某管廊工程基坑支護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)

崔帥

（北京愛(ài)地地質(zhì)勘察基礎(chǔ)工程公司，北京 100043）

1 引言

土釘墻支護(hù)體系作為一種原位土體加固技術(shù)，已廣泛應(yīng)用于安全等級(jí)二級(jí)、三級(jí)的基坑支護(hù)中[1]。當(dāng)基坑較淺、土質(zhì)情況較好、基坑潛在滑動(dòng)面內(nèi)無(wú)建筑物和地下重要管線時(shí)，運(yùn)用土釘墻支護(hù)體系是最為經(jīng)濟(jì)合理的。土釘墻設(shè)計(jì)計(jì)算較為簡(jiǎn)單，主要設(shè)計(jì)包括土釘類型、長(zhǎng)度、布置方式以及整體穩(wěn)定性計(jì)算。但是基坑支護(hù)設(shè)計(jì)屬于巖土工程范疇，對(duì)地區(qū)勘察和施工經(jīng)驗(yàn)、巖土體的認(rèn)知等均有較高要求[2]，如果設(shè)計(jì)人員專業(yè)知識(shí)經(jīng)驗(yàn)積累少，對(duì)巖土體參數(shù)選取不當(dāng)，造成基坑設(shè)計(jì)過(guò)于保守；又因基坑支護(hù)屬臨時(shí)工程，因而產(chǎn)生了較大的工程投資浪費(fèi)。充分尊重地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)化基坑支護(hù)設(shè)計(jì)平面及剖面，能對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的工期及投資產(chǎn)生有利影響。本文針對(duì)某管廊工程基坑支護(hù)實(shí)例，分析闡述了實(shí)際優(yōu)化設(shè)計(jì)的情況。

2 工程概況

某道路地下擬建綜合管廊，管廊采用矩形雙艙結(jié)構(gòu)，為現(xiàn)澆鋼筋混凝土矩形雙艙結(jié)構(gòu)，寬7.15 m，高4 m，長(zhǎng)約1.5 km。綜合艙內(nèi)收納有電力電纜、通信電纜、給水管線、再生水管線等。

本標(biāo)段基坑隨綜合管廊底標(biāo)高變化，分為3 種不同深度，5～6 m、6～7 m、7～8 m。5～6 m 深的開(kāi)挖斷面，支護(hù)長(zhǎng)度約510 m；6～7 m 深的開(kāi)挖斷面，支護(hù)長(zhǎng)度約640 m；7～8 m 深的開(kāi)挖斷面，支護(hù)長(zhǎng)度約350 m。

2.1 基坑周邊環(huán)境

擬建場(chǎng)地現(xiàn)狀主要為荒地及樹(shù)林，地形較平坦?；又苓叕F(xiàn)狀多為農(nóng)田及待拆遷民房。

2.2 工程地質(zhì)條件

根據(jù)勘察報(bào)告，本工程勘察最大勘探深度（25.00 m）范圍內(nèi)的地層，劃分為人工堆積層、新近紀(jì)沉積層和第四紀(jì)沉積層3 大類，并按地層巖性及其物理力學(xué)數(shù)據(jù)指標(biāo)，進(jìn)一步劃分為6 個(gè)大層及亞層（見(jiàn)表1、圖1）。

圖1 典型工程地質(zhì)剖面圖

表1 各土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

人工堆積層（第1 大層）：主要分布在擬建場(chǎng)地表層，鉆孔揭露厚度為0.50～1.40 m，為砂質(zhì)粉土素填土、黏質(zhì)粉土素填土①層，人工填土土質(zhì)不均，一般呈欠壓密狀態(tài)，工程性質(zhì)較差。

新近沉積層（第2～3 大層）：人工堆積層以下為新近沉積層之砂質(zhì)粉土、黏質(zhì)粉土②層及粉砂②1層；有機(jī)質(zhì)黏土、有機(jī)質(zhì)重粉質(zhì)黏土③層，粉質(zhì)黏土、黏質(zhì)粉土③1層及砂質(zhì)粉土、黏質(zhì)粉土③2層。

第四紀(jì)沉積層（第4～6 層）：新近沉積層以下為第四紀(jì)沉積層的黏質(zhì)粉土、砂質(zhì)粉土④層及重粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土④1層；細(xì)砂⑤層，粉質(zhì)黏土、黏質(zhì)粉土⑤1層及重粉質(zhì)黏土⑤2層；細(xì)砂⑥層，粉質(zhì)黏土、黏質(zhì)粉土⑥1層及砂質(zhì)粉土⑥2層。

本次基坑開(kāi)挖支護(hù)設(shè)計(jì)到的地層主要為砂質(zhì)粉土素填土、黏質(zhì)粉土素填土①層；砂質(zhì)粉土、黏質(zhì)粉土②層及粉砂②1層；有機(jī)質(zhì)黏土、有機(jī)質(zhì)重粉質(zhì)黏土③層；粉質(zhì)黏土、黏質(zhì)粉土③1層及砂質(zhì)粉土、黏質(zhì)粉土③2層。

最高地下水水位埋深約為18～20 m，本基坑工程不受地下水影響。

3 基坑設(shè)計(jì)優(yōu)化

本項(xiàng)目基坑支護(hù)設(shè)計(jì)圖紙由管廊工程設(shè)計(jì)院進(jìn)行了統(tǒng)一設(shè)計(jì)，基坑安全等級(jí)為二級(jí)，基坑支護(hù)布置形式有3 種，劃分形式按開(kāi)挖深度的不同進(jìn)行布置：

1）土釘墻支護(hù)（基坑深度6～7 m）；

2）復(fù)合土釘墻支護(hù)（基坑深度7～8 m）；

3）放坡支護(hù)（基坑深度5～6 m）；

具體基坑設(shè)計(jì)剖面如圖2、圖3 所示。

圖2 原基坑支護(hù)剖面圖一

圖3 原基坑支護(hù)剖面圖二

原基坑支護(hù)剖面圖一（見(jiàn)圖2，基坑深度6～7 m）：上部1～2 m 采用45°放坡土釘墻支護(hù)形式，第一排土釘長(zhǎng)度9 m，水平間距1.3 m，桿體采用C16 鋼筋；中間1 m 平臺(tái)；下部5 m采用60°土釘墻支護(hù)形式支護(hù)，第二、第三、第四、第五排土釘長(zhǎng)度分別為9 m、9 m、9 m、5 m，水平間距1.3 m，桿體采用C16 鋼筋。

原基坑支護(hù)剖面圖二（見(jiàn)圖3，基坑深度7～8 m）：上部2～3 m 采用1∶1.2 放坡復(fù)合土釘墻支護(hù)形式，第一排預(yù)應(yīng)力錨索長(zhǎng)15 m，其中錨固段10 m，2-φs15.2 mm 鋼絞線，錨桿軸力標(biāo)準(zhǔn)值150 kN，鎖定值100 kN，第二排土釘長(zhǎng)9 m，土釘長(zhǎng)度9 m，水平間距1.3 m，桿體采用C16 鋼筋；中間2 m 平臺(tái)；下部5 m 采用65°放坡土釘墻支護(hù)形式，第三排預(yù)應(yīng)力錨索長(zhǎng)15 m，其中錨固段10 m，2 束2-φs15.2 mm 鋼絞線，錨桿軸力標(biāo)準(zhǔn)值150 kN，鎖定值100 kN，第四、第五、第六排土釘長(zhǎng)度分別為9 m、9 m、9 m，水平間距1.3 m，桿體采用C16 鋼筋。

施工技術(shù)要求：（1）土釘成孔直徑120 mm，插入鋼筋后，常壓灌注P·O42.5 MPa 純水泥漿，水灰比0.50～0.55，初凝后4～8 小時(shí)補(bǔ)漿1～2 次，強(qiáng)度20 MPa。（2）預(yù)應(yīng)力錨索成孔直徑150 mm，桿體下入后，采用二次壓力注漿工藝，注漿壓力0.2～0.5 MPa，灌注P·O42.5 MPa 純水泥漿，水灰比0.50～0.55，強(qiáng)度20 MPa。

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案根據(jù)場(chǎng)地特征，土釘墻方案選型合理[2]。但是根據(jù)本項(xiàng)目組織的施工圖專家評(píng)審，以及參建各方的意見(jiàn)建議，認(rèn)為設(shè)計(jì)方案與實(shí)際成功工程案例存在較為明顯的細(xì)節(jié)差異，決定在保持大方案不變動(dòng)的情況下，聘請(qǐng)有地區(qū)設(shè)計(jì)施工經(jīng)驗(yàn)的單位進(jìn)行了重新優(yōu)化設(shè)計(jì)。優(yōu)化設(shè)計(jì)在保持原土方開(kāi)挖線不動(dòng)的情況下，重新對(duì)土釘墻進(jìn)行了抗拔承載力計(jì)算及整體穩(wěn)定性計(jì)算[3，4]，優(yōu)化后設(shè)計(jì)基坑剖面如圖4、圖5 所示。

圖4 優(yōu)化基坑支護(hù)剖面圖一

圖5 優(yōu)化基坑支護(hù)剖面圖二

優(yōu)化基坑支護(hù)剖面圖一（見(jiàn)圖4，基坑深度6～7 m）：上部1～2 m 處的1∶1 放坡段取消了土釘；對(duì)下部4 排土釘長(zhǎng)度根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了減短[5]，具體參數(shù)變化詳見(jiàn)表2。

表2 剖面圖一優(yōu)化參數(shù)

優(yōu)化基坑支護(hù)剖面圖二（見(jiàn)圖5，基坑深度7～8 m）：上部2～3 m 采用1∶1.2 放坡段取消了土釘及錨索；對(duì)下部3 排土釘長(zhǎng)度根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了減短，具體參數(shù)變化詳見(jiàn)表3。

表3 剖面圖二優(yōu)化參數(shù)

在滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求下，根據(jù)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)校核[6]，取消了部分土釘及錨索，對(duì)局部過(guò)長(zhǎng)的土釘進(jìn)行了減短，總體支護(hù)工程量大大減少?；又ёo(hù)和土方開(kāi)挖施工工序也減少了1～2 步，使整個(gè)工程的進(jìn)度加快，預(yù)估節(jié)省工期15 d 左右（占總工期10%）。

4 工程造價(jià)分析

基坑支護(hù)工程作為臨時(shí)性工程，在能保證安全的情況下，最大限度地優(yōu)化方案對(duì)于工程造價(jià)的節(jié)省十分顯著。根據(jù)地區(qū)市場(chǎng)價(jià)進(jìn)行了工程造價(jià)分析，見(jiàn)表4。

表4 工程造價(jià)分析表

通過(guò)分析計(jì)算，優(yōu)化后的土釘費(fèi)用相比原方案減少45.9%，預(yù)應(yīng)力錨索費(fèi)用相比原方案減少56.7%。總減少費(fèi)用約占基坑支護(hù)總費(fèi)用的21%。因方案優(yōu)化使工期縮短，故對(duì)節(jié)約投資有重要作用。

5 結(jié)論

本文通過(guò)某管廊工程基坑支護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)，探討了實(shí)際工程中土釘墻基坑支護(hù)施工圖可能存在的欠合理性及其優(yōu)化空間，通過(guò)分析得到主要結(jié)論如下：

1）本項(xiàng)目原土釘墻基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案選型合理，但是基坑支護(hù)設(shè)計(jì)對(duì)巖土的專業(yè)性有較高要求，如果設(shè)計(jì)人員專業(yè)知識(shí)經(jīng)驗(yàn)積累少，對(duì)巖土體參數(shù)選取不當(dāng)，造成基坑設(shè)計(jì)過(guò)于保守。

2）根據(jù)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行重新優(yōu)化設(shè)計(jì)校核，取消了部分土釘及錨索，局部過(guò)長(zhǎng)的土釘進(jìn)行了減短。優(yōu)化后的土釘費(fèi)用相比原方案減少45.9%，預(yù)應(yīng)力錨索費(fèi)用相比原方案減少56.7%?？倻p少費(fèi)用約占基坑支護(hù)總費(fèi)用的21%?？傮w支護(hù)工程量大大減少，同時(shí)使整個(gè)工程的進(jìn)度加快，預(yù)估節(jié)省工期15 d 左右（占總工期10%）。

3）通過(guò)設(shè)計(jì)優(yōu)化，使得整個(gè)基坑支護(hù)工程節(jié)省了工期及造價(jià)。本項(xiàng)目案例論述了這一優(yōu)化設(shè)計(jì)的工程意義，可供類似工程參考。