淺析城市下沉式地道設計思路

李峻嶺

（廣州特希達科技有限公司,廣東廣州510220）

淺析城市下沉式地道設計思路

李峻嶺

（廣州特希達科技有限公司,廣東廣州510220）

城市交叉口改造時上跨橋經常受到居民的反對，下沉式地道成為一種較好的選擇，有關經驗可供相關專業(yè)人員參考。

下沉式地道；基坑；排水；抗??；結構

0 引言

隨著中國的經濟快速發(fā)展，城市中普遍出現著道路擁擠、車輛堵塞等現象，城市交通壓力越來越大。為了解決城市交通問題，各城市均加強城市交通設施的基本建設，對交通節(jié)點進行改造。對道路交叉口改造一般采用上跨橋或下沉式地道的形式，由于上跨橋建成后影響周邊地塊的開發(fā)，越來越多的市民反對修建上跨橋，下沉式地道成為交叉口改造的熱門選擇。本文簡單介紹下沉式地道的設計思路。

接到設計任務書后，首先收集設計基礎資料，如地形圖、管線布置圖等，同時對場地周邊的建、構筑物進行調查。調查場地區(qū)域內是否存在影響下沉式地道方案成立的因素，例如有些管線（如高壓燃氣管等）無法拆遷，同時也無法在施工中進行保護等；下穿地道是否穿越已建成橋梁，橋墩之間凈空是否滿足要求等[1]。

1 地道設計的原則

（1）貫徹執(zhí)行國家的技術經濟政策，按技術標準要求，使結構設計安全可靠、技術先進、經濟合理、方便施工。

（2）地道作為公共交通運輸系統的組成部分，結構設計以滿足施工、使用、規(guī)劃、防火、抗震、防水、通風等各方面的內容。遵循結構堅固、耐久、受力合理、施工安全快捷、造價適當的原則。

（3）根據地道所處位置的環(huán)境條件、工程技術要求與水文地質和道路狀況，經技術、經濟、工期、施工方式、環(huán)境影響和使用效果綜合比較選定適當的結構形式、埋置深度和施工方案。

（4）結構設計以地質勘察資料為依據，按工程不同地段的不同結構型式、施工方法、使用條件及荷載特性等選擇合理的設計方法分段設計。

（5）地道凈高滿足建筑、通風、設備、使用以及施工工藝等要求，并考慮施工誤差、結構變形和后期沉降的影響。

（6）考慮減少施工中和建成后對環(huán)境造成的不利影響。

（7）結構使用年限100 a，安全等級為一級，按施工階段和使用階段，根據承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的要求，對結構進行強度、剛度和穩(wěn)定性計算，并進行裂縫開展寬度驗算。結構分析模擬實際施工過程，對結構在施工階段、使用階段可能出現的永久荷載、可變荷載、特殊荷載按最不利荷載組合進行分析計算。裂縫寬度允許值根據結構類型、使用要求、所處環(huán)境條件等因素確定。按荷載短期效應并考慮長期效應組合的影響驗算最大裂縫寬度小于0.2 mm。

（8）結構抗浮按最高地下水位的全部水浮力設計，抗浮安全系數不小于1.05（不考慮側壁摩阻力）。

（9）對于地道結構基底的軟弱地基進行豎向承載力、地基變形和穩(wěn)定性驗算。

（10）根據周圍環(huán)境條件、基坑開挖深度、支護結構功能等，確定基坑等級。根據基坑不同工程段的安全度要求，分段采用合理的支護體系。支護結構的設計按施工階段最不利的荷載組合進行強度、變形及穩(wěn)定性計算?；訃o樁墻插入深度的確定必須滿足樁墻的抗傾覆穩(wěn)定和基坑整體穩(wěn)定性及基坑底部土體的抗隆起和抗管涌穩(wěn)定性計算要求。

（11）使用階段鋼筋混凝土結構根據防水抗?jié)B的要求，進行防水抗?jié)B設計。

2 地道設計要點

下沉式地道根據平面交叉需要和縱斷面的設置，分為暗埋段和敞開段。根據受力的特點和施工的方法，設計中要考慮結構設計、基坑支護設計、基坑止水設計、抗浮設計、防水設計、泵房設計等。

2.1 地道結構設計

地道結構設計使用年限為100 a，結構安全等級為一級，考慮側向土壓力采用主動土壓力公式計算；墻外水土壓力施工階段及運營階段粘性土采用水土合算；地基基床系數按規(guī)范取值，結構計算時把暗埋段按框架結構計算，敞開段根據支撐方式按板結構進行計算；計算時考慮混凝土收縮應力、可變荷載地面超載等。

結構設計應充分考慮工程地質條件和各階段應力變化的特點，滿足強度、剛度、施工、穩(wěn)定性、抗浮和耐久性等要求。結構設計時分別按施工階段和正常使用階段進行結構強度計算，并進行裂縫寬度控制計算。在各種荷載短期效應組合作用下，并考慮長期效應組合的影響，混凝土構件裂縫寬度不超過0.2mm。在地道底板伸縮縫處可設置抗剪措施（枕梁），防止縫兩側的結構發(fā)生豎向錯動。

敞開段斷面見圖1，暗埋段斷面見圖2。

圖1 敞開段斷面

圖2 暗埋段斷面

2.2 基坑支護設計

根據工程所在地區(qū)地質資料、地下水位及基坑開挖深度，結合以往其它類似工程的工藝經驗，在施工工藝上將放坡開挖（結合型鋼簡易支護）、灌注樁支護、SM W工法做深入比較，尋求更適合工程的施工工藝。

（1）基坑放坡開挖（結合型鋼簡易支護）：是基坑土方開挖常用的一種形式，其優(yōu)點是施工方便、造價低，一般是適用于土質較好的地區(qū)。同時如采用放坡開挖方式時，除根據環(huán)境特征和各類工況進行土坡穩(wěn)定性分析、計算外，還應采取有效的降排水或止水措施和安全防護措施，確保安全。但開挖深度較大時可能導致擋土結構側向位移和及地表沉陷較為明顯,對鄰近無建筑物或建筑物對此要求不嚴格時可采用。不過特別注意的是地下水位較高或遇上雨水天氣時，放坡開挖對于水的滲漏問題比較嚴重，使土體自重加大，加大了土體中的剪應力，有可能造成滑坡等問題，因此應該謹慎設計并相應采取構造措施（如在型鋼支護外側加打水泥攪拌樁止水帷幕）。對于本工程而言，開挖較淺的區(qū)段采取這種開挖方法，方便適用，較為經濟。

（2）SM W工法：它是一種與土攪拌而成的墻，在混凝土凝固前向樁中插入型鋼，從而使水泥土樁的抗壓強度與彈性模量都大為提高，且待施工完畢后可將型鋼拔出回收。其優(yōu)點是造價低（深度3～6 m左右），按上海經驗是一般地下連續(xù)墻的60%，此外還有抗?jié)B性能好，對現場要求低，設備簡單，無取土和泥漿管理問題，進度快，剛度大，環(huán)境污染小等優(yōu)點，是一種極其有前途的新技術。對于工程單純需要基坑支護的區(qū)段，無疑是較為經濟適用的。SM W工法斷面見圖3。

圖3 SMW工法斷面

（3）灌注樁支護：一般在6～12 m的開挖深度才較為經濟，灌注樁的施工工藝目前算是比較成熟，灌注樁結合水泥攪拌樁或高壓旋噴樁的止水帷幕，很好的地解決了其自身抗?jié)B性差，基坑局部滲水的缺點。下沉式地道一般建在城區(qū)內，基本上沒有采用錨桿的條件，一般采用混凝土撐或鋼支撐作為內撐。如基坑支護樁無采用內撐或錨桿的條件，可考慮采用雙排支護樁。灌注樁支護斷面見圖4。

圖4 灌注樁支護斷面

2.3 基坑止水設計

當基坑開挖深度大于工程所在場地的地下水位高度時，如采用沒有止水防滲功能的分離式柱列式排樁，需要考慮設置止水帷幕，止水帷幕的設置應形成閉合環(huán)形，且止水帷幕的深度應滿足如下要求：

（1）當基坑內外存在水頭差時，粉土和砂土應進行抗?jié)B流穩(wěn)定性驗算，滲流的水力梯度不應超過臨界水力梯度。

（2）當上部為不透水層，坑底下某深度處有承壓水時，坑內土體應滿足抗承壓水突涌穩(wěn)定性驗算的要求。

2.4 抗浮設計

抗浮設計是指在下沉式地道埋深大的位置，須保證自重要大于水產生的浮力，下沉式地道不至于“漂”起來。一般情況下封閉箱體段自重可以滿足抗浮的要求，不需要另設抗浮措施。敞開段結構整體抗浮問題是結構設計應重點考慮的問題，若單純依靠結構自重來抵抗水浮力，則最深處敞開段結構底板厚度很大，顯然很不經濟，根據以往工程的成熟設計經驗和施工工藝有兩種形式。

（1）抗浮錨桿

底板采用錨桿抗浮，錨桿采用孔徑φ180 mm，錨孔間距根據計算確定，一般橫縱間距采用1.8～2.5 m?？垢″^桿采用水力擴孔二次注漿工藝，第一次采用常壓向孔內注入水泥砂漿，達到初凝時，第二次采用高壓劈裂注漿，注漿材料為純水泥漿。特點：配合復合地基處理使用。受荷時底板內力分配較均勻，撓度小，屬于多點彈性支撐?？垢″^桿斷面見圖5。

圖5 抗浮錨桿斷面

（2）抗拔樁

抗拔樁一般采用鋼筋混凝土鉆孔灌注樁，樁體直徑用D150 c m、D120 c m、D100 c m等?？拱螛稒M向一般設置2～3根，縱向根據計算采用4～6 m。特點：受作用時底板內力及撓度大，屬于剛性支撐；耐久性好；抗拔樁同時可作為支撐樁?？拱螛稊嗝嬉妶D6。

（3）方案對比

設計時應根據實際情況，綜合造價、工藝、工期等因素，選取合適的抗浮方案。

圖6 S抗拔樁斷面

2.5 防水設計

2.5.1 防水設計原則

地道的防水設計遵循“以防為主、剛柔并濟、因地制宜、綜合治理”的原則。

確立鋼筋混凝土結構自防水體系，即以混凝土結構自防水為根本，以接頭防水為重點，輔以頂部或整體附加防水層加強防水的多道防線，綜合治理的體系。

2.5.2 地道防水等級

根據G B50108-2008確定地道結構的防水等級。為滿足結構百年的使用年限，可對防水標準作適當提高。

2.5.3 地道一般防水處理

地道主體結構混凝土采用滿足抗?jié)B等級的防水混凝土，地道四周采用防水卷材包裹，卷材材料類型采用E V A高分子聚乙烯防水卷材或雙向自貼橡膠瀝青防水卷材。

2.5.4 施工縫設置與防水處理

（1）施工縫建議設在側墻離底板高度500～1 000 mm處，側墻縱向施工縫防水采用中埋式鍍鋅鋼板止水帶與內側設單組分遇水膨脹聚氨酯密封膠止水條組合防水。

（2）在水平施工縫澆筑混凝土前，應將其表面泥漿和雜物清除，基層涂刷水泥基滲透結晶型防水涂料并及時澆灌混凝土。

2.5.5 變形縫防水

在底板、側墻外側變形縫處設外貼式橡膠止水帶在側墻頂收頭。內襯結構設中埋式鋼邊橡膠止水帶，置于底板、側墻中間，同樣在側墻頂收頭。底板、側墻背水面縫口，設嵌縫槽，以密封膠嵌填加強防水。

2.5.6 附加防水層防水

如發(fā)現某區(qū)段的現澆混凝土結構未能完全滿足防水的技術要求，則要求在該段混凝土的內側涂刷水泥基滲透結晶型防水材料，利用其滲透性和長期活性的功能，封閉墻板的滲透裂縫，進行內面的防水處理。

2.6 泵房、排水設計

地道靠近檢修道內側設置排水明溝，在地道暗埋段最低位置結合結構側墻設置排水泵房，暗埋段下側設置排水管引入雨水泵房，通過抽水泵將水排入市政排水系統或就近排入河涌中。

3 結語

隨著城市化進程的加快，在城市交叉口的改造中，將會出現越來越多的下沉式地道。作者對下沉式地道的設計過程進行了介紹，希望此文能夠幫助此類似項目的設計、建設。

[1]劉國彬,王衛(wèi)東.基坑工程手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社, 2009.

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1009-7716（2017）06-0143-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.06.042

2017-03-01

李峻嶺（1980-），男，吉林榆樹人，工程師，從事橋梁設計工作。