康劍偉

(福州市勘測(cè)院 福建福州 350108)

0 引言

隨著城市的發(fā)展，城市的土地愈發(fā)緊缺，城市地下成了人們拓展的空間，因此管廊在新一輪城市建設(shè)中得到了很大的推廣應(yīng)用。管廊具有改善城市環(huán)境、有效利用城市地下空間、確保城市“生命線”的穩(wěn)定安全、減少后期維護(hù)費(fèi)用等諸多優(yōu)點(diǎn)[1-2]，然而管廊造價(jià)過高[3]常常為人詬病，也限制了管廊的進(jìn)一步推廣利用。尤其在類似福州、廈門等沿海城市中，地質(zhì)情況較差，多處于軟土地區(qū)[4-5]，管廊造價(jià)中很大一部分費(fèi)用是基坑支護(hù)及軟基處理的費(fèi)用，幾乎占到了管廊建設(shè)費(fèi)用的70%?；又ёo(hù)結(jié)構(gòu)往往又是臨時(shí)性的，如何減少這部分造價(jià)就成了亟待解決的問題?；诖耍疚囊詵|南沿海地區(qū)某管廊基坑工程為例，探究該類地區(qū)管廊基坑支護(hù)工程建設(shè)的改革路徑。

1 工程實(shí)例

1.1 工程簡(jiǎn)介

該管廊基坑工程位于東南沿海地區(qū)的高速公路旁，高速公路拓寬的同時(shí)，擬在輔路下方新建綜合管廊。該管廊為雙倉現(xiàn)澆管廊，寬度約6.55m，高約4.2m，長(zhǎng)度約5.1km,重約18t/m。原設(shè)計(jì)方案，基坑為長(zhǎng)條形，基坑兩側(cè)預(yù)留1m的施工空間，基坑寬8.55m，基坑開挖至墊層底深度約為7.50m?；又苓呧徑穹俊F(xiàn)狀高速、市政管線等。

1.2 工程地質(zhì)條件

根據(jù)勘察資料，擬建場(chǎng)地屬?zèng)_淤積平原地貌，土層成因以沖淤積為主。主要地層為雜填土：厚度很厚(靠近高速一側(cè)多為路基拋填石，厚度約3～6m)，γ=17.5kN/m3，c=10 kPa，φ=15°；淤泥：含水量高達(dá)68.2%，流塑，層厚變化較大，約4.3～28.4m，工程力學(xué)性質(zhì)很差，靈敏度高，屬高壓縮性軟土，γ=15.9kN/m3，c=10.2 kPa，φ=5.3°；中風(fēng)化花崗巖：工程力學(xué)性質(zhì)較好，厚度一般，埋深較淺；場(chǎng)地及其鄰近區(qū)域全新世以來未見活動(dòng)斷裂，場(chǎng)地構(gòu)造穩(wěn)定，整個(gè)場(chǎng)地地基土在水平方向及垂直方向均勻性差。

1.3 水文地質(zhì)條件

場(chǎng)地地下水主要為雜填土中的上層滯水，水量不大，場(chǎng)地穩(wěn)定水位高程約4.80m，場(chǎng)地地下水年變化幅度在2.0m內(nèi)，近3～5年地下水最高水位高程約5.50m，歷史最高水位高程約6.50m。

2 支護(hù)方案分析

2.1 初始設(shè)計(jì)方案

考慮到管廊的抗浮要求，采用管廊上部覆土壓重措施進(jìn)行抗浮，若要滿足抗浮要求，管廊上方需有較厚的覆土，則導(dǎo)致基坑深度達(dá)7.50m，而且又是軟土地區(qū)，旁邊鄰近現(xiàn)狀高速公路，因此，采用放坡開挖不可行。由于該基坑地質(zhì)情況較特殊，淤泥層底下直接進(jìn)入中風(fēng)化花崗巖，中風(fēng)化花崗巖位于坑底下4m左右。初始設(shè)計(jì)方案采用拉森鋼板樁+2道鋼管支撐，基坑底采用水泥攪拌樁滿堂加固處理，坑內(nèi)加固兼做管廊的地基處理，如圖1所示。因拉森鋼板樁無法嵌入坑底以下中風(fēng)化花崗巖層，原設(shè)計(jì)方案對(duì)坑底采用水泥攪拌樁滿堂加固，并增加2道支撐，防止拉森鋼板樁“踢腳”，并設(shè)計(jì)在基坑兩側(cè)預(yù)留1m的施工空間，以方便模板施工(管廊側(cè)壁模板施工采用對(duì)拉鋼筋鎖住)及后期鋼板樁的拔除。該方案每延米造價(jià)約18 388元。

圖1 初始設(shè)計(jì)方案一的典型支護(hù)剖面

圖2 初始設(shè)計(jì)方案二的典型支護(hù)剖面

然而，在水泥攪拌樁的施工過程中，由于淤泥層含水量大，有機(jī)質(zhì)含量高，水泥攪拌樁的成樁效果較差，無法起到坑內(nèi)加固作用，導(dǎo)致基坑開挖到底后，在坑底位置拉森鋼板樁變形較大；根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，最大位移達(dá)46.8mm，超過了《福州市深基坑與建筑邊坡工程管理暫行規(guī)定》中一級(jí)基坑深層位移取(40mm，0.03×7.5=22.5mm)二者較小值的限制要求，可能會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成一定的影響。之后，調(diào)整方案，采用直徑800mm@1100mm的灌注樁加1道砼支撐，樁間采用直徑500mm的高壓旋噴樁進(jìn)行擋土止水，坑內(nèi)僅針對(duì)管廊的軟土地基進(jìn)行了水泥攪拌樁處理，以提高管廊地基的承載力。該方案仍然采用管廊上部覆土壓重的措施進(jìn)行抗浮，如圖2所示。該方案每延米造價(jià)約22 398元，造價(jià)比初始設(shè)計(jì)方案一增加約21.8%，由于造價(jià)增加較多，不被采納。

2.2 變更后的設(shè)計(jì)方案

針對(duì)上述拉森鋼板樁剛度較低，灌注樁造價(jià)又較高等缺點(diǎn)，對(duì)上述方案進(jìn)行優(yōu)化。變更后設(shè)計(jì)方案綜合考慮采用直徑800mm@1100mm的灌注樁加1道砼支撐，樁間采用直徑500mm的高壓旋噴樁進(jìn)行擋土止水，取消管廊的軟基處理，改在管廊底設(shè)置鋼筋混凝土托梁，將管廊擱置在托梁上(每6m設(shè)置一道)，并在管廊節(jié)點(diǎn)交接處及沉降縫處增設(shè)一道托梁，減少管廊不均勻沉降，如圖3所示。該方案還取消了管廊基坑兩側(cè)預(yù)留1m的施工空間，因?yàn)榛訉挾炔淮?，灌注樁也無需考慮拔除問題，完全可以實(shí)現(xiàn)兩側(cè)模板對(duì)撐施工，并將圍護(hù)樁側(cè)壁當(dāng)成“模板”，減少了圍護(hù)樁一側(cè)的“模板”工程量，只需預(yù)留10cm空間貼管廊的防水材料。

該方案每延米造價(jià)約19 213元，造價(jià)比初始設(shè)計(jì)方案一增加約4.5%，但支護(hù)體系的剛度、穩(wěn)定性及施工質(zhì)量的可靠性大大提高，而且支撐位于管廊頂部方便施工。

圖3 變更設(shè)計(jì)方案后的典型支護(hù)剖面

綜上，變更后的設(shè)計(jì)方案優(yōu)點(diǎn)如下：

(1)可以取消管廊的軟基處理，節(jié)省造價(jià)；隨著軟基處理的取消，管廊的褥墊層也隨之取消，減少了管廊的埋置深度，基坑的開挖深度也隨之減少，相比于初始設(shè)計(jì)方案二圍護(hù)樁的配筋及高壓旋噴樁的長(zhǎng)度，也可以相應(yīng)減少或減短，同時(shí)還減少了基坑開挖對(duì)周邊環(huán)境的影響。

(2)減少了回填量及開挖量。管廊基坑兩側(cè)各留1m的施工空間可以取消，這樣兩側(cè)的回填量、開挖量就隨之減少。管廊基坑兩側(cè)空間較小，回填質(zhì)量往往較差，常常因回填質(zhì)量差而導(dǎo)致路基沉降，采用灌注樁支護(hù)，可以把圍護(hù)樁直接當(dāng)成模板，取消管廊基坑兩側(cè)各留1m的施工空間，從而避免了這一問題；而且，基坑開挖范圍減少，對(duì)周邊環(huán)境影響隨之減少。

(3)由于“灌注樁加砼支撐”這一支護(hù)體系剛度較大，灌注樁又緊貼著管廊，因此管廊結(jié)構(gòu)體的壁厚也可以適當(dāng)減少。

(4)灌注樁當(dāng)作圍護(hù)樁，同時(shí)也可作為管廊的豎向承載結(jié)構(gòu)及管廊抗浮結(jié)構(gòu)體系(管廊采取構(gòu)造措施與腰梁連接，腰梁又通過構(gòu)造措施與圍護(hù)樁連接，依托圍護(hù)樁的抗拔力達(dá)到管廊抗浮目的)，管廊的覆土厚度大大減少，管廊的深度也隨之減少，灌注樁的配筋等也可以進(jìn)一步優(yōu)化。

根據(jù)筆者經(jīng)驗(yàn)，在沿海軟土地區(qū)，灌注樁作為管廊的豎向承載結(jié)構(gòu)的可靠性比軟基處理高很多，無論從施工工藝及結(jié)構(gòu)體自身的可靠性而言，都高出不少。管廊通過托梁和腰梁(腰梁與圍護(hù)樁通過構(gòu)造措施可靠連接)將力傳至圍護(hù)樁，圍護(hù)樁通過側(cè)摩阻力和端阻力將力傳至周邊土層及樁端力學(xué)性質(zhì)較好的巖土層，可以較好地控制管廊的沉降變形。

(5)灌注樁作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，可以很好控制基坑的變形，同時(shí)也減少了拉森鋼板樁打拔對(duì)周邊道路、民房的影響。

根據(jù)后期的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，施工過程圍護(hù)樁的最大深層位移值約18.6mm，滿足規(guī)范要求，且周邊建構(gòu)筑物未發(fā)現(xiàn)異常。此見，該方案合理可行。

3 注意問題

雖然該改革方案取得了一定成效，但在各具體工程實(shí)踐仍需注意以下3個(gè)問題：

首先，并不是所有管廊都要采用這種方式，如碰到地質(zhì)情況較好、周邊環(huán)境簡(jiǎn)單，完全可以采用放坡開挖，造價(jià)可以進(jìn)一步優(yōu)化。

其次，管廊往往設(shè)置于輔路或人行道下，管廊又是剛體，加之采用灌注樁支護(hù)，導(dǎo)致管廊實(shí)際沉降小于道路的沉降，這就需要對(duì)基坑支護(hù)的細(xì)節(jié)及道路路基進(jìn)行一定的處理。比如，圍護(hù)樁(灌注樁)的樁頂標(biāo)高可以設(shè)置于設(shè)計(jì)路面至少1m以下，在圍護(hù)樁與路面交接處鋪設(shè)土工格柵或者鋪設(shè)EPS，以減少不均勻沉降等措施。

第三，因圍護(hù)樁從臨時(shí)性結(jié)構(gòu)變成永久性結(jié)構(gòu)，需對(duì)圍護(hù)樁的耐久性、檢測(cè)項(xiàng)目及數(shù)量等方面進(jìn)行調(diào)整。同時(shí)，該支護(hù)體系對(duì)灌注樁的垂直度及成樁質(zhì)量等方面要求較高，若灌注樁的垂直度控制不好，往坑內(nèi)偏斜，則會(huì)壓縮管廊的施工空間，影響管廊結(jié)構(gòu)。

4 結(jié)語

上述變更后的方案一舉多得，最終被采納并實(shí)施，為軟土地區(qū)管廊基坑支護(hù)提高安全性、降低造價(jià)提供了一種新思路，可以供其他類似項(xiàng)目借鑒參考，如雨水箱涵等結(jié)構(gòu)的基坑支護(hù)等。

圍護(hù)結(jié)構(gòu)往往是臨時(shí)性的，如何充分利用圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)省造價(jià)，是值得今后再度思考的問題。比如，筆者曾碰到一個(gè)項(xiàng)目，擬開挖駁岸擋墻基坑，開挖深度約5m，軟土地區(qū)，駁岸擋墻底采用4排高壓旋噴樁進(jìn)行地基處理，梅花型布置，基坑鄰近地鐵，駁岸擋墻施工完成后再開挖河道，設(shè)計(jì)原方案采用拉森鋼板樁加對(duì)撐等支護(hù)措施，然后又采用施打2排高壓旋噴樁等隔震措施減少打拔拉森鋼板樁對(duì)地鐵的影響。但是如果可以換個(gè)思路，比如可以將拉森鋼板樁替換成預(yù)制板樁或灌注樁，并在河道底施加暗撐，預(yù)制板樁或灌注樁既可當(dāng)成臨時(shí)基坑支護(hù)的圍護(hù)樁，又可當(dāng)成后期永久的駁岸，一樁兩用，一舉兩得，減少了原方案的駁岸擋墻、拉森鋼板樁、高壓旋噴樁地基處理，以及土方開挖、墻后回填等的工程量，也減少了多種施工工藝的交叉，方便施工，縮短工期。調(diào)整后每延米造價(jià)雖略高于原方案，但是調(diào)整后的方案可靠性大大優(yōu)于原方案，保證了地鐵的安全。

因此，各專業(yè)不應(yīng)該只考慮本專業(yè)范圍的問題，如巖土專業(yè)只考慮把基坑挖好，管廊、駁岸專業(yè)只考慮管廊、駁岸自身結(jié)構(gòu)及地基處理，結(jié)果則往往會(huì)導(dǎo)致各專業(yè)脫節(jié)，資金重復(fù)投入，造成不必要的浪費(fèi)。只有各專業(yè)間互相配合，綜合考慮，才會(huì)做出既可靠又經(jīng)濟(jì)的工程。