徐州市三环南路排水工程基坑支护方案研究

薛丽敏，王文杰，杨 慧，黄 伟，郑 凯

(徐州市水利建筑设计研究院有限公司，江苏 徐州 221000)

基坑开挖是工程建设过程中经常遇到的岩土工程问题，基坑的稳定性受到了众多专家、学者的关注，是工程建设过程中重点研究的内容[1- 3]。排水改造工程旨在提高区域排水能力，改善既有排水工程排水能力不足的现状，具有重大的民生意义。在城市发展建设过程中，既有排水工程沿线分布着众多建筑物，排水工程改造基坑开挖将对周边建筑物产生一定的影响[4- 7]。因此，在工程实施前分析支护方案控制变形的效果是十分必要的。目前，在分析基坑变形中常用的方法为有限元数值分析，通过建立地质、支护结构模型，可准确获取变形数据，指导工程实施。

1 工程概况

排水工程建设结合徐州市三环南路快速化改造工程同期实施，沿三环南路北侧、由风华园至奎河新建雨水管涵2477m，打通风华园门前至奎河排水通道，将泰奎大沟上游三环南路以南片区雨水分流至奎河。新建排水管道位于三环路，周边既有建筑较多，深基坑开挖变形控制是非常重要的。

2 基坑支护方案

工程沿三环南路北侧布置，施工作业面狭窄，部分段距离建筑物较近，箱涵沟槽需采取安全可靠的支护措施。

工程开槽施工段地质风华园至正德秋实园段为黏土及含砂黏土；正德秋实园至顶管工作井段上层为黏土及含砂黏土，下层为中风化灰岩；顶管接收井至奎河段为黏土及含砂黏土。根据地质情况，风华园至正德秋实园段采用钢板桩支护，并采用钻机引孔；正德秋实园至顶管工作井段采用灌注桩支护；顶管接收井至奎河段因距离房屋及现状桥梁较近，采用灌注桩支护。各段支护设计如下：

K0+00～K0+272段采用长度为9m的拉森Ⅳ型钢板桩支护；闸门井采用长度为12m、直径为0.8m的灌注桩支护；K0+280～K0+587采用长度为8m、直径为0.8m的灌注桩支护；K0+587～K0+649倒虹吸段采用长度为14～17m、直径为1m的灌注桩支护；K0+649～K0+809段采用长度为13～17m、直径为1m的灌注桩支护；K0+830～K0+990段采用长度为19m、直径为1m的灌注桩支护。

3 基坑开挖变形分析

3.1 数值模拟模型建立及参数选取

深基坑工程开挖导致周边构(间)筑物变形失稳的事故时有发生，在实际工程中，基坑变形、失稳将造成严重损失。新建排水管道线路长、周边环境复杂，地质条件变化较大。针对这种工程特点，选取代表性的断面分析基坑开挖后的变形特性是非常必要的。目前，在岩土工程中常用的数值模拟软件较多，其中FLAC软件具有模型建立简便，计算速度快、结果准确等优势[8- 11]。由于灌注桩刚度大，可有效控制基坑开挖后土体的变形，因此，研究拉森钢板桩段基坑的开挖后的变形情况。各土层数值模拟计算参数见表1。

表1 各土层数值模拟计算参数

3.2 数值模拟计算成果

3.2.1 整体变形结果

K0+00～K0+272段采用分层开挖方式进行施工，每层开挖深度控制在1.0m，基坑分层开挖后整体变形计算结果如图1所示。由图1可知，在不断分层开挖过程中，基坑侧壁的整体位移不断增大，1层开挖后约为1.25mm，4层开挖结束后，侧壁位移约为22.0mm。及鞥侧壁变形随着基坑开挖深度的不断增大而增大，基坑施工后，需要做好监测、预警工作，发生大规模变形后需及时采取相关措施，保障施工人员安全。

图1 基坑开挖变形结果

3.2.2 基坑竖向变形结果

排水管道基坑竖向变形主要是指基坑开挖后周边土体的沉降变形以及坑底土体在卸荷作用下的回弹变形。分层开挖后竖向变形成果如图2所示。随着排水工程基坑分层开挖施工，基坑侧壁的沉降变形不断增大，1层开挖后变形量为1.75mm，开挖完成后变形量增大至7.22mm。基坑土体开挖后，侧壁土体的侧限作用减小，基坑周边发生沉降变形的范围较小，超出一倍基坑深度范围后，基本无沉降发生。坑底的竖向变形主要是基坑土体开挖后，卸荷导致基坑回弹，1层开挖后坑底回弹量为0.94mm，2层开挖后坑底回弹量为2.02mm，3层开挖后坑底回弹量为3.28mm，4层开挖后回弹量约为4.43mm。卸荷回弹量与基坑沉降量相比处于一个较低的水平，约为坑顶沉降量的1/2，回弹变形最大的区域为坑底中心区域。基坑土体开挖卸荷回弹变形与上部土压力大小关系密切，为了降低卸荷回弹对基坑稳定性的影响，在基坑开挖期间，需要严格控制土层分层开挖厚度和开挖速度，当上层开挖变形稳定后，方可进行下一层土方开挖。

图2 基坑开挖土体竖向变形结果

3.2.3 水平向变形结果

水平方向变形是基坑变形的主要原因。分层开挖后基坑变形成果如图3所示。由图3可知，首层开挖后基坑变形量约为0.75mm，2层开挖后基坑变形量约为9.45mm，3层开挖后基坑变形量约为12.71mm，全部开挖完成后基坑水平方向变形量为19.24mm。基坑开挖后，坑顶处的水平方向位移最大，坑底处对的水平位移相对较小，约为坑顶位移的1/6。随着排水工程基坑开挖深度的增大，基坑变形量不断增大，水平方向基坑变形影响范围基本同竖直方向变形影响范围一致。

图3 基坑开挖土体水平向变形结果

4 结论

(1)基坑开挖变形控制是徐州市三环南路排水，排水工程沿线构(建)筑物众多，基坑开挖变形量过大将造成严重后果。

(2)使用FLAC有限分析模型研究分层开挖过程中基坑的变形数据，结果表明：基坑变形量与基坑开挖深度、坑顶的距离等因素关系密切。开挖深度越大、距离坑顶越近变形量越大。

(3)为了保证基坑稳定和变形安全，施工过程中需要控制施工速度、分层厚度，做好监测、预警工作，降低基坑破坏带来的损失。