市政管廊基槽支護(hù)的巖土問題及設(shè)計(jì)

商喆

（廈門市市政工程設(shè)計(jì)院有限公司，福建廈門 361000）

1 引言

由于市政管廊位于地表以下， 土方開挖工程量巨大且工期比較緊張，對(duì)整個(gè)市政工程項(xiàng)目會(huì)產(chǎn)生較大的影響，掌握基槽支護(hù)的巖土問題對(duì)于后續(xù)市政綜合管廊基槽支護(hù)設(shè)計(jì)工作的順利開展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。 這一類型的基槽具有臨時(shí)性強(qiáng)、坑壁變形大、巖壁土強(qiáng)度低等的特點(diǎn)，特別是面對(duì)復(fù)雜水文的條件， 如果按照傳統(tǒng)的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)， 就會(huì)出現(xiàn)費(fèi)用高、 工期長、 監(jiān)測(cè)方法不合理以及無法掌握基槽支護(hù)巖土問題。 因此，為解決以上問題，本文以翔安南路（濱海東大道—翔安大道段）綜合管廊基槽工程項(xiàng)目為主要研究對(duì)象，就基槽支護(hù)的巖土問題及設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。

2 案例概況

翔安南路（濱海東大道—翔安大道段）綜合管廊基槽工程項(xiàng)目位于翔安南路南側(cè)AK0+500~BK0+175，包含劉五店變預(yù)留電力隧道、候亭路變預(yù)留電力隧道、翔安西路西側(cè)橫穿翔安南路、翔安西路東側(cè)橫穿翔安南路、楊厝變預(yù)留電力隧道、內(nèi)灣大道預(yù)留電力隧道。 基槽支護(hù)長度約為4.2 km，基槽深度為2.6~10.2 m。 綜合考慮基槽開挖深度、場地地層條件及周圍環(huán)境狀況，本項(xiàng)目基槽支護(hù)形式主要采用放坡開挖+ 噴混護(hù)坡、灌注樁支護(hù)、鋼板樁支護(hù)。

3 特殊巖土及巖土

根據(jù)對(duì)施工現(xiàn)場的勘察， 本工程項(xiàng)目所在區(qū)域的特殊巖土為人工填土、軟土、殘積土及風(fēng)化巖層，以下進(jìn)行詳細(xì)分析。

1）人工填土。 本次勘察范圍內(nèi)人工填土回填時(shí)間、密實(shí)度及均勻性相差較大，具有一定的濕陷性，自穩(wěn)能力較差，基槽開挖時(shí)易崩塌。

2）軟土。 根據(jù)勘察結(jié)果，管廊沿線分布的軟土為淤泥，具有天然含水量大、孔隙比大、有機(jī)質(zhì)含量較高、壓縮性高、強(qiáng)度低、滲透系數(shù)較小的特點(diǎn)，對(duì)水泥攪拌樁的施工具有一定影響。

3）殘積土及風(fēng)化巖。 管廊沿線廣泛分布的花崗巖殘積砂質(zhì)黏性土、全風(fēng)化花崗巖、砂礫狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，具浸水后易軟化、崩解，強(qiáng)度急劇降低，穩(wěn)固性較差。 各風(fēng)化層巖面起伏變化大，對(duì)支護(hù)樁施工有不利影響[1]。

4 基槽支護(hù)巖土問題

4.1 基坑壁穩(wěn)定性不足

本工程項(xiàng)目位于河流附近，經(jīng)勘探得出：其河床明顯高于該河流兩岸邊的地面，且位于淤泥較多和沖積嚴(yán)重的河段，水流速度較快，特別是在雨季到來時(shí)，變化更是十分明顯，河流的南岸位置侵蝕更加明顯，在勘察期間內(nèi)，向南岸位置的侵蝕長度大約為30 m，在調(diào)沙和雨季集中的季節(jié)，基坑壁在雨水的浸泡作用下夾雜著大量的泥沙， 給已經(jīng)開挖完成的基坑帶來了嚴(yán)重的破壞[2]。

4.2 水文特點(diǎn)不確定性

在工程項(xiàng)目具體的建設(shè)過程中， 地形地貌以粉砂和粉土為主，長時(shí)間受水流的影響，巖性水層難以形成，盡管是已有的含水層也僅僅為透狀視體且逐漸形成了疊加狀的透視體，并在同一標(biāo)高下又表現(xiàn)為斷續(xù)狀。 因此，在對(duì)基槽的開挖過程中，不可避免地出現(xiàn)了水位不統(tǒng)一的現(xiàn)象。 同時(shí)，由于主要河槽內(nèi)的水流面積比較大，地下水的補(bǔ)給源主要為河水，但由于補(bǔ)給位置和補(bǔ)給量的不確定性， 導(dǎo)致基槽支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)范圍值較大。

4.3 含水層滲透系數(shù)多變性

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果和對(duì)施工現(xiàn)場的勘察得出： 在綜合考慮了含水層滲透系數(shù)多變性的情況下， 建議北岸和南岸灘區(qū)南部的平均滲透系數(shù)K 取0~15 m·d-1， 北岸和南岸灘區(qū)北部平均滲透系數(shù)K 取3~5 m·d-1。 因此，按照承壓水井出水量公式，計(jì)算各個(gè)基坑的涌水量Q，計(jì)算結(jié)果如表1 所示。

表1 基坑涌水量計(jì)算值

表1 中，K 為平均滲透系數(shù)；H 為淺水含水層厚度；L 為過濾管長度；R 為降水影響半徑；a 為降水井群連線所圍的面積；b 為基坑中心至河岸的距離；r 為基坑等效半徑；Q 為基坑涌水量。

通過表1 可以看出：基坑內(nèi)的涌水量變化明顯：位于北岸邊的ZK3和ZK4點(diǎn)， 基坑內(nèi)的涌水量分別為355.6 m·h-1和412.4 m·h-1；位于南岸邊的ZK5和ZK6點(diǎn)，基坑內(nèi)的涌水量分別為142.8 m·h-1和132.9 m·h-1。

4.4 基坑巖土破壞形式

基坑巖土具有濕陷性、疏松以及容易液化等特點(diǎn)，特別是在雨水的情況下其強(qiáng)度會(huì)逐漸降低，特別是在雨季來臨時(shí)，工程項(xiàng)目所在區(qū)域內(nèi)十分容易發(fā)生滑坡、塌方等自然災(zāi)害，在基坑失水的情況下，坑壁又容易出現(xiàn)開裂的病害[3]。

4.4.1 粉細(xì)砂和粉土

在對(duì)施工現(xiàn)場巖土勘察中得出：雨季施工時(shí)，粉細(xì)砂和粉土全部為直立的狀態(tài)，但是其在滲透壓力的作用下，粉細(xì)砂和粉土又變?yōu)榱肆魉贍顟B(tài)，同時(shí)在破壞力的作用下，坡肩就會(huì)嚴(yán)重失穩(wěn)。

4.4.2 粉質(zhì)黏土

在巖土比較干燥的情況下，粉質(zhì)黏土為直立狀態(tài)，進(jìn)而產(chǎn)生垂直破壞， 淺水層在失水的作用下就會(huì)出現(xiàn)不同程度的裂縫，且裂縫還會(huì)在時(shí)間的推移下逐漸加寬，個(gè)別裂縫還會(huì)上升至建筑物體的頂部，形成深層裂縫。

4.5 管涌通道多變性

通過對(duì)本項(xiàng)目施工現(xiàn)場的勘察發(fā)現(xiàn)： 位于河道附近的地下水類型為上層滯水、淺水、微壓承水。 在工程項(xiàng)目具體的施工過程中，會(huì)出現(xiàn)水平向鉆孔移動(dòng)的現(xiàn)象，同時(shí)管線還需要穿越不同類型的含水層，借助鉆孔統(tǒng)一形成地下水流，匯集至附近的河流，對(duì)基槽造成危害，由于很難估算用水量，進(jìn)而直接影響降水井的設(shè)置和工程項(xiàng)目的順利開展。

5 基槽支護(hù)設(shè)計(jì)方法

5.1 設(shè)計(jì)原則

市政管廊支護(hù)與建筑工程項(xiàng)目基坑支護(hù)相比較， 具有施工周期短、成本低以及場地開闊等特點(diǎn)，如果按照現(xiàn)行的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施和開展基槽的支護(hù)， 不論是基槽的個(gè)工期還是造價(jià)都無法滿足工程項(xiàng)目的實(shí)際需求。 因此，根據(jù)本工程項(xiàng)目的實(shí)際情況需要遵循以下設(shè)計(jì)原則。

（1）基槽支護(hù)方法不得受齡期影響，應(yīng)當(dāng)選擇有利于自然環(huán)境保護(hù)以及質(zhì)量優(yōu)良的施工材料， 避免施工完畢后基槽內(nèi)殘留其他的物質(zhì)；（2）支護(hù)結(jié)構(gòu)允許出現(xiàn)變形，因其具有優(yōu)良的抗彎性和抗壓性， 并在基槽支護(hù)環(huán)節(jié)采取科學(xué)合理的支護(hù)體系，保證基坑不會(huì)出現(xiàn)塌方、滑坡以及失穩(wěn)的問題；（3）基坑的支護(hù)結(jié)構(gòu)可以超出變形經(jīng)驗(yàn)值， 由于我國出臺(tái)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)并沒有給出詳細(xì)的變形控制值， 即使如此也要嚴(yán)格控制基坑變形問題，禁止出現(xiàn)大的變形量。

5.2 設(shè)計(jì)方法

1）根據(jù)基坑內(nèi)巖土的類型，將垂直基坑分為不同等級(jí)的但數(shù)量相等的臺(tái)階，采取懸臂鋼板支護(hù)法，根據(jù)河水的沖刷深度采取合理的基坑支護(hù)體系， 之所以不進(jìn)行自然放坡是由于基坑內(nèi)可放坡的角度較小。

2）支護(hù)結(jié)構(gòu)采用成型鋼板樁，成型鋼板樁不僅管理方便，且自身具備一定的防滲水性。

3）基坑內(nèi)產(chǎn)生的降水應(yīng)當(dāng)采用預(yù)降水法將其排出，由于地下水的補(bǔ)給途徑復(fù)雜多變，滲透系數(shù)的不確定性，淺水層的厚度、給水比較多變，為切實(shí)提升基坑的承載能力，在具體的基坑施工中， 需要在基坑的周圍分別設(shè)置淺管井和深管井進(jìn)行排水，深井（50 m 及以下）應(yīng)當(dāng)合理降低承壓水頭的高度和給水量，避免土層出現(xiàn)裂縫導(dǎo)致涌水，對(duì)于管道內(nèi)殘留的水，淺管井可以充分吸收基坑內(nèi)的多余的水， 增加土層的抗剪強(qiáng)度，降低土層結(jié)構(gòu)的壓力。

5.3 監(jiān)測(cè)效果

市政管廊基槽開挖變形較大， 既有的支護(hù)體系和監(jiān)測(cè)方法，如應(yīng)力計(jì)、位移計(jì)和壓力盒等傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法很難滿足工程項(xiàng)目基槽支護(hù)的實(shí)際需求。 基于此， 本文通過研究前人文獻(xiàn)，提出一種創(chuàng)新性的監(jiān)測(cè)方法，也就是預(yù)設(shè)測(cè)點(diǎn)法。 基槽支護(hù)采取鋼板樁支護(hù)方法， 工程項(xiàng)目開始之前測(cè)量樁身的坐標(biāo)值，竣工之后根據(jù)坐標(biāo)值繪制詳盡的施工圖，將設(shè)計(jì)值與施工值之間的差作為基準(zhǔn)差。

6 施工效果

本項(xiàng)目5 個(gè)管廊基槽支護(hù)， 按照以上設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)和監(jiān)測(cè)，施工效果如下。

1）基槽21 m 基坑支護(hù)水平變形量實(shí)測(cè)值為200~310 mm，臺(tái)階垂直變形量為260~440 mm，其余基坑變形量略低于該數(shù)值，在此變形量下，基槽變形滿足設(shè)計(jì)要求。

2）基槽工程分為3 個(gè)階段進(jìn)行，最后一個(gè)階段采用鋼板樁支護(hù)，其余兩個(gè)階段采用懸臂結(jié)構(gòu)。在調(diào)沙和治沙的60 d 應(yīng)完成基槽支護(hù)工作，灘地的基坑分為2 個(gè)步驟，需要在計(jì)劃的工期內(nèi)完成支護(hù)，其與建筑工程基坑工程相比，可節(jié)約資金大約45%，工期大約縮短50%。

3）采用預(yù)降水法，有效降低了施工現(xiàn)場淺水、承壓水以及不確定河流水的補(bǔ)給途徑和流量， 有效防止了工程項(xiàng)目所在區(qū)域內(nèi)自然災(zāi)害的發(fā)生。

7 結(jié)語

綜上所述， 市政管廊基槽支護(hù)主要采用了分臺(tái)階設(shè)計(jì)和鋼板樁作為支護(hù)結(jié)構(gòu)的方法，滿足了工程項(xiàng)目的實(shí)際需求，為工程項(xiàng)目節(jié)約了大量的成本，縮短了施工周期，填補(bǔ)了現(xiàn)行規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的空白。 同時(shí)，采用預(yù)降水法合理控制了不確定河流水的補(bǔ)給途徑和數(shù)量，降低了基底隆起、涌水等不良問題發(fā)生的概率，增加了基槽的抗剪強(qiáng)度，采用預(yù)設(shè)測(cè)點(diǎn)方法對(duì)基坑工程進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)抑制基坑變形起到了良好的控制作用；對(duì)朗肯被動(dòng)土壓力進(jìn)行折減修正，解決了松散土體剛度差的現(xiàn)狀，起到了減少支護(hù)結(jié)構(gòu)變形的根本目的。