東南沿海軟土地區某管廊基坑支護工程實例分析

康劍偉

(福州市勘測院 福建福州 350108)

0 引言

隨著城市的發展，城市的土地愈發緊缺，城市地下成了人們拓展的空間，因此管廊在新一輪城市建設中得到了很大的推廣應用。管廊具有改善城市環境、有效利用城市地下空間、確保城市“生命線”的穩定安全、減少后期維護費用等諸多優點[1-2]，然而管廊造價過高[3]常常為人詬病，也限制了管廊的進一步推廣利用。尤其在類似福州、廈門等沿海城市中，地質情況較差，多處于軟土地區[4-5]，管廊造價中很大一部分費用是基坑支護及軟基處理的費用，幾乎占到了管廊建設費用的70%。基坑支護結構往往又是臨時性的，如何減少這部分造價就成了亟待解決的問題。基于此，本文以東南沿海地區某管廊基坑工程為例，探究該類地區管廊基坑支護工程建設的改革路徑。

1 工程實例

1.1 工程簡介

該管廊基坑工程位于東南沿海地區的高速公路旁，高速公路拓寬的同時，擬在輔路下方新建綜合管廊。該管廊為雙倉現澆管廊，寬度約6.55m，高約4.2m，長度約5.1km,重約18t/m。原設計方案，基坑為長條形，基坑兩側預留1m的施工空間，基坑寬8.55m，基坑開挖至墊層底深度約為7.50m。基坑周邊鄰近民房、現狀高速、市政管線等。

1.2 工程地質條件

根據勘察資料，擬建場地屬沖淤積平原地貌，土層成因以沖淤積為主。主要地層為雜填土：厚度很厚(靠近高速一側多為路基拋填石，厚度約3～6m)，γ=17.5kN/m3，c=10 kPa，φ=15°；淤泥：含水量高達68.2%，流塑，層厚變化較大，約4.3～28.4m，工程力學性質很差，靈敏度高，屬高壓縮性軟土，γ=15.9kN/m3，c=10.2 kPa，φ=5.3°；中風化花崗巖：工程力學性質較好，厚度一般，埋深較淺；場地及其鄰近區域全新世以來未見活動斷裂，場地構造穩定，整個場地地基土在水平方向及垂直方向均勻性差。

1.3 水文地質條件

場地地下水主要為雜填土中的上層滯水，水量不大，場地穩定水位高程約4.80m，場地地下水年變化幅度在2.0m內，近3～5年地下水最高水位高程約5.50m，歷史最高水位高程約6.50m。

2 支護方案分析

2.1 初始設計方案

考慮到管廊的抗浮要求，采用管廊上部覆土壓重措施進行抗浮，若要滿足抗浮要求，管廊上方需有較厚的覆土，則導致基坑深度達7.50m，而且又是軟土地區，旁邊鄰近現狀高速公路，因此，采用放坡開挖不可行。由于該基坑地質情況較特殊，淤泥層底下直接進入中風化花崗巖，中風化花崗巖位于坑底下4m左右。初始設計方案采用拉森鋼板樁+2道鋼管支撐，基坑底采用水泥攪拌樁滿堂加固處理，坑內加固兼做管廊的地基處理，如圖1所示。因拉森鋼板樁無法嵌入坑底以下中風化花崗巖層，原設計方案對坑底采用水泥攪拌樁滿堂加固，并增加2道支撐，防止拉森鋼板樁“踢腳”，并設計在基坑兩側預留1m的施工空間，以方便模板施工(管廊側壁模板施工采用對拉鋼筋鎖住)及后期鋼板樁的拔除。該方案每延米造價約18 388元。

圖1 初始設計方案一的典型支護剖面

圖2 初始設計方案二的典型支護剖面

然而，在水泥攪拌樁的施工過程中，由于淤泥層含水量大，有機質含量高，水泥攪拌樁的成樁效果較差，無法起到坑內加固作用，導致基坑開挖到底后，在坑底位置拉森鋼板樁變形較大；根據監測結果，最大位移達46.8mm，超過了《福州市深基坑與建筑邊坡工程管理暫行規定》中一級基坑深層位移取(40mm，0.03×7.5=22.5mm)二者較小值的限制要求，可能會對周邊環境造成一定的影響。之后，調整方案，采用直徑800mm@1100mm的灌注樁加1道砼支撐，樁間采用直徑500mm的高壓旋噴樁進行擋土止水，坑內僅針對管廊的軟土地基進行了水泥攪拌樁處理，以提高管廊地基的承載力。該方案仍然采用管廊上部覆土壓重的措施進行抗浮，如圖2所示。該方案每延米造價約22 398元，造價比初始設計方案一增加約21.8%，由于造價增加較多，不被采納。

2.2 變更后的設計方案

針對上述拉森鋼板樁剛度較低，灌注樁造價又較高等缺點，對上述方案進行優化。變更后設計方案綜合考慮采用直徑800mm@1100mm的灌注樁加1道砼支撐，樁間采用直徑500mm的高壓旋噴樁進行擋土止水，取消管廊的軟基處理，改在管廊底設置鋼筋混凝土托梁，將管廊擱置在托梁上(每6m設置一道)，并在管廊節點交接處及沉降縫處增設一道托梁，減少管廊不均勻沉降，如圖3所示。該方案還取消了管廊基坑兩側預留1m的施工空間，因為基坑寬度不大，灌注樁也無需考慮拔除問題，完全可以實現兩側模板對撐施工，并將圍護樁側壁當成“模板”，減少了圍護樁一側的“模板”工程量，只需預留10cm空間貼管廊的防水材料。

該方案每延米造價約19 213元，造價比初始設計方案一增加約4.5%，但支護體系的剛度、穩定性及施工質量的可靠性大大提高，而且支撐位于管廊頂部方便施工。

圖3 變更設計方案后的典型支護剖面

綜上，變更后的設計方案優點如下：

(1)可以取消管廊的軟基處理，節省造價；隨著軟基處理的取消，管廊的褥墊層也隨之取消，減少了管廊的埋置深度，基坑的開挖深度也隨之減少，相比于初始設計方案二圍護樁的配筋及高壓旋噴樁的長度，也可以相應減少或減短，同時還減少了基坑開挖對周邊環境的影響。

(2)減少了回填量及開挖量。管廊基坑兩側各留1m的施工空間可以取消，這樣兩側的回填量、開挖量就隨之減少。管廊基坑兩側空間較小，回填質量往往較差，常常因回填質量差而導致路基沉降，采用灌注樁支護，可以把圍護樁直接當成模板，取消管廊基坑兩側各留1m的施工空間，從而避免了這一問題；而且，基坑開挖范圍減少，對周邊環境影響隨之減少。

(3)由于“灌注樁加砼支撐”這一支護體系剛度較大，灌注樁又緊貼著管廊，因此管廊結構體的壁厚也可以適當減少。

(4)灌注樁當作圍護樁，同時也可作為管廊的豎向承載結構及管廊抗浮結構體系(管廊采取構造措施與腰梁連接，腰梁又通過構造措施與圍護樁連接，依托圍護樁的抗拔力達到管廊抗浮目的)，管廊的覆土厚度大大減少，管廊的深度也隨之減少，灌注樁的配筋等也可以進一步優化。

根據筆者經驗，在沿海軟土地區，灌注樁作為管廊的豎向承載結構的可靠性比軟基處理高很多，無論從施工工藝及結構體自身的可靠性而言，都高出不少。管廊通過托梁和腰梁(腰梁與圍護樁通過構造措施可靠連接)將力傳至圍護樁，圍護樁通過側摩阻力和端阻力將力傳至周邊土層及樁端力學性質較好的巖土層，可以較好地控制管廊的沉降變形。

(5)灌注樁作為圍護結構，可以很好控制基坑的變形，同時也減少了拉森鋼板樁打拔對周邊道路、民房的影響。

根據后期的監測數據顯示，施工過程圍護樁的最大深層位移值約18.6mm，滿足規范要求，且周邊建構筑物未發現異常。此見，該方案合理可行。

3 注意問題

雖然該改革方案取得了一定成效，但在各具體工程實踐仍需注意以下3個問題：

首先，并不是所有管廊都要采用這種方式，如碰到地質情況較好、周邊環境簡單，完全可以采用放坡開挖，造價可以進一步優化。

其次，管廊往往設置于輔路或人行道下，管廊又是剛體，加之采用灌注樁支護，導致管廊實際沉降小于道路的沉降，這就需要對基坑支護的細節及道路路基進行一定的處理。比如，圍護樁(灌注樁)的樁頂標高可以設置于設計路面至少1m以下，在圍護樁與路面交接處鋪設土工格柵或者鋪設EPS，以減少不均勻沉降等措施。

第三，因圍護樁從臨時性結構變成永久性結構，需對圍護樁的耐久性、檢測項目及數量等方面進行調整。同時，該支護體系對灌注樁的垂直度及成樁質量等方面要求較高，若灌注樁的垂直度控制不好，往坑內偏斜，則會壓縮管廊的施工空間，影響管廊結構。

4 結語

上述變更后的方案一舉多得，最終被采納并實施，為軟土地區管廊基坑支護提高安全性、降低造價提供了一種新思路，可以供其他類似項目借鑒參考，如雨水箱涵等結構的基坑支護等。

圍護結構往往是臨時性的，如何充分利用圍護結構節省造價，是值得今后再度思考的問題。比如，筆者曾碰到一個項目，擬開挖駁岸擋墻基坑，開挖深度約5m，軟土地區，駁岸擋墻底采用4排高壓旋噴樁進行地基處理，梅花型布置，基坑鄰近地鐵，駁岸擋墻施工完成后再開挖河道，設計原方案采用拉森鋼板樁加對撐等支護措施，然后又采用施打2排高壓旋噴樁等隔震措施減少打拔拉森鋼板樁對地鐵的影響。但是如果可以換個思路，比如可以將拉森鋼板樁替換成預制板樁或灌注樁，并在河道底施加暗撐，預制板樁或灌注樁既可當成臨時基坑支護的圍護樁，又可當成后期永久的駁岸，一樁兩用，一舉兩得，減少了原方案的駁岸擋墻、拉森鋼板樁、高壓旋噴樁地基處理，以及土方開挖、墻后回填等的工程量，也減少了多種施工工藝的交叉，方便施工，縮短工期。調整后每延米造價雖略高于原方案，但是調整后的方案可靠性大大優于原方案，保證了地鐵的安全。

因此，各專業不應該只考慮本專業范圍的問題，如巖土專業只考慮把基坑挖好，管廊、駁岸專業只考慮管廊、駁岸自身結構及地基處理，結果則往往會導致各專業脫節，資金重復投入，造成不必要的浪費。只有各專業間互相配合，綜合考慮，才會做出既可靠又經濟的工程。