保山中心城市地下综合管廊基坑围护方案研究

杨建雄　苏四代　施春贤　穆妍旭

摘要：城市地下综合管廊基坑围护结构的稳定性对于管廊的质量、安全具有十分重要的作用。本文针对保山兰城路综合管廊基坑围护方案的分析计算展开研究，根据该工程的地形、地质、变形控制等外部约束，分别对放坡开挖、钻孔灌注桩围护方案进行了结构验算，界定了两种方案的适用范围。

Abstract： The stability of the foundation pit retaining structure of urban underground integrated pipe gallery plays an important role in the quality and safety of the pipe gallery. In this paper， the analysis and calculation of the foundation pit protection scheme of the comprehensive pipe gallery of Lancheng Road in Baoshan is carried out. According to the external constraints such as topography， geology and deformation control of the project， the sloping excavation and bored pile retaining schemes are respectively carried out. The structure check calculation defines the scope of application of the two schemes.

关键词：综合管廊;基坑;围护结构;结构检算

Key words： integrated pipe gallery;foundation pit;retaining structure;structure check

中图分类号：TU94+2                                      文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）23-0193-03

1  工程概况

1.1 施工场地概况

兰城路支线综合管廊建设项目位于道路西侧绿化隔离带下，路线全长约670m，地处保山盆地西部，属山间凹地地貌单元。管廊断面尺寸（内尺寸）为B×H=2.4×2.4m。本工程管廊基坑为长条形基坑，考虑到道路路基施工顺序，综合管廊的基坑开挖深度均在4.0～8.0m左右。场地地形平坦，地势总体北东高，南西低，最大相对高差约2.31m。场地有一条小河从拟建管廊横穿，河面宽约8m;拟建兰城路沿线存在现状高压电力架空线。部分电力架空线横穿兰城路，有两座高压线电塔距离拟建管廊较近，一座高压电塔位于K0+090处，位于管廊东侧约30m，另一座高压电塔位于K0+300处，位于管廊西侧约10m，若该高压铁塔不迁移，会对基坑开挖有一定影响。根据现场走访及踏勘，场地其他位置周边主要为耕地，无临近建筑物。

1.2 工程地质条件

1.2.1 地层岩性

沿线岩土层主要为第四系耕植土（Q4pd）、第四系冲、洪积（Q4al+Q4pl）、根据钻孔揭露地层情况，从上至下包括以下土层：耕植土平均厚0.65m，粉质黏土平均厚2.04m，含有机质黏土平均厚3.32m，圆砾平均厚2.84m，圆砾层间不均匀夹薄层状黏土、粉质黏土平均厚7.61m，粉质黏土平均厚3.36m。

1.2.2 地基土的物理力学性质指标，各层地基土的物理力学性质见表1。

1.2.3 地下水

拟建管廊沿线地下水类型为赋存于圆砾中的孔隙水及賦存于黏性土中的上层滞水，地下水主要接受大气降水下渗补给，受重力影响从上往下渗流，总体向地势低洼处迳流排，勘察期间测量地下水位为0.60～2.80m，沿线含水层富水性及透水性较好。

1.2.4 场地岩土工程评价

软弱土：场地中揭露的含有机质黏土属软弱土，力学性质低，自立性差，基坑开挖后，在地下水作用下易垮塌，形成不稳定边坡，基坑开挖前需采用钢板桩支护后在进行开挖，基坑底板揭露该层时应用换填处理，采用该层做基础持力层还需对其进行软弱下卧层验算，并考虑软土震陷影响。经调查，勘察场地范围内及其附近未发现活不良地质现象，场地内亦无对工程不利的埋藏物，场地稳定，可进行管廊修筑。

抗震等级：场地土类型主要为中软场地土，该场地覆盖层厚度为大于50m，建筑的场地类别属Ⅲ类。保山市抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值为0.20g，设防分组为第三组。反应谱特征周期为0.45s。

饱和砂土液化趋势：管廊沿线无饱和砂土分布，故本场地可不考虑地震液化影响;含有机质黏土为软弱土为管廊底板时需作换填处理，设计需进行软弱下卧层验算，并考虑软土震陷影响，软土震陷值取150mm。

2  基坑围护方案

考虑工程的位置、地质条件等因素选择基坑围护结构方案，结合安全性、经济性、技术合理性等原则，综合研究选择基坑围护方案。管廊基坑深度4～8m，结合场地现状及土层性质，选用的围护结构为钻孔灌注桩和放坡开挖两种形式。

2.1 放坡开挖方案

放坡围护方案的优点：施工方便，施工周期短，技术成熟，施工成本低。放坡围护方案缺点：施工占地面积大，对周边建筑物保护较差。本工程常规基坑采用1：1.5放坡开挖施工，基坑开挖深度3～8m，坡面采用挂网喷浆加固处理并设置滤水管;对于深度大于4m的基坑，每侧坡设两道水平间距1.5m的9m长注浆钢管锚固，如图1所示。

2.2 钻孔灌注桩围护方案

钻孔桩属于柱列式排桩结构，把钻孔桩并排连续起来形成的地下挡土结构。钻孔桩的优点：排桩自身结构刚度较大，侧向变形小。钻孔桩的缺点：结构本身不具备防水能力，需另外增设止水帷幕，施工周期较长，费用较高。

本工程高压电塔段基坑开挖深度为6～6.5m，采用D800@1100钻孔灌注桩围护+D600@400高压旋喷桩止水帷幕施工;顶部采用现浇钢筋混凝土圈梁结构，顶圈梁尺寸0.6m×1.0m，采用D609*16@4000钢管支撑，如图2所示。

3  基坑围护结构检算

3.1 计算假定

主动土压力取值采用勘察报告提供的设计参数，地下水位-0.5m，采用朗金土压力计算公式，水土分算;被动土压力计算系数采用地基基床系数“m”值;采用“m”法有限元程序进行模拟实际施工工况的挡土结构侧向位移、内力的计算。

3.2 基坑设计控制标准

本工程基坑围护工程包括放坡围护基坑和钻孔桩围护基坑，本文主要对钻孔灌注桩围护结构进行检算。根据设计图纸基坑的计算开挖深度为8.0m，基坑安全等级二级;根据基坑平面及周边环境总图，本工程管廊放坡围护段基坑环境保护等级为三级，钻孔桩围护段基坑环境保护等级为二级。本工程基坑稳定性分析及对周边环境影响的控制标准如表2、表3所示。

3.3 基坑围护结构计算结果

基坑稳定性分析：根据规范要求对本站基坑稳定性进行计算，计算结果如表4所示。

围护结构计算：围护结构开挖阶段计算时计入结构的先期位移值以及支撑的变形，按“先变形、后支撑”的原则进行结构分析，按工况进行分步计算，最终的位移及内力值是各施工阶段之累计值，结果如表5所示。

基坑开挖卸载对周边环境变形影响：基坑开挖必然会引起周边土体产生侧向位移及沉降，最终的地表沉降量应满足规范对应的环境等级影要求，通过对计算模型的有限元计算分析结果表明：本方案能保证基坑开挖过程中基坑支护体系自身的安全及对周边环境的保护要求，计算结果见表6所示。

围护结构计算结论：本工程基坑的各项稳定系数均满足规范相关要求，本工程基坑的桩体变形及周边地面沉降计算结果均满足规范环境保护的相关要求。

4  基坑围护结构施工与监测

4.1 主要施工方案

钻孔灌注桩施工：施工单位应充分了解本工程地质条件，在灌注桩成孔过程中，施工方应采取有效措施，防止孔壁坍塌，桩体缩颈等，确保成桩质量。钢筋笼制作偏差应符合下列规定： 钢筋笼长度：±50mm，钢筋间距：±10mm，钻孔灌注桩用混凝土粗骨料粒径不得大于40mm，混凝土应连续浇灌。充盈系数为 1.05～1.20。钻孔灌注桩施工垂直偏差应不大于1/150。桩径容许偏差0～+50mm，桩位容许偏差±50mm。钻孔灌注桩成孔后应立即进行清孔，且浇灌混凝土前还应进行第二次清孔。清孔后的沉渣厚度不得大于100mm，并立即进行混凝土灌注。桩身混凝土采用C30水下混凝土，主筋净保护层厚度为50mm。

基坑降水：基坑采用坑内井点降水，开挖前必须进行降水工程施工，待坑内水位降至开挖面以下0.5m时方可开挖。基坑开挖过程中及管道回填完成前，必须保持坑内水位降至开挖面以下0.5～1.0m。降水施工前，施工单位需降水工程勘察的工作，搜集降水工程勘察、降水工程施工的供水、供电、道路、排水及有无障碍物等现场施工条件，并为降水工程设计提供准确的参数。降水工程施工应备有工程抢救辅助措施，确保降水施工在地质条件变化及施工条件变化时降水工程仍能顺利进行。降水施工完成后，必须经过降水工程检验，满足降水设计深度后方可进入降水工程监测与围护阶段。

土方开挖：土方开挖前施工单位应提交详细的土方开挖施工组织设计，并取得基坑围护设计单位认可后方可实施。土方开挖时应先开挖支撑上方土體至设计标高，待支撑架设施工完毕，强度达到设计要求后，再继续向下开挖，严禁先挖后撑。土方开挖应按照先开挖位移控制要求比较低的区域，后开挖位移控制要求比较严格的区域为原则。开挖完最下一层土方后，4h内应浇筑素砼垫层，混凝土垫层直接浇捣至围护桩内侧面，使垫层能够起到一道支撑的作用，以减小桩体位移对周边环境不利影响。施工机械停放处，应事先在基坑护壁附近铺设路基箱以扩散压力，或者局部加固地基，减少侧压力。在基坑围护结构外侧地面严禁大量堆载，地面超载应控制在20kN/m2以内。土方开挖的顺序、方法必须与设计工况相一致，并遵循“开槽支撑、先撑后挖、分层开挖、严禁超挖的原则。基坑开挖快到基坑底面，须保留300mm厚土待晴天用人工进行挖除，挖除后立即进行坑底混凝土垫层施工。

4.2 施工监测方案

应加强信息化施工，施工期间应根据监测资料及时控制和调整施工进度和施工方法，对施工全过程进行动态控制。仪器安装埋设前要进行检验和率定，绘制监测点安装埋设详图，并按照方案和埋设要求做好埋设准备。仪器埋设时，核定传感器的位置是否正确，埋设的准备是否符合技术要求，按监测的位置和方向埋设传感器。监测数据必须做到及时、准确和完整，发现异常现象，加强监测。对原始数据要进行分析，去伪存真后方可进行计算，并绘制观测读数与时间、深度及开挖过程曲线，按施工阶段提出简报。

监测的主要项目包括：围护结构顶面位移、沉降监测、深层土体的位移监测、坑外水位变化监测、周围管线沉降监测，不同监测项目的要求见表7所示。

5  结语

在考虑基坑的地质条件、变形控制要求基础上，通过对基坑围护结构的检算并结合同类工程实践，可知采取以上设计措施后，本工程基坑的稳定性、围护结构的变形均能满足规范要求，同时能够满足基坑开挖过程中的变形控制要求和对周边环境保护要求。

在后续的施工过程中，该方案被证明在技术上是可靠的，且具有良好的可施工性和经济性。

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