預制綜合管廊安裝基坑邊坡穩定性研究

吳曉棟，張震，楊興寶，任二濤，史小魏

（中交路橋華北工程有限公司，北京 100000）

0 引言

自貢市政改擴建工程預制管廊斷面尺寸B×H=3.3×3.1m，外部輪廓尺寸為4.1*3.95m，每節段長度均為3m，砼方量為17.9m3，最大重量約為46.84t，共計679節段。本項目預制管廊每節段重46.8t，履帶吊自重約為115t，配重約164t，履帶寬度1.2m，有效接地長度約8.633m，基于自貢市政改擴建工程預制管廊安裝施工經驗，針對預制管廊安裝過程中可能造成基坑邊坡失穩各種因素進行分析，總結經驗，提出相應可行性預防措施，確保預制管廊吊裝過程中基坑邊坡穩定[1]。

1 預制管廊基坑邊坡穩定性研究

影響基坑邊坡穩定主要因素為地下水位、基坑深度、基坑地質情況、基頂荷載，而預制綜合管廊挖方段基坑深度一般為6~8m，下部地質一般為中風化基巖，中部為強風化巖石，上部土質邊坡；填方段基坑深度一般為4~5m，基坑地質一般都為路基土方填筑材料，且內聚力c值很小，大部分依靠內摩擦角提供坡體抗剪強度；基頂荷載主要為履帶吊吊裝時履帶傳遞的荷載，履帶的荷載主要由履帶吊自重、配重、吊具重量、預制管廊節段重量、可變荷載組成，在驗算基坑邊坡穩定性時基坑頂荷載以最不利工況（靠近基坑側履帶承受最大計算荷載）進行驗算[2]。

通過對預制管廊安裝過程中基坑邊坡穩定性進行研究，在預制管廊吊裝過程中影響邊坡穩定主要因素為基坑邊坡地質分布情況、基坑周圍地下水位、基坑頂荷載大小及分布情況、荷載距離基坑邊距離。

根據本工程預制管廊基坑設計及地勘情況，采用理正深基坑7.0軟件對預制管廊安裝過程中基坑邊坡穩定性進行模擬驗算，得到以下結論：

（1）地下水位影響因素較大，地下水可使巖土體的含水量和容重增加，同時地下水的潤滑作用使巖土體的內摩擦角減小，剪應力效應增強，導致滑體沿滑面產生剪切運動。本項目管廊基坑地質主要為砂質泥巖，遇水易膨脹軟化，發生破裂，對坡體穩定性造成較大影響。為保證基坑邊坡穩定基坑內地下水位需降至基底以下位置，同時坡體內地下水位也不能高于中風化巖層[3]。

圖1 挖方處管廊設計基坑穩定性驗算

（2）基坑頂荷載大小及分布情況、荷載距基坑邊距離對邊坡穩定影響最大，在預制管廊安裝過程中荷載的大小一定，分布面積越大、距基坑距離越大、基坑邊坡越穩定。

表1 挖方處管廊設計基坑穩定性驗算—土層參數

表2 調大荷載距基坑距離穩定性驗算

圖2 調大荷載距基坑距離穩定性驗算

（3）填方段處基坑，在荷載大小確定的情況下，受填方段填料抗剪參數影響，影響基坑邊坡穩定性主要因素為填方段基坑反開挖深度，通過對本項目填料相關地質參數進行穩定性驗算研究，對于填方處基坑深度約1m時邊坡趨于穩定。

（4）挖方段處基坑，在荷載大小確定的情況下，根據管廊基坑處地質情況，影響基坑邊坡穩定性主要因素為荷載分布情況及距基坑邊安全距離。當安全距離受履帶吊最大工作半徑無法增大時，可以進行降坡處理。

2 提高預制管廊基坑邊坡穩定性預防措施

通過對以上基坑邊坡穩定性研究，采用逆向思維進行分析，為保證預制管廊安裝過程中基坑邊坡穩定，可以采用以下措施提高基坑邊坡穩定性。

（1）采取降水措施保證基坑內地下水降至基底以下至少1m位置，同時保證坡體內地下水位不得超過基坑底，坡底內動水位線距坡面不小于3m。

（2）綜合管廊基坑開挖應分段分層開挖，每段開挖長度不超過變形縫間距，開挖后及時進行施工、回填，嚴禁無序開挖、大爆破作業，不允許大開挖切割坡腳，避免有人為因素造成邊坡滑塌[4]。

（3）填方段處基坑，通過減小反開挖管廊基坑深度提高基坑邊坡穩定性，基坑深度根據填料抗剪具體參數、荷載大小、分布情況及履帶距離基坑邊安全距離確定，一般情況下，基坑深度控制在不超過1m，履帶距離基坑邊安全距離取不小于3m。

（4）挖方段處基坑，通過增大履帶下地面承載力、減小履帶下荷載壓強、增加履帶距離基坑邊安全距離來提高預制管廊安裝過程中基坑邊坡穩定性。一般可以采取以下措施：①對履帶下吊裝區域進行混凝土硬化；②在履帶下鋪設20mm~30mm鋼板，鋼板每側比履帶寬至少30cm；③履帶距離基坑邊安全距離取不小于3m，當基坑上部土質邊坡穩定性較差時，安全距離可以取不小于6m，最大安全距離需要根據履帶吊最大工作半徑進行反算，或者適當清除一定厚度基坑上層軟弱土質邊坡，提高坡頂承載力及邊坡穩定性。④對于部分基坑地質情況較差或者不滿足預制管廊安裝過程要求的，需要對基坑邊坡采取相應加固措施，一般采用土釘墻、錨桿等加固措施，提高邊坡坡體穩定性，或者采取多種組合措施，保證邊坡穩定。

（5）在預制管廊安裝之前做好基坑監測工作，在基坑頂、坡面及坡腳位置埋設監測點，在安裝過程中時刻監測邊坡平面位置及高程情況，當變形值超過報警值時，立即停止施工，排查原因，做好邊坡加固相關措施后方可恢復施工[5]。

（6）試吊。每段預制綜合管廊基坑地質、吊裝半徑出現變化或基坑邊坡穩定性需要檢測都需要進行試吊。①吊裝之前首先將運輸車上預制管廊節段中心位置停在該履帶吊型號最大工作半徑上，然后采用履帶吊試吊，起升高度0.3m，觀察履帶吊地基承載力及基坑邊坡至少5min，觀察地基是否沉降（小于30mm）、邊坡是否產生滑動裂縫（小于20mm），如果發現，立即停止吊裝，查明原因并采取有效措施后方可繼續安裝。②吊裝過程中派專人時刻觀測基坑邊坡穩定情況，如有松散、裂縫、滑坡產生，立即停止施工，撤離相關人員及設備，待查明原因并采取有效措施后方可繼續安裝。

3 結語

綜合管廊是今后大力發展的地下市政工程形式，而預制拼裝方式則是其發展方向，預制綜合管廊安裝過程中基坑邊坡穩定是安全風險源最大之一，預制綜合管廊因其結構形式，需要連續安裝，且預制綜合管廊結構及尺寸斷面形式設計越來越豐富，這需更加對管廊基坑邊坡穩定引起高度重視，在每次預制綜合管廊吊裝之前都需對每次基坑進行探勘、分析，確認最安全、穩妥、經濟、實用的保證基坑邊坡穩定性措施，做到防患以未然，確保預制管廊安裝過程中基坑邊坡穩定，降低危險風險系數，確保人員及設備安全。