王 虎 上海鐵路局滬杭鐵路客運(yùn)專線股份有限公司

1 工程概況

新建滬杭高鐵滬杭高速特大橋主跨跨越滬杭高速公路設(shè)計(jì)為一聯(lián)（88.8+160+88.8）m自錨上承式拱橋，采用“先支架現(xiàn)澆、后轉(zhuǎn)體就位”的施工工藝。位于滬杭高速公路兩側(cè)的兩個(gè)主墩承臺(tái)設(shè)計(jì)平面尺寸19.1m（順橋向）×22.9m（橫橋向）×6.5m，為盡量避開高速公路的邊坡，承臺(tái)四角作切角處理，切角尺寸為2.25m（順橋向）×4.2m（橫橋向）。承臺(tái)分為上下兩層，兩層之間設(shè)計(jì)有0.9m的平轉(zhuǎn)空間。

橋位處第四系地層發(fā)育，表層為人工填土層（Q4ml），層厚 0.5～3m，基本承載力100kPa；下伏第四系全新統(tǒng)淤泥質(zhì)黏土、黏土、粉土、粉砂，層厚 20～60m，基本承載力80kPa?？紤]到一方面地質(zhì)條件較差且防護(hù)施工時(shí)間非常有限、另一方面受到轉(zhuǎn)體施工影響，基坑頂面6.5m范圍內(nèi)無法設(shè)置內(nèi)支撐等因素，最終確定基坑防護(hù)采用圓型鋼壁沉井方案。

2 鋼壁沉井總體施工方案

沉井內(nèi)徑30.0m，外徑32.8m，壁厚1.4m，總高度12.0m，共等分為四層，其中刃腳部分3.0m單獨(dú)成一層，其余三層為接高層。根據(jù)運(yùn)輸和現(xiàn)場(chǎng)起吊能力，將每層圍堰沿圓周方向按36°角等分為10塊，刃腳、壁板、隔艙預(yù)先在鋼結(jié)構(gòu)廠內(nèi)分塊、分片加工，運(yùn)輸?shù)轿缓蟋F(xiàn)場(chǎng)逐層拼裝成型、逐層填充C30混凝土，取土開挖下沉到位后接高再填充混凝土再下沉，直到下沉到位。鋼壁之間填充混凝土主要起下沉配重作用，為主要的助沉措施(套箱結(jié)構(gòu)見圖1)。

圖1 圍堰結(jié)構(gòu)圖

3 雙壁鋼套箱沉井制作及下沉

3.1 拼裝定位樁施工

由于套箱采用現(xiàn)場(chǎng)逐塊、逐層拼裝成型方案，為保證拼裝過程安全及軸線位置準(zhǔn)確，刃腳拼裝前需要設(shè)置定位樁。定位樁采用施工現(xiàn)場(chǎng)的φ320mm鋼管樁，分別布置在套箱內(nèi)外兩側(cè)。

3.2 墊層施工

考慮到套箱拼裝處地層較軟弱、地基承載力很低，為防止拼裝期間因基礎(chǔ)發(fā)生不均勻沉降造成拼裝困難或刃腳部分混凝土填充完成后頂面高差太大造成下沉糾偏困難，在拼裝前采取換填法提高地基承載力，確保首節(jié)刃腳結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。由于表面基本承載力100kPa的人工填土層較較薄，換填宕渣的厚度控制在1.5m以內(nèi)。另外，由于施工區(qū)域距離既有河流較近，置換開挖前首先設(shè)置一降水井，防止因排水不及時(shí)造成宕渣墊層承載力迅速下降。

3.3 墊木設(shè)置

對(duì)換填的宕渣頂面大致整平后，在其頂面鋪設(shè)5cm厚5～10mm的碎石進(jìn)行準(zhǔn)確找平。采用沿刃腳圓周均布枕木的辦法來擴(kuò)大承載面積，枕木沿徑向布置，單根長(zhǎng)1.0m，采用雙根一組，環(huán)向間距1.0m。

3.4 刃腳拼裝及混凝土施工

利用75t履帶吊進(jìn)行套箱刃腳拼裝，拼裝過程中隨時(shí)檢查墊木的壓縮變形及沉降量，確保刃腳頂面標(biāo)高一致，拼裝完成后用φ20mm拉桿對(duì)內(nèi)外壁板進(jìn)行對(duì)拉加固，確認(rèn)檢查無誤澆注混凝土。內(nèi)外壁板之間采用C30混凝土進(jìn)行填充，混凝土澆注嚴(yán)格把握徑向嚴(yán)格對(duì)稱、環(huán)向均衡的原則，且要全程對(duì)頂面標(biāo)高進(jìn)行監(jiān)控測(cè)量，發(fā)現(xiàn)局部下沉量過大的情況應(yīng)及時(shí)采取措施。

3.5 下沉施工

填充混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的60%后，套箱沉井下部基本形成了一個(gè)剛性的整體，可以開始下沉。

3.5.1 墊木抽除

下沉前首先將墊層頂面布置的墊木進(jìn)行切斷抽除，切除過程必須嚴(yán)格按照對(duì)稱原則進(jìn)行。首先將操作工人分為四組，每組兩人，四組操作工沿圍堰圓周對(duì)稱分布，一組中一名工人負(fù)責(zé)將枕木緊貼套箱的外壁板切斷，另一名工人負(fù)責(zé)將另半截枕木移除，并有專人負(fù)責(zé)跟蹤檢查，確保枕木不對(duì)后續(xù)下沉施工造成阻礙。

3.5.2 取土下沉

采用兩臺(tái)中等臂長(zhǎng)的挖機(jī)在沉井內(nèi)沿刃腳周邊對(duì)稱開挖并將棄方統(tǒng)一堆碼到沉井中心位置，由兩臺(tái)長(zhǎng)臂挖機(jī)由內(nèi)向外出土外運(yùn)的方案進(jìn)行下沉。下沉過程中重點(diǎn)需解決均勻平穩(wěn)下沉、下沉糾偏和止沉的難題。

下沉過程中隨時(shí)進(jìn)行土體摩阻與沉井重量的相互關(guān)系分析，確定適宜的取土辦法，控制取土位置及取土量，據(jù)此指導(dǎo)操作。

①環(huán)向?qū)ΨQ。將兩臺(tái)同等規(guī)格的挖機(jī)沿刃腳環(huán)向?qū)ΨQ布置，各自負(fù)責(zé)環(huán)向一半的開挖任務(wù)，嚴(yán)格按照起點(diǎn)對(duì)稱、開挖速度對(duì)稱、終點(diǎn)對(duì)稱的原則進(jìn)行作業(yè)。開挖前沿刃腳四周每5m做一個(gè)明顯的里程標(biāo)識(shí)，開挖過程中由專人跟蹤開挖速度，確保過程三對(duì)稱。

②豎向?qū)ΨQ。開挖前首先要求兩名挖掘司機(jī)進(jìn)行試操作，明確每層開挖的標(biāo)準(zhǔn)深度后開始進(jìn)入正常開挖階段，過程中逐段檢查、對(duì)比，確保豎向?qū)ΨQ開挖。

3.5.3 糾偏

下沉過程中一旦發(fā)現(xiàn)有傾斜趨勢(shì)或已經(jīng)產(chǎn)生較大傾斜，必須先糾偏后再正常下沉。

①井內(nèi)偏出土。停止低側(cè)開挖，集中進(jìn)行高側(cè)開挖，開挖過程中嚴(yán)格控制一次開挖深度不能太大并加大監(jiān)控測(cè)量密度，防止反向傾斜。

②局部配重。首先根據(jù)下沉過程中積累的相關(guān)參數(shù)粗略計(jì)算需要配重的數(shù)量及范圍，采用在高側(cè)沉井頂面加混凝土預(yù)制塊的方式進(jìn)行局部配重。配重過程中隨時(shí)進(jìn)行觀測(cè)，如配重后仍然無法糾偏，則在帶配重工況下開挖，控制開挖的范圍及深度，嚴(yán)格把握由小到大、由淺到深的原則。

3.5.4 止沉

大直徑沉井在下沉過程中，由于其自重大的特點(diǎn)，下沉?xí)r側(cè)壁摩阻力對(duì)沉井下沉的影響程度相對(duì)較小，特別是在軟弱的淤泥質(zhì)土層中下沉?xí)r更是如此，因此施工中經(jīng)常需借助于刃腳反力來對(duì)沉井下沉速率進(jìn)行控制。

根據(jù)逐層下沉過程中積累的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)并結(jié)合地層資料，分析確定側(cè)壁摩阻力的大小，當(dāng)側(cè)壁摩阻力不足以控制沉井下沉速率時(shí)，適當(dāng)保留刃腳下部分土體，靠刃腳反力和側(cè)壁摩阻力共同控制沉井下沉速率。

3.5.5 圍堰接高、下沉

首節(jié)沉井下沉到位后，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行接高拼裝，填充混凝土后開挖下沉，最后一節(jié)沉井頂面標(biāo)高需嚴(yán)格控制，確保下沉深度滿足要求且距離地面的高度滿足阻水要求（滬杭高鐵跨滬杭高速公路轉(zhuǎn)體橋基礎(chǔ)沉井施工現(xiàn)場(chǎng)見圖2）。

圖2 滬杭高鐵跨滬杭高速公路轉(zhuǎn)體橋基礎(chǔ)沉井施工現(xiàn)場(chǎng)

4 沉井封底

沉井下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，即可進(jìn)行封底施工?？紤]到大直徑沉井一次封底施工較困難，因此沉井一般均采取分格分塊封底方法。封底施工時(shí)遵循均衡對(duì)稱的原則。封底混凝土一般澆筑成鍋底狀，其原因在于封底混凝土一般采取素混凝土，抗剪性能差，澆筑成鍋底狀可使剪應(yīng)力擴(kuò)散至井壁，防止封底混凝土受剪破壞。封底過程中需在內(nèi)壁位置對(duì)稱預(yù)留集水井，以便后續(xù)施工過程中排水。

5 沉井施工對(duì)周邊土體沉降及建筑物的影響

5.1 影響因素分析

沉井施工過程中，除刃腳會(huì)對(duì)土體造成擠壓外，井壁與周邊土體的摩擦?xí)斐删趲料鲁?；下沉過程中的糾偏對(duì)土體有局部較大擾動(dòng)；隨著井內(nèi)外壁之間的高差越來越大，會(huì)引起周邊土體局部應(yīng)力釋放，引發(fā)土體自井外向井內(nèi)的滑移甚至基底隆起?；谝陨显颍┕ば璨扇〈胧p小對(duì)周邊土體或建筑物的擾動(dòng)。

5.2 消除或減小影響的措施

通過在沉井與既有建筑物之間設(shè)置圍護(hù)措施來減小或消除擾動(dòng)影響，圍護(hù)可采取鋼板樁、抗滑鉆孔樁等形式。

5.3 加強(qiáng)變形觀測(cè)

重點(diǎn)加強(qiáng)沉井水平位移觀測(cè)、周邊建筑物高程及位移觀測(cè)、沉井周邊土體有無局部塌陷和開裂情況，確保周邊建筑物的安全。

6 結(jié)束語(yǔ)

大直徑沉井在軟弱地質(zhì)條件下施工，由于其下沉系數(shù)偏大，一般不需要特別的助沉措施，特別在下沉的中間階段并不是下沉越慢越好，最好能使沉井保持一個(gè)較快并且均勻的下沉速度，有利于控制井外土體向井內(nèi)的滑移，減小對(duì)周邊環(huán)境的影響。同時(shí)應(yīng)根據(jù)不同的地質(zhì)情況，采取有針對(duì)性的事先計(jì)算、分析或其失穩(wěn)它輔助措施避免、傾斜、下沉過多，確保沉井施工安全。