保山中心城市地下綜合管廊基坑圍護方案研究

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結構的穩定性對于管廊的質量、安全具有十分重要的作用。本文針對保山蘭城路綜合管廊基坑圍護方案的分析計算展開研究，根據該工程的地形、地質、變形控制等外部約束，分別對放坡開挖、鉆孔灌注樁圍護方案進行了結構驗算，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.

關鍵詞：綜合管廊;基坑;圍護結構;結構檢算

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

中圖分類號：TU94+2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）23-0193-03

1 ?工程概況

1.1 施工場地概況

蘭城路支線綜合管廊建設項目位于道路西側綠化隔離帶下，路線全長約670m，地處保山盆地西部，屬山間凹地地貌單元。管廊斷面尺寸（內尺寸）為B×H=2.4×2.4m。本工程管廊基坑為長條形基坑，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。場地地形平坦，地勢總體北東高，南西低，最大相對高差約2.31m。場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，位于管廊東側約30m，另一座高壓電塔位于K0+300處，位于管廊西側約10m，若該高壓鐵塔不遷移，會對基坑開挖有一定影響。根據現場走訪及踏勘，場地其他位置周邊主要為耕地，無臨近建筑物。

1.2 工程地質條件

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，粉質黏土平均厚2.04m，含有機質黏土平均厚3.32m，圓礫平均厚2.84m，圓礫層間不均勻夾薄層狀黏土、粉質黏土平均厚7.61m，粉質黏土平均厚3.36m。

1.2.2 地基土的物理力學性質指標，各層地基土的物理力學性質見表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給，受重力影響從上往下滲流，總體向地勢低洼處逕流排，勘察期間測量地下水位為0.60～2.80m，沿線含水層富水性及透水性較好。

1.2.4 場地巖土工程評價

軟弱土：場地中揭露的含有機質黏土屬軟弱土，力學性質低，自立性差，基坑開挖后，在地下水作用下易垮塌，形成不穩定邊坡，基坑開挖前需采用鋼板樁支護后在進行開挖，基坑底板揭露該層時應用換填處理，采用該層做基礎持力層還需對其進行軟弱下臥層驗算，并考慮軟土震陷影響。經調查，勘察場地范圍內及其附近未發現活不良地質現象，場地內亦無對工程不利的埋藏物，場地穩定，可進行管廊修筑。

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

飽和砂土液化趨勢：管廊沿線無飽和砂土分布，故本場地可不考慮地震液化影響;含有機質黏土為軟弱土為管廊底板時需作換填處理，設計需進行軟弱下臥層驗算，并考慮軟土震陷影響，軟土震陷值取150mm。

2 ?基坑圍護方案

考慮工程的位置、地質條件等因素選擇基坑圍護結構方案，結合安全性、經濟性、技術合理性等原則，綜合研究選擇基坑圍護方案。管廊基坑深度4～8m，結合場地現狀及土層性質，選用的圍護結構為鉆孔灌注樁和放坡開挖兩種形式。

2.1 放坡開挖方案

放坡圍護方案的優點：施工方便，施工周期短，技術成熟，施工成本低。放坡圍護方案缺點：施工占地面積大，對周邊建筑物保護較差。本工程常規基坑采用1：1.5放坡開挖施工，基坑開挖深度3～8m，坡面采用掛網噴漿加固處理并設置濾水管;對于深度大于4m的基坑，每側坡設兩道水平間距1.5m的9m長注漿鋼管錨固，如圖1所示。

2.2 鉆孔灌注樁圍護方案

鉆孔樁屬于柱列式排樁結構，把鉆孔樁并排連續起來形成的地下擋土結構。鉆孔樁的優點：排樁自身結構剛度較大，側向變形小。鉆孔樁的缺點：結構本身不具備防水能力，需另外增設止水帷幕，施工周期較長，費用較高。

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+D600@400高壓旋噴樁止水帷幕施工;頂部采用現澆鋼筋混凝土圈梁結構，頂圈梁尺寸0.6m×1.0m，采用D609*16@4000鋼管支撐，如圖2所示。

3 ?基坑圍護結構檢算

3.1 計算假定

主動土壓力取值采用勘察報告提供的設計參數，地下水位-0.5m，采用朗金土壓力計算公式，水土分算;被動土壓力計算系數采用地基基床系數“m”值;采用“m”法有限元程序進行模擬實際施工工況的擋土結構側向位移、內力的計算。

3.2 基坑設計控制標準

本工程基坑圍護工程包括放坡圍護基坑和鉆孔樁圍護基坑，本文主要對鉆孔灌注樁圍護結構進行檢算。根據設計圖紙基坑的計算開挖深度為8.0m，基坑安全等級二級;根據基坑平面及周邊環境總圖，本工程管廊放坡圍護段基坑環境保護等級為三級，鉆孔樁圍護段基坑環境保護等級為二級。本工程基坑穩定性分析及對周邊環境影響的控制標準如表2、表3所示。

3.3 基坑圍護結構計算結果

基坑穩定性分析：根據規范要求對本站基坑穩定性進行計算，計算結果如表4所示。

圍護結構計算：圍護結構開挖階段計算時計入結構的先期位移值以及支撐的變形，按“先變形、后支撐”的原則進行結構分析，按工況進行分步計算，最終的位移及內力值是各施工階段之累計值，結果如表5所示。

基坑開挖卸載對周邊環境變形影響：基坑開挖必然會引起周邊土體產生側向位移及沉降，最終的地表沉降量應滿足規范對應的環境等級影要求，通過對計算模型的有限元計算分析結果表明：本方案能保證基坑開挖過程中基坑支護體系自身的安全及對周邊環境的保護要求，計算結果見表6所示。

圍護結構計算結論：本工程基坑的各項穩定系數均滿足規范相關要求，本工程基坑的樁體變形及周邊地面沉降計算結果均滿足規范環境保護的相關要求。

4 ?基坑圍護結構施工與監測

4.1 主要施工方案

鉆孔灌注樁施工：施工單位應充分了解本工程地質條件，在灌注樁成孔過程中，施工方應采取有效措施，防止孔壁坍塌，樁體縮頸等，確保成樁質量。鋼筋籠制作偏差應符合下列規定： 鋼筋籠長度：±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，混凝土應連續澆灌。充盈系數為 1.05～1.20。鉆孔灌注樁施工垂直偏差應不大于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立即進行清孔，且澆灌混凝土前還應進行第二次清孔。清孔后的沉渣厚度不得大于100mm，并立即進行混凝土灌注。樁身混凝土采用C30水下混凝土，主筋凈保護層厚度為50mm。

基坑降水：基坑采用坑內井點降水，開挖前必須進行降水工程施工，待坑內水位降至開挖面以下0.5m時方可開挖。基坑開挖過程中及管道回填完成前，必須保持坑內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場施工條件，并為降水工程設計提供準確的參數。降水工程施工應備有工程搶救輔助措施，確保降水施工在地質條件變化及施工條件變化時降水工程仍能順利進行。降水施工完成后，必須經過降水工程檢驗，滿足降水設計深度后方可進入降水工程監測與圍護階段。

土方開挖：土方開挖前施工單位應提交詳細的土方開挖施工組織設計，并取得基坑圍護設計單位認可后方可實施。土方開挖時應先開挖支撐上方土體至設計標高，待支撐架設施工完畢，強度達到設計要求后，再繼續向下開挖，嚴禁先挖后撐。土方開挖應按照先開挖位移控制要求比較低的區域，后開挖位移控制要求比較嚴格的區域為原則。開挖完最下一層土方后，4h內應澆筑素砼墊層，混凝土墊層直接澆搗至圍護樁內側面，使墊層能夠起到一道支撐的作用，以減小樁體位移對周邊環境不利影響。施工機械停放處，應事先在基坑護壁附近鋪設路基箱以擴散壓力，或者局部加固地基，減少側壓力。在基坑圍護結構外側地面嚴禁大量堆載，地面超載應控制在20kN/m2以內。土方開挖的順序、方法必須與設計工況相一致，并遵循“開槽支撐、先撐后挖、分層開挖、嚴禁超挖的原則。基坑開挖快到基坑底面，須保留300mm厚土待晴天用人工進行挖除，挖除后立即進行坑底混凝土墊層施工。

4.2 施工監測方案

應加強信息化施工，施工期間應根據監測資料及時控制和調整施工進度和施工方法，對施工全過程進行動態控制。儀器安裝埋設前要進行檢驗和率定，繪制監測點安裝埋設詳圖，并按照方案和埋設要求做好埋設準備。儀器埋設時，核定傳感器的位置是否正確，埋設的準備是否符合技術要求，按監測的位置和方向埋設傳感器。監測數據必須做到及時、準確和完整，發現異常現象，加強監測。對原始數據要進行分析，去偽存真后方可進行計算，并繪制觀測讀數與時間、深度及開挖過程曲線，按施工階段提出簡報。

監測的主要項目包括：圍護結構頂面位移、沉降監測、深層土體的位移監測、坑外水位變化監測、周圍管線沉降監測，不同監測項目的要求見表7所示。

5 ?結語

在考慮基坑的地質條件、變形控制要求基礎上，通過對基坑圍護結構的檢算并結合同類工程實踐，可知采取以上設計措施后，本工程基坑的穩定性、圍護結構的變形均能滿足規范要求，同時能夠滿足基坑開挖過程中的變形控制要求和對周邊環境保護要求。

在后續的施工過程中，該方案被證明在技術上是可靠的，且具有良好的可施工性和經濟性。

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