地下綜合管廊抗滑分析

馬 娟 胡 凡

1.中國(guó)市政工程西北設(shè)計(jì)研究院有限公司 甘肅 蘭州 730000

2.陜西省科技資源統(tǒng)籌中心 陜西 西安 710054

1. 工程概況

① 基本情況

西安某管廊與地鐵并行，為避讓地鐵站點(diǎn)、人行通道及其他管線，該管廊縱坡變化較大，最大達(dá)到20%。地層分布詳見表一。

管廊總高3.3m，總寬8.3m，頂板覆土最大厚度7.5m。防水等級(jí)為一級(jí)，采用兩道防水措施：主體結(jié)構(gòu)采用C40抗?jié)B混凝土，抗?jié)B等級(jí)為P8；外防水采用5mm厚SBS改性瀝青防水卷材。地下水位埋深18.1m。管廊基礎(chǔ)持力層為②、③黃土狀土。

② 存在的問(wèn)題

縱坡在5%以下的區(qū)段均未產(chǎn)生下滑。縱坡在5%～10%間共有13個(gè)區(qū)段，其中有兩個(gè)區(qū)段坡度在8%左右，發(fā)生下滑；有一個(gè)區(qū)段縱坡在8%～10%間，但未產(chǎn)生下滑。縱坡在10%～20%間的區(qū)段，斜坡段和水平段相連且斜坡段較短，在水平段的支撐下未發(fā)生滑移。經(jīng)觀測(cè)，滑移是發(fā)生在防水卷材處。對(duì)于以上情況進(jìn)行綜合分析得出：產(chǎn)生滑移的區(qū)段是由于夏季施工，防水卷材在高溫下變軟，具有一定的“助滑”作用；而在較低氣溫施工時(shí)（12月）防水材料硬度較大，可以抑制結(jié)構(gòu)下滑，故其縱坡雖較大但未產(chǎn)生滑移。據(jù)此推斷：縱坡8%是防水層（SBS）產(chǎn)生滑移的臨界值。

2. 抗滑計(jì)算

施工階段肥槽未回填，只有底板產(chǎn)生摩擦力，為最不利工況。因此，本次僅對(duì)施工階段管廊抗滑進(jìn)行計(jì)算和分析。

① 受力詳見附圖一：

i=H/L=tgθ

當(dāng)f靜≥αFf可達(dá)到穩(wěn)定，按f靜=μFn即推出μ≥αi

其中：α為抗滑安全系數(shù)。本管廊基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為乙級(jí)，α取1.2。

② 摩擦系數(shù)μ

混凝土與地基土間摩擦系數(shù)可按表二取值：

?

?

由于防水材料種類繁多且性能差異很大，其與混凝土間的摩擦系數(shù)差別也很大。依據(jù)本項(xiàng)目及其他已建成的管廊，建議混凝土與防水卷材（SBS）間μ取0.07～0.1，溫度高時(shí)取小值。

③ 基于以上的推論，若混凝土與地基土間摩擦系數(shù)μ取0.3、α取1.2，則i土（混凝土與土體間坡度臨界值）可以達(dá)到25%。結(jié)合西安地區(qū)的地層情況建議縱坡控制在20%以下。按本文2.②的建議值，混凝土與防水層間摩擦系數(shù)μ取0.1、α取1.2時(shí)，可得出當(dāng)i防（混凝土與防水材料間坡度臨界值）≤8.3%，這與本項(xiàng)目所發(fā)生事故的情況相吻合，故前述μ的建議值基本合理。由i土≈3i防可推斷出防水層是抗滑的薄弱部位，因此增大管廊主體與防水層間的摩擦或減小管廊主體的下滑力是解決抗滑的關(guān)鍵。

3. 抗滑措施

據(jù)本文2.③的結(jié)論，解決管廊滑移有兩條途徑：一是增大管廊主體結(jié)構(gòu)與防水層間的摩擦，這在技術(shù)及材料上難以實(shí)現(xiàn)。二是通過(guò)適當(dāng)措施減小管廊主體的下滑力，在技術(shù)上可行且施工方便、造價(jià)較低。故本文以減小下滑力來(lái)解決管廊滑移，措施如下：

① 縱坡i≤5%時(shí)，按常規(guī)設(shè)計(jì)、施工，可不采取措施；

② 縱坡5%≤i<20%時(shí)，可充分利用砼與土體間的摩擦力，即地基采取放坡、防水層做成臺(tái)階狀，詳見附圖二；

③ 縱度20%≤i<30%時(shí)，采用抗滑齒墻方式并核算土體抗剪承載力，詳見附圖三；

④ 縱度i≥30%時(shí)，應(yīng)做專門研究。

4. 項(xiàng)目驗(yàn)證

以上措施在后續(xù)管廊項(xiàng)目中進(jìn)行了應(yīng)用，取得了良好的效果，既達(dá)到設(shè)計(jì)要求又方便施工，且費(fèi)用增加不大，值得推廣。

5. 結(jié)束語(yǔ)

防水層是影響管廊抗滑的關(guān)鍵，應(yīng)高度關(guān)注，宜在設(shè)計(jì)中應(yīng)采取措施予以解決。最后再提出一點(diǎn)思考：管廊外防水是否必要？管廊主體使用年限為100年，而現(xiàn)有的防水材料理論使用年限均不大于50年，遠(yuǎn)達(dá)不到管廊使用年限的要求。筆者認(rèn)為管廊防水的關(guān)鍵是結(jié)構(gòu)自防水，而外防水作用不大。若能取消外防水，不僅不影響管廊的防水效果，還會(huì)有利于管廊的抗滑，還會(huì)大幅度降低管廊的造價(jià)、縮短工期，利大于弊。