商喆

（廈門市市政工程設計院有限公司，福建廈門 361000）

1 引言

由于市政管廊位于地表以下， 土方開挖工程量巨大且工期比較緊張，對整個市政工程項目會產(chǎn)生較大的影響，掌握基槽支護的巖土問題對于后續(xù)市政綜合管廊基槽支護設計工作的順利開展具有重要的現(xiàn)實意義。 這一類型的基槽具有臨時性強、坑壁變形大、巖壁土強度低等的特點，特別是面對復雜水文的條件， 如果按照傳統(tǒng)的方法進行設計， 就會出現(xiàn)費用高、 工期長、 監(jiān)測方法不合理以及無法掌握基槽支護巖土問題。 因此，為解決以上問題，本文以翔安南路（濱海東大道—翔安大道段）綜合管廊基槽工程項目為主要研究對象，就基槽支護的巖土問題及設計進行分析。

2 案例概況

翔安南路（濱海東大道—翔安大道段）綜合管廊基槽工程項目位于翔安南路南側(cè)AK0+500~BK0+175，包含劉五店變預留電力隧道、候亭路變預留電力隧道、翔安西路西側(cè)橫穿翔安南路、翔安西路東側(cè)橫穿翔安南路、楊厝變預留電力隧道、內(nèi)灣大道預留電力隧道。 基槽支護長度約為4.2 km，基槽深度為2.6~10.2 m。 綜合考慮基槽開挖深度、場地地層條件及周圍環(huán)境狀況，本項目基槽支護形式主要采用放坡開挖+ 噴混護坡、灌注樁支護、鋼板樁支護。

3 特殊巖土及巖土

根據(jù)對施工現(xiàn)場的勘察， 本工程項目所在區(qū)域的特殊巖土為人工填土、軟土、殘積土及風化巖層，以下進行詳細分析。

1）人工填土。 本次勘察范圍內(nèi)人工填土回填時間、密實度及均勻性相差較大，具有一定的濕陷性，自穩(wěn)能力較差，基槽開挖時易崩塌。

2）軟土。 根據(jù)勘察結(jié)果，管廊沿線分布的軟土為淤泥，具有天然含水量大、孔隙比大、有機質(zhì)含量較高、壓縮性高、強度低、滲透系數(shù)較小的特點，對水泥攪拌樁的施工具有一定影響。

3）殘積土及風化巖。 管廊沿線廣泛分布的花崗巖殘積砂質(zhì)黏性土、全風化花崗巖、砂礫狀強風化花崗巖，具浸水后易軟化、崩解，強度急劇降低，穩(wěn)固性較差。 各風化層巖面起伏變化大，對支護樁施工有不利影響[1]。

4 基槽支護巖土問題

4.1 基坑壁穩(wěn)定性不足

本工程項目位于河流附近，經(jīng)勘探得出：其河床明顯高于該河流兩岸邊的地面，且位于淤泥較多和沖積嚴重的河段，水流速度較快，特別是在雨季到來時，變化更是十分明顯，河流的南岸位置侵蝕更加明顯，在勘察期間內(nèi)，向南岸位置的侵蝕長度大約為30 m，在調(diào)沙和雨季集中的季節(jié)，基坑壁在雨水的浸泡作用下夾雜著大量的泥沙， 給已經(jīng)開挖完成的基坑帶來了嚴重的破壞[2]。

4.2 水文特點不確定性

在工程項目具體的建設過程中， 地形地貌以粉砂和粉土為主，長時間受水流的影響，巖性水層難以形成，盡管是已有的含水層也僅僅為透狀視體且逐漸形成了疊加狀的透視體，并在同一標高下又表現(xiàn)為斷續(xù)狀。 因此，在對基槽的開挖過程中，不可避免地出現(xiàn)了水位不統(tǒng)一的現(xiàn)象。 同時，由于主要河槽內(nèi)的水流面積比較大，地下水的補給源主要為河水，但由于補給位置和補給量的不確定性， 導致基槽支護設計參數(shù)范圍值較大。

4.3 含水層滲透系數(shù)多變性

根據(jù)試驗結(jié)果和對施工現(xiàn)場的勘察得出： 在綜合考慮了含水層滲透系數(shù)多變性的情況下， 建議北岸和南岸灘區(qū)南部的平均滲透系數(shù)K 取0~15 m·d-1， 北岸和南岸灘區(qū)北部平均滲透系數(shù)K 取3~5 m·d-1。 因此，按照承壓水井出水量公式，計算各個基坑的涌水量Q，計算結(jié)果如表1 所示。

表1 基坑涌水量計算值

表1 中，K 為平均滲透系數(shù)；H 為淺水含水層厚度；L 為過濾管長度；R 為降水影響半徑；a 為降水井群連線所圍的面積；b 為基坑中心至河岸的距離；r 為基坑等效半徑；Q 為基坑涌水量。

通過表1 可以看出：基坑內(nèi)的涌水量變化明顯：位于北岸邊的ZK3和ZK4點， 基坑內(nèi)的涌水量分別為355.6 m·h-1和412.4 m·h-1；位于南岸邊的ZK5和ZK6點，基坑內(nèi)的涌水量分別為142.8 m·h-1和132.9 m·h-1。

4.4 基坑巖土破壞形式

基坑巖土具有濕陷性、疏松以及容易液化等特點，特別是在雨水的情況下其強度會逐漸降低，特別是在雨季來臨時，工程項目所在區(qū)域內(nèi)十分容易發(fā)生滑坡、塌方等自然災害，在基坑失水的情況下，坑壁又容易出現(xiàn)開裂的病害[3]。

4.4.1 粉細砂和粉土

在對施工現(xiàn)場巖土勘察中得出：雨季施工時，粉細砂和粉土全部為直立的狀態(tài)，但是其在滲透壓力的作用下，粉細砂和粉土又變?yōu)榱肆魉贍顟B(tài)，同時在破壞力的作用下，坡肩就會嚴重失穩(wěn)。

4.4.2 粉質(zhì)黏土

在巖土比較干燥的情況下，粉質(zhì)黏土為直立狀態(tài)，進而產(chǎn)生垂直破壞， 淺水層在失水的作用下就會出現(xiàn)不同程度的裂縫，且裂縫還會在時間的推移下逐漸加寬，個別裂縫還會上升至建筑物體的頂部，形成深層裂縫。

4.5 管涌通道多變性

通過對本項目施工現(xiàn)場的勘察發(fā)現(xiàn)： 位于河道附近的地下水類型為上層滯水、淺水、微壓承水。 在工程項目具體的施工過程中，會出現(xiàn)水平向鉆孔移動的現(xiàn)象，同時管線還需要穿越不同類型的含水層，借助鉆孔統(tǒng)一形成地下水流，匯集至附近的河流，對基槽造成危害，由于很難估算用水量，進而直接影響降水井的設置和工程項目的順利開展。

5 基槽支護設計方法

5.1 設計原則

市政管廊支護與建筑工程項目基坑支護相比較， 具有施工周期短、成本低以及場地開闊等特點，如果按照現(xiàn)行的規(guī)范和標準實施和開展基槽的支護， 不論是基槽的個工期還是造價都無法滿足工程項目的實際需求。 因此，根據(jù)本工程項目的實際情況需要遵循以下設計原則。

（1）基槽支護方法不得受齡期影響，應當選擇有利于自然環(huán)境保護以及質(zhì)量優(yōu)良的施工材料， 避免施工完畢后基槽內(nèi)殘留其他的物質(zhì)；（2）支護結(jié)構(gòu)允許出現(xiàn)變形，因其具有優(yōu)良的抗彎性和抗壓性， 并在基槽支護環(huán)節(jié)采取科學合理的支護體系，保證基坑不會出現(xiàn)塌方、滑坡以及失穩(wěn)的問題；（3）基坑的支護結(jié)構(gòu)可以超出變形經(jīng)驗值， 由于我國出臺的規(guī)范標準并沒有給出詳細的變形控制值， 即使如此也要嚴格控制基坑變形問題，禁止出現(xiàn)大的變形量。

5.2 設計方法

1）根據(jù)基坑內(nèi)巖土的類型，將垂直基坑分為不同等級的但數(shù)量相等的臺階，采取懸臂鋼板支護法，根據(jù)河水的沖刷深度采取合理的基坑支護體系， 之所以不進行自然放坡是由于基坑內(nèi)可放坡的角度較小。

2）支護結(jié)構(gòu)采用成型鋼板樁，成型鋼板樁不僅管理方便，且自身具備一定的防滲水性。

3）基坑內(nèi)產(chǎn)生的降水應當采用預降水法將其排出，由于地下水的補給途徑復雜多變，滲透系數(shù)的不確定性，淺水層的厚度、給水比較多變，為切實提升基坑的承載能力，在具體的基坑施工中， 需要在基坑的周圍分別設置淺管井和深管井進行排水，深井（50 m 及以下）應當合理降低承壓水頭的高度和給水量，避免土層出現(xiàn)裂縫導致涌水，對于管道內(nèi)殘留的水，淺管井可以充分吸收基坑內(nèi)的多余的水， 增加土層的抗剪強度，降低土層結(jié)構(gòu)的壓力。

5.3 監(jiān)測效果

市政管廊基槽開挖變形較大， 既有的支護體系和監(jiān)測方法，如應力計、位移計和壓力盒等傳統(tǒng)的監(jiān)測方法很難滿足工程項目基槽支護的實際需求。 基于此， 本文通過研究前人文獻，提出一種創(chuàng)新性的監(jiān)測方法，也就是預設測點法。 基槽支護采取鋼板樁支護方法， 工程項目開始之前測量樁身的坐標值，竣工之后根據(jù)坐標值繪制詳盡的施工圖，將設計值與施工值之間的差作為基準差。

6 施工效果

本項目5 個管廊基槽支護， 按照以上設計方法進行設計和監(jiān)測，施工效果如下。

1）基槽21 m 基坑支護水平變形量實測值為200~310 mm，臺階垂直變形量為260~440 mm，其余基坑變形量略低于該數(shù)值，在此變形量下，基槽變形滿足設計要求。

2）基槽工程分為3 個階段進行，最后一個階段采用鋼板樁支護，其余兩個階段采用懸臂結(jié)構(gòu)。在調(diào)沙和治沙的60 d 應完成基槽支護工作，灘地的基坑分為2 個步驟，需要在計劃的工期內(nèi)完成支護，其與建筑工程基坑工程相比，可節(jié)約資金大約45%，工期大約縮短50%。

3）采用預降水法，有效降低了施工現(xiàn)場淺水、承壓水以及不確定河流水的補給途徑和流量， 有效防止了工程項目所在區(qū)域內(nèi)自然災害的發(fā)生。

7 結(jié)語

綜上所述， 市政管廊基槽支護主要采用了分臺階設計和鋼板樁作為支護結(jié)構(gòu)的方法，滿足了工程項目的實際需求，為工程項目節(jié)約了大量的成本，縮短了施工周期，填補了現(xiàn)行規(guī)范和標準的空白。 同時，采用預降水法合理控制了不確定河流水的補給途徑和數(shù)量，降低了基底隆起、涌水等不良問題發(fā)生的概率，增加了基槽的抗剪強度，采用預設測點方法對基坑工程進行監(jiān)測，對抑制基坑變形起到了良好的控制作用；對朗肯被動土壓力進行折減修正，解決了松散土體剛度差的現(xiàn)狀，起到了減少支護結(jié)構(gòu)變形的根本目的。