王 虎 上海鐵路局滬杭鐵路客運專線股份有限公司

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計為一聯（88.8+160+88.8）m自錨上承式拱橋，采用“先支架現澆、后轉體就位”的施工工藝。位于滬杭高速公路兩側的兩個主墩承臺設計平面尺寸19.1m（順橋向）×22.9m（橫橋向）×6.5m，為盡量避開高速公路的邊坡，承臺四角作切角處理，切角尺寸為2.25m（順橋向）×4.2m（橫橋向）。承臺分為上下兩層，兩層之間設計有0.9m的平轉空間。

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；下伏第四系全新統淤泥質黏土、黏土、粉土、粉砂，層厚 20～60m，基本承載力80kPa?？紤]到一方面地質條件較差且防護施工時間非常有限、另一方面受到轉體施工影響，基坑頂面6.5m范圍內無法設置內支撐等因素，最終確定基坑防護采用圓型鋼壁沉井方案。

2 鋼壁沉井總體施工方案

沉井內徑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單獨成一層，其余三層為接高層。根據運輸和現場起吊能力，將每層圍堰沿圓周方向按36°角等分為10塊，刃腳、壁板、隔艙預先在鋼結構廠內分塊、分片加工，運輸到位后現場逐層拼裝成型、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(套箱結構見圖1)。

圖1 圍堰結構圖

3 雙壁鋼套箱沉井制作及下沉

3.1 拼裝定位樁施工

由于套箱采用現場逐塊、逐層拼裝成型方案，為保證拼裝過程安全及軸線位置準確，刃腳拼裝前需要設置定位樁。定位樁采用施工現場的φ320mm鋼管樁，分別布置在套箱內外兩側。

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)刃腳結構的穩(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。另外，由于施工區(qū)域距離既有河流較近，置換開挖前首先設置一降水井，防止因排水不及時造成宕渣墊層承載力迅速下降。

3.3 墊木設置

對換填的宕渣頂面大致整平后，在其頂面鋪設5cm厚5～10mm的碎石進行準確找平。采用沿刃腳圓周均布枕木的辦法來擴大承載面積，枕木沿徑向布置，單根長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履帶吊進行套箱刃腳拼裝，拼裝過程中隨時檢查墊木的壓縮變形及沉降量，確保刃腳頂面標高一致，拼裝完成后用φ20mm拉桿對內外壁板進行對拉加固，確認檢查無誤澆注混凝土。內外壁板之間采用C30混凝土進行填充，混凝土澆注嚴格把握徑向嚴格對稱、環(huán)向均衡的原則，且要全程對頂面標高進行監(jiān)控測量，發(fā)現局部下沉量過大的情況應及時采取措施。

3.5 下沉施工

填充混凝土強度達到設計強度的60%后，套箱沉井下部基本形成了一個剛性的整體，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行切斷抽除，切除過程必須嚴格按照對稱原則進行。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稱分布，一組中一名工人負責將枕木緊貼套箱的外壁板切斷，另一名工人負責將另半截枕木移除，并有專人負責跟蹤檢查，確保枕木不對后續(xù)下沉施工造成阻礙。

3.5.2 取土下沉

采用兩臺中等臂長的挖機在沉井內沿刃腳周邊對稱開挖并將棄方統一堆碼到沉井中心位置，由兩臺長臂挖機由內向外出土外運的方案進行下沉。下沉過程中重點需解決均勻平穩(wěn)下沉、下沉糾偏和止沉的難題。

下沉過程中隨時進行土體摩阻與沉井重量的相互關系分析，確定適宜的取土辦法，控制取土位置及取土量，據此指導操作。

①環(huán)向對稱。將兩臺同等規(guī)格的挖機沿刃腳環(huán)向對稱布置，各自負責環(huán)向一半的開挖任務，嚴格按照起點對稱、開挖速度對稱、終點對稱的原則進行作業(yè)。開挖前沿刃腳四周每5m做一個明顯的里程標識，開挖過程中由專人跟蹤開挖速度，確保過程三對稱。

②豎向對稱。開挖前首先要求兩名挖掘司機進行試操作，明確每層開挖的標準深度后開始進入正常開挖階段，過程中逐段檢查、對比，確保豎向對稱開挖。

3.5.3 糾偏

下沉過程中一旦發(fā)現有傾斜趨勢或已經產生較大傾斜，必須先糾偏后再正常下沉。

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

②局部配重。首先根據下沉過程中積累的相關參數粗略計算需要配重的數量及范圍，采用在高側沉井頂面加混凝土預制塊的方式進行局部配重。配重過程中隨時進行觀測，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，下沉時側壁摩阻力對沉井下沉的影響程度相對較小，特別是在軟弱的淤泥質土層中下沉時更是如此，因此施工中經常需借助于刃腳反力來對沉井下沉速率進行控制。

根據逐層下沉過程中積累的經驗數據并結合地層資料，分析確定側壁摩阻力的大小，當側壁摩阻力不足以控制沉井下沉速率時，適當保留刃腳下部分土體，靠刃腳反力和側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，現場進行接高拼裝，填充混凝土后開挖下沉，最后一節(jié)沉井頂面標高需嚴格控制，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體橋基礎沉井施工現場見圖2）。

圖2 滬杭高鐵跨滬杭高速公路轉體橋基礎沉井施工現場

4 沉井封底

沉井下沉至設計標高后，即可進行封底施工?？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。封底施工時遵循均衡對稱的原則。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力擴散至井壁，防止封底混凝土受剪破壞。封底過程中需在內壁位置對稱預留集水井，以便后續(xù)施工過程中排水。

5 沉井施工對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，除刃腳會對土體造成擠壓外，井壁與周邊土體的摩擦會造成井壁帶土下沉；下沉過程中的糾偏對土體有局部較大擾動；隨著井內外壁之間的高差越來越大，會引起周邊土體局部應力釋放，引發(fā)土體自井外向井內的滑移甚至基底隆起?；谝陨显颍┕ば璨扇〈胧p小對周邊土體或建筑物的擾動。

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置圍護措施來減小或消除擾動影響，圍護可采取鋼板樁、抗滑鉆孔樁等形式。

5.3 加強變形觀測

重點加強沉井水平位移觀測、周邊建筑物高程及位移觀測、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 結束語

大直徑沉井在軟弱地質條件下施工，由于其下沉系數偏大，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較快并且均勻的下沉速度，有利于控制井外土體向井內的滑移，減小對周邊環(huán)境的影響。同時應根據不同的地質情況，采取有針對性的事先計算、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。