王正之，許明秀，郭旭東，洪哲明

（1．浙江交工集團股份有限公司地下分公司，浙江 杭州310051；2．浙江理工大學基礎結(jié)構(gòu)技術研究所，浙江杭州310018；3．浙江省裝配式混凝土工業(yè)化建筑工程技術研究中心，浙江杭州310018）

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，城市原有的地下空間資源已經(jīng)遠遠無法滿足人民日益增長的需求，原有城市的地下空間布設有大量的地下管線如給排水、電力、燃氣管道等，給新時代的基建工程開發(fā)帶來了不可避免的影響。因此提出了城市綜合管廊的概念，城市綜合管廊是在城市地面以下建設獨立的空間，以專門放置既有的地下管線。地下管廊的迅速發(fā)展有利于提高城市地下空間的開發(fā)利用率，是保證城市順暢運行的重要設施［1］。

現(xiàn)有城市密集區(qū)內(nèi)的基坑項目不可避免地對既有建筑物帶來影響，同時既有建筑物也會在一定程度上威脅管廊基坑的安全。因此，為了研究管廊基坑開挖完成后順作法施工時圍護結(jié)構(gòu)的表現(xiàn)，選取某一典型施工段，須對其變形和周邊環(huán)境影響進行分析，以期為后續(xù)的類似工程提供借鑒。

1 工程概況

金橋北路市政綜合管廊工程主要標段位于浙江省杭州市富陽區(qū)，本次綜合管廊工程項目施工范圍為K0＋340～K3＋140，管廊的設計外框尺寸為10．3 m×4．6 m，管廊總長約 2．8 km。該項目始于金橋北路與高橋西路交叉口，工程終點為金橋北路與北環(huán)路交叉口；主要分為8個工作面進行施工，本文研究標段為K1＋580～K1＋622。圖1為該段監(jiān)測點平面布置圖。

本工程場地屬于典型的軟土地區(qū)，其具有壓縮性高、靈敏度高等特點；淺部填土主要以雜填土及素填土為主，全場分布，且填土孔隙率大，性質(zhì)差異大，承載力較低，在荷載作用下，變形較大。本試驗研究段的主要工程地質(zhì)情況和具體物理力學指標見表1。

本工程場地地下水類型主要為地表水、潛水、承壓水、基巖裂隙水等，其中潛水埋藏在雜填土層、素填土層、黏性土層中，承壓水埋藏在圓礫層、卵石層中，以及埋藏在中風化基巖中的基巖裂隙水；其中潛水主要是大氣降水和地表水的補給，其次為河流側(cè)向補給，多以蒸發(fā)方式及側(cè)向徑流排泄，地下水位隨季節(jié)性變化，雨季較高，旱季較低。地下水位年變化幅度約1．0 m，勘探期間測得孔內(nèi)地下水的靜止水標位高為4．67～9．99 m。

圖1 監(jiān)測點平面布置

本工程結(jié)合管廊長度、工期、造價等因素綜合考慮，選取TRD水泥土墻內(nèi)插型鋼并結(jié)合內(nèi)支撐的形式作為管廊基坑的圍護結(jié)構(gòu)兼止水結(jié)構(gòu)，同時根據(jù)不同開挖深度增設鋼支撐，本文所取段基坑開挖深度約為7．2 m。

TRD工法等厚度水泥土連續(xù)墻厚度為850mm，水泥采用P．O42．5級普通硅酸鹽水泥，水灰比取1．0～2．0，一般段水泥摻量為20%，臨近建筑物及臨河段提高水泥摻量至30%。水泥土28 d無側(cè)限抗壓強度標準值qu≥1．0 MPa，滲透系數(shù)不超過1×10－7cm／s；其中水泥土連續(xù)墻墻體允許偏差：墻底標高30 mm，墻中心線位置為±20 mm，墻寬±20 mm，墻體垂直度為1／250。內(nèi)插型鋼允許偏差：頂標高為±50mm；平面位置平行于基坑為50mm，垂直于基坑為10mm；垂直度為1／250；形心轉(zhuǎn)角3°。具體圍護結(jié)構(gòu)剖面圖見圖2，其中第一道混凝土支撐為800 mm×800 mm，第二道鋼支撐φ609，板厚t＝16 mm。

表1 土層地質(zhì)參數(shù)

由于本項目部分基坑坑底位于軟弱土層，采用φ850＠600高壓旋噴樁對基坑地面以下3．0 m加固，水泥采用P．042．5級及以上普通硅酸鹽水泥?；拥字量拥滓韵? m地基加固水泥摻量為25%，水灰比宜為 0．7～1．0。

2 實測數(shù)據(jù)分析

在基坑開挖過程中，對圍護結(jié)構(gòu)的墻體變形、坑外土體沉降、支撐軸力等必要因素的監(jiān)測是不可缺少的。在城市密集區(qū)尤其是涉及基坑周圍存在既有建筑物的情況下，如何保證施工安全有序地進行是科學施工的關鍵。國內(nèi)已有學者研究了不同圍護結(jié)構(gòu)在基坑開挖過程中的影響變化［2］，但是面對差異性較大的巖土工程問題時，需要研發(fā)更加具有針對性的新型工法，未來基坑圍護的方式可能會偏向綠色、施工便捷的新型工法。

本文主要針對開挖完成后，管廊主體結(jié)構(gòu)采用順作法施工時圍護墻體變形及周邊環(huán)境影響展開討論，工況定義見表2。

表2 工況定義

圖2 圍護結(jié)構(gòu)剖面

2．1 圍護墻體位移

當基坑開挖過程中，由于土方卸荷導致坑內(nèi)外土壓力失衡，進而引起圍護墻體結(jié)構(gòu)的進一步變形，須對其進行監(jiān)測整理，才能真實全面地反映施工期間支護體系的變形情況。

本部分內(nèi)容所取典型觀測點為CX219，距離周邊既有建筑物僅6．0 m，監(jiān)測點位置見圖1；圖3為圍護墻體位移曲線變化圖。

圖3 墻體位移曲線

從圖3可以看出：

1）圍護墻體最大側(cè)移位置出現(xiàn)在開挖面附近，開挖完成時墻體的最大側(cè)移量為7．4 mm。對比后續(xù)工況可以看出，順作法施作管廊底板、側(cè)墻和頂板的過程中，墻體的最大側(cè)移位置基本不發(fā)生變化。

2）待底板達到設計強度后拆除第二道鋼支撐后（工況2），可以明顯看到墻體變形進一步增大，最大側(cè)移量增大約 1．0 mm（13．5%）；隨后在施作管廊頂板（工況3）的過程中，圍護墻體的位移量仍在發(fā)展，較工況 2增大約 1．3 mm（較工況1增大31．1%）。可見，在拆除第二道鋼支撐后應及時施作地下結(jié)構(gòu)的側(cè)墻和頂板結(jié)構(gòu)，以避免圍護墻體在無內(nèi)支撐情況下快速發(fā)展；而在施作完管廊頂板后，墻體位移變化速率減小，較工況3增大約0．8 mm，減緩了墻體位移增長的速度，總體而言圍護結(jié)構(gòu)的側(cè)移量仍處于該項目的最大警戒值40．0 mm之內(nèi)。

由此可見，墻體的側(cè)向位移主要隨土方開挖的卸荷所導致的應力增加而緩慢增長，拆除內(nèi)支撐和施作結(jié)構(gòu)頂板都會在一定程度上增大或抑制墻體位移變化。因此在開挖工況完成后的管廊主體施工階段，也需格外注意圍護結(jié)構(gòu)的安全性。

2．2 混凝土支撐軸力

由于在緊鄰既有建筑物的基坑施工過程中，TRD水泥土攪拌墻的剛度并不足以維持基坑的安全和保障既有建筑物的正常使用，因此需要布置混凝土支撐和鋼支撐?；炷林蔚妮S力變化可以更好地反映其在施作管廊主體結(jié)構(gòu)時內(nèi)支撐的力學響應，有利于分析危險工況下內(nèi)支撐的工作狀況，以便提出更佳的優(yōu)化措施。本試驗段的內(nèi)支撐軸力計數(shù)據(jù)主要采取混凝土支撐ZH－38，監(jiān)測點位置見圖1；圖4為混凝土支撐軸力變化曲線圖。

圖4 混凝土支撐軸力變化曲線

從圖4可以看出，當?shù)诙冷撝伪徊鸪?，第一道混凝土支撐的軸力顯著增大約67．4%，說明此時圍護結(jié)構(gòu)在土壓力的擠壓下進一步向坑內(nèi)彎曲，該部分增長的內(nèi)力由第一道混凝土支撐和管廊底板共同承擔；工況2到工況4混凝土支撐的軸力逐漸緩慢增加，但是增長速率有所降低，由此可見在順作法施工過程中，底板可以起到一部分承擔內(nèi)力的作用，但仍需避免基坑由開挖導致的長時間暴露。

2．3 圍護墻頂沉降和水平位移

考慮既有建筑物的安全使用，同時為反映施工期間支護體系變形情況，墻頂水平位移及沉降監(jiān)測是必不可少的監(jiān)測內(nèi)容之一，測點為Qc／w－219，緊鄰CX219，監(jiān)測點平面位置見圖1，圍護墻頂?shù)某两岛退轿灰埔妶D5。

圖5 圍護墻頂變化曲線

隨著第二道鋼支撐被拆除，坑外土體進一步施加作用力于圍護墻體上，使圍護墻進一步彎曲，從而使墻頂豎向沉降明顯增大約50%，在隨后的工況進展中，可見墻頂?shù)呢Q向沉降緩慢擴大；但對于墻頂水平位移而言，它處于較穩(wěn)定的波動范圍內(nèi)，兩者均處于監(jiān)測安全警戒值范圍內(nèi)（豎向警戒值為20．0 mm，水平向警戒值為30．0 mm）。

2．4 坑外地表沉降

對于基坑工程而言，如何減少施工對周邊環(huán)境的影響是保證綠色施工的關鍵，特別是對于基坑周圍存在既有建筑物的情況，為保障其正常使用和基坑的安全性，必須對坑外地表沉降實時監(jiān)測。本文選取的地表沉降監(jiān)測點是位于既有建筑物附近的D105－1～D105－4，見圖1，沉降變化圖見圖6。

從圖6中可以清晰地看到：工況1到工況3過程中，地表沉降隨著第二道鋼支撐的拆除會逐漸增大，但是增長幅度相對較小，最大沉降增長依次為0．35、0．4 m；工況4主要為回填覆土，可見在回填覆土的過程中，坑外的地表沉降表現(xiàn)為正值即隆起，且距離圍護結(jié)構(gòu)越遠，地表隆起越大，因此在一定程度上說明回填覆土可以減少由施工前期開挖土方導致的地表沉降帶來的影響。本工程段的地表沉降的主要影響范圍為距離圍護結(jié)構(gòu)2倍開挖深度內(nèi)，且該側(cè)地表沉降值仍處于安全范圍內(nèi)，可見該圍護結(jié)構(gòu)對鄰近既有建筑具有較好的保護作用。此外，由拆除內(nèi)支撐引起的坑外地表土體沉降仍需重視。

圖6 坑外地表沉降變化

3 結(jié) 語

本文主要針對城市綜合管廊基坑，采用TRD水泥土攪拌墻結(jié)合內(nèi)支撐的圍護結(jié)構(gòu)，對開挖完成后的主體結(jié)構(gòu)施工工況作了對應的分析，得出一系列結(jié)論，以期對類似的工程提供一定的借鑒作用：

1）在順作法施作地下結(jié)構(gòu)的過程中，拆除內(nèi)支撐會明顯影響圍護墻體的變形，及時澆筑地下結(jié)構(gòu)的頂板有助于降低圍護墻體的變形速率，因此在開挖完成后，應盡快完成內(nèi)支撐的拆除工作以及地下結(jié)構(gòu)的側(cè)墻和頂板的澆筑，盡可能減少無撐條件下的暴露時間。

2）基于混凝土支撐軸力和樁頂位移的變化，考慮在未來TRD技術的發(fā)展過程中，應盡量研發(fā)相對應的技術，改進使其能滿足截水、支擋、兼作地下室外墻——即三墻合一的新型施工工法，避免在施作地下結(jié)構(gòu)的外墻時圍護結(jié)構(gòu)位移的不斷增大和內(nèi)支撐軸力的增加，以期提高安全性。

3）處于城市密集區(qū)內(nèi)的基坑工程應格外注意坑外地表沉降對既有建筑物的影響，在一定地質(zhì)條件下，選用TRD水泥土攪拌墻結(jié)合內(nèi)支撐的圍護結(jié)構(gòu)形式可以滿足某些工程的需求，對環(huán)境的擾動也較??；此外，及時回填覆土可以進一步平衡由開挖導致的坑外土體沉降，可為類似工程提供經(jīng)驗指導。