中铁市政环境建设有限公司 上海 200331
摘要：采用常规施工工艺进行沉井下沉施工，沉井周边土体沉降情况比较严重，对周边环境破坏较大。而在城市里施工，顶管井周边地下管线、地表构（建）筑物较多，对沉降控制要求高。本文结合施工实例阐述节段式沉井压沉施工工艺在工程实例中应用情况。
关键词：沉井；节段式；压沉
一、工程概况
1.工程概况
长江、沙湖水环境提升工程建设地点位于武汉市武昌区、洪山区，工程起点是新生路泵站，管道从泵站接出，向东穿越武九铁路线（已废弃，即将拆除），然后沿沙湖北岸线-沙湖公园-沙湖大道走向，最终进入二郎庙污水预处理站。
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图1 管线位置平面布置图
沙湖公园段W1～W4顶管井设计为圆形钢筋混凝土结构沉井，排水下沉，干封底。W1始发井内径11m，外径13m，壁厚1m，沉井结构高度15m，下沉深度15m； W2始发井内径13m，外径15.4m，壁厚1.2m，沉井结构高度21.5m，下沉深度22.8m；W3接收井内径12.5m，外径14.9m，壁厚1.2m，沉井结构高度23m，下沉深度24.034m；W4始发井内径13m，外径15.4m，壁厚1.2m，沉井结构高度21.5m，下沉深度22.867m。沉井周边设置止水帷幕，止水帷幕与沉井井壁之间设疏干降水井，以实现排水下沉干封底目的。
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图2 W1～W4沉井设计概况
2.地质及地下水情况
W1～W4顶管井地质从地面往下依次为①-1杂填土层、①-2淤泥层、②-1粉质粘土层、②-2粉质粘土层、②-3粉质粘土层、②-4粉质粘土夹粉土层、③-1粉细砂层。
W1～W4顶管井地表水主要受大气降水补给，以蒸发及向地下渗透的方式排泄，地表水对施工影响不大。地下水主要为赋存于①-1杂填土层中的上层滞水和③-1粉细砂层中的孔隙承压水。③-1粉细砂层有孔隙承压水赋存，其含水层与长江河床透水介质直接相通，与长江水有较好的互补关系，水量丰富。
3.周边环境
W1始发井施工场地位于沙湖公园以南的沙湖路路面上，W2始发井施工场地位于沙湖公园以北、沙湖大桥以东的绿地上，W3接收井和W4始发井施工场地位于沙湖公园内，临近沙湖水面。沙湖公园内四周风景如画、游人如织，对地面沉降控制和安全文明施工要求极高。
二、工艺原理
节段式沉井制作是将沉井井筒（除刃脚外）水平分为若干标准节段，制作一节下沉一节，重复施工直至沉井下沉至设计高程。
沉井压沉是由地锚提供反力使用液压设备向下加压促进沉井下沉。
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图3 工艺原理示意图
三、实际应用
以长江、沙湖水环境提升工程W2始发井为实例介绍节段式沉井压沉施工工艺应用情况。
1.工艺流程
W2始发井为临时顶管用结构，节段式沉井施工是以1.5m高度结构（除刃脚外）作为一标准节，竖向钢筋采用直螺纹机械连接，施工缝采用双道遇水膨胀橡胶条止水；压沉是以混凝土导梁提供压沉反力，液压油缸和反力架组成压沉设备对井壁加压。
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图4 节段式沉井压沉施工工艺流程图
2.施工准备
（1）沉井下沉系数计算
根据《沉井与气压沉箱施工规范》（GB∕T51130-2016），W2始发井无隔墙和底梁，采用排水下沉，压沉时刃脚留土，故沉井下沉系数按下列公式计算：
kst= Gk/(∑UifkiHi+U(b+n/2)Rk)
根据规范计算结果如下表：
根据《沉井与气压沉箱施工规范》（GB∕T51130-2016）规定，下沉系数宜为1.05～1.25，在遇软弱土层宜为0.8～0.9。
（2）压沉设备数量确定
本次压沉采用反力架加千斤顶进行加压，每组加压设备可以提供最大加压力1000kN。根据表1，W2始发井压沉至少设置9组加压设备，为避免设备长期满负荷使用，故W2始发井设置12组加压设备,即最大可提供加压力12000kN。
（3）导梁（基坑）尺寸设计
加压设备反力由导梁提供，即导梁至少提供9000kN的反力。刃脚高度4.55m，所以基坑深度取2.85m，导梁上口宽度取3.5m，下口宽度取2.5m。
故导梁混凝土体积：
V=1/3×3.14×(10.2×10.2+11.2×11.2+11.2×10.2) ×2.85-3.14×7.7×7.7×2.85=494.7m³
导梁自重:G=494.7×24=11873kN≥9000kN
表1 W2始发井下沉系数表
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（4）井壁压沉抗压强度计算
压沉设备千斤顶顶块直径d=205mm，根据公式P=F/s，井壁接触面的压强为:
P=1000×1000/(3.14×102.5×102.5)=30.31MPa
井壁采用的混凝土为C30S6，抗压强度为30MPa，故千斤顶不能直接加压在井壁上。
现提前预制一个钢垫板，千斤顶作用于钢垫板之上，钢垫板与井壁之间铺设3cm厚粗砂和放置一块木板，避免钢垫板与井壁直接接触，保护井壁，使钢垫板的有效接触面积最大。接触的有效面积S=700×450=315000mm2，即：
P=1000×1000/315000=3.17MPa＜30MPa。
满足井壁下沉抗压强度。
3、沉井井壁制作
W2始发井刃脚制作，标准节环向钢筋制安、模板安拆及混凝土浇筑按常规工艺施工，本文不在赘述。
标准节竖向钢筋单根长3.0m，接头交错1.5m，采用直螺纹机械连接；施工缝处混凝凿毛处理，并用4cm×4cm木条预压双道凹槽，在浇筑混凝土前安装双道2.5cm×2.5cm遇水膨胀橡胶条。
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图5 遇水膨胀橡胶条示意图
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图6 竖向钢筋安装示意图
4、加压下沉
（1）混凝土强度
根据前文计算，压沉时混凝土强度应大于3.17Mpa，为避免压沉对井壁结构带来损伤，本工程压沉时设定混凝土强度应大于8Mpa。
混凝土浇筑时留置试块，作同条件养护。待标准节模板拆除后，压沉设备及垫块就位；同步对同养试块送检，并用混凝土回弹仪测标准节井壁混凝土强度，满足要求，才进行加压下沉。
（2）加压
将反力架分为四组，配专人进行操作，保证每组加压设备同步开始作业。初始阶段，所有加压单元的油缸活塞杆推进速率均设定在30cm/h，当检测到井体下沉后，先确认是否存在个别加压单元无法推进的情况，若所有加压单元均能保持同一推进速率工作，则提升活塞杆推进速率至60cm/h，每个千斤顶的顶力控制在90t。
压沉过程中，施工人员对井体下沉姿态进行监控，每下沉30cm测量人员对井进行一次测量，测量工具采用激光水准仪，若对边高程相差5cm，立即用千斤顶进行纠偏，直到井体垂直度满足规范要求后再根据正常流程进行压沉作业。
压沉作业剩余0.3m时，逐步减缓活塞推进速率至0.3m/h，防止超沉，保持上述操作直至达到指定深度，关闭加压设备，施工完成。
（3）取土
首先，凿除素砼垫层，对称施工，由周边向中心施工；然后，用二甲苯溶剂对井壁与导梁之间10cm厚的聚苯乙烯泡沫板进行溶解，作业人员佩戴防毒面具。
采用220挖机取土，25t吊车加土斗吊土，专人指挥。分层取土，每层50cm，从中间向四周开挖取土。
四、结语
2018年5月9日，W2始发井开始沉井基坑开挖；2018年6月29日，沉井下沉到位，共耗时52天，较常规工艺节约工期49天。沉井下沉期间，导梁累计沉降4.7cm，周边土体基本无沉降，沙湖大桥无沉降。
W2始发井通过采用节段式沉井压沉施工工艺，实现了工期和沉降控制的目的，但是还是存在一些问题，具体如下：
1、反力架变形：初次使用时，加压至14Mpa，反力架出现变形，影响使用功能，存在安全隐患。重新对反力架进行受力验算，根据验算结果对反力架重新加固，满足使用功能要求。
2、井体位移：压沉前，将井壁与导梁之间泡沫板溶解，导梁与井壁之间存在10cm间隙。因井壁还未入土，开始压沉时，井壁极易向导梁方向位移，不易控制。
3、井壁外观质量不佳：W2始发井有11个标准节，施工缝多达11处，混凝土外观质量控制不佳，存在错台、空鼓、蜂窝及麻面等质量问题，需要加强控制，进行改进。