月罗公路污水管道复线工程基坑围护结构的选型及变形控制

吴松岭,贝　晗

(1.上海市宝山区水利管理所,上海市 201999;2.上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司,上海市 200092)

月罗公路污水管道复线工程基坑围护结构的选型及变形控制

吴松岭1,贝晗2

(1.上海市宝山区水利管理所,上海市 201999;2.上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司,上海市 200092)

结合月罗公路污水管道顶管工程,阐述了对位于城市主干道上的管道施工方式选择的考虑,比较了不同基坑围护结构形式的优劣,同时结合工程实际情况,对施工时基坑对周边环境的影响、土体的变形情况进行了模拟计算。

顶管;基坑围护;变形计算

1　项目背景

随着上海市宝山区罗店镇大型居住区范围的扩大、人口的增加,使罗店基地污水外排配套工程一期工程)中月罗公路(沪太路～潘径路)已建的DN1000污水管道及长山污水泵站不能满足远期污水量的需求,根据《宝山区美罗家园大型居住社区污水排水系统专业规划》,需沿月罗公路(沪太路～潘径路)新建一根月罗公路污水管道复线,以满足地区发展需要。复线污水管道总长度约2.7 km,管径为DN800。

2　顶管工程沿线的基坑围护结构选型

由于本工程中管道沿月罗公路敷设,而月罗公路作为宝山地区交通要道,车辆量大,重车多。若采用半幅或大半幅封路开挖施工必然对该区域的交通造成较为不利的影响,严重干扰周边地块人们的出行甚至影响周边区域在上下班高峰时间的道路通畅;同时在公路沿线有较多的民房、工厂及公共服务设施,再加上由于工程范围内管道众多,为考虑避让现状诸多管道,本工程管线的埋设深度较深,采用开挖施工对周边建筑物的环境的影响较大、安全性差。综合上述情况,本工程全线采用顶管施工,污水管道管径DN800,顶管管材采用加强型树脂混凝土管。根据角度不同设置矩形顶管坑及圆形顶管坑,顶距控制在150 m左右,最大顶力约为1 000 kN。

顶管工作坑、接收坑常用的结构型式有:(1)钢筋混凝土沉井结构、(2)“SMW”工法(即三轴水泥搅拌桩内插H型钢工艺)、(3)钻孔灌注桩+高压旋喷桩(或水泥搅拌桩)隔水帷幕、(4)地下连续墙结构。

在本工程中,考虑到顶管井大部分位于已建成的交通干线上,采用沉井法施工时,降水会引起周围道路及地下管线沉降,且沉井在道路上高空作业,存在较大的安全隐患;而“SMW”工法中三轴搅拌桩施工时机械占用道路面积较大,经测算,需占用2条机动车道1条非机动车道及部分人行道,而井位又有多处临近道路的十字路口,其施工对现场交通组织的影响很大,在工程实施阶段必然造成多处交通瓶颈;若采用地下连续墙结构,除对交通的影响外,还存在工程费用过高的问题。故本工程中采用了对周围环境和交通影响相对较小的钻孔灌注桩+高压旋喷桩(局部双轴水泥搅拌桩)隔水帷幕的基坑围护方案:矩形顶管工作坑平面内径尺寸为7.3 m×3.5 m;矩形顶管接收坑平面内径尺寸为4.5 m×3.5 m;圆形顶管工作坑平面内径尺寸为φ7.3 m;圆形顶管接收坑平面内径尺寸为φ4.5 m。顶管坑外围护结构均采用φ800钻孔灌注桩作为基坑围护结构,钻孔灌注桩外侧采用φ800高压旋喷桩作为隔水帷幕,搭接250;顶管坑内设置400 mm厚钢筋混凝土内衬;顶管井底部均采用3 m厚压密注浆进行地基加固及止水。顶管工作坑、接收坑沿竖向设置若干道水平围檩,其中矩形顶管工作坑、接收坑采用双拼工字钢作为水平围檩,圆形顶管工作坑、接收坑采用钢筋混凝土围檩作为水平围檩。

3　基坑围护结构的变形计算与控制

考虑到工程沿线基坑位于月罗公路主干道上,除距离周边建筑物较近,临近基坑尚有车辆荷载。顶管工作坑、接收坑围护结构设计时,除满足基坑自身的内力、稳定性、抗隆起、抗倾覆计算外,对其自身受力结构变形的控制以及对周边环境影响的监测,即周边土体随时间的变形控制量监测就显得尤为重要,一方面出于安全的考虑,另一方面还需确保周边的居民的正常生活和出行。

以下以本工程中设计深度较深的11#顶管工作坑为例,进行计算分析。

根据上海市工程建设规范《基坑工程技术规范》第3.0.1条规定,11#顶管工作坑深度大于7 m、小于12 m,故基坑的安全等级为二级。同时根据海市工程建设规范《基坑工程技术规范》第3.0.2条规定,本工程基坑边缘距周边无优秀历史建筑物、无精密仪器与设备的厂房、无轨道交通设施、无防汛墙、无重要的自来水管及燃气管等,同时11#顶管工作坑周边需保护的管道、建筑物的距离小于其深度,故本工程11#顶管工作坑的环境保护等级为二级。

11#顶管工作坑位置处土层分布及物理力学性质见表1。

表1　土层及其物理力学性质

采用规范规定的数值计算公式,可得到基坑围护结构的变形及周边土体的沉降变形,见图1、图2。

图1　围护结构位移变形图

图2　周边土体沉降变形图

由于11#顶管坑周边1倍基坑深度范围内存在现状污水管线,采用数值计算无法得到基坑开挖对现状管线的影响,故针对上述情况,本工程还采用MIDAS软件对基坑和需保护的管线进行建模,采用有限元分析计算,一方面与规范的数值计算相互印证,一方面也模拟了现场实际情况,对基坑施工对周边环境的影响做到心中有数。

基坑开挖时周边土体的水平位移见图3。

图3　施工期间土体水平位移

基坑开挖时周边土体的竖直位移见图4。

图4　施工期间土体竖向位移

根据基坑不同的开挖工况对周边土体变形的计算,可以得出如下结论:

(1)基坑开挖过程中,最大水平变形及最大竖向变形均发生在基坑底部,基坑顶部及周边的变形远小于基坑底部;

(2)距基坑较近的管道位置处土体变形极小,最大水平位移均小于2 mm;最大竖向位移均小于mm。基坑开挖不会对其正常使用产生不利影响。

把基坑计算结果与规范要求的限值进行比较,均满足规范要求,见表2、表3。

表2　基坑计算结果与规范要求的限值比较表

表3　基坑计算结果与规范要求的限值比较表

在工程进行过程中,现场监测数据与计算模拟数据吻合较好(小于计算模拟值),基坑变形控制在规范要求的范围内,由此可见,建模模拟计算可指导基坑工程设计及施工。

4　结语

目前,随着城市开发建设的加快,为配合地块的开发,城区内甚至是中心城区内的市政管网建设同样提上日程,而污水管道的敷设由于各方面条件的限制,埋设深度逐步加深,管径逐步加大,施工难度日益增加。为确保工程的顺利实施,同时最大程度降低对周边环境、交通、生活的影响,在确保相关基坑设计安全性的同时,应重视对施工对周边环境的影响,控制基坑四周土体的变形,加强对其的监测,以确保人们的正常生活和施工周边市政配套管线的正常使用。

TU753

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1009-7716(2015)12-0077-03

2014-08-10

吴松岭(1981-),男,上海人,助理工程师,从事市政、水利工程管理工作。