，另一側刃腳因下部淤泥擠壓變形也緩慢下沉，沉井開始逐步發(fā)生傾斜，然后沉井一側受土體支撐穩(wěn)定下來，未繼續(xù)發(fā)生傾斜。沉井傾斜最深處下沉3m，刃腳部位已到達淤泥地層，上部剩余5m，并發(fā)生大角度傾斜，傾斜度達到19°。該沉井傾斜側靠近圍墻和工廠宿舍區(qū)，如果不及時進行處理，僅沉井下部淺埋，受力不均，存在較大傾覆風險，威脅臨建房屋及房屋內(nèi)人員生命財產(chǎn)安全。沉井發(fā)生傾斜后，施工單位立即組織疏散沉井傾覆可能觸及的臨近房屋內(nèi)人員，并就沉井部位的地質進行走訪詢問，由此得知該沉井位置靠圍墻一側原來為溝渠填埋區(qū)，地層含回填垃圾、淤泥及松散回填土，屬于典型非均質軟基層。施工前進行勘察設計時，由于鉆孔距離較大，未發(fā)現(xiàn)局部特殊地質情況。最終沉井第二倉混凝土澆筑完成后，井體自重達到地基承載力極限，不均勻受力造成地基沖剪破壞，導致井體不均勻下沉并傾斜。

3 糾偏處理措施

3.1 方案比選

鋼筋混凝土沉井自重約為238t，且部分已經(jīng)埋入土體，周圍地質條件較差，不具備大型起吊設備作業(yè)條件，無法采取起重吊裝的辦法扶正。如果直接派挖掘機進行下沉糾偏開挖，考慮到不均勻地質因素，地基已經(jīng)受到?jīng)_剪破壞，挖掘機在井外施工形成的荷載會擠壓淤泥層，進而加劇沉井傾斜，存在較大傾覆風險，不適宜選用。為避免沉井繼續(xù)傾覆，經(jīng)各方現(xiàn)場討論，決定采取以下方案：

（1）首先在傾斜側沉井下方堆土，對沉井進行支撐（如圖1所示），在下沉速度慢的一側井壁外側進行取土開挖。取土時挖掘機必須遠距離作業(yè)，伸長臂取土，盡量避免挖掘機施工荷載擠壓淤泥層，對沉井姿態(tài)造成影響。

（2）從處理不均質軟基角度考慮，對傾斜側軟基部位采用旋噴樁進行加固處理（如圖1、圖2所示），使井體后續(xù)下沉時傾斜側慢于另一側，通過后續(xù)“不均勻下沉”來促使井體回正。施工人員進行沉井下沉糾偏開挖前，在傾斜側和原土質較好、下沉較慢的一側斜向打入鋼板樁，以防繼續(xù)傾斜和糾偏過度。

圖1 沉井糾偏示意圖

圖2 旋噴樁土體加固示意圖

（3）旋噴樁和鋼板樁施工完成后，用1臺普通反鏟挖掘機和1臺長臂反鏟挖掘機在兩側配合糾偏開挖，不均衡開挖取土。通過全站儀時刻關注沉井姿態(tài)，直至沉井恢復正常姿態(tài)。

（4）沉井姿態(tài)扶正后，沉井外側掏空區(qū)用原土進行分層壓實回填，并拔出鋼板樁，進行正常沉井下沉施工，直至設計標高，最后進行封底作業(yè)。

3.2 堆土支撐

為避免沉井繼續(xù)傾倒，首先在傾斜側沉井下方堆土，對沉井進行支撐。填土大致填到沉井頂部下約0.3m處，預留部分外露沉井井壁為擋土坎，防止后續(xù)沉井時土石墜入井內(nèi)。在下沉速度慢的一側井壁外側進行取土開挖，形成掏空區(qū)，減小該沉井側回正時井壁外側土體阻力，便于后續(xù)沉井回正。開挖必須分層緩慢開挖，每層厚度不能超過0.3m，防止井體在開挖過程中位置突變。為保障取土量，取土寬度可適當向井外側范圍擴大，不能使井體下沉較慢一側刃腳部位下部掏空。堆土側可使用挖掘機斗背部緩慢分層拍打夯實土體，使堆土對井體形成支撐力。

該過程中應注意如下事項：（1）設置警戒帶，安排專人在警示范圍外警戒，開挖及堆土施工時，禁止人員進入沉井傾覆范圍內(nèi)，避免發(fā)生意外。（2）取土時挖掘機必須遠距離作業(yè)，伸長臂取土，盡量避免施工荷載擠壓下部淤泥層，影響沉井姿態(tài)。

3.3 旋噴加固

采用直徑700mm的旋噴樁對軟基一側的兩角底部進行旋噴控制性注漿加固，旋噴樁樁長5m，深度超出傾斜側沉井底部約2m，采用頂部2m空樁、下部3m實樁的方式固化其下部土體。

在旋噴樁正式施工前應先選取2根樁進行旋噴樁實樁試驗，檢驗和確定旋噴樁壓力、注漿流量、旋轉提升速度、漿液配合比等各項施工工藝參數(shù)及質量控制方法。根據(jù)試驗結果，旋噴樁采用強度等級不低于42.5級的普通硅酸鹽水泥，漿液水灰比為1∶1，水泥摻入量每延米不少于200kg，提升速度為10～15cm/min。

該過程中應注意如下事項：（1）移動旋噴樁鉆機至設計孔位，使鉆頭對準孔位中心。鉆機就位后，先校正水平位置，使其鉆桿軸線對準鉆孔中心位置，偏差控制＜1%，并在下噴射管前進行試噴，檢查各項參數(shù)是否正常。（2）旋噴時，邊噴射邊旋轉和提升，由下而上進行噴射作業(yè)。值班人員應時刻注意檢查漿液的初凝時間、注漿流量、壓力、旋轉提升速度等參數(shù)是否符合要求，并及時做好記錄。（3）在旋噴樁施工過程中，安排專人監(jiān)護，注意沉井傾斜情況，結合監(jiān)測數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)異常，立即撤離作業(yè)人員。（4）施工完成后要及時設置警示帶，禁止人員進入，避免意外發(fā)生。（5）待旋噴樁水泥漿液3d齡期后，方可繼續(xù)進行后續(xù)糾偏施工。

3.4 鋼板樁導向

旋噴樁施工后，沉井開挖糾偏前，在下沉較慢一側以約75°角度斜向打入鋼板樁，防止后續(xù)糾偏開挖時糾偏過度，在傾斜側兩角底旋噴樁之間以約75°間隔約1m打入3根鋼板樁，鋼板樁距離沉井刃腳垂直距離約為0.5m，防止該側在糾偏過程中繼續(xù)下沉。沉井兩側打入的鋼板樁對沉井糾偏起導向作用，防止沉井過度糾偏和繼續(xù)傾斜，并根據(jù)下沉的實際情況適時拔出鋼板樁。

下沉較慢的一側糾偏鋼板樁施打采用6m長的鋼板樁，連續(xù)打入20根，相互鎖扣打入。打入前先安裝固定好導向架，打入時注意控制鋼板樁的打設角度和深度以及鋼板樁的位置，使鋼板樁距離沉井刃腳垂直距離約為1m，可為糾偏預留空間，并防止過度糾偏。

該過程中應注意如下事項：（1）打樁前，排查清楚地下管線、構筑物的現(xiàn)狀，防止破壞管線。（2）在鋼板樁樁機作業(yè)范圍內(nèi)，鋼板樁堆放位置要盡量遠離沉井施工范圍，避免坑邊堆載影響沉井姿態(tài)。（3）逐根檢查鋼板樁，盡量選用比較完整的鋼板樁，清除銹蝕和變形嚴重的鋼板樁，嚴禁使用不合格的鋼板樁。（4）鋼板樁打設前，要根據(jù)沉井姿態(tài)測量結果，計算好鋼板樁的打設位置和打設角度，使鋼板樁距離沉井刃腳垂直距離約為1m。（5）為確保鋼板樁可以按設計角度打設，在鋼板樁打入前應設置圍檁支架，由圍檁及圍檁樁組成，雙邊布置。（6）用鋼板樁機將鋼板樁吊至插點處進行插樁，插樁時鎖口要對準，盡量采用靜壓的方法慢慢插入，當打入困難時方可使用震動打樁的方法。為了避免鎖口中心線發(fā)生位移，在打樁進行方向的鋼板樁鎖口處設卡板，阻止平面位移。（7）鋼板樁樁機盡量遠距離作業(yè)，伸長臂打設，盡量避免施工荷載擠壓淤泥層，對沉井姿態(tài)造成影響。（8）鋼板樁打設過程中，必須設置防墜鏈。

3.5 糾偏開挖

該工程已采取堆土支撐、旋噴樁加固土體、鋼板樁限位防止變形過大等沉井防傾覆措施，可以啟動沉井下沉同步糾偏開挖。沉井下沉主要經(jīng)過淤泥層，其透水性不強，地下水量不大，沉井下沉可采取排水下沉的施工方法。

旋噴樁和鋼板樁施工完成后，采用1臺PC200普通反鏟挖掘機和1臺18m長臂反鏟挖掘機實施沉井下沉同步糾偏開挖。長臂挖掘機開挖深度較深，主要在沉井下沉較慢一側取土，普通挖掘機主要在沉井傾斜側進行取土，輔助糾偏。兩臺挖掘機兩側配合糾偏開挖，并輔助控制沉井糾偏姿態(tài)。

取土時保持沉井下沉較慢一側優(yōu)先取土，取土采取少量多次均衡的方法，沉井下沉較慢側開挖深度較另一側超挖不宜超過0.5m。兩臺挖掘機可以適時采用挖掘機挖斗背部支撐沉井井壁，輔助扶正沉井姿態(tài)；而且可以在沉井下沉過程中，在沉井下沉較慢側緩慢加設配重，輔助糾偏。

根據(jù)沉井下沉姿態(tài)，在刃腳處距離鋼板樁30～50cm時可緩慢拔出部分鋼板樁，消除沉井糾正側下沉側阻力。拔出鋼板樁后，可在沉井刃腳下部重新打入鋼板樁進行限位。根據(jù)沉井姿態(tài)測量結果，打設時計算好鋼板樁的打設位置和打設角度，使鋼板樁距離沉井刃腳垂直距離約為1m。然后繼續(xù)進行開挖下沉，直到沉井恢復正常姿態(tài)。通過全站儀時刻關注沉井姿態(tài)，沉井姿態(tài)扶正后，拔出沉井兩側糾偏限位鋼板樁，繼續(xù)進行沉井正常下沉開挖。

該過程中應注意如下事項：（1）拔出鋼板樁時，如果刃腳已經(jīng)接觸到鋼板樁，需在拔出困難時才可使用震動拔樁的方法，盡量避免損壞沉井刃腳及鋼板樁。（2）沉井外側掏空區(qū)用土質較好的原狀土進行分層壓實回填。（3）拉警示帶警戒，嚴禁人員進入挖掘機回轉半徑及沉井傾覆范圍內(nèi)。

3.6 測量監(jiān)測

為保證沉井正常下沉以及確保沉井周邊建筑的安全，在沉井下沉前測量初始數(shù)據(jù)，且下沉和糾偏過程中均需要進行同步監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)對沉井位置偏差、標高以及沉井的下沉速度進行控制。在沉井井壁頂部4個角分別設置水準基點，通過全站儀和水準儀的跟蹤測量和復核，監(jiān)測控制沉井位置、標高和下沉速度。

（1）沉井垂直度的控制。利用全站儀將結構的D軸（沉井中軸線）和a軸放出，并在沉井結構上用作豎直標線，在下沉過程中用全站儀隨時對標線進行測量，如過發(fā)現(xiàn)傾斜角度超過要求，及時采取相應的糾偏措施；將中軸線在距結構15～20m的位置設置控制樁，將外側邊線向外延伸作為控制樁，以便及時對結構進行控制。在沉井內(nèi)外各按4或8等分做出垂直標記，并定期用2臺全站儀進行垂直偏差觀測。挖土時，應隨時觀察并測量沉井的垂直角度，當線距離豎直標線達50mm或沉井四角標高不一致時，應及時采取糾偏措施。

（2）沉井過程中的測量控制措施。在沉井外墻壁4個角點處的墻上畫出豎直的標記，用水準儀及時觀測沉降值。沉井下沉時應對沉井位置、垂直角度以及下沉速度進行觀測，每班測量不少于4次。在沉井快接近設計標高時，應增加觀測頻次，每小時1次，防止沉井超沉。

（3）測量工作的管理措施。沉井的測量工作應由專人負責，需要及時并如實記錄每次測量數(shù)據(jù)。

下沉可分三個階段進行，首先下沉1.5～2.5m，然后中沉，最后1.5～2.0m為終沉。首沉階段，每30min內(nèi)觀測1次并做好記錄，及時計算各處偏差情況，將結果及時反饋至施工現(xiàn)場，調(diào)整開挖部位及下沉速度等；中沉階段，進入正常下沉，正常下沉時，可按照每2h測量1次的頻率進行測量；最后終沉階段必須增加觀測次數(shù)，一般30min左右觀測1次。

通過對觀測數(shù)據(jù)的計算分析，必須控制沉井的對角高差小于15cm，并隨時觀察沉井周圍土質變化情況，隨時記錄地下水位、沉降、涌土、下沉速度。終沉階段最后2～3m要減小挖土深度，防止發(fā)生突沉和超沉情況，并控制開挖深度及速度，以糾偏為主，下沉為輔。當沉井下沉速度8h不超過1cm時，即可認為沉井趨于穩(wěn)定。

4 結束語

當混凝土沉井施工工藝遇到復雜軟弱地層時，往往容易使沉井歪斜，因此在使用沉井工藝施工前，施工人員必須重視水文地質的勘察工作。如果因為軟弱地質使沉井下沉初期便發(fā)生大角度傾斜，首先可采用填土支撐的方式對傾斜沉井進行簡單支撐，利用旋噴樁對軟弱地基加固；然后在傾斜側堆土和沉井下方斜向打入鋼板樁，防止沉井繼續(xù)傾倒，并通過“不均勻下沉”的方法對沉井進行糾偏。根據(jù)現(xiàn)場實例驗證，采取上文所述的沉井糾偏方法，可以對下沉初期便發(fā)生大角度傾斜的沉井進行及時有效的糾偏。

在現(xiàn)代市政給排水管道建設過程中，在對頂管、托管等非開挖施工技術進行研究推廣的同時，有必要加大對配套的沉井下沉施工的研究力度，特別是沉井大角度傾斜的糾偏情況。文章對上述情況下底部淺埋沉井大角度傾斜糾偏方法進行了試驗研究，以尋求一種方便、高效、經(jīng)濟的糾偏方法，對類似頂管沉井大角度傾斜的糾偏具有研究和借鑒價值。