長細比偏大的沉井發生較大傾斜時的糾偏技術

王天功 羊 軍 朱建培

上海市基礎工程集團有限公司 上海 200090

沉井工藝是以沉井法施工地下結構物和深基礎的一種形式，其先在地表制作成一個井筒狀的結構物（沉井），然后在井壁的圍護下通過從井內不斷挖土，使沉井在自重作用下逐漸下沉，達到預定設計標高后，再進行封底和構筑內部結構施工。沉井下沉本身就是一個不斷糾偏的過程，非常容易產生偏斜。特別是長細比較大的沉井結構，因重心位置高，在下沉期間，如刃腳下地層軟硬差異較大，或井內出土不均，極易發生沉井傾斜工況，進而引發沉井的偏移或扭轉[1-3]。本文以上海黃浦江上游水源地連通管工程C2標工程為背景，在JB03井結構施工完成，進行結構下墊層鑿除過程中，突然發生嚴重偏斜。為此，通過采取合理的糾偏技術措施對長細比較大、嚴重偏斜的沉井結構進行糾偏，最終將沉井順利糾偏并下沉至設計高程位置。

1 工程概況

上海黃浦江水源地連通管工程C2標工程的JB03井為頂管接收井，工作井結構為圓井，擬采用50 t履帶吊＋抓斗抓土的方式進行排水下沉施工，工作井分為三節制作、一次下沉。沉井結構質量約為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井屬于長細比偏大的沉井。

JB03井沉井制作完畢且腳手架拆除完成后，按照對稱原則對沉井磚胎模及刃腳素混凝土墊層進行鑿除。在墊層還有將近2 m未鑿除時，沉井突然向一側產生傾斜，最高點與最低點刃腳高差2.74 m，傾角達到15°，同時JB03井也發生了下沉，下沉量達3 m左右。

2 沉井傾斜原因分析

1）沉井下臥層地質原因。原地勘報告揭示，沉井砂墊層下臥層土層為⑥1-1層粉質黏土（已挖除上部①1填土層和③1淤泥質粉質黏土層），該土層滿足沉井制作及下沉要求。但根據現場實際開挖情況及地質補勘資料，JB03井區域分布大面積的暗浜，呈流塑狀，承載力極低，與原來地勘資料嚴重不符；且填土下方浜底淤泥頂面不均勻，故導致沉井下臥層軟硬不均，在破除磚胎模和墊層后，沉井發生傾斜。

2）技術措施原因。該沉井高15.4 m，外徑10.6 m，受施工工期限制，為加快施工進度，采取了分三節制作、一次下沉的方案，未考慮較為穩妥的二次下沉方案；雖有考慮沉井長細比過大可能導致的風險，并對沉井外側進行了回填。但回填土壓實度差、回填高度僅3 m左右，未達到規避風險的目的，最終沉井仍發生了傾斜（圖1）。

3 沉井糾偏關鍵技術措施

3.1 糾偏方案選擇

按照常規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，導致壓載物體無法固定，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”方案對于施工來說較為簡便，調撥設備較為迅速，土源離事發地一般比較近，且能立竿見影，糾偏效果明顯，也在許多工地案例中實施。項目部在沉井發生傾斜之后立即采取一側堆土、一側挖土的偏出土方案，但是由于JB03井傾角達到15°，重心產生的扭矩很大，單靠土的側壓力已難以將沉井糾正過來。實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。

通過上述2種方案的分析以及嘗試，本案例中的沉井需通過相當大的外力強制將沉井糾正過來。經研究討論，本案例中的JB03井擬采取由千斤頂提供外力，同時結合井內偏出土，邊下沉邊糾偏的方案進行糾偏。

3.2 糾偏方案實施

3.2.1 千斤頂后座選擇與實施

根據上述分析，本次糾偏需提供很大的頂力，根據作用力和反作用力原理，千斤頂糾偏需提供堅實牢靠的后座。根據工程實例，本次千斤頂后座采取“鋼板樁＋路基箱”結合的方式，即采用打樁機在計算出的地面位置施打2排拉森鋼板樁（長度為12 m），間距0.4 m，打設深度為11.5 m，露出地面的長度為0.5 m。2排鋼板樁通過槽鋼焊接連接，形成一個整體。

將2塊路基箱（厚度300 mm，寬度1 200 mm，長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。

上述三部分的結合作為千斤頂的后座（圖2）。

3.2.2 千斤頂選型

本次糾偏千斤頂采用4只國產千斤頂，每只千斤頂（長度為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，在糾偏過程中每只千斤頂的頂力控制在500 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°，故千斤頂需設置支架。本案例中考慮將千斤頂支架埋放于30#槽鋼槽內，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

通過計算以及現場放樣，千斤頂端頭與井壁的距離接近9 m。由于千斤頂長度和沖程長度限制，所以千斤頂與井壁中間必須設置傳力裝置。本次在每只千斤頂前側各布置1根長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現糾偏過程。

3.2.4 保護井壁的傳力鋼結構設置

因井壁較薄，考慮到保護沉井，擬增設傳力鋼結構。整個鋼結構根據弧形井壁放樣，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，長度根據現場實際進行放樣，但不小于7 m，根據井體弧形完成卷制。在傾斜側井壁上植筋（根據弧形板輪廓放線），植筋間距為50 cm，運用吊車將卷制的弧形鋼板吊至井壁上設定的區域，并通過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φ609 mm鋼管的接觸面（圖3）。

3.2.5 井內偏出土

為提高糾偏效果，安排吊機將一臺小型挖機吊至井內，在刃腳高的一側挖土至井中心，并通過配有抓斗的50 t履帶式起重機吊至井外場地上。

3.3 糾偏監測與旋轉移位控制

在邊出土、邊下沉糾偏過程中，由于沉井處于動態過程中，井的最低點不斷發展變化，若原千斤頂糾偏方向不變，則會導致井發生旋轉偏位，故后座千斤頂受力位置、千斤頂頂力方向在糾偏過程中也需不斷調整，布置原則及技術同上。根據重力原理，整個糾偏過程通過觀察設置在穿墻門洞上的線墜和水平放置的鋼尺來了解沉井的糾偏角度，即通過線墜長度和線墜的位移推算線墜擺動的角度，從而了解整個沉井在千斤頂頂力下糾偏的角度。

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

圖3 鋼結構傳力裝置

圖4 輔助型鋼支撐

4 糾偏效果

通過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，方案實施達到了預定目標。后期JB03井轉為正常下沉（50 t履帶式起重機＋抓斗抓土下沉），下沉到位時，刃腳最大高差在10 cm以內（圖5）。

5 結語

通過上海黃浦江上游水源地連通管工程C2標JB03井的糾偏案例，可以得到以下結論：

1）原始地質資料只能作為施工的參考，不能作為施工的絕對依據，長細比大于1的沉井必須采用多次下沉方案，以減少偏斜風險。

圖5 JB03井下沉到位

2）自主設計、制造了使用沉井糾偏的保護井壁傳力鋼結構，為今后沉井的糾偏提供了設備參考。

3）提出了沉井傾斜工況下的創新糾偏技術，可為今后沉井工程施工提供技術支撐。