底部浅埋沉井大角度倾斜的纠偏处理技术

中国水利水电第八工程局有限公司，湖南 长沙 410000

1 工程概况

深圳市茅洲河水环境综合整治项目所在地珠江入海口地质复杂，存在大量沉积淤泥。松岗街道沙浦片区雨污分流管网工程是深圳市茅州河水环境综合整治工程的子项工程，位于宝安区西北部茅洲河与沙井河交汇处的松岗街道沙浦片区，总工程面积约6.35km2，主要为该片区的雨水污水管网建设完善工程。其中主干管松福大道顶管工程全长765m，顶管管材采用DN1000的Ⅲ级钢筋混凝土管。WC7号沉井为松福大道顶管工程的钢筋混凝土顶管沉井，沉井长8m、宽4.5m、高7.6m，壁厚0.5m，采用分两次制作、一次下沉的方法施工。

根据地质资料和周边场地地勘报告，松福大道顶管区域深度约10m范围的地层自上而下分布的主要地层为1.5m厚的素填土层、4m厚的淤泥层及6m厚的中粗砂层，沉井下沉主要经过淤泥层。

2 沉井倾斜及原因

沉井工作井施工首先进行测量放线、平整场地，并铺设砂垫层，绑扎钢筋、模板支立后，浇筑沉井刃脚及下半部分井壁。当达到混凝土强度要求后，浇筑剩余部分井壁。在沉井第一仓混凝土浇筑完成后，尚无明显下沉迹象。当最后一仓混凝土浇筑完成后约6h尚未进行沉井开挖前，沉井因混凝土自重，一侧刃脚先切割土体逐步下沉，另一侧刃脚因下部淤泥挤压变形也缓慢下沉，沉井开始逐步发生倾斜，然后沉井一侧受土体支撑稳定下来，未继续发生倾斜。沉井倾斜最深处下沉3m，刃脚部位已到达淤泥地层，上部剩余5m，并发生大角度倾斜，倾斜度达到19°。该沉井倾斜侧靠近围墙和工厂宿舍区，如果不及时进行处理，仅沉井下部浅埋，受力不均，存在较大倾覆风险，威胁临建房屋及房屋内人员生命财产安全。沉井发生倾斜后，施工单位立即组织疏散沉井倾覆可能触及的临近房屋内人员，并就沉井部位的地质进行走访询问，由此得知该沉井位置靠围墙一侧原来为沟渠填埋区，地层含回填垃圾、淤泥及松散回填土，属于典型非均质软基层。施工前进行勘察设计时，由于钻孔距离较大，未发现局部特殊地质情况。最终沉井第二仓混凝土浇筑完成后，井体自重达到地基承载力极限，不均匀受力造成地基冲剪破坏，导致井体不均匀下沉并倾斜。

3 纠偏处理措施

3.1 方案比选

钢筋混凝土沉井自重约为238t，且部分已经埋入土体，周围地质条件较差，不具备大型起吊设备作业条件，无法采取起重吊装的办法扶正。如果直接派挖掘机进行下沉纠偏开挖，考虑到不均匀地质因素，地基已经受到冲剪破坏，挖掘机在井外施工形成的荷载会挤压淤泥层，进而加剧沉井倾斜，存在较大倾覆风险，不适宜选用。为避免沉井继续倾覆，经各方现场讨论，决定采取以下方案：

（1）首先在倾斜侧沉井下方堆土，对沉井进行支撑（如图1所示），在下沉速度慢的一侧井壁外侧进行取土开挖。取土时挖掘机必须远距离作业，伸长臂取土，尽量避免挖掘机施工荷载挤压淤泥层，对沉井姿态造成影响。

（2）从处理不均质软基角度考虑，对倾斜侧软基部位采用旋喷桩进行加固处理（如图1、图2所示），使井体后续下沉时倾斜侧慢于另一侧，通过后续“不均匀下沉”来促使井体回正。施工人员进行沉井下沉纠偏开挖前，在倾斜侧和原土质较好、下沉较慢的一侧斜向打入钢板桩，以防继续倾斜和纠偏过度。

图1 沉井纠偏示意图

图2 旋喷桩土体加固示意图

（3）旋喷桩和钢板桩施工完成后，用1台普通反铲挖掘机和1台长臂反铲挖掘机在两侧配合纠偏开挖，不均衡开挖取土。通过全站仪时刻关注沉井姿态，直至沉井恢复正常姿态。

（4）沉井姿态扶正后，沉井外侧掏空区用原土进行分层压实回填，并拔出钢板桩，进行正常沉井下沉施工，直至设计标高，最后进行封底作业。

3.2 堆土支撑

为避免沉井继续倾倒，首先在倾斜侧沉井下方堆土，对沉井进行支撑。填土大致填到沉井顶部下约0.3m处，预留部分外露沉井井壁为挡土坎，防止后续沉井时土石坠入井内。在下沉速度慢的一侧井壁外侧进行取土开挖，形成掏空区，减小该沉井侧回正时井壁外侧土体阻力，便于后续沉井回正。开挖必须分层缓慢开挖，每层厚度不能超过0.3m，防止井体在开挖过程中位置突变。为保障取土量，取土宽度可适当向井外侧范围扩大，不能使井体下沉较慢一侧刃脚部位下部掏空。堆土侧可使用挖掘机斗背部缓慢分层拍打夯实土体，使堆土对井体形成支撑力。

该过程中应注意如下事项：（1）设置警戒带，安排专人在警示范围外警戒，开挖及堆土施工时，禁止人员进入沉井倾覆范围内，避免发生意外。（2）取土时挖掘机必须远距离作业，伸长臂取土，尽量避免施工荷载挤压下部淤泥层，影响沉井姿态。

3.3 旋喷加固

采用直径700mm的旋喷桩对软基一侧的两角底部进行旋喷控制性注浆加固，旋喷桩桩长5m，深度超出倾斜侧沉井底部约2m，采用顶部2m空桩、下部3m实桩的方式固化其下部土体。

在旋喷桩正式施工前应先选取2根桩进行旋喷桩实桩试验，检验和确定旋喷桩压力、注浆流量、旋转提升速度、浆液配合比等各项施工工艺参数及质量控制方法。根据试验结果，旋喷桩采用强度等级不低于42.5级的普通硅酸盐水泥，浆液水灰比为1∶1，水泥掺入量每延米不少于200kg，提升速度为10～15cm/min。

该过程中应注意如下事项：（1）移动旋喷桩钻机至设计孔位，使钻头对准孔位中心。钻机就位后，先校正水平位置，使其钻杆轴线对准钻孔中心位置，偏差控制＜1%，并在下喷射管前进行试喷，检查各项参数是否正常。（2）旋喷时，边喷射边旋转和提升，由下而上进行喷射作业。值班人员应时刻注意检查浆液的初凝时间、注浆流量、压力、旋转提升速度等参数是否符合要求，并及时做好记录。（3）在旋喷桩施工过程中，安排专人监护，注意沉井倾斜情况，结合监测数据，发现异常，立即撤离作业人员。（4）施工完成后要及时设置警示带，禁止人员进入，避免意外发生。（5）待旋喷桩水泥浆液3d龄期后，方可继续进行后续纠偏施工。

3.4 钢板桩导向

旋喷桩施工后，沉井开挖纠偏前，在下沉较慢一侧以约75°角度斜向打入钢板桩，防止后续纠偏开挖时纠偏过度，在倾斜侧两角底旋喷桩之间以约75°间隔约1m打入3根钢板桩，钢板桩距离沉井刃脚垂直距离约为0.5m，防止该侧在纠偏过程中继续下沉。沉井两侧打入的钢板桩对沉井纠偏起导向作用，防止沉井过度纠偏和继续倾斜，并根据下沉的实际情况适时拔出钢板桩。

下沉较慢的一侧纠偏钢板桩施打采用6m长的钢板桩，连续打入20根，相互锁扣打入。打入前先安装固定好导向架，打入时注意控制钢板桩的打设角度和深度以及钢板桩的位置，使钢板桩距离沉井刃脚垂直距离约为1m，可为纠偏预留空间，并防止过度纠偏。

该过程中应注意如下事项：（1）打桩前，排查清楚地下管线、构筑物的现状，防止破坏管线。（2）在钢板桩桩机作业范围内，钢板桩堆放位置要尽量远离沉井施工范围，避免坑边堆载影响沉井姿态。（3）逐根检查钢板桩，尽量选用比较完整的钢板桩，清除锈蚀和变形严重的钢板桩，严禁使用不合格的钢板桩。（4）钢板桩打设前，要根据沉井姿态测量结果，计算好钢板桩的打设位置和打设角度，使钢板桩距离沉井刃脚垂直距离约为1m。（5）为确保钢板桩可以按设计角度打设，在钢板桩打入前应设置围檩支架，由围檩及围檩桩组成，双边布置。（6）用钢板桩机将钢板桩吊至插点处进行插桩，插桩时锁口要对准，尽量采用静压的方法慢慢插入，当打入困难时方可使用震动打桩的方法。为了避免锁口中心线发生位移，在打桩进行方向的钢板桩锁口处设卡板，阻止平面位移。（7）钢板桩桩机尽量远距离作业，伸长臂打设，尽量避免施工荷载挤压淤泥层，对沉井姿态造成影响。（8）钢板桩打设过程中，必须设置防坠链。

3.5 纠偏开挖

该工程已采取堆土支撑、旋喷桩加固土体、钢板桩限位防止变形过大等沉井防倾覆措施，可以启动沉井下沉同步纠偏开挖。沉井下沉主要经过淤泥层，其透水性不强，地下水量不大，沉井下沉可采取排水下沉的施工方法。

旋喷桩和钢板桩施工完成后，采用1台PC200普通反铲挖掘机和1台18m长臂反铲挖掘机实施沉井下沉同步纠偏开挖。长臂挖掘机开挖深度较深，主要在沉井下沉较慢一侧取土，普通挖掘机主要在沉井倾斜侧进行取土，辅助纠偏。两台挖掘机两侧配合纠偏开挖，并辅助控制沉井纠偏姿态。

取土时保持沉井下沉较慢一侧优先取土，取土采取少量多次均衡的方法，沉井下沉较慢侧开挖深度较另一侧超挖不宜超过0.5m。两台挖掘机可以适时采用挖掘机挖斗背部支撑沉井井壁，辅助扶正沉井姿态；而且可以在沉井下沉过程中，在沉井下沉较慢侧缓慢加设配重，辅助纠偏。

根据沉井下沉姿态，在刃脚处距离钢板桩30～50cm时可缓慢拔出部分钢板桩，消除沉井纠正侧下沉侧阻力。拔出钢板桩后，可在沉井刃脚下部重新打入钢板桩进行限位。根据沉井姿态测量结果，打设时计算好钢板桩的打设位置和打设角度，使钢板桩距离沉井刃脚垂直距离约为1m。然后继续进行开挖下沉，直到沉井恢复正常姿态。通过全站仪时刻关注沉井姿态，沉井姿态扶正后，拔出沉井两侧纠偏限位钢板桩，继续进行沉井正常下沉开挖。

该过程中应注意如下事项：（1）拔出钢板桩时，如果刃脚已经接触到钢板桩，需在拔出困难时才可使用震动拔桩的方法，尽量避免损坏沉井刃脚及钢板桩。（2）沉井外侧掏空区用土质较好的原状土进行分层压实回填。（3）拉警示带警戒，严禁人员进入挖掘机回转半径及沉井倾覆范围内。

3.6 测量监测

为保证沉井正常下沉以及确保沉井周边建筑的安全，在沉井下沉前测量初始数据，且下沉和纠偏过程中均需要进行同步监测，根据监测数据对沉井位置偏差、标高以及沉井的下沉速度进行控制。在沉井井壁顶部4个角分别设置水准基点，通过全站仪和水准仪的跟踪测量和复核，监测控制沉井位置、标高和下沉速度。

（1）沉井垂直度的控制。利用全站仪将结构的D轴（沉井中轴线）和a轴放出，并在沉井结构上用作竖直标线，在下沉过程中用全站仪随时对标线进行测量，如过发现倾斜角度超过要求，及时采取相应的纠偏措施；将中轴线在距结构15～20m的位置设置控制桩，将外侧边线向外延伸作为控制桩，以便及时对结构进行控制。在沉井内外各按4或8等分做出垂直标记，并定期用2台全站仪进行垂直偏差观测。挖土时，应随时观察并测量沉井的垂直角度，当线距离竖直标线达50mm或沉井四角标高不一致时，应及时采取纠偏措施。

（2）沉井过程中的测量控制措施。在沉井外墙壁4个角点处的墙上画出竖直的标记，用水准仪及时观测沉降值。沉井下沉时应对沉井位置、垂直角度以及下沉速度进行观测，每班测量不少于4次。在沉井快接近设计标高时，应增加观测频次，每小时1次，防止沉井超沉。

（3）测量工作的管理措施。沉井的测量工作应由专人负责，需要及时并如实记录每次测量数据。

下沉可分三个阶段进行，首先下沉1.5～2.5m，然后中沉，最后1.5～2.0m为终沉。首沉阶段，每30min内观测1次并做好记录，及时计算各处偏差情况，将结果及时反馈至施工现场，调整开挖部位及下沉速度等；中沉阶段，进入正常下沉，正常下沉时，可按照每2h测量1次的频率进行测量；最后终沉阶段必须增加观测次数，一般30min左右观测1次。

通过对观测数据的计算分析，必须控制沉井的对角高差小于15cm，并随时观察沉井周围土质变化情况，随时记录地下水位、沉降、涌土、下沉速度。终沉阶段最后2～3m要减小挖土深度，防止发生突沉和超沉情况，并控制开挖深度及速度，以纠偏为主，下沉为辅。当沉井下沉速度8h不超过1cm时，即可认为沉井趋于稳定。

4 结束语

当混凝土沉井施工工艺遇到复杂软弱地层时，往往容易使沉井歪斜，因此在使用沉井工艺施工前，施工人员必须重视水文地质的勘察工作。如果因为软弱地质使沉井下沉初期便发生大角度倾斜，首先可采用填土支撑的方式对倾斜沉井进行简单支撑，利用旋喷桩对软弱地基加固；然后在倾斜侧堆土和沉井下方斜向打入钢板桩，防止沉井继续倾倒，并通过“不均匀下沉”的方法对沉井进行纠偏。根据现场实例验证，采取上文所述的沉井纠偏方法，可以对下沉初期便发生大角度倾斜的沉井进行及时有效的纠偏。

在现代市政给排水管道建设过程中，在对顶管、托管等非开挖施工技术进行研究推广的同时，有必要加大对配套的沉井下沉施工的研究力度，特别是沉井大角度倾斜的纠偏情况。文章对上述情况下底部浅埋沉井大角度倾斜纠偏方法进行了试验研究，以寻求一种方便、高效、经济的纠偏方法，对类似顶管沉井大角度倾斜的纠偏具有研究和借鉴价值。