綜合管廊T型交叉口深基坑設(shè)計與應(yīng)用研究

陳帥華

（1.上海水業(yè)設(shè)計工程有限公司，上海 200092；2.上海市政工程設(shè)計研究總院（集團）有限公司，上海 200092）

0 引言

綜合管廊是21世紀(jì)新型城市市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志之一，它避免了由于埋設(shè)或維修管線而導(dǎo)致道路重復(fù)開挖，它還為城市的發(fā)展預(yù)留了寶貴的地下空間，但同時伴隨著復(fù)雜、深大基坑對設(shè)計、施工、管理帶來的巨大的機遇與挑戰(zhàn)。

青山北路綜合管廊沿線周邊存在現(xiàn)狀通訊、電纜以及少量建構(gòu)筑物，因此無法采用大開挖施工。由于青山北路管廊交叉口處基坑深度達11～14m，結(jié)合南昌地區(qū)地下水水量豐富且含水層滲透性強的特點，基坑設(shè)計采用鉆孔灌注樁排樁圍護結(jié)合隔水帷幕及混凝土內(nèi)支撐體系方案。

鉆孔灌注樁排樁結(jié)構(gòu)施工便捷，工程造價相對經(jīng)濟，且施工工藝簡單、質(zhì)量易于控制，圍護結(jié)構(gòu)通過合理的內(nèi)支撐體系設(shè)計后剛度較大，基坑施工過程中排樁位移與變形均較小，對周邊存在臨近建筑或管線時影響不大。本文通過對青山北路與丹霞路綜合管廊T型交叉口基坑計算分析，為類似地質(zhì)條件下綜合管廊交叉口基坑設(shè)計提供理論依據(jù)及經(jīng)驗參考。

1 工程概況

1.1 工程簡介

南昌地區(qū)青山北路綜合管廊項目位于南昌市東湖區(qū)青山北路道路西側(cè)的非機動車道或人行道上，線路起于洪都大道，終至丹霞路，全長約2km。標(biāo)準(zhǔn)斷面采用3艙現(xiàn)澆鋼筋混凝土矩形箱涵，綜合管廊標(biāo)準(zhǔn)斷面設(shè)計斷面尺寸為9m（寬）×4m（高），底板埋深約6～7m。

丹霞路與青山北路交叉口為青山北路綜合管廊本次工程范圍的北側(cè)終點，在新建管廊與遠期規(guī)劃管廊交叉口處設(shè)計了T型交叉節(jié)點，其中遠期規(guī)劃需要施工的丹霞路管廊預(yù)留段需經(jīng)青山北路管廊下部穿越，兩者與交叉處疊合形成T型交叉節(jié)點，節(jié)點底板開挖深度11.7m～13.99m。T型節(jié)點結(jié)構(gòu)平面尺寸較不規(guī)則，其底板南北向最寬處24m，東西向最寬處20.97m。

基坑設(shè)計巖土參數(shù)建議值表 表1

T型交叉口基坑平面尺寸35.62m x 26.73m。根據(jù)基坑不同區(qū)域開挖深度不同，排樁布置分別采用直徑1000、中心距1200灌注樁（深度13.99m）以及直徑800、中心距1000灌注樁（深度11.70m），在不同深度灌注樁外側(cè)均采用單排三軸水泥土攪拌樁止水帷幕?；觾?nèi)支撐體系按不同標(biāo)高設(shè)置三道鋼筋混凝土水平內(nèi)支撐體系，水平支撐中心標(biāo)高分別為-1.650m、-5.650m、-9.400m，根據(jù)受力大小的不同，支撐斷面分別采用1mx0.8m、0.8mx0.8m、0.5mx0.5m三種類型。綜合管廊交叉口基坑較為不規(guī)則且無法形成平面封閉，水平支撐南北向最大間距16.27m，東西向最大間距14.35m。

圖1 青山北路綜合管廊區(qū)位圖

鉆孔灌注樁采用C30混凝土（水下），鋼筋混凝土內(nèi)支撐體系采用C30混凝土，水泥均采用普通硅酸鹽水泥，水泥強度不低于42.5。三軸水泥土攪拌樁采用水泥強度同樣不低于42.5，摻入比例不小于20%，水灰比1.5～2.0，加固體28天無側(cè)限抗壓強度不小于1.0MPa，滲透系數(shù)應(yīng)小于1×10cm/s。

1.2 工程地質(zhì)條件

勘察資料顯示，青山北路綜合管廊建設(shè)勘察深度范圍內(nèi)，地層自上而下分為：素填土、粉質(zhì)粘土、淤泥（質(zhì)粘土）、粉土、細砂、粗砂、礫砂、圓礫、強風(fēng)化粉砂巖、中風(fēng)化粉砂巖，具體巖土地質(zhì)參數(shù)如表1所示。

1.3 水文地質(zhì)條件

本工程建設(shè)范圍內(nèi)地下水類型主要為上層滯水、第四系松散巖類孔隙潛水和基巖裂隙水三種類型。上層滯水主要賦存于上部①素填土中，水位為1.2～3.5m。第四系松散巖類孔隙潛水主要賦存于第四系細砂、中砂、砂礫、圓礫層中，粉質(zhì)粘土為含水層的隔水頂板，下伏基巖為相對隔水層底板，孔隙潛水穩(wěn)定水位9.6m?；鶐r裂隙水主要賦存于場地第三系新余群泥質(zhì)粉砂巖層的孔隙裂隙中。

地下水主要接受贛江的側(cè)向補給及降雨入滲補給，水位隨季節(jié)變化，枯水及貧水期地下水向贛江排泄，水位下降，豐水期接受贛江水體的側(cè)向補給，地下水位上升。地下水與贛江水力聯(lián)系較密切，地下水水量豐富，含水層滲透性強。

2 工程重點和難點

2.1 基坑周邊環(huán)境保護

青山北路屬于城市主干道，T型交叉口節(jié)點周邊10m范圍內(nèi)存在幾處單層磚砌民房，20m以外存在幾處多層混凝土框架結(jié)構(gòu)房屋，道路交叉口周邊地下敷設(shè)有電力、通信、給排水、煤氣等各種管線，地上有多股通信、高低壓電線懸吊?；又苓叚h(huán)境總體較為復(fù)雜，因此對周邊環(huán)境的保護較為重要，關(guān)乎整個工程是否能順利推進?；釉O(shè)計時需嚴格控制排樁結(jié)構(gòu)變形及坑頂?shù)乇沓两怠；釉O(shè)計時通過合理的排樁直徑、間距、深度以及內(nèi)支撐體系的設(shè)計控制影響基坑變形的各項參數(shù)，減小對周邊環(huán)境的影響。

2.2 排樁圍護體的止水

南昌地區(qū)地下水豐富，含水層滲透性強，圍護結(jié)構(gòu)滲漏影響基坑正常施工，影響基坑的穩(wěn)定安全，且易造成坑外地表明顯沉降。同時為保證基坑整體的抗?jié)B流穩(wěn)定性，應(yīng)考慮合理的止水帷幕設(shè)置深度，保證安全的前提下兼顧經(jīng)濟因素。

2.3 排樁水平支撐體系的安全

綜合管廊T型交叉口基坑屬于三向開口及一向閉合的圍護體系，由于基坑三處不閉合，水平支撐體系整體穩(wěn)定性一般，受力較為復(fù)雜。為便于基坑施工，水平支撐體系存在換撐拆撐工況，施工工程存在一定風(fēng)險。通過合理設(shè)計水平支撐體系平面布置及支撐斷面尺寸，控制支撐受力及各構(gòu)件變形，確保支撐體系的安全，并要求嚴格遵循施工順序，做好基坑圍護結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境的受力及變形監(jiān)測。

3 T型交叉口基坑布置

由于綜合管廊為線性工程，交叉口施工時應(yīng)與標(biāo)準(zhǔn)段基坑設(shè)計施工統(tǒng)籌安排。

圍護樁與T型交叉口節(jié)點主體結(jié)構(gòu)間距不小于1.0m，根據(jù)不同區(qū)域基坑開挖深度的不同調(diào)整灌注樁直徑、間距及深度，同時考慮止水帷幕抗?jié)B流。根據(jù)T型交叉口節(jié)點各方向標(biāo)準(zhǔn)斷面尺寸、走向，合理確定內(nèi)支撐體系平面布置，受力合理的前提下同時考慮施工便利性。具體平面布置及剖面詳見圖2～圖4。

圖2 T型交叉口節(jié)點基坑平面布置示意

圖3 T型交叉口節(jié)點基坑1-1剖面示意

圖4 T型交叉口節(jié)點基坑2-2剖面示意

4 計算原則及結(jié)果分析

4.1 圍護樁計算原則

T型交叉口基坑安全等級為二級，設(shè)計使用年限為一年。

基坑側(cè)向土壓力按照朗金主動土壓力理論計算，由于基坑影響范圍內(nèi)土層滲透系數(shù)較大，因此均采用水土分算?？禹?shù)孛娉d按20kPa考慮。其余參數(shù)及計算結(jié)果限制要求均按照《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-2012）要求確定。

設(shè)計工況遵循的施工步驟如下：

①止水帷幕施工結(jié)束后進行灌注樁施工，基坑開挖前，圍護結(jié)構(gòu)滿足規(guī)定的齡期、強度要求；

②澆筑鋼筋混凝土頂圈梁，待混凝土強度達到設(shè)計強度后，開挖支撐以下的土方；

③依次施工各道混凝土圍檁及支撐，每次超挖深度不超過0.5m；

④基坑開挖到設(shè)計標(biāo)高后，4h內(nèi)澆筑素混凝土墊層，素混凝土墊層初凝后24h內(nèi)澆筑鋼筋混凝土底板及素混凝土傳力帶；

⑤基坑第三道支撐(標(biāo)高-9.40)待底板及素混凝土傳力帶達到齡期及100%強度后可拆除；

⑥基坑第二道支撐(標(biāo)高-5.65)待交叉口中間層樓板(板頂標(biāo)高-6.450)達到齡期及100%強度，且壁板外側(cè)土回填密實后拆除；

⑦基坑第一道支撐(標(biāo)高-1.65)待交叉口標(biāo)高-2.80鋼筋混凝土樓板達到設(shè)計強度，以及標(biāo)高-2.80以下土體回填密實后拆除；

⑧開挖過程中，坑內(nèi)地下水位應(yīng)控制在開挖面0.5m以下。

4.2 圍護樁計算結(jié)果

根據(jù)計算原則，采用同濟啟明星（FRWS7.2）基坑支護結(jié)構(gòu)專用軟件進行分析計算。其中以基坑最深13.99m計算斷面為例，經(jīng)計算得圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)力變形結(jié)果如下，其中計算限制要求分別參照《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-2012）及《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50497-2019）（見表2）。

圍護樁計算結(jié)果 表2

圍護樁整體計算結(jié)果如表3所示。

圍護樁整體計算結(jié)果 表3

地表沉降計算結(jié)果如下：

參照《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50497-2019）續(xù)表8.0.4要求，二級基坑地表豎向沉降累計值應(yīng)小于35mm，計算結(jié)果滿足要求。

4.3 內(nèi)支撐體系計算原則

內(nèi)支撐計算采用同濟啟明星內(nèi)支撐計算軟件（BSC4.1），內(nèi)支撐計算基于線彈性體平面桿系有限單元法。獨立進行水平面受荷變形分析和豎直面內(nèi)受荷變形分析，計算中不考慮水平面內(nèi)和豎直面內(nèi)計算結(jié)果的相互影響。豎直平面內(nèi)分析中除特殊截面構(gòu)件，均自動計算構(gòu)件的自重荷載（混凝土容重25kN/m，鋼材容重78kN/m）。

其中平面計算需要假定支點，基坑北側(cè)丹霞路方向標(biāo)準(zhǔn)段基坑延伸較遠，可作為假定的支點，平面建?？紤]設(shè)立支座。豎直面分析時基坑中部設(shè)置兩個豎向支點，即考慮豎向設(shè)置兩處格構(gòu)立柱（實際偏保守設(shè)置四處豎向立柱）。

由于支撐平面較大且不規(guī)則，同時存在3處缺口（銜接標(biāo)準(zhǔn)段）無法閉合，支撐體系考慮采用鋼筋混凝土支撐以及圍檁，確保足夠的支撐整體剛度。

4.4 內(nèi)支撐體系計算結(jié)果

內(nèi)支撐體系一共設(shè)置三道鋼筋混凝土支撐，中心標(biāo)高分別為-1.650、-5.650、-9.400。其中以第一道內(nèi)支撐體系（中心標(biāo)高-1.650）水平向計算為例，計算結(jié)果如表4所示。

內(nèi)支撐體系計算結(jié)果 表4

三道支撐經(jīng)分別計算分析，支撐體系受力合理，變形較小，可確?；娱_挖及管廊節(jié)點結(jié)構(gòu)施工過程中基坑的安全。

5 結(jié)論

①T型交叉口深基坑通過計算分析可知，采用灌注樁排樁圍護、雙軸攪拌樁止水帷幕以及鋼筋混凝土內(nèi)支撐體系的方案，其計算結(jié)果滿足規(guī)范關(guān)于二級基坑的要求。

②內(nèi)支撐體系在平面較不規(guī)則且無法閉合的情況下，宜選用剛度較大的鋼筋混凝土支撐及圍檁，且通過合理設(shè)置豎向支撐，減小支撐體系豎向受力。經(jīng)分析，T型交叉口基坑支撐體系布置合理，支撐體系自身變形、圍護排樁位移、地表沉降均能滿足規(guī)范要求，可有效減小對周邊環(huán)境的影響。