徐州市三環(huán)南路排水工程基坑支護(hù)方案研究

薛麗敏，王文杰，楊 慧，黃 偉，鄭 凱

(徐州市水利建筑設(shè)計研究院有限公司，江蘇 徐州 221000)

基坑開挖是工程建設(shè)過程中經(jīng)常遇到的巖土工程問題，基坑的穩(wěn)定性受到了眾多專家、學(xué)者的關(guān)注，是工程建設(shè)過程中重點研究的內(nèi)容[1- 3]。排水改造工程旨在提高區(qū)域排水能力，改善既有排水工程排水能力不足的現(xiàn)狀，具有重大的民生意義。在城市發(fā)展建設(shè)過程中，既有排水工程沿線分布著眾多建筑物，排水工程改造基坑開挖將對周邊建筑物產(chǎn)生一定的影響[4- 7]。因此，在工程實施前分析支護(hù)方案控制變形的效果是十分必要的。目前，在分析基坑變形中常用的方法為有限元數(shù)值分析，通過建立地質(zhì)、支護(hù)結(jié)構(gòu)模型，可準(zhǔn)確獲取變形數(shù)據(jù)，指導(dǎo)工程實施。

1 工程概況

排水工程建設(shè)結(jié)合徐州市三環(huán)南路快速化改造工程同期實施，沿三環(huán)南路北側(cè)、由風(fēng)華園至奎河新建雨水管涵2477m，打通風(fēng)華園門前至奎河排水通道，將泰奎大溝上游三環(huán)南路以南片區(qū)雨水分流至奎河。新建排水管道位于三環(huán)路，周邊既有建筑較多，深基坑開挖變形控制是非常重要的。

2 基坑支護(hù)方案

工程沿三環(huán)南路北側(cè)布置，施工作業(yè)面狹窄，部分段距離建筑物較近，箱涵溝槽需采取安全可靠的支護(hù)措施。

工程開槽施工段地質(zhì)風(fēng)華園至正德秋實園段為黏土及含砂黏土；正德秋實園至頂管工作井段上層為黏土及含砂黏土，下層為中風(fēng)化灰?guī)r；頂管接收井至奎河段為黏土及含砂黏土。根據(jù)地質(zhì)情況，風(fēng)華園至正德秋實園段采用鋼板樁支護(hù)，并采用鉆機(jī)引孔；正德秋實園至頂管工作井段采用灌注樁支護(hù)；頂管接收井至奎河段因距離房屋及現(xiàn)狀橋梁較近，采用灌注樁支護(hù)。各段支護(hù)設(shè)計如下：

K0+00～K0+272段采用長度為9m的拉森Ⅳ型鋼板樁支護(hù)；閘門井采用長度為12m、直徑為0.8m的灌注樁支護(hù)；K0+280～K0+587采用長度為8m、直徑為0.8m的灌注樁支護(hù)；K0+587～K0+649倒虹吸段采用長度為14～17m、直徑為1m的灌注樁支護(hù)；K0+649～K0+809段采用長度為13～17m、直徑為1m的灌注樁支護(hù)；K0+830～K0+990段采用長度為19m、直徑為1m的灌注樁支護(hù)。

3 基坑開挖變形分析

3.1 數(shù)值模擬模型建立及參數(shù)選取

深基坑工程開挖導(dǎo)致周邊構(gòu)(間)筑物變形失穩(wěn)的事故時有發(fā)生，在實際工程中，基坑變形、失穩(wěn)將造成嚴(yán)重?fù)p失。新建排水管道線路長、周邊環(huán)境復(fù)雜，地質(zhì)條件變化較大。針對這種工程特點，選取代表性的斷面分析基坑開挖后的變形特性是非常必要的。目前，在巖土工程中常用的數(shù)值模擬軟件較多，其中FLAC軟件具有模型建立簡便，計算速度快、結(jié)果準(zhǔn)確等優(yōu)勢[8- 11]。由于灌注樁剛度大，可有效控制基坑開挖后土體的變形，因此，研究拉森鋼板樁段基坑的開挖后的變形情況。各土層數(shù)值模擬計算參數(shù)見表1。

表1 各土層數(shù)值模擬計算參數(shù)

3.2 數(shù)值模擬計算成果

3.2.1 整體變形結(jié)果

K0+00～K0+272段采用分層開挖方式進(jìn)行施工，每層開挖深度控制在1.0m，基坑分層開挖后整體變形計算結(jié)果如圖1所示。由圖1可知，在不斷分層開挖過程中，基坑側(cè)壁的整體位移不斷增大，1層開挖后約為1.25mm，4層開挖結(jié)束后，側(cè)壁位移約為22.0mm。及鞥側(cè)壁變形隨著基坑開挖深度的不斷增大而增大，基坑施工后，需要做好監(jiān)測、預(yù)警工作，發(fā)生大規(guī)模變形后需及時采取相關(guān)措施，保障施工人員安全。

圖1 基坑開挖變形結(jié)果

3.2.2 基坑豎向變形結(jié)果

排水管道基坑豎向變形主要是指基坑開挖后周邊土體的沉降變形以及坑底土體在卸荷作用下的回彈變形。分層開挖后豎向變形成果如圖2所示。隨著排水工程基坑分層開挖施工，基坑側(cè)壁的沉降變形不斷增大，1層開挖后變形量為1.75mm，開挖完成后變形量增大至7.22mm。基坑土體開挖后，側(cè)壁土體的側(cè)限作用減小，基坑周邊發(fā)生沉降變形的范圍較小，超出一倍基坑深度范圍后，基本無沉降發(fā)生。坑底的豎向變形主要是基坑土體開挖后，卸荷導(dǎo)致基坑回彈，1層開挖后坑底回彈量為0.94mm，2層開挖后坑底回彈量為2.02mm，3層開挖后坑底回彈量為3.28mm，4層開挖后回彈量約為4.43mm。卸荷回彈量與基坑沉降量相比處于一個較低的水平，約為坑頂沉降量的1/2，回彈變形最大的區(qū)域為坑底中心區(qū)域。基坑土體開挖卸荷回彈變形與上部土壓力大小關(guān)系密切，為了降低卸荷回彈對基坑穩(wěn)定性的影響，在基坑開挖期間，需要嚴(yán)格控制土層分層開挖厚度和開挖速度，當(dāng)上層開挖變形穩(wěn)定后，方可進(jìn)行下一層土方開挖。

圖2 基坑開挖土體豎向變形結(jié)果

3.2.3 水平向變形結(jié)果

水平方向變形是基坑變形的主要原因。分層開挖后基坑變形成果如圖3所示。由圖3可知，首層開挖后基坑變形量約為0.75mm，2層開挖后基坑變形量約為9.45mm，3層開挖后基坑變形量約為12.71mm，全部開挖完成后基坑水平方向變形量為19.24mm。基坑開挖后，坑頂處的水平方向位移最大，坑底處對的水平位移相對較小，約為坑頂位移的1/6。隨著排水工程基坑開挖深度的增大，基坑變形量不斷增大，水平方向基坑變形影響范圍基本同豎直方向變形影響范圍一致。

圖3 基坑開挖土體水平向變形結(jié)果

4 結(jié)論

(1)基坑開挖變形控制是徐州市三環(huán)南路排水，排水工程沿線構(gòu)(建)筑物眾多，基坑開挖變形量過大將造成嚴(yán)重后果。

(2)使用FLAC有限分析模型研究分層開挖過程中基坑的變形數(shù)據(jù)，結(jié)果表明：基坑變形量與基坑開挖深度、坑頂?shù)木嚯x等因素關(guān)系密切。開挖深度越大、距離坑頂越近變形量越大。

(3)為了保證基坑穩(wěn)定和變形安全，施工過程中需要控制施工速度、分層厚度，做好監(jiān)測、預(yù)警工作，降低基坑破壞帶來的損失。