綜合管廊T型交叉口深基坑設計與應用研究

陳帥華

（1.上海水業設計工程有限公司，上海 200092；2.上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海 200092）

0 引言

綜合管廊是21世紀新型城市市政基礎設施建設現代化的重要標志之一，它避免了由于埋設或維修管線而導致道路重復開挖，它還為城市的發展預留了寶貴的地下空間，但同時伴隨著復雜、深大基坑對設計、施工、管理帶來的巨大的機遇與挑戰。

青山北路綜合管廊沿線周邊存在現狀通訊、電纜以及少量建構筑物，因此無法采用大開挖施工。由于青山北路管廊交叉口處基坑深度達11～14m，結合南昌地區地下水水量豐富且含水層滲透性強的特點，基坑設計采用鉆孔灌注樁排樁圍護結合隔水帷幕及混凝土內支撐體系方案。

鉆孔灌注樁排樁結構施工便捷，工程造價相對經濟，且施工工藝簡單、質量易于控制，圍護結構通過合理的內支撐體系設計后剛度較大，基坑施工過程中排樁位移與變形均較小，對周邊存在臨近建筑或管線時影響不大。本文通過對青山北路與丹霞路綜合管廊T型交叉口基坑計算分析，為類似地質條件下綜合管廊交叉口基坑設計提供理論依據及經驗參考。

1 工程概況

1.1 工程簡介

南昌地區青山北路綜合管廊項目位于南昌市東湖區青山北路道路西側的非機動車道或人行道上，線路起于洪都大道，終至丹霞路，全長約2km。標準斷面采用3艙現澆鋼筋混凝土矩形箱涵，綜合管廊標準斷面設計斷面尺寸為9m（寬）×4m（高），底板埋深約6～7m。

丹霞路與青山北路交叉口為青山北路綜合管廊本次工程范圍的北側終點，在新建管廊與遠期規劃管廊交叉口處設計了T型交叉節點，其中遠期規劃需要施工的丹霞路管廊預留段需經青山北路管廊下部穿越，兩者與交叉處疊合形成T型交叉節點，節點底板開挖深度11.7m～13.99m。T型節點結構平面尺寸較不規則，其底板南北向最寬處24m，東西向最寬處20.97m。

基坑設計巖土參數建議值表 表1

T型交叉口基坑平面尺寸35.62m x 26.73m。根據基坑不同區域開挖深度不同，排樁布置分別采用直徑1000、中心距1200灌注樁（深度13.99m）以及直徑800、中心距1000灌注樁（深度11.70m），在不同深度灌注樁外側均采用單排三軸水泥土攪拌樁止水帷幕?；觾戎误w系按不同標高設置三道鋼筋混凝土水平內支撐體系，水平支撐中心標高分別為-1.650m、-5.650m、-9.400m，根據受力大小的不同，支撐斷面分別采用1mx0.8m、0.8mx0.8m、0.5mx0.5m三種類型。綜合管廊交叉口基坑較為不規則且無法形成平面封閉，水平支撐南北向最大間距16.27m，東西向最大間距14.35m。

圖1 青山北路綜合管廊區位圖

鉆孔灌注樁采用C30混凝土（水下），鋼筋混凝土內支撐體系采用C30混凝土，水泥均采用普通硅酸鹽水泥，水泥強度不低于42.5。三軸水泥土攪拌樁采用水泥強度同樣不低于42.5，摻入比例不小于20%，水灰比1.5～2.0，加固體28天無側限抗壓強度不小于1.0MPa，滲透系數應小于1×10cm/s。

1.2 工程地質條件

勘察資料顯示，青山北路綜合管廊建設勘察深度范圍內，地層自上而下分為：素填土、粉質粘土、淤泥（質粘土）、粉土、細砂、粗砂、礫砂、圓礫、強風化粉砂巖、中風化粉砂巖，具體巖土地質參數如表1所示。

1.3 水文地質條件

本工程建設范圍內地下水類型主要為上層滯水、第四系松散巖類孔隙潛水和基巖裂隙水三種類型。上層滯水主要賦存于上部①素填土中，水位為1.2～3.5m。第四系松散巖類孔隙潛水主要賦存于第四系細砂、中砂、砂礫、圓礫層中，粉質粘土為含水層的隔水頂板，下伏基巖為相對隔水層底板，孔隙潛水穩定水位9.6m?；鶐r裂隙水主要賦存于場地第三系新余群泥質粉砂巖層的孔隙裂隙中。

地下水主要接受贛江的側向補給及降雨入滲補給，水位隨季節變化，枯水及貧水期地下水向贛江排泄，水位下降，豐水期接受贛江水體的側向補給，地下水位上升。地下水與贛江水力聯系較密切，地下水水量豐富，含水層滲透性強。

2 工程重點和難點

2.1 基坑周邊環境保護

青山北路屬于城市主干道，T型交叉口節點周邊10m范圍內存在幾處單層磚砌民房，20m以外存在幾處多層混凝土框架結構房屋，道路交叉口周邊地下敷設有電力、通信、給排水、煤氣等各種管線，地上有多股通信、高低壓電線懸吊?；又苓叚h境總體較為復雜，因此對周邊環境的保護較為重要，關乎整個工程是否能順利推進。基坑設計時需嚴格控制排樁結構變形及坑頂地表沉降?；釉O計時通過合理的排樁直徑、間距、深度以及內支撐體系的設計控制影響基坑變形的各項參數，減小對周邊環境的影響。

2.2 排樁圍護體的止水

南昌地區地下水豐富，含水層滲透性強，圍護結構滲漏影響基坑正常施工，影響基坑的穩定安全，且易造成坑外地表明顯沉降。同時為保證基坑整體的抗滲流穩定性，應考慮合理的止水帷幕設置深度，保證安全的前提下兼顧經濟因素。

2.3 排樁水平支撐體系的安全

綜合管廊T型交叉口基坑屬于三向開口及一向閉合的圍護體系，由于基坑三處不閉合，水平支撐體系整體穩定性一般，受力較為復雜。為便于基坑施工，水平支撐體系存在換撐拆撐工況，施工工程存在一定風險。通過合理設計水平支撐體系平面布置及支撐斷面尺寸，控制支撐受力及各構件變形，確保支撐體系的安全，并要求嚴格遵循施工順序，做好基坑圍護結構及周邊環境的受力及變形監測。

3 T型交叉口基坑布置

由于綜合管廊為線性工程，交叉口施工時應與標準段基坑設計施工統籌安排。

圍護樁與T型交叉口節點主體結構間距不小于1.0m，根據不同區域基坑開挖深度的不同調整灌注樁直徑、間距及深度，同時考慮止水帷幕抗滲流。根據T型交叉口節點各方向標準斷面尺寸、走向，合理確定內支撐體系平面布置，受力合理的前提下同時考慮施工便利性。具體平面布置及剖面詳見圖2～圖4。

圖2 T型交叉口節點基坑平面布置示意

圖3 T型交叉口節點基坑1-1剖面示意

圖4 T型交叉口節點基坑2-2剖面示意

4 計算原則及結果分析

4.1 圍護樁計算原則

T型交叉口基坑安全等級為二級，設計使用年限為一年。

基坑側向土壓力按照朗金主動土壓力理論計算，由于基坑影響范圍內土層滲透系數較大，因此均采用水土分算。坑頂地面超載按20kPa考慮。其余參數及計算結果限制要求均按照《建筑基坑支護技術規程》（JGJ120-2012）要求確定。

設計工況遵循的施工步驟如下：

①止水帷幕施工結束后進行灌注樁施工，基坑開挖前，圍護結構滿足規定的齡期、強度要求；

②澆筑鋼筋混凝土頂圈梁，待混凝土強度達到設計強度后，開挖支撐以下的土方；

③依次施工各道混凝土圍檁及支撐，每次超挖深度不超過0.5m；

④基坑開挖到設計標高后，4h內澆筑素混凝土墊層，素混凝土墊層初凝后24h內澆筑鋼筋混凝土底板及素混凝土傳力帶；

⑤基坑第三道支撐(標高-9.40)待底板及素混凝土傳力帶達到齡期及100%強度后可拆除；

⑥基坑第二道支撐(標高-5.65)待交叉口中間層樓板(板頂標高-6.450)達到齡期及100%強度，且壁板外側土回填密實后拆除；

⑦基坑第一道支撐(標高-1.65)待交叉口標高-2.80鋼筋混凝土樓板達到設計強度，以及標高-2.80以下土體回填密實后拆除；

⑧開挖過程中，坑內地下水位應控制在開挖面0.5m以下。

4.2 圍護樁計算結果

根據計算原則，采用同濟啟明星（FRWS7.2）基坑支護結構專用軟件進行分析計算。其中以基坑最深13.99m計算斷面為例，經計算得圍護結構內力變形結果如下，其中計算限制要求分別參照《建筑基坑支護技術規程》（JGJ120-2012）及《建筑基坑工程監測技術標準》（GB50497-2019）（見表2）。

圍護樁計算結果 表2

圍護樁整體計算結果如表3所示。

圍護樁整體計算結果 表3

地表沉降計算結果如下：

參照《建筑基坑工程監測技術標準》（GB50497-2019）續表8.0.4要求，二級基坑地表豎向沉降累計值應小于35mm，計算結果滿足要求。

4.3 內支撐體系計算原則

內支撐計算采用同濟啟明星內支撐計算軟件（BSC4.1），內支撐計算基于線彈性體平面桿系有限單元法。獨立進行水平面受荷變形分析和豎直面內受荷變形分析，計算中不考慮水平面內和豎直面內計算結果的相互影響。豎直平面內分析中除特殊截面構件，均自動計算構件的自重荷載（混凝土容重25kN/m，鋼材容重78kN/m）。

其中平面計算需要假定支點，基坑北側丹霞路方向標準段基坑延伸較遠，可作為假定的支點，平面建模考慮設立支座。豎直面分析時基坑中部設置兩個豎向支點，即考慮豎向設置兩處格構立柱（實際偏保守設置四處豎向立柱）。

由于支撐平面較大且不規則，同時存在3處缺口（銜接標準段）無法閉合，支撐體系考慮采用鋼筋混凝土支撐以及圍檁，確保足夠的支撐整體剛度。

4.4 內支撐體系計算結果

內支撐體系一共設置三道鋼筋混凝土支撐，中心標高分別為-1.650、-5.650、-9.400。其中以第一道內支撐體系（中心標高-1.650）水平向計算為例，計算結果如表4所示。

內支撐體系計算結果 表4

三道支撐經分別計算分析，支撐體系受力合理，變形較小，可確?；娱_挖及管廊節點結構施工過程中基坑的安全。

5 結論

①T型交叉口深基坑通過計算分析可知，采用灌注樁排樁圍護、雙軸攪拌樁止水帷幕以及鋼筋混凝土內支撐體系的方案，其計算結果滿足規范關于二級基坑的要求。

②內支撐體系在平面較不規則且無法閉合的情況下，宜選用剛度較大的鋼筋混凝土支撐及圍檁，且通過合理設置豎向支撐，減小支撐體系豎向受力。經分析，T型交叉口基坑支撐體系布置合理，支撐體系自身變形、圍護排樁位移、地表沉降均能滿足規范要求，可有效減小對周邊環境的影響。