保山中心城市地下綜合管廊基坑圍護(hù)方案研究

楊建雄　蘇四代　施春賢　穆妍旭

摘要：城市地下綜合管廊基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性對(duì)于管廊的質(zhì)量、安全具有十分重要的作用。本文針對(duì)保山蘭城路綜合管廊基坑圍護(hù)方案的分析計(jì)算展開研究，根據(jù)該工程的地形、地質(zhì)、變形控制等外部約束，分別對(duì)放坡開挖、鉆孔灌注樁圍護(hù)方案進(jìn)行了結(jié)構(gòu)驗(yàn)算，界定了兩種方案的適用范圍。

Abstract： The stability of the foundation pit retaining structure of urban underground integrated pipe gallery plays an important role in the quality and safety of the pipe gallery. In this paper， the analysis and calculation of the foundation pit protection scheme of the comprehensive pipe gallery of Lancheng Road in Baoshan is carried out. According to the external constraints such as topography， geology and deformation control of the project， the sloping excavation and bored pile retaining schemes are respectively carried out. The structure check calculation defines the scope of application of the two schemes.

關(guān)鍵詞：綜合管廊;基坑;圍護(hù)結(jié)構(gòu);結(jié)構(gòu)檢算

Key words： integrated pipe gallery;foundation pit;retaining structure;structure check

中圖分類號(hào)：TU94+2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2019）23-0193-03

1 ?工程概況

1.1 施工場(chǎng)地概況

蘭城路支線綜合管廊建設(shè)項(xiàng)目位于道路西側(cè)綠化隔離帶下，路線全長(zhǎng)約670m，地處保山盆地西部，屬山間凹地地貌單元。管廊斷面尺寸（內(nèi)尺寸）為B×H=2.4×2.4m。本工程管廊基坑為長(zhǎng)條形基坑，考慮到道路路基施工順序，綜合管廊的基坑開挖深度均在4.0～8.0m左右。場(chǎng)地地形平坦，地勢(shì)總體北東高，南西低，最大相對(duì)高差約2.31m。場(chǎng)地有一條小河從擬建管廊橫穿，河面寬約8m;擬建蘭城路沿線存在現(xiàn)狀高壓電力架空線。部分電力架空線橫穿蘭城路，有兩座高壓線電塔距離擬建管廊較近，一座高壓電塔位于K0+090處，位于管廊東側(cè)約30m，另一座高壓電塔位于K0+300處，位于管廊西側(cè)約10m，若該高壓鐵塔不遷移，會(huì)對(duì)基坑開挖有一定影響。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)走訪及踏勘，場(chǎng)地其他位置周邊主要為耕地，無臨近建筑物。

1.2 工程地質(zhì)條件

1.2.1 地層巖性

沿線巖土層主要為第四系耕植土（Q4pd）、第四系沖、洪積（Q4al+Q4pl）、根據(jù)鉆孔揭露地層情況，從上至下包括以下土層：耕植土平均厚0.65m，粉質(zhì)黏土平均厚2.04m，含有機(jī)質(zhì)黏土平均厚3.32m，圓礫平均厚2.84m，圓礫層間不均勻夾薄層狀黏土、粉質(zhì)黏土平均厚7.61m，粉質(zhì)黏土平均厚3.36m。

1.2.2 地基土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，各層地基土的物理力學(xué)性質(zhì)見表1。

1.2.3 地下水

擬建管廊沿線地下水類型為賦存于圓礫中的孔隙水及賦存于黏性土中的上層滯水，地下水主要接受大氣降水下滲補(bǔ)給，受重力影響從上往下滲流，總體向地勢(shì)低洼處逕流排，勘察期間測(cè)量地下水位為0.60～2.80m，沿線含水層富水性及透水性較好。

1.2.4 場(chǎng)地巖土工程評(píng)價(jià)

軟弱土：場(chǎng)地中揭露的含有機(jī)質(zhì)黏土屬軟弱土，力學(xué)性質(zhì)低，自立性差，基坑開挖后，在地下水作用下易垮塌，形成不穩(wěn)定邊坡，基坑開挖前需采用鋼板樁支護(hù)后在進(jìn)行開挖，基坑底板揭露該層時(shí)應(yīng)用換填處理，采用該層做基礎(chǔ)持力層還需對(duì)其進(jìn)行軟弱下臥層驗(yàn)算，并考慮軟土震陷影響。經(jīng)調(diào)查，勘察場(chǎng)地范圍內(nèi)及其附近未發(fā)現(xiàn)活不良地質(zhì)現(xiàn)象，場(chǎng)地內(nèi)亦無對(duì)工程不利的埋藏物，場(chǎng)地穩(wěn)定，可進(jìn)行管廊修筑。

抗震等級(jí)：場(chǎng)地土類型主要為中軟場(chǎng)地土，該場(chǎng)地覆蓋層厚度為大于50m，建筑的場(chǎng)地類別屬Ⅲ類。保山市抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.20g，設(shè)防分組為第三組。反應(yīng)譜特征周期為0.45s。

飽和砂土液化趨勢(shì)：管廊沿線無飽和砂土分布，故本場(chǎng)地可不考慮地震液化影響;含有機(jī)質(zhì)黏土為軟弱土為管廊底板時(shí)需作換填處理，設(shè)計(jì)需進(jìn)行軟弱下臥層驗(yàn)算，并考慮軟土震陷影響，軟土震陷值取150mm。

2 ?基坑圍護(hù)方案

考慮工程的位置、地質(zhì)條件等因素選擇基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案，結(jié)合安全性、經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)合理性等原則，綜合研究選擇基坑圍護(hù)方案。管廊基坑深度4～8m，結(jié)合場(chǎng)地現(xiàn)狀及土層性質(zhì)，選用的圍護(hù)結(jié)構(gòu)為鉆孔灌注樁和放坡開挖兩種形式。

2.1 放坡開挖方案

放坡圍護(hù)方案的優(yōu)點(diǎn)：施工方便，施工周期短，技術(shù)成熟，施工成本低。放坡圍護(hù)方案缺點(diǎn)：施工占地面積大，對(duì)周邊建筑物保護(hù)較差。本工程常規(guī)基坑采用1：1.5放坡開挖施工，基坑開挖深度3～8m，坡面采用掛網(wǎng)噴漿加固處理并設(shè)置濾水管;對(duì)于深度大于4m的基坑，每側(cè)坡設(shè)兩道水平間距1.5m的9m長(zhǎng)注漿鋼管錨固，如圖1所示。

2.2 鉆孔灌注樁圍護(hù)方案

鉆孔樁屬于柱列式排樁結(jié)構(gòu)，把鉆孔樁并排連續(xù)起來形成的地下?lián)跬两Y(jié)構(gòu)。鉆孔樁的優(yōu)點(diǎn)：排樁自身結(jié)構(gòu)剛度較大，側(cè)向變形小。鉆孔樁的缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)本身不具備防水能力，需另外增設(shè)止水帷幕，施工周期較長(zhǎng)，費(fèi)用較高。

本工程高壓電塔段基坑開挖深度為6～6.5m，采用D800@1100鉆孔灌注樁圍護(hù)+D600@400高壓旋噴樁止水帷幕施工;頂部采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土圈梁結(jié)構(gòu)，頂圈梁尺寸0.6m×1.0m，采用D609*16@4000鋼管支撐，如圖2所示。

3 ?基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)檢算

3.1 計(jì)算假定

主動(dòng)土壓力取值采用勘察報(bào)告提供的設(shè)計(jì)參數(shù)，地下水位-0.5m，采用朗金土壓力計(jì)算公式，水土分算;被動(dòng)土壓力計(jì)算系數(shù)采用地基基床系數(shù)“m”值;采用“m”法有限元程序進(jìn)行模擬實(shí)際施工工況的擋土結(jié)構(gòu)側(cè)向位移、內(nèi)力的計(jì)算。

3.2 基坑設(shè)計(jì)控制標(biāo)準(zhǔn)

本工程基坑圍護(hù)工程包括放坡圍護(hù)基坑和鉆孔樁圍護(hù)基坑，本文主要對(duì)鉆孔灌注樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢算。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙基坑的計(jì)算開挖深度為8.0m，基坑安全等級(jí)二級(jí);根據(jù)基坑平面及周邊環(huán)境總圖，本工程管廊放坡圍護(hù)段基坑環(huán)境保護(hù)等級(jí)為三級(jí)，鉆孔樁圍護(hù)段基坑環(huán)境保護(hù)等級(jí)為二級(jí)。本工程基坑穩(wěn)定性分析及對(duì)周邊環(huán)境影響的控制標(biāo)準(zhǔn)如表2、表3所示。

3.3 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果

基坑穩(wěn)定性分析：根據(jù)規(guī)范要求對(duì)本站基坑穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表4所示。

圍護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算：圍護(hù)結(jié)構(gòu)開挖階段計(jì)算時(shí)計(jì)入結(jié)構(gòu)的先期位移值以及支撐的變形，按“先變形、后支撐”的原則進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，按工況進(jìn)行分步計(jì)算，最終的位移及內(nèi)力值是各施工階段之累計(jì)值，結(jié)果如表5所示。

基坑開挖卸載對(duì)周邊環(huán)境變形影響：基坑開挖必然會(huì)引起周邊土體產(chǎn)生側(cè)向位移及沉降，最終的地表沉降量應(yīng)滿足規(guī)范對(duì)應(yīng)的環(huán)境等級(jí)影要求，通過對(duì)計(jì)算模型的有限元計(jì)算分析結(jié)果表明：本方案能保證基坑開挖過程中基坑支護(hù)體系自身的安全及對(duì)周邊環(huán)境的保護(hù)要求，計(jì)算結(jié)果見表6所示。

圍護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)論：本工程基坑的各項(xiàng)穩(wěn)定系數(shù)均滿足規(guī)范相關(guān)要求，本工程基坑的樁體變形及周邊地面沉降計(jì)算結(jié)果均滿足規(guī)范環(huán)境保護(hù)的相關(guān)要求。

4 ?基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工與監(jiān)測(cè)

4.1 主要施工方案

鉆孔灌注樁施工：施工單位應(yīng)充分了解本工程地質(zhì)條件，在灌注樁成孔過程中，施工方應(yīng)采取有效措施，防止孔壁坍塌，樁體縮頸等，確保成樁質(zhì)量。鋼筋籠制作偏差應(yīng)符合下列規(guī)定： 鋼筋籠長(zhǎng)度：±50mm，鋼筋間距：±10mm，鉆孔灌注樁用混凝土粗骨料粒徑不得大于40mm，混凝土應(yīng)連續(xù)澆灌。充盈系數(shù)為 1.05～1.20。鉆孔灌注樁施工垂直偏差應(yīng)不大于1/150。樁徑容許偏差0～+50mm，樁位容許偏差±50mm。鉆孔灌注樁成孔后應(yīng)立即進(jìn)行清孔，且澆灌混凝土前還應(yīng)進(jìn)行第二次清孔。清孔后的沉渣厚度不得大于100mm，并立即進(jìn)行混凝土灌注。樁身混凝土采用C30水下混凝土，主筋凈保護(hù)層厚度為50mm。

基坑降水：基坑采用坑內(nèi)井點(diǎn)降水，開挖前必須進(jìn)行降水工程施工，待坑內(nèi)水位降至開挖面以下0.5m時(shí)方可開挖?；娱_挖過程中及管道回填完成前，必須保持坑內(nèi)水位降至開挖面以下0.5～1.0m。降水施工前，施工單位需降水工程勘察的工作，搜集降水工程勘察、降水工程施工的供水、供電、道路、排水及有無障礙物等現(xiàn)場(chǎng)施工條件，并為降水工程設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確的參數(shù)。降水工程施工應(yīng)備有工程搶救輔助措施，確保降水施工在地質(zhì)條件變化及施工條件變化時(shí)降水工程仍能順利進(jìn)行。降水施工完成后，必須經(jīng)過降水工程檢驗(yàn)，滿足降水設(shè)計(jì)深度后方可進(jìn)入降水工程監(jiān)測(cè)與圍護(hù)階段。

土方開挖：土方開挖前施工單位應(yīng)提交詳細(xì)的土方開挖施工組織設(shè)計(jì)，并取得基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)單位認(rèn)可后方可實(shí)施。土方開挖時(shí)應(yīng)先開挖支撐上方土體至設(shè)計(jì)標(biāo)高，待支撐架設(shè)施工完畢，強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，再繼續(xù)向下開挖，嚴(yán)禁先挖后撐。土方開挖應(yīng)按照先開挖位移控制要求比較低的區(qū)域，后開挖位移控制要求比較嚴(yán)格的區(qū)域?yàn)樵瓌t。開挖完最下一層土方后，4h內(nèi)應(yīng)澆筑素砼墊層，混凝土墊層直接澆搗至圍護(hù)樁內(nèi)側(cè)面，使墊層能夠起到一道支撐的作用，以減小樁體位移對(duì)周邊環(huán)境不利影響。施工機(jī)械停放處，應(yīng)事先在基坑護(hù)壁附近鋪設(shè)路基箱以擴(kuò)散壓力，或者局部加固地基，減少側(cè)壓力。在基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)外側(cè)地面嚴(yán)禁大量堆載，地面超載應(yīng)控制在20kN/m2以內(nèi)。土方開挖的順序、方法必須與設(shè)計(jì)工況相一致，并遵循“開槽支撐、先撐后挖、分層開挖、嚴(yán)禁超挖的原則。基坑開挖快到基坑底面，須保留300mm厚土待晴天用人工進(jìn)行挖除，挖除后立即進(jìn)行坑底混凝土墊層施工。

4.2 施工監(jiān)測(cè)方案

應(yīng)加強(qiáng)信息化施工，施工期間應(yīng)根據(jù)監(jiān)測(cè)資料及時(shí)控制和調(diào)整施工進(jìn)度和施工方法，對(duì)施工全過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制。儀器安裝埋設(shè)前要進(jìn)行檢驗(yàn)和率定，繪制監(jiān)測(cè)點(diǎn)安裝埋設(shè)詳圖，并按照方案和埋設(shè)要求做好埋設(shè)準(zhǔn)備。儀器埋設(shè)時(shí)，核定傳感器的位置是否正確，埋設(shè)的準(zhǔn)備是否符合技術(shù)要求，按監(jiān)測(cè)的位置和方向埋設(shè)傳感器。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)必須做到及時(shí)、準(zhǔn)確和完整，發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)。對(duì)原始數(shù)據(jù)要進(jìn)行分析，去偽存真后方可進(jìn)行計(jì)算，并繪制觀測(cè)讀數(shù)與時(shí)間、深度及開挖過程曲線，按施工階段提出簡(jiǎn)報(bào)。

監(jiān)測(cè)的主要項(xiàng)目包括：圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂面位移、沉降監(jiān)測(cè)、深層土體的位移監(jiān)測(cè)、坑外水位變化監(jiān)測(cè)、周圍管線沉降監(jiān)測(cè)，不同監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的要求見表7所示。

5 ?結(jié)語(yǔ)

在考慮基坑的地質(zhì)條件、變形控制要求基礎(chǔ)上，通過對(duì)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的檢算并結(jié)合同類工程實(shí)踐，可知采取以上設(shè)計(jì)措施后，本工程基坑的穩(wěn)定性、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形均能滿足規(guī)范要求，同時(shí)能夠滿足基坑開挖過程中的變形控制要求和對(duì)周邊環(huán)境保護(hù)要求。

在后續(xù)的施工過程中，該方案被證明在技術(shù)上是可靠的，且具有良好的可施工性和經(jīng)濟(jì)性。

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