U型槽結(jié)構(gòu)聯(lián)合圍護(hù)樁在非對(duì)稱(chēng)抗浮中的應(yīng)用

黃海松，戴 陽(yáng)，黃 華，徐 剛，羅佳文

（1.中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 廣州 510230；2.中國(guó)市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司，湖北 武漢 430010）

0 引 言

在城市道路建設(shè)進(jìn)程中，下穿通道因其自身優(yōu)點(diǎn)（占地少、景觀性好等），正被大量的設(shè)計(jì)工作者所選擇。同時(shí)中國(guó)南部具有降雨量充沛，且富水區(qū)域分布較廣，地下水位較高等特點(diǎn)。因此，在土地日趨緊張的情況下，具有變形小、剛度大、防止路面下沉和開(kāi)裂、防水效果優(yōu)良等優(yōu)勢(shì)的封閉式路塹U型槽結(jié)構(gòu)形式被廣泛應(yīng)用于下穿通道的建設(shè)。

然而，下穿通道往往位于地表以下，除需滿(mǎn)足其結(jié)構(gòu)的地基承載力、工后沉降要求外，結(jié)構(gòu)抗浮穩(wěn)定性也是影響項(xiàng)目成敗的重要因素之一。目前，工程界抗浮措施主要有配重抗浮（增加結(jié)構(gòu)自重、增加外側(cè)底板懸挑長(zhǎng)度等）、降水抗浮、錨固抗浮（抗拔樁、抗浮錨桿等）、泄水引流抗浮（設(shè)置反濾層）。

鑒于此，筆者以某車(chē)輛段TOD（即公共交通為導(dǎo)向的開(kāi)發(fā)）周邊同步道路項(xiàng)目為實(shí)例，對(duì)在富水軟土區(qū)域U型槽結(jié)構(gòu)抗浮設(shè)計(jì)的受制因素進(jìn)行初步探討。同時(shí)，基于國(guó)內(nèi)學(xué)者研究[1～5]的基礎(chǔ)上，提出了U型槽結(jié)構(gòu)聯(lián)合基坑圍護(hù)樁關(guān)于非對(duì)稱(chēng)抗浮的設(shè)計(jì)措施，以期為類(lèi)似工程的設(shè)計(jì)有一定的指導(dǎo)意義和參考價(jià)值。

1 工程概況

項(xiàng)目位于廣東省某市，車(chē)輛段TOD一級(jí)土地開(kāi)發(fā)項(xiàng)目采用首層架空的框架結(jié)構(gòu)上蓋方案設(shè)計(jì)，首層主要為汽車(chē)停車(chē)庫(kù)層；二層為車(chē)輛段層，三層蓋體上為物業(yè)開(kāi)發(fā)。周邊同步道路包含一條城市主干路，紅線寬36 m，行車(chē)速度40 km/h，雙向6車(chē)道，南北向，U型槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)里程范圍k0+50～K0+270，受到道路線形的要求，U型槽結(jié)構(gòu)橫斷面除標(biāo)準(zhǔn)段外，包括漸變段和加寬段。

根據(jù)車(chē)輛段巖土工程報(bào)告（詳勘），地面高程在2.3～3.50 m，勘察期間初見(jiàn)水位埋深0.00～3.50 m；穩(wěn)定地下水位埋深 0.10～4.10 m，水位高程-2.51～2.44 m，地下水年變化幅度約1.5 m。土層由上自下分層如下：＜1-1>素填土：濕，松散，均勻性差，平均層厚1.16 m。＜2-1A>淤泥：灰黑色，流塑狀，平均層厚3.12 m，平均3.1擊。＜2-2>淤泥質(zhì)粉細(xì)砂：灰黑色，松散狀，飽和狀態(tài)，平均層厚4.78 m，平均7.0擊。＜2-4>粉質(zhì)黏土：灰黃色，主要為可塑狀，局部軟塑狀，平均層厚3.39m，平均9.1擊。＜5N-1>粉質(zhì)黏土：黃褐色，可塑狀，平均層厚3.69 m，平均11.2擊。＜5N-2>粉質(zhì)黏土：黃褐色，硬塑狀，平均層厚3.44 m，平均21.3擊。＜6>全風(fēng)化泥質(zhì)砂巖：灰白色，平均厚度4.01 m，平均35.5擊，Ⅴ類(lèi)。＜7-2-1>強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖：紫紅色，碎石狀，平均厚度3.62m，平均52.7擊，Ⅴ類(lèi)。物理力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表1。

2 受制因素分析

鑒于車(chē)輛段蓋下段U型槽結(jié)構(gòu)型式已經(jīng)過(guò)專(zhuān)家評(píng)審，方案采用U型槽結(jié)構(gòu)型式，且邊墻橫截面型式為階梯型，抗浮除采用底板外側(cè)懸挑外，還采用Φ100 cm鉆孔灌注樁（L=30 m）進(jìn)行抗拔。隨著外部條件的變化，U型槽結(jié)構(gòu)抗浮設(shè)計(jì)受到如下主要因素的影響：

表1 物理力學(xué)參數(shù)表

（1）車(chē)輛段TOD柱網(wǎng)

目前，車(chē)輛段TOD柱網(wǎng)方案已穩(wěn)定，柱網(wǎng)沿著道路紅線邊及中間分隔帶內(nèi)布設(shè)。同時(shí)，道路正處二層車(chē)輛段進(jìn)出線的“咽喉”區(qū)域，柱網(wǎng)無(wú)法進(jìn)行變更設(shè)計(jì)，樁基承臺(tái)及下部工程樁可做微調(diào)。道路與柱網(wǎng)布置關(guān)系平面見(jiàn)圖1。

圖1 道路與柱網(wǎng)布置關(guān)系平面圖

需要提醒的是，在蓋下段U型槽西側(cè)（臨近車(chē)輛段樁基承臺(tái)），沒(méi)有條件設(shè)置U型槽結(jié)構(gòu)邊墻的外側(cè)懸挑。

（2）綜合管廊

根據(jù)最新上位輸入條件，該道路下面需增設(shè)綜合管廊（尺寸凈寬為3.2 m×3.0 m），覆土要求不少于3 m。目前蓋下段綜合管廊平面布設(shè)在道路右半幅（西側(cè)），見(jiàn)圖2。

圖2 道路與綜合管廊布置關(guān)系平面圖

可見(jiàn)，因綜合管廊的存在，原設(shè)計(jì)方案在蓋下段采用Φ100 cm鉆孔灌注樁（L=30 m）進(jìn)行抗浮的設(shè)計(jì)方案顯然不能適應(yīng)現(xiàn)在的外部條件。

（3）基坑支護(hù)

本項(xiàng)目基坑支護(hù)范圍包含綜合管廊、U型槽結(jié)構(gòu)、部分道路紅線范圍內(nèi)的承臺(tái)、雨水泵房、污水管基坑等內(nèi)容，基坑深度約7.55～10.37 m，主要采用@1200Φ1000 mm灌注樁+鋼筋混凝土支撐的支護(hù)型式，基坑外側(cè)采用單排Φ850 mm三軸水泥攪拌樁作為止水帷幕，見(jiàn)圖3。

圖3 道路與基坑支護(hù)關(guān)系平面圖

可見(jiàn)，圍護(hù)樁的布設(shè)同樣受制于車(chē)輛段柱網(wǎng)下承臺(tái)及下部工程樁，原則上圍護(hù)樁距承臺(tái)的距離控制1.5 m范圍外，但為了確保圍護(hù)樁的盡可能的順直，局部地方存在小于1.5m且大于1 m的情況。

3 抗浮穩(wěn)定性驗(yàn)算

當(dāng)?shù)叵滤惠^高時(shí)，應(yīng)對(duì)建筑物基礎(chǔ)或結(jié)構(gòu)物進(jìn)行抗浮穩(wěn)定性驗(yàn)算，且抗浮穩(wěn)定系數(shù)不宜小于1.05。抗浮穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算公式[6]如下：

式中：Kf為抗浮穩(wěn)定系數(shù)；G為U型槽結(jié)構(gòu)及附屬設(shè)施自重；γ為荷載分項(xiàng)系數(shù)，一般取0.9；K為浮力折減系數(shù)；Ff為地下水壓對(duì)U型槽結(jié)構(gòu)的浮力。

其中，K可根據(jù)地方工程經(jīng)驗(yàn)確定。無(wú)經(jīng)驗(yàn)時(shí)，對(duì)于一般粘性土地基取0.9，對(duì)于砂類(lèi)土、碎石類(lèi)土及解理裂隙發(fā)育的巖石地基取1.0，解理裂隙不發(fā)育的巖石地基取0.5。

由式（1）不難發(fā)現(xiàn)，抗浮穩(wěn)定性驗(yàn)算思路較為簡(jiǎn)潔明晰。結(jié)構(gòu)抗浮驗(yàn)算按最不利情況，當(dāng)不考慮側(cè)壁摩阻力時(shí)，其抗浮安全系數(shù)應(yīng)大于1.05。

在無(wú)上述受制因素的U型槽標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段，U型槽為敞口結(jié)構(gòu)，人行道標(biāo)高為2.5 m，首層場(chǎng)坪標(biāo)高為3.0 m，采用配重抗浮的設(shè)計(jì)方法，即在U型槽結(jié)構(gòu)墻趾外側(cè)懸挑，且設(shè)置C20素混凝土壓重層，可滿(mǎn)足抗浮要求。

但是，蓋下段U槽結(jié)構(gòu)西側(cè)已無(wú)條件設(shè)置墻趾外側(cè)懸挑措施。按最不利工況考慮，即地下水位取至場(chǎng)坪標(biāo)高，考慮U型槽自重、素砼壓重層、側(cè)溝及蓋板、路面層重、中央綠帶填土重，東側(cè)墻趾外側(cè)懸挑的填土壓重，但不考慮西側(cè)結(jié)構(gòu)設(shè)置墻趾，經(jīng)計(jì)算，抗浮安全系數(shù)1.04小于1.05，故U型槽仍需要增加抗浮措施。

4 設(shè)計(jì)方案

基于以上受制因素的分析，設(shè)計(jì)思路為：東側(cè)采用傳統(tǒng)的墻趾向外懸挑配重抗浮，考慮U型槽邊墻階梯型斷面，西側(cè)則在階梯處采用“倒扣”配重，即利用基坑圍護(hù)樁自重進(jìn)行抗浮，冠梁兼作壓頂梁。考慮結(jié)構(gòu)整體抗浮，U型槽腳趾外側(cè)懸挑土配重遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于圍護(hù)樁自重，經(jīng)計(jì)算，U型槽結(jié)構(gòu)抗浮穩(wěn)定系數(shù)Kf為1.072，滿(mǎn)足大于1.05的抗浮要求。

“倒扣”配重的結(jié)構(gòu)，即U型槽西側(cè)外邊墻與圍護(hù)樁冠梁間采用素混凝土填充，與側(cè)墻一同澆筑，填充厚度b隨側(cè)墻深度變化。非對(duì)稱(chēng)U型槽結(jié)構(gòu)斷面及A大樣見(jiàn)圖4。

圖4 非對(duì)稱(chēng)U型槽橫斷面及A大樣圖（單位：mm）

因此，非對(duì)稱(chēng)U型槽結(jié)構(gòu)（西側(cè)側(cè)墻無(wú)墻趾，東側(cè)側(cè)墻有墻趾）非對(duì)稱(chēng)抗浮設(shè)計(jì)方案應(yīng)運(yùn)而生。

施工質(zhì)量保證措施：（1）必須按有關(guān)質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范與規(guī)程進(jìn)行驗(yàn)收，驗(yàn)收合格后方可進(jìn)一步工序；（2）做好檢驗(yàn)與監(jiān)測(cè)，完善資料，及時(shí)報(bào)警，超標(biāo)及時(shí)應(yīng)急；（3）做好支護(hù)樁頂冠鋼筋梁接駁器（套筒）的預(yù)留；（4）做好U型槽結(jié)構(gòu)與支護(hù)樁冠梁后澆帶施工組織方案。

5 結(jié)語(yǔ)

筆者通過(guò)對(duì)上述某車(chē)輛段TOD周邊同步道路項(xiàng)目實(shí)例的分析，在富水軟土區(qū)域內(nèi)采用了非對(duì)稱(chēng)U型槽結(jié)構(gòu)聯(lián)合基坑圍護(hù)樁進(jìn)行非對(duì)稱(chēng)抗浮的設(shè)計(jì)方法是可行的，為類(lèi)似工程設(shè)計(jì)提供一定的指導(dǎo)意義。該項(xiàng)目正處施工階段，非對(duì)稱(chēng)抗浮設(shè)計(jì)方法的實(shí)施在某種程度上將實(shí)現(xiàn)了一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。