淺談不同情況下基坑支護(hù)方案的設(shè)計(jì)

摘要：隨著城市建設(shè)的日益加深，管廊得到越來越大范圍的應(yīng)用。本文就公主嶺市嶺東路管廊工程的基坑方案實(shí)例，共同探討不同環(huán)境和地質(zhì)情況下，管廊基坑的設(shè)計(jì)方向。

關(guān)鍵詞：管廊；基坑；鉆孔灌注樁；土釘

1.前言

本項(xiàng)目所經(jīng)沿線環(huán)境和地質(zhì)情況較為復(fù)雜，試就本管廊基坑項(xiàng)目的介紹，探討不同情況下的基坑設(shè)計(jì)，從而達(dá)到安全性和經(jīng)濟(jì)性的最優(yōu)化。

2.項(xiàng)目簡(jiǎn)介

嶺東路管廊的實(shí)施范圍為工業(yè)大街～嶺南大街，北起工業(yè)大街管廊，沿線經(jīng)公主大街、河南大街、南環(huán)城街，南接嶺南大街管廊。設(shè)計(jì)里程范圍為嶺東路道路樁號(hào)K0+017～K1+816.765，嶺南大街道路樁號(hào)K7+172.000～K7+210.400，里程全長(zhǎng)為1838.165m。

嶺東路管廊標(biāo)準(zhǔn)段B×H=6.3×4.0m，頂?shù)装灞诤?50mm，腹板壁厚400mm，4個(gè)內(nèi)角設(shè)250×250mm倒角。

嶺東路管廊結(jié)構(gòu)埋設(shè)在嶺東路東側(cè)機(jī)動(dòng)車道下，采用明挖順做法施工，支護(hù)結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，支護(hù)結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ0=1.0，基坑周邊荷載中，地面超載的等效均布荷載取20KPa，交叉口取30KPa，樓房荷載平層按20KPa，2層以上房屋取15KPa/層。

3.現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境

3.1 地形地貌

公主嶺市地貌類型分為南部山地和北部平原兩大地貌區(qū)。擬建場(chǎng)地地勢(shì)有起伏，各孔口黃海高程在213.77～227.47米之間。屬于北部平原的東遼河河谷平原地貌單元。

3.2 場(chǎng)地地質(zhì)水文條件

根據(jù)地質(zhì)勘察資料，場(chǎng)地淺部各土層分布較穩(wěn)定，自上而下可劃分為4個(gè)巖土層，依次為：①耕填土（Q4ml），厚度1.11～4.59m。④1粉質(zhì)黏土（Q4al），局部夾粉砂薄層，厚度2.15～11.30m。⑤強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖（K2xn2），厚度4.30～14.90m。⑥中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖（K2xn2），未擊穿，最大揭示厚度為11.30m。場(chǎng)地地下水穩(wěn)定水位埋深6.00～12.40米不等，呈兩頭深中間淺的狀態(tài)。在東溝河附近，由于河流影響，地下水位較淺。本場(chǎng)地環(huán)境類型為Ⅱ類，地層滲透性類型為B型。

場(chǎng)地在起點(diǎn)～鐵路（K0+017～K0+260）段④1粉質(zhì)黏土層較厚，層底埋深14.22～8.5m；在K1+292～終點(diǎn)段④1層層底埋深7.52～8.79m，其余路段④1層較薄較均勻，平均厚度4～7m。

場(chǎng)地全線①耕填土分布較為均勻，層底埋深1.11～4.59。

場(chǎng)地地下水普遍埋深較深，平均埋深12m；東溝河左右地下水較淺，最小埋深6m。

3.3 沿線現(xiàn)狀環(huán)境

3.3.1 嶺東路：

嶺東路全線均為已建成道路。各交叉路口除南環(huán)城街和嶺南大街外，均已建成通車。南環(huán)城街西側(cè)已建成，東側(cè)未建；嶺南大街未建成通車。

嶺東路K0+260～K0+422段為穿越鐵路段，K0+805～K0+859段跨越現(xiàn)狀東溝河。

3.3.2 沿線環(huán)境：

工業(yè)大街～公主大街：本段道路東側(cè)為已有廠房、民房，距離基坑較近，大部分為低層，僅靠近公主大街交叉口處有一處7層樓房。

公主大街～河南大街：本段道路東側(cè)為拆遷區(qū)。其中的K0+805～K0+859段穿越東溝河。

河南大街～南環(huán)城街：本段道路東側(cè)靠近河南大街交叉口處，有新建小區(qū)距離基坑較近；K1+291處有在建小區(qū)出入口，考慮到有裝建材的車輛來往，應(yīng)按交叉口的活載設(shè)計(jì)。

南環(huán)城街～嶺南大街：本段道路東側(cè)有學(xué)校、電臺(tái)等建筑距離基坑較近；接嶺南大街處有較深的倒虹銜接鄰近管廊。

4.基坑支護(hù)方式選擇分析

4.1 基坑支護(hù)的類型及其特點(diǎn)和適用范圍

4.1.1放坡開挖

適用于周圍場(chǎng)地開闊路段，基坑縱橫向位移控制無(wú)嚴(yán)格要求，施工簡(jiǎn)易造價(jià)低，填挖方較大。

4.1.2土釘墻

土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)是一種原位土體加固技術(shù)，它是以較密集排列的插筋作為土體主要補(bǔ)強(qiáng)手段，通過插筋體與土體之間的摩擦力達(dá)到改善土體力學(xué)性能的目的，使加固區(qū)土體成為能自穩(wěn)的重力式的擋土結(jié)構(gòu)。在工作機(jī)理上，土釘墻是高強(qiáng)度土釘、噴射混凝土面層及原狀土三者共同受力，形成復(fù)合土體。利用復(fù)合土體的自穩(wěn)達(dá)到支護(hù)目的。常用于開挖深度不大于15m、周圍相鄰建筑或地下管線對(duì)沉降與位移要求不高的基坑支護(hù)，具有施工快捷簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)可靠的特點(diǎn)。土釘墻一般適合于地下水位以上或經(jīng)過降排水后的素填土、粘性土、粉土以及非松散的砂土、卵石等土層，不宜用于淤泥質(zhì)土、飽和軟土及未經(jīng)降水處理的地下水以下的土層。

4.1.3鉆孔灌注樁。

鉆孔灌注樁直徑一般0.6～1.2m，多用于坑深7～15m的基坑工程，在我國(guó)得到廣泛的應(yīng)用。當(dāng)無(wú)地下水時(shí)，可稀疏布置，利用土拱效應(yīng)支護(hù)周圍土體、節(jié)省造價(jià)；當(dāng)?shù)叵滤惠^高時(shí)，一般需要在鉆孔樁外側(cè)再增設(shè)止水帷幕。鉆孔灌注樁應(yīng)用廣泛，工藝成熟；施工時(shí)無(wú)振動(dòng)、無(wú)噪音，無(wú)擠土現(xiàn)象，對(duì)周圍環(huán)境影響小；墻身強(qiáng)度高，剛度大，支護(hù)穩(wěn)定性好，變形??；既適用于軟土層，又適用于硬土層。其缺點(diǎn)是施工速度慢，工期較長(zhǎng)，防水效果不好，需要結(jié)合阻水帷幕。

4.1.4地下連續(xù)墻

通常連續(xù)墻的厚度為600mm、800mm、1000mm，也有厚達(dá)1200mm的，但較少使用。地下連續(xù)墻剛度大，止水效果好，是支護(hù)結(jié)構(gòu)中最強(qiáng)的支護(hù)型式，適用于地質(zhì)條件差、基坑深度大、周邊環(huán)境要求較高的基坑，但是造價(jià)較高，施工要求專用設(shè)備。

4.1.5SMW工法

SMW工法（勁性水泥土攪拌樁法），即在水泥土樁未結(jié)硬前插入H型鋼等，將承受荷載與防滲擋水結(jié)合起來，使之成為同時(shí)具有受力與抗?jié)B兩種功能的支護(hù)結(jié)構(gòu)的圍護(hù)墻。SMW支護(hù)結(jié)構(gòu)施工時(shí)基本無(wú)噪音，對(duì)周圍環(huán)境影響??；結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，可在粘性土、粉土、砂土、砂礫土中應(yīng)用，特別適合于以粘土和粉細(xì)砂為主的松軟地層；擋水防滲性能好；H型鋼可回收重復(fù)使用，施工成本較小。其缺點(diǎn)是應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)不足，插入的H型鋼雖可回收利用，經(jīng)過多次插拔后鋼材性質(zhì)變脆，不能再投入使用。

4.1.6鋼板樁

鋼板樁是對(duì)鋼帶進(jìn)行連續(xù)冷彎變形，形成截面為Z形、U形或其它形狀，可通過鎖口互相連接的板材。鋼板樁適用于淤泥、淤泥質(zhì)土、飽和軟土及地下水位較高的深基坑支護(hù)。施工時(shí)將鋼板樁用打樁機(jī)打（壓）入地基，使其互相連結(jié)成鋼板樁墻支擋土體。鋼板樁強(qiáng)度高、防水性能好、施工快速簡(jiǎn)便、占用空間小、并可回收重復(fù)使用。但鋼板樁價(jià)格較貴，無(wú)內(nèi)支撐時(shí)剛度小、變形大，拔樁時(shí)易引起土體移動(dòng)，造成周圍土體發(fā)生沉降。

4.1.7基坑支護(hù)選型小結(jié)

本項(xiàng)目地質(zhì)情況較簡(jiǎn)單，以粘性土和巖層為主，鐵道以北粘性土層較厚，以南的大部分地區(qū)較薄，地下水位大部分較淺。

SMW工法樁和鋼板樁在粉質(zhì)黏土層較淺的地段較難施打，故不宜設(shè)置在鐵道以南地區(qū)；且SMW工法樁較為新穎，應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)不足，鐵道以北地區(qū)距離房屋較近、需要嚴(yán)格控制沉降，因此也不宜設(shè)置。

地下連續(xù)墻支護(hù)形式太強(qiáng)、適應(yīng)性最強(qiáng)、造價(jià)最為昂貴，本項(xiàng)目場(chǎng)地?zé)o不良地質(zhì)、基坑最深不過12m，本著節(jié)省造價(jià)的原則，項(xiàng)目不宜采用地下連續(xù)墻形式。

鉆孔灌注樁工藝成熟、支護(hù)穩(wěn)定性性良好，并且由于地下水位除部分路段外普遍較淺，不需要擋水，可選用較為疏松的排列方式，變劣勢(shì)為優(yōu)勢(shì)。僅需要在過河段等地下水位較高的地方增設(shè)止水帷幕，充分利用了鉆孔灌注樁的優(yōu)越性和經(jīng)濟(jì)性。

放坡開挖適用于場(chǎng)地較寬大的地段，本項(xiàng)目公主大街～河南大街段有拆遷區(qū)，但經(jīng)驗(yàn)算，本段地質(zhì)情況不使用純放坡開挖，否則造成工作面過大、西側(cè)道路預(yù)留通行段過窄的情況。

而土釘墻既能兼顧經(jīng)濟(jì)性，又能減小開挖面，與放坡開挖結(jié)合，是一種較適合本項(xiàng)目的支護(hù)方式。

基坑工程應(yīng)在合理范圍內(nèi)須盡量減少造價(jià)。綜合以上，全線選擇鉆孔灌注樁和土釘墻的支護(hù)方式。

4.2基坑支護(hù)類型的分段細(xì)選

根據(jù)現(xiàn)狀環(huán)境分析，嶺東路在工業(yè)大街～公主大街段東側(cè)有廠房、民房，且④1粉質(zhì)黏土層較厚，宜采用鉆孔灌注樁，驗(yàn)算時(shí)須嚴(yán)格控制樁基強(qiáng)度和基坑沉降。其中的K0+260～K0+422段為穿越鐵路段，須做特殊設(shè)計(jì)，本文暫不做討論。

公主大街～河南大街段道路東側(cè)為拆遷區(qū)，不考慮房屋荷載，并且對(duì)開挖面沒有嚴(yán)格要求?？刹扇￠_挖面更大、更經(jīng)濟(jì)的基坑支護(hù)方式，本段采用土釘墻。其中K0+805～K0+859段穿越東溝河，采用鉆孔樁防護(hù)，施工時(shí)可視情況選用適當(dāng)?shù)闹顾∧?。本段控制土層①耕填土深度較大、地下水較淺，西側(cè)在土釘設(shè)計(jì)的深度范圍內(nèi)，有管線距離基坑較近，故驗(yàn)算時(shí)，應(yīng)注意設(shè)計(jì)放坡角度和土釘設(shè)置，嚴(yán)格控制基坑穩(wěn)定性。節(jié)點(diǎn)段仍采用鉆孔灌注樁支護(hù)。

其余大部分路段東側(cè)都有廠房或住房，其中不乏有距離基坑較近的和新建高層建筑，這些路段需嚴(yán)格控制基坑穩(wěn)定和沉降；并且大部分路段④1粉質(zhì)黏土層較?。ɑ驹?m以內(nèi)），宜采用鉆孔灌注樁防護(hù)。

嶺東路管廊在穿越交叉口處，部分采用設(shè)置倒虹段的方式避讓交叉管線和銜接標(biāo)高，這些倒虹段的基坑需根據(jù)基坑實(shí)際深度，并適當(dāng)加強(qiáng)樁基配筋和內(nèi)撐強(qiáng)度，保證基坑安全。交叉口處需考慮分幅翻澆施工，應(yīng)在交叉路線的中心線附近設(shè)置一排樁基，便于后期的翻澆施工，并另外進(jìn)行翻交段驗(yàn)算。

由于嶺東路標(biāo)準(zhǔn)段管廊采用滑動(dòng)模版的施工方式，考慮機(jī)械空間和人的行走空間，標(biāo)準(zhǔn)段管廊基坑內(nèi)緣與結(jié)構(gòu)外緣控制1.5m，節(jié)點(diǎn)段和非標(biāo)段采用普通立模施工，并且考慮在靠近嶺東路中心線的一側(cè)需要盡量減少開挖面積，節(jié)點(diǎn)段和非標(biāo)段管廊基坑內(nèi)緣與結(jié)構(gòu)外緣控制1.0m。

5.設(shè)計(jì)原則

5.1 房屋荷載：平面上距離基坑邊線在基坑深度一倍以內(nèi)的房屋荷載，按20KPa（平層）、15KPa/層（多層）加載，距離基坑邊線在基坑深度一倍以外的房屋荷載經(jīng)驗(yàn)算影響較小，不予考慮。

5.2 活載：因項(xiàng)目地處已建成道路的機(jī)動(dòng)車道下，地面超載的等效均布荷載取20KPa；交叉口和未建成小區(qū)的出入口取30KPa。

5.3 覆土厚度：計(jì)算深度管廊標(biāo)準(zhǔn)段頂板覆土厚度3.64～5.4m（不含過鐵路段），平均覆土厚度3.8m左右；標(biāo)準(zhǔn)段結(jié)構(gòu)高度4.9m；標(biāo)準(zhǔn)段墊層厚度0.7m?；由疃劝凑?0m計(jì)算，超過10m進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)。

5.4 地質(zhì)、荷載、基坑深度差異較大的，應(yīng)分別進(jìn)行計(jì)算。

5.5 交叉口因車輛荷載較大，并需考慮翻澆，應(yīng)做特殊設(shè)計(jì)。

6.基坑設(shè)計(jì)

本基坑工程大體有鉆孔灌注樁和放坡+土釘墻兩種形式。根據(jù)沿線土質(zhì)變化情況，分段選用最不利鉆孔驗(yàn)算。鉆孔灌注樁采用D=1.2m直徑，樁頂設(shè)置B×H=1200×800mm冠梁，對(duì)稱設(shè)置。兩排鉆孔樁間設(shè)1排內(nèi)撐，深度加大的倒虹段采用800×800mm鋼筋混凝土支撐，普通基坑采用Φ609mm，t=16mm的鋼管支撐。

鉆孔樁選型參數(shù)如下：

A型樁：樁長(zhǎng)16m，標(biāo)準(zhǔn)樁中距2.4m；B2型樁：樁長(zhǎng)18m，標(biāo)準(zhǔn)樁中距1.8m；D型樁：樁長(zhǎng)20m，標(biāo)準(zhǔn)樁中距1.8m。

6.1 工業(yè)大街～公主大街

K0+017～K0+262：土質(zhì)不良段，設(shè)置A型鉆孔灌注樁，控制土層為④1層，層底埋深14.22m。經(jīng)驗(yàn)算，所設(shè)樁型滿足要求，基坑側(cè)向位移x=11mm，豎向位移z=14mm。

（K0+262～K0+422，鐵路范圍，本文暫不做討論。）

K0+422～K0+537：東側(cè)有較高樓房，設(shè)置B2型鉆孔灌注樁（其中標(biāo)準(zhǔn)段樁間距d=2.4m，節(jié)點(diǎn)段d=1.8m），控制土層為④1層，層底埋深5.8m。經(jīng)驗(yàn)算，所設(shè)樁型滿足要求，基坑側(cè)向位移x=8mm，豎向位移z=11mm。見圖1。

6.2 公主大街～河南大街

K0+567～K0+625：接近交叉口的節(jié)點(diǎn)段，設(shè)置B2型鉆孔灌注樁，控制土層為④1層，層底埋深9.43m。經(jīng)驗(yàn)算，所設(shè)樁型滿足要求，基坑側(cè)向位移x=9mm，豎向位移z=12mm。

K0+625～K0+670：土質(zhì)較好，控制土層為①層，層底埋深2.19m，并且不需避讓管線。設(shè)置2級(jí)放坡基坑+土釘墻。第一級(jí)放坡H=5m，坡比1：0.4，設(shè)置豎向×縱向=1.2m×1.0m土釘，土釘直徑18，長(zhǎng)度7m；第二級(jí)放坡H=5m，坡比1：0.2，設(shè)置豎向×縱向=1.2m×1.2m土釘，從上往下，第1根和第2根土釘：直徑18，長(zhǎng)度8m、第3根和第4根土釘：直徑22，長(zhǎng)度8m。土釘在基坑兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置。見圖2。

K0+670～K0+763、K0+781～K0+805、K0+859～K0+911、K0+941～K1+099：土質(zhì)較差，控制土層為①層，層底埋深4.5m，并且需要避讓管線。設(shè)置2級(jí)放坡基坑+土釘墻。第一級(jí)放坡H=5m，坡比1：0.4，設(shè)置豎向×縱向=1.2m×1.0m土釘，從上往下，第1根土釘：直徑20，長(zhǎng)度12m、第2根和第3根土釘：直徑25，長(zhǎng)度12m、第4根土釘：直徑20，長(zhǎng)度12m；第二級(jí)放坡H=5m，坡比1：0.2，設(shè)置豎向×縱向= 1.2m×1.2m土釘，從上往下，第1根和第2根土釘：直徑18，長(zhǎng)度8m、第3根和第4根土釘：直徑25，長(zhǎng)度8m。土釘在基坑兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置。見圖3。

K0+763～K0+781、K0+911～K0+941、K1+099～K1+141：普通節(jié)點(diǎn)段，套用K0+017～K0+262段設(shè)置A型鉆孔灌注樁。

K0+805～K0+859：過河段，地下水位淺、施工時(shí)可能需要做止水帷幕。設(shè)置D型鉆孔灌注樁，控制土層為④1層，層底埋深8.6m。兩排鉆孔樁間設(shè)一層鋼管支撐。經(jīng)驗(yàn)算，所設(shè)樁型滿足要求，基坑側(cè)向位移x=12mm，豎向位移z=16mm。

6.3 河南大街～南環(huán)城街

K1+203～K1+301：有高層小區(qū)且有小區(qū)出入口，設(shè)置B2型鉆孔灌注樁，控制土層為④1層，層底埋深9.28m。經(jīng)驗(yàn)算，所設(shè)樁型滿足要求，基坑側(cè)向位移x=9mm，豎向位移z=11mm。

K1+301～K1+483：小區(qū)距離較遠(yuǎn)，設(shè)置B2型鉆孔灌注樁（樁間距d=2.4m），控制土層為④1層，層底埋深9.28m。經(jīng)驗(yàn)算，所設(shè)樁型滿足要求，基坑側(cè)向位移x=9mm，豎向位移z=11mm。

6.4 南環(huán)城街～嶺南大街

K1+534～K1+667、K1+763～K1+791：有距離較近的房屋，或接近交叉口車輛荷載較大。套用K0+422～K0+537段，設(shè)置B2型鉆孔灌注樁（樁間距d=2.4m）。

K1+667～K1+763：房屋較遠(yuǎn)荷載較小，套用K0+017～K0+262段，設(shè)置A型鉆孔灌注樁。

6.5 交叉口

其余路段為交叉口路段，根據(jù)基坑深度設(shè)置B2型樁或D型樁，并在所交道路中心線位置設(shè)置一排橫向的鉆孔樁，以利后期翻澆。先施工側(cè)設(shè)置混凝土角撐。

其中，交嶺南大街倒虹段因需要與嶺南大街管廊銜接標(biāo)高，管廊結(jié)構(gòu)較深，基坑最大深度達(dá)11.8m，設(shè)置D型鉆孔灌注樁，控制土層為④1層，層底埋深9.28m。兩排鉆孔樁間設(shè)2排內(nèi)撐，第一層為800×800mm 鋼筋混凝土支撐，第二層為Φ609mm，t=16mm的鋼管支撐。經(jīng)驗(yàn)算，所設(shè)樁型滿足要求，基坑側(cè)向位移x=12mm，豎向位移z=15mm。見圖4。

7.總 結(jié)

在設(shè)計(jì)過程中，要充分了解現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，針對(duì)不同的地形地貌、現(xiàn)狀環(huán)境以及業(yè)主及施工單位的特殊要求選擇不同的支護(hù)類型。因?yàn)樯婕暗目陀^情況種類繁多、范圍廣泛、變化多端，更需要多方面考慮來進(jìn)行設(shè)計(jì)，達(dá)到最好的設(shè)計(jì)效果。本文旨在通過對(duì)嶺東路管廊工程基坑設(shè)計(jì)的介紹，探討管廊基坑工程在不同情況下支護(hù)類型的選擇、設(shè)計(jì)，以期達(dá)到項(xiàng)目安全性和經(jīng)濟(jì)性的最優(yōu)化。

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作者簡(jiǎn)介：姜何（1988-），女，2011年畢業(yè)于南京工業(yè)大學(xué)交通工程專業(yè)。工學(xué)學(xué)士。

（作者單位：上海瑞橋土木工程咨詢有限公司）