复杂条件下城市综合管廊深基坑防护技术研究

摘要：本文以宜春市武功山大道地下综合管廊施工为例，详细阐述了在周边建（构）筑物众多、地质条件复杂情况下的管廊深基坑安全支护方案，以供类似复杂条件下深基坑支护方案进行借鉴。

Abstract： This article takes the construction of the underground comprehensive pipe gallery of Wugongshan Avenue in Yichun City as an example， and elaborates the safety support plan of the pipe gallery deep foundation pit under the circumstances of numerous surrounding buildings （structures） and complex geological conditions to provide reference for the deep foundation pit support scheme under the similar complexities conditions.

關键词：地下综合管廊;基坑支护;拉森钢板桩;混凝土灌注桩;变形监测

Key words： underground comprehensive pipe gallery;foundation pit support;Larsen steel sheet pile;concrete cast-in-place pile;deformation monitoring

中图分类号：TU753.8                                    文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）28-0129-03

0  引言

城市综合管廊通常建设于既有城市主干道之下。管廊施工具有基坑深大、施工场地狭小、周边道路及既有建筑密集、地质条件复杂、施工安全要求高等特点。故采用科学有效的基坑支护方案无疑对于确保施工安全，周边道路及既有建（构）筑物的使用安全是尤其重要的。本项目通过宜春市武功山大道的地下综合管廊施工为例，对于复杂施工条件下采用灌注桩、拉森钢板桩及内支撑等综合基坑加固方案，及基坑监测方案进行了详细的阐述，以为城市综合管廊的深大基坑支护方案提供参考。

1  工程简介

本项目地下综合管廊位于宜春市城南片区，呈南北走向，位于武功山大道右幅非机动车道下方，采用单仓形式，管廊设计总长1.72km。起点为环城南路K0+800，终点为跨袁河大桥南桥头（K2+520）。综合管廊结构采用现浇钢筋砼结构，标准断面尺寸4.1m（宽）×4m（高），管廊覆土埋深约3.2～5.6m。根据勘探揭露，表层为杂填土（Q4ml），层厚平均为3.37m;以下为淤泥（Q4l）：呈黑灰色，流塑，饱和。以粘粒为主要成份，混夹大量有机质，表层可见植物根系，略有腐臭味，层厚0.2～8.6m;下层为砾质粘性土（Q4al）：以粘粒为主要成份，夹少许砾石，干强度中等，层厚1.80～25.80m;管廊的承力层为强风化碳质页岩（P1x）：呈灰黑色，变余砂质结构，土体裂隙较为发育，岩芯呈碎块土状，为岩体破碎的极软岩，用手轻易折断，层厚在0.80～22.00m之间。管廊外侧边缘距线路中心位置19.7m，距道路红线10.3m，右侧房屋拆迁后距管廊外侧边缘距离如表1。

2  基坑支护方案选用

根据不同的基坑深度、跨度、工程地质及周边建（构）筑物情况，对多种基坑支护方案在技术可行性、安全可靠性及经济合理性等多方面进行评估，并对支护方案进行承载力学验算，最终采用了如下的几种基坑支护方案：

2.1 钢板桩支护

2.1.1 钢板桩支护+1道内支撑（K0+800～K2+175）。

2.1.2 钢板桩支护+2道内支撑（K2+175～K2+280），如图1所示。

为加强钢板桩支护的整体刚度，沿钢墙全长设置腰梁，腰梁采用I40c工字钢与[40c槽钢制作，与钢板桩点焊连接;内支撑采用？准609×16钢管，4m一道，与腰梁可靠连接。

2.2 钻孔灌注桩支护  在碧桂园小区位置（K2+280～+520），基坑较深，离碧桂园小区房屋较近，采用钻孔灌注桩支护的形式，桩径80cm，桩长12m，桩间距1m，灌注桩外设高压旋喷桩止水帷幕。桩顶设1.2×0.8m钢筋砼冠梁，冠梁处设置1道？准609×16钢管水平内支撑，水平撑间距4m一道，与灌注桩组成可靠支撑，如图2所示。

3  基坑支护及基坑开挖关键技术

3.1 钢板桩施工

3.1.1 检验钢板桩  检查进场钢板桩的质量，检查的主要内容包括桩长、桩宽、板厚、表面缺陷、桩体平直度、锁口形状和桩端矩形比等。不符合要求的钢板桩严禁使用。

3.1.2 钢板桩的吊装及堆放  采取两点法起吊钢板桩，不宜同时吊卸太多钢板桩，并确保装运时不损坏锁口。钢板桩堆放在平整坚固的地面上，避免地面承载过重而下沉。堆放场地要便于运往施打现场。分层堆放钢板桩，在地面上及层间每距3～4m加垫枕木，各层间垫木布设在相同铅垂线上。堆放层数不宜多于5层，且堆放总高度控制在2m以内。

3.1.3 施打钢板桩  采取单独打入法施打钢板桩。即吊立第1根钢板桩，准确对位后振动打入土中至设计深度。然后吊立第2根钢板桩，卡入第1根钢桩的企口，振动沉桩法入土。按上述操作顺序施打完所有钢板桩。当因摩擦阻力过大无法打入时采用旋挖钻机引孔至设计深度，回填中粗砂密实后再打入钢板桩。合拢宽度不是钢板桩标准宽度时，合拢处采用异形钢板桩或是调整支护轴线使合拢处可用标准桩实现闭合。采取鱼尾板焊接法接长长度不足的钢板桩，相邻桩的接头需错开1m以上，且宜间隔布设。

3.1.4 腰梁施工  为加强钢板桩支护的整体刚度，沿钢墙全长设置I40c工字钢与[40c槽钢制作的腰梁，与钢板桩点焊连接;内支撑采用？准609×16钢管，4m一道，与腰梁按设计图纸要求进行可靠连接。钢板桩及腰梁施工完成后，采用C30细石混凝土对钢板桩腰梁范围内进行填充。

3.1.5 钢支撑吊装  根据钢支撑不同长度，配用相应长度的活动端和固定端，中间采用标准节段，节段端部设置法兰盘，用高強螺栓联接，节段间的空隙采用钢楔块垫塞紧密。支撑先在地面按长度整根拼接后，采用16t汽吊吊装。进行钢管支撑中心线偏差调整，确保钢支撑的安装精度符合要求后，方可施加轴力。

3.2 混凝土桩施工

3.2.1 混凝土桩施工  砼桩严格按设计要求的长度、桩径和位置等要求进行施工，严控施工质量。

3.2.2 冠梁施工  冠梁采用1200×800mm断面，C30钢筋砼浇筑。浇筑冠梁前测量支护桩桩顶标高，按设计高度进行支护桩桩头的凿除。完成冠梁模板安装后，检查模板平面位置、垂直度、标高、拼缝处理及纵、横向支撑的稳定性。合格后方可浇筑砼。冠梁一次浇筑、振捣成型，砼强度达到2.5MPa后拆模，覆盖土工布洒水保湿养护7d以上。

3.2.3 钢管内支撑施工  K2+280～K2+509段229m采用Φ609×16mm钢管内支撑，与冠梁上的预埋钢板直接连接。

3.3 基坑降水  采用大口井降水进行管廊基坑的降水，并于坑内设置排水沟和集水井排水。通常在开挖该段基坑土石方前15～20d开始降水。小流量高扬程抽水机进行地下水的抽排，注意控制抽排速度，使地下水位低于基坑50cm。

3.4 基坑土石方开挖  基坑采用反铲挖掘机分层开挖，开挖中随时修筑好纵坡，保障支护结构的稳定。对于基坑边角和支护桩附近，因机械无法操作，采用人工开挖，并将松土清至挖掘机作业半径内，以利挖掘机取走。

基坑土石方开挖严格按“自上而下、竖向分层、纵向分段、及时支护、严禁超挖”要点进行，每次开挖高度控制在3m以内。并遵循边施工边监测的原则，严禁无序大开挖，采取信息法施工，确保基坑安全。

因基坑内设置内支撑，局部基坑土方开挖受影响，为尽量减少基坑支撑对土方开挖的影响，基坑土方采取退挖的施工方式，即先挖除基坑土方至第1道内支撑以下50cm，安设第1道内支撑，然后再开挖内支撑下方土体;对于仅设1道内支撑支护的基坑，采用退挖的方法开挖至基坑底面以上30cm，再采用人工清底及整修;对于设2道内支撑的基坑，开挖至第2道内支撑以下50cm，当沿基坑纵向每安设1根第2道内支撑（4m间距），随即利用挖机长臂伸进内支撑底部开挖4m，依次完成内支撑支护及土石方开挖。

3.5 支护系统拆除  进行内支撑钢管拆除前，采用1台汽吊于两端头处轻托内支撑，用千斤顶在活动端施力取出钢楔块，解除内支撑两端与支护的联结，然后千斤顶缓慢卸载，最后吊出钢支撑。内支撑吊出后再拆除腰梁。拆除时要避免预应力瞬时释放而导致支护结构产生变形和开裂。采用振动锤拔出钢板桩，拔桩顺序与打桩顺序相反。当桩体引拔阻力过大时，采用间歇振动法拔桩。需及时回填拔桩后的桩洞。混凝土冠梁及混凝土桩位于设计道路路床以下，通常不用拆除。因特殊原因需拆除的部分用破碎锤将其破除，破除粒径小于30cm以下，随后将其作为回填料进行回填。

4  基坑监测

4.1 监测项目  根据基坑支护特点及《建筑基坑工程监测技术规范》（GB50497-2009）要求，监测项目主要有：支护桩（坡）顶部水平位移;支护桩（坡）顶部竖向位移;基坑底部隆起变形;基坑周边地下水位监测;基坑周边地面最大沉降;周边地表裂缝;周边建筑物沉降;周边建筑物倾斜;内支撑轴力。

4.2 监测相关规定

4.2.1 基坑监测点  ①支护结构的水平、垂直位移监测：监测点沿管廊基坑两侧布设，监测点布设在基坑阳角外、中部。监测点布设距离不宜超过20m，且每边布设不少于3个监测点。②基坑周边地表沉降监测：监测点沿管廊基坑两侧布设，间距按5m。③降水监测：施工场地周边每50m设置1口监测井，深度不小于基坑深度+2m。④轴力监测：水平内支撑端部。

4.2.2 监测预警值  按规范及设计要求设定监测预警值。在施工中对周边土体沉降变形情况、坑底涌水隆起情况及周边建筑物变形情况进行监控，相关检测项目变形总量及变形速率之一达到预警值时，或者出现异常及危险情况时，立即停工，采取有效措施予以处理，保证基坑结构、周边建筑物及设施安全。

4.3 监测结果  根据基坑支护结构本体、位移、周边地表及建筑沉降数据结果整理列表汇总并绘出相应水平位移曲线图、沉降过程曲线图，并对数据进行处理、反馈或回归分析，以推算位移变化规律和预估最终位移，评估支护系统安全状况。本项目选取了支护结构6处典型断面的水平位移时间-位移曲线如图3所示，期间监测得的支护结构最大水平位移仅为21.2mm，远小于规范允许的最大值，表明本项目所采用的基坑支护系统是安全稳固的。

5  支护承载检算

管廊基坑最大开挖深度为11.8m，按二级基坑。依据《国家行业标准—建筑基坑支护技术规程（JGJ120-2012）》对基坑支护结构进行设计计算。

5.1 计算参数及方法  钢板桩抗弯截面模量：1816000mm3，抗弯强度设计值：380MPa;水土计算（分算/合算）方法：按土层分/合算;水压力计算方法：静止水压力，修正系数：1.0;主动侧土压力计算方法：朗肯主动土压力，分布模式：三角形，调整系数：1.0，负位移不考虑土压力增加;被动侧基床系数计算方法：“m”法，土体抗力不考虑极限土压力限值;墙体抗弯刚度折减系数：1.0;整体稳定计算方法：瑞典条分法。

5.2 计算结果（表2）

6  结束语

本项目综合管廊沿线紧邻周边众多的重要建（构）筑物，地质情况复杂，工程地质条件差，且为深大基坑。本项目根据不同的施工实际情况，分别采用了拉森钢板桩、灌注桩加设1～2道内支撑的基坑防护方式。施工结果表明在技术可行性、经济合理性及施工简便性等方面均取得了良好的效果，给类似深基坑的支护提供了借鉴作用。

参考文献：

[1]叶迪.关于深基坑拉森桩支护的探讨[J].城市建设理论研究（电子版），2012（13）.

[2]苏雄丰.深基坑拉森钢板桩支护与土方开挖施工方法探讨[J].工程建设与设计，2018（11）.

[3]常治富.某深基坑工程土方开挖及支护技术研究[J].建筑安全，2018（06）.

作者简介：王海兵（1985-），男，甘肃泾川人，毕业于中南大学，研究方向为工程技术桥梁与隧道。