吳松嶺,貝　晗

(1.上海市寶山區(qū)水利管理所,上海市 201999;2.上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院(集團(tuán))有限公司,上海市 200092)

月羅公路污水管道復(fù)線工程基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的選型及變形控制

吳松嶺1,貝晗2

(1.上海市寶山區(qū)水利管理所,上海市 201999;2.上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院(集團(tuán))有限公司,上海市 200092)

結(jié)合月羅公路污水管道頂管工程,闡述了對(duì)位于城市主干道上的管道施工方式選擇的考慮,比較了不同基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)劣,同時(shí)結(jié)合工程實(shí)際情況,對(duì)施工時(shí)基坑對(duì)周邊環(huán)境的影響、土體的變形情況進(jìn)行了模擬計(jì)算。

頂管;基坑圍護(hù);變形計(jì)算

1　項(xiàng)目背景

隨著上海市寶山區(qū)羅店鎮(zhèn)大型居住區(qū)范圍的擴(kuò)大、人口的增加,使羅店基地污水外排配套工程一期工程)中月羅公路(滬太路～潘徑路)已建的DN1000污水管道及長(zhǎng)山污水泵站不能滿足遠(yuǎn)期污水量的需求,根據(jù)《寶山區(qū)美羅家園大型居住社區(qū)污水排水系統(tǒng)專業(yè)規(guī)劃》,需沿月羅公路(滬太路～潘徑路)新建一根月羅公路污水管道復(fù)線,以滿足地區(qū)發(fā)展需要。復(fù)線污水管道總長(zhǎng)度約2.7 km,管徑為DN800。

2　頂管工程沿線的基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)選型

由于本工程中管道沿月羅公路敷設(shè),而月羅公路作為寶山地區(qū)交通要道,車輛量大,重車多。若采用半幅或大半幅封路開挖施工必然對(duì)該區(qū)域的交通造成較為不利的影響,嚴(yán)重干擾周邊地塊人們的出行甚至影響周邊區(qū)域在上下班高峰時(shí)間的道路通暢;同時(shí)在公路沿線有較多的民房、工廠及公共服務(wù)設(shè)施,再加上由于工程范圍內(nèi)管道眾多,為考慮避讓現(xiàn)狀諸多管道,本工程管線的埋設(shè)深度較深,采用開挖施工對(duì)周邊建筑物的環(huán)境的影響較大、安全性差。綜合上述情況,本工程全線采用頂管施工,污水管道管徑DN800,頂管管材采用加強(qiáng)型樹脂混凝土管。根據(jù)角度不同設(shè)置矩形頂管坑及圓形頂管坑,頂距控制在150 m左右,最大頂力約為1 000 kN。

頂管工作坑、接收坑常用的結(jié)構(gòu)型式有:(1)鋼筋混凝土沉井結(jié)構(gòu)、(2)“SMW”工法(即三軸水泥攪拌樁內(nèi)插H型鋼工藝)、(3)鉆孔灌注樁+高壓旋噴樁(或水泥攪拌樁)隔水帷幕、(4)地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)。

在本工程中,考慮到頂管井大部分位于已建成的交通干線上,采用沉井法施工時(shí),降水會(huì)引起周圍道路及地下管線沉降,且沉井在道路上高空作業(yè),存在較大的安全隱患;而“SMW”工法中三軸攪拌樁施工時(shí)機(jī)械占用道路面積較大,經(jīng)測(cè)算,需占用2條機(jī)動(dòng)車道1條非機(jī)動(dòng)車道及部分人行道,而井位又有多處臨近道路的十字路口,其施工對(duì)現(xiàn)場(chǎng)交通組織的影響很大,在工程實(shí)施階段必然造成多處交通瓶頸;若采用地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu),除對(duì)交通的影響外,還存在工程費(fèi)用過(guò)高的問(wèn)題。故本工程中采用了對(duì)周圍環(huán)境和交通影響相對(duì)較小的鉆孔灌注樁+高壓旋噴樁(局部雙軸水泥攪拌樁)隔水帷幕的基坑圍護(hù)方案:矩形頂管工作坑平面內(nèi)徑尺寸為7.3 m×3.5 m;矩形頂管接收坑平面內(nèi)徑尺寸為4.5 m×3.5 m;圓形頂管工作坑平面內(nèi)徑尺寸為φ7.3 m;圓形頂管接收坑平面內(nèi)徑尺寸為φ4.5 m。頂管坑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)均采用φ800鉆孔灌注樁作為基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu),鉆孔灌注樁外側(cè)采用φ800高壓旋噴樁作為隔水帷幕,搭接250;頂管坑內(nèi)設(shè)置400 mm厚鋼筋混凝土內(nèi)襯;頂管井底部均采用3 m厚壓密注漿進(jìn)行地基加固及止水。頂管工作坑、接收坑沿豎向設(shè)置若干道水平圍檁,其中矩形頂管工作坑、接收坑采用雙拼工字鋼作為水平圍檁,圓形頂管工作坑、接收坑采用鋼筋混凝土圍檁作為水平圍檁。

3　基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形計(jì)算與控制

考慮到工程沿線基坑位于月羅公路主干道上,除距離周邊建筑物較近,臨近基坑尚有車輛荷載。頂管工作坑、接收坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),除滿足基坑自身的內(nèi)力、穩(wěn)定性、抗隆起、抗傾覆計(jì)算外,對(duì)其自身受力結(jié)構(gòu)變形的控制以及對(duì)周邊環(huán)境影響的監(jiān)測(cè),即周邊土體隨時(shí)間的變形控制量監(jiān)測(cè)就顯得尤為重要,一方面出于安全的考慮,另一方面還需確保周邊的居民的正常生活和出行。

以下以本工程中設(shè)計(jì)深度較深的11#頂管工作坑為例,進(jìn)行計(jì)算分析。

根據(jù)上海市工程建設(shè)規(guī)范《基坑工程技術(shù)規(guī)范》第3.0.1條規(guī)定,11#頂管工作坑深度大于7 m、小于12 m,故基坑的安全等級(jí)為二級(jí)。同時(shí)根據(jù)海市工程建設(shè)規(guī)范《基坑工程技術(shù)規(guī)范》第3.0.2條規(guī)定,本工程基坑邊緣距周邊無(wú)優(yōu)秀歷史建筑物、無(wú)精密儀器與設(shè)備的廠房、無(wú)軌道交通設(shè)施、無(wú)防汛墻、無(wú)重要的自來(lái)水管及燃?xì)夤艿?同時(shí)11#頂管工作坑周邊需保護(hù)的管道、建筑物的距離小于其深度,故本工程11#頂管工作坑的環(huán)境保護(hù)等級(jí)為二級(jí)。

11#頂管工作坑位置處土層分布及物理力學(xué)性質(zhì)見表1。

表1　土層及其物理力學(xué)性質(zhì)

采用規(guī)范規(guī)定的數(shù)值計(jì)算公式,可得到基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形及周邊土體的沉降變形,見圖1、圖2。

圖1　圍護(hù)結(jié)構(gòu)位移變形圖

圖2　周邊土體沉降變形圖

由于11#頂管坑周邊1倍基坑深度范圍內(nèi)存在現(xiàn)狀污水管線,采用數(shù)值計(jì)算無(wú)法得到基坑開挖對(duì)現(xiàn)狀管線的影響,故針對(duì)上述情況,本工程還采用MIDAS軟件對(duì)基坑和需保護(hù)的管線進(jìn)行建模,采用有限元分析計(jì)算,一方面與規(guī)范的數(shù)值計(jì)算相互印證,一方面也模擬了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,對(duì)基坑施工對(duì)周邊環(huán)境的影響做到心中有數(shù)。

基坑開挖時(shí)周邊土體的水平位移見圖3。

圖3　施工期間土體水平位移

基坑開挖時(shí)周邊土體的豎直位移見圖4。

圖4　施工期間土體豎向位移

根據(jù)基坑不同的開挖工況對(duì)周邊土體變形的計(jì)算,可以得出如下結(jié)論:

(1)基坑開挖過(guò)程中,最大水平變形及最大豎向變形均發(fā)生在基坑底部,基坑頂部及周邊的變形遠(yuǎn)小于基坑底部;

(2)距基坑較近的管道位置處土體變形極小,最大水平位移均小于2 mm;最大豎向位移均小于mm。基坑開挖不會(huì)對(duì)其正常使用產(chǎn)生不利影響。

把基坑計(jì)算結(jié)果與規(guī)范要求的限值進(jìn)行比較,均滿足規(guī)范要求,見表2、表3。

表2　基坑計(jì)算結(jié)果與規(guī)范要求的限值比較表

表3　基坑計(jì)算結(jié)果與規(guī)范要求的限值比較表

在工程進(jìn)行過(guò)程中,現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與計(jì)算模擬數(shù)據(jù)吻合較好(小于計(jì)算模擬值),基坑變形控制在規(guī)范要求的范圍內(nèi),由此可見,建模模擬計(jì)算可指導(dǎo)基坑工程設(shè)計(jì)及施工。

4　結(jié)語(yǔ)

目前,隨著城市開發(fā)建設(shè)的加快,為配合地塊的開發(fā),城區(qū)內(nèi)甚至是中心城區(qū)內(nèi)的市政管網(wǎng)建設(shè)同樣提上日程,而污水管道的敷設(shè)由于各方面條件的限制,埋設(shè)深度逐步加深,管徑逐步加大,施工難度日益增加。為確保工程的順利實(shí)施,同時(shí)最大程度降低對(duì)周邊環(huán)境、交通、生活的影響,在確保相關(guān)基坑設(shè)計(jì)安全性的同時(shí),應(yīng)重視對(duì)施工對(duì)周邊環(huán)境的影響,控制基坑四周土體的變形,加強(qiáng)對(duì)其的監(jiān)測(cè),以確保人們的正常生活和施工周邊市政配套管線的正常使用。

TU753

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1009-7716(2015)12-0077-03

2014-08-10

吳松嶺(1981-),男,上海人,助理工程師,從事市政、水利工程管理工作。