綜合管廊覆土較淺時(shí)臺(tái)背回填處理措施淺析

劉建華

（天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院南方分院，廣東 深圳 518053）

綜合管廊覆土較淺時(shí)臺(tái)背回填處理措施淺析

劉建華

（天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院南方分院，廣東 深圳 518053）

城市綜合管廊目前在我國(guó)大力推廣，使用范圍及規(guī)模也越來越大。沿道路敷設(shè)的綜合管廊，其覆土深度直接影響工程投資及道路的路面質(zhì)量，當(dāng)覆土較淺時(shí)其臺(tái)背回填處理措施應(yīng)著重設(shè)計(jì)。結(jié)合實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)對(duì)綜合管廊的臺(tái)背回填處理措施進(jìn)行分析研究，有關(guān)經(jīng)驗(yàn)可供相關(guān)專業(yè)人員參考。

綜合管廊；覆土深度；臺(tái)背回填；處理措施

1 概述

綜合管廊，指地下城市管道綜合走廊。即在城市地下建造一個(gè)隧道空間，將電力、通訊，燃?xì)?、供熱、給排水等各種工程管線集于一體，設(shè)有專門的檢修口、吊裝口和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)施統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一設(shè)計(jì)、統(tǒng)一建設(shè)和管理，是保障城市運(yùn)行的重要基礎(chǔ)設(shè)施和“生命線”。它是實(shí)施統(tǒng)一規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工和維護(hù)，建于城市地下用于鋪設(shè)市政公用管線的市政公用設(shè)施。

在發(fā)達(dá)國(guó)家，綜合管廊已經(jīng)存在了一個(gè)多世紀(jì)，在系統(tǒng)日趨完善的同時(shí)其規(guī)模也有越來越大的趨勢(shì)。目前，我國(guó)高度重視推進(jìn)城市地下綜合管廊建設(shè)，住建部會(huì)同財(cái)政部開展中央財(cái)政支持地下綜合管廊試點(diǎn)工作，確定包頭等10個(gè)城市為試點(diǎn)城市，未來地下綜合管廊需建8 000 km，投資規(guī)模將達(dá)1萬億。

2 綜合管廊一般設(shè)計(jì)原則

綜合管廊一般與城市道路統(tǒng)一規(guī)劃及建設(shè)，綜合管廊平面線形與道路平面線形一致，沿道路縱向敷設(shè)?，F(xiàn)行規(guī)范未對(duì)綜合管廊的埋深做具體要求，僅規(guī)定，綜合管廊穿越河道時(shí)，最小覆土深度應(yīng)按不妨礙河道的整治和管廊安全的原則確定：在一～五級(jí)航道下面敷設(shè)，應(yīng)在航道設(shè)計(jì)高程2.0 m以下；在其他河道下面敷設(shè)，應(yīng)在河底設(shè)計(jì)高程1.0 m以下；當(dāng)在灌溉渠道下面敷設(shè)，應(yīng)在渠底設(shè)計(jì)高程0.5 m以下[1]。

設(shè)計(jì)時(shí)，綜合管廊縱斷線性基本與道路縱斷一致，同時(shí)在縱坡變化處滿足各類管線折角的需要，在穿越路口處，為避讓重力流管線，采取局部下臥或上穿的措施通過。綜合管廊的覆土厚度應(yīng)根據(jù)其位置、道路施工、行車荷載、凍深和綜合管廊的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等因素綜合確定。要充分考慮各種綜合管廊節(jié)點(diǎn)的處理以及減少車輛荷載對(duì)綜合管廊的影響，兼顧其他市政管線從廊頂橫穿的要求、道路綠化要求等。綜合管廊標(biāo)準(zhǔn)斷面一般考慮覆土2.0 m左右，在特殊斷面處不小于1.0 m，且大于凍土深度。

3 綜合管廊臺(tái)背回填處理措施

受地下空間及結(jié)構(gòu)尺寸的影響，部分綜合管廊沿道路縱向位于機(jī)動(dòng)車道下方，同時(shí)為避讓現(xiàn)狀地下管線或構(gòu)筑物，廊頂覆土較淺。由于綜合管廊整體剛度大，與之相銜接的路基屬柔性結(jié)構(gòu)物，二者剛度不同，道路運(yùn)營(yíng)后沉降也不同。該沉降差沿道路縱向位于道路機(jī)動(dòng)車道范圍內(nèi)，極易使路面結(jié)構(gòu)層產(chǎn)生縱向裂縫。

針對(duì)此種情況必須對(duì)綜合管廊臺(tái)背回填進(jìn)行處理，為降低差異沉降造成的影響，常用的方法有：

（1）減少路基的壓縮變形，通過選用強(qiáng)度高、壓實(shí)快、透水性好的材料作為綜合管廊臺(tái)背回填材料，并要求壓實(shí)度不小于96%以達(dá)到減少路基壓縮變形的目的；

（2）設(shè)置搭板以實(shí)現(xiàn)沉降的漸變過渡；

（3）減小地基沉降，選用輕質(zhì)填料作為臺(tái)背回填材料。

4 案例分析

4.1 工程概況

海棠灣海榆東線市政道路（藤橋西河至海岸大道路口段）改造工程，項(xiàng)目建設(shè)于三亞市海棠灣，道路總長(zhǎng)約9.424 km，城市主干路標(biāo)準(zhǔn)，車道數(shù)為雙向6車道，紅線寬度42 m，設(shè)計(jì)速度60 km/h[2]。

該工程設(shè)有長(zhǎng)約7.7 km的綜合管廊，管廊采用單艙形式，標(biāo)準(zhǔn)段外尺寸為5.45 m×4.9 m，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)段覆土厚度不小于2.0 m，見圖1。綜合管廊采用鋼板樁支護(hù)開挖方式，臺(tái)背回填材料為基坑挖余中粗砂。

圖1 綜合管廊斷面位置示意圖（單位：m）

4.2 分析對(duì)象

受現(xiàn)狀地下管線影響，其中 K3+735～K3+885、K3+906～K3+939段綜合管廊覆土深度小于2.0 m，選取K3+780斷面（填土高3.779 m）和K3+800斷面（填土高1.114 m）兩個(gè)典型斷面進(jìn)行沉降分析計(jì)算。

根據(jù)地勘資料顯示：

（1）K3+780斷面處地下土層分別為：

①1素填土（厚度0.344 m）；

⑥1中砂、粗砂（厚度2.744 m）；

⑥2粗砂、礫砂（厚度3.068 m）；

⑥32粉質(zhì)粘土（厚度3.3 m）；

⑥3中砂（厚度1.23 m）；

⑥42粉砂（厚度2.178 m）；

⑥4粗砂（厚度1.076 m）；

⑥52粉質(zhì)粘土（地勘顯示最下層）。

（2）K3+800斷面處地下土層分別為：

①1素填土（厚度0.386 m）；

⑥1中砂、粗砂（厚度2.785 m）；

⑥2粗砂、礫砂（厚度2.944 m）；

⑥32粉質(zhì)粘土（厚度4.152 m）；

⑥3中砂（厚度0.320 m）；

⑥43粉質(zhì)粘土（厚度0.328 m）；

⑥42粉砂（厚度1.85 m）；

⑥4粗砂（厚度1.242 m）；

⑥52粉質(zhì)粘土（地勘顯示最下層）。

4.3 計(jì)算過程

計(jì)算軟件采用《理正巖土計(jì)算6.0版》中的軟土路堤、堤壩設(shè)計(jì)模塊。計(jì)算模型為一般路堤填筑模型，其中對(duì)于綜合管廊及管廊周邊回填砂采用等效荷載換算法處理。

（1）K3+780斷面

K3+780斷面路基寬43 m，其中30.15 m寬為新建填方路基；12.85 m寬位于現(xiàn)狀道路上，為零填，見圖2。

圖2 K3+780斷面設(shè)計(jì)圖

根據(jù)K3+780斷面情況，沉降計(jì)算模型選取新建路基部分計(jì)算（寬度30.15 m），綜合管廊及管廊周邊回填砂采用等效荷載換算方法處理，計(jì)算模型，見圖3。

圖3 K3+780計(jì)算模型（單位：m）

本次分別計(jì)算：路面峻工時(shí)、通車1個(gè)月、通車3個(gè)月、通車1 a及通車15 a后各時(shí)間節(jié)點(diǎn)綜合管廊處（1號(hào)點(diǎn)，離回填砂0.5 m位置），綜合管廊側(cè)邊中粗砂回填處（2號(hào)點(diǎn)，回填砂中心點(diǎn)）及綜合管廊基坑支護(hù)外0.5 m處（3號(hào)點(diǎn)）的沉降，其計(jì)算結(jié)果，見表1。

（2）K3+800斷面

K3+800斷面寬43 m，其中30.15 m寬為新建填方路基；12.85 m寬位于現(xiàn)狀道路上，為零填，見圖4。

根據(jù)K3+800斷面情況，沉降計(jì)算模型選取新建路基部分計(jì)算（寬度30.15 m），綜合管廊及管廊周邊回填砂采用等效荷載換算方法處理，計(jì)算模型見圖5。

表1 K3+780斷面各觀測(cè)點(diǎn)沉降一覽表

圖4 K3+800斷面設(shè)計(jì)圖

圖5 K3+800計(jì)算模型（單位：m）

計(jì)算位置的選取及時(shí)間節(jié)點(diǎn)與K3+780一致，其計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 K3+800斷面各觀測(cè)點(diǎn)沉降一覽表

4.3 計(jì)算結(jié)果分析及結(jié)論

（1）K3+780處，1號(hào)點(diǎn)與2、3號(hào)點(diǎn)沉降量比較接近，隨著時(shí)間的推移，1號(hào)點(diǎn)和2號(hào)點(diǎn)沉降差由5 mm上升到7 mm，差異沉降比較小。

（2）K3+800處，1號(hào)點(diǎn)與2、3號(hào)點(diǎn)沉降量相差較大，隨著時(shí)間的推移，1號(hào)點(diǎn)沉降量不增加，始終保持0的沉降量（這是由于該處綜合管廊置換了原狀土體，該處地基土體為超固結(jié)狀態(tài)，0的沉降量計(jì)算結(jié)果與理論相符），2、3號(hào)點(diǎn)沉降量繼續(xù)增加。通車3個(gè)月后1號(hào)點(diǎn)與2號(hào)點(diǎn)的沉降差已達(dá)到20 mm，差異沉降較大。

（3）結(jié)論

由于綜合管廊整體剛度大，與之相銜接的路基屬柔性結(jié)構(gòu)物，二者剛度不同，道路運(yùn)營(yíng)后沉降也不同。從上述分析結(jié)果可知，案例中綜合管廊建成后沉降基本為0，其臺(tái)后路基在自重和車輛荷載的作用下即使壓實(shí)度達(dá)到96%以上，也會(huì)產(chǎn)生15～29 mm的沉降。該沉降差沿道路縱向位于道路機(jī)動(dòng)車道范圍內(nèi)，極易使路面結(jié)構(gòu)層產(chǎn)生縱向裂縫。

4.4 處理措施

案例中，設(shè)計(jì)時(shí)已選用強(qiáng)度高、壓實(shí)快、透水性好的中粗砂作為管廊臺(tái)背回填材料，并要求壓實(shí)度不小于96%以達(dá)到減少路基壓縮變形的目的；為減少地基沉降可選用輕質(zhì)填料作為臺(tái)背回填材料，由于綜合管廊路線較長(zhǎng)，設(shè)計(jì)采用基坑挖余砂方做為回填材料，若換填輕質(zhì)填料，工程量大，材料費(fèi)用加上砂方外棄費(fèi)用，總造價(jià)高。

根據(jù)以上實(shí)際情況，案例可選用的處理方法為設(shè)置搭板以實(shí)現(xiàn)沉降的漸變過渡。搭板采用下置式，其上有0～80 cm覆土和75 cm的路面結(jié)構(gòu)層，搭板一端置于管廊側(cè)壁牛腿上，另一段位于中央分隔帶中（避免末端出現(xiàn)二次差異沉降），見圖6。該方案，搭板埋深較深，搭板所受活載應(yīng)力較小，其下路基承受活載更小，近臺(tái)端搭板下方不會(huì)出現(xiàn)脫空區(qū)，避免由于搭板破壞后造成路面開裂。

圖6 搭板設(shè)置斷面圖（單位：mm）

5 結(jié)語

綜合管廊作為線性工程，路線長(zhǎng)、規(guī)模大，覆土深度直接影響管廊的基坑開挖及支護(hù)方式，對(duì)工程投資規(guī)模影響巨大，同時(shí)也間接影響道路運(yùn)營(yíng)質(zhì)量，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮。當(dāng)綜合管廊埋深較淺時(shí)，應(yīng)對(duì)其臺(tái)背回填進(jìn)行著重設(shè)計(jì)，以消除由于路基剛度不同而產(chǎn)生的沉降差，避免路面出現(xiàn)縱向裂縫。

[1]GB50838-2015,城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范[S].

[2]海棠灣海榆東線市政道路（藤橋西河至海岸大道路口段）改造工程[Z].廣東深圳:天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院南方分院,2015.

U416.1

B

1009-7716（2017）08-0077-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.08.024

2017-05-16

劉建華（1984-），男，廣東深圳人，工程師，從事公路、城市道路工程設(shè)計(jì)工作。