砂卵石地层综合管廊深基坑设计与施工实例研究--中国期刊网

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砂卵石地层综合管廊深基坑设计与施工实例研究

发表时间：2021/4/30 来源：《基层建设》2021年第1期作者：杨振

[导读] 摘要：结合承德市某综合管廊工程，分析总结了砂卵石地层条件下深基坑支护和施工实例。

        中国华冶科工集团有限公司北京 100176
        摘要：结合承德市某综合管廊工程，分析总结了砂卵石地层条件下深基坑支护和施工实例。工程实践表明：砂卵石地层深基坑边坡可以采用钢花管与喷射混凝土面层支护，由于砂卵石坡面易坍塌，设计应充分考虑喷射混凝土的厚度；对于含泥量较小的砂卵石地层可以采用明排降水。砂卵石地层基坑边坡应加强夜间巡视，防止夜间坡面坍塌引起边坡失稳。
        关键词：砂卵石；深基坑；支护；降水；施工
        0 引言
        随着我国城镇化发展的快速推进，在城市新区建设中，国家大力推广综合管廊的应用[1]。综合管廊的建设可以有效统筹各类管线建设，改善城市形象，方便人民群众生活，减少城市运营和维护费用，降低市政基础设施管线施工对居民生活和出行的影响。综合管廊的建设又不同于普通的城市管线建设，它具有自己独特的特点：（1）综合管廊结构尺寸大。（2）管顶覆土厚度大。以上两个特点导致综合管廊基坑开挖深度≥7 m，需要解决基坑支护和降水问题。
        随着综合管廊工程建设的推广，市政基础设施施工过程中遇到各类复杂地质条件，富水砂卵层就是其中之一[2]。许多工程建设者和学者对富水砂卵石地层深基坑进行了研究。李建伟等[2]开展了砂卵石地层基坑开挖土体本构模型辨识研究，认为Hardending-soil模型能准确模拟砂卵石基坑变形。张旭波等[3]研究了基坑开挖周边地表的变形规律，认为车辆动荷载对地表沉降影响较大。张欣等[4]研究了喷锚网支护技术在砂卵石基坑工程中的应用，研究认为钢管喷锚网技术用于砂卵石基坑支护是可行的。熊宗喜[5]开展了砂卵石地层基坑预应力锚索复合土钉墙支护技术研究，研究了土钉和锚索的受力特征和基坑边坡土体位移随土层粘聚力的变化规律。于丽等[6]总结了成都地区砂卵石地层深基坑围护结构选型，开挖深度在6~11m时可采用土钉墙支护；11~16m可采用桩锚、土钉墙支护，大于16m建议采用桩+内支撑支护。谷海青等[7]研究了砂卵石基坑施工降水和渗流安全评价，研究认为有限时间内的施工降水不会导致大量地下水损失，所产生的影响对距离1500km以外的地区可以小到忽略不计的程度。
        本文结合承德市某城市综合管廊项目设计与施工工程实例，详细介绍该工程基坑开挖支护和降水设计与施工经验，以期为类似工程地质条件下基坑设计与施工提供参考。
        1 工程概况
        1.1 工程简介
        该综合管廊位于承德市某县滦阳路东侧，滦阳路为现状公路，该片区未来规划为该县城北部新城。本次设计综合管廊位于规划滦阳路东侧红线下，沿滦阳路南北向建设，长约为1475m。
        综合管廊结构设计宽度8.7m，高4m，根据管廊纵断，基坑开挖深度一般为4~7m，最大开挖深度为8m。基坑开挖宽度约为11.7m，大致呈带状形。
        1.2 工程地质与水文地质
        根据本项目地质勘察报告[8]，该场区工程地质和水文地质条件如下：
        1.2.1地形地貌
        场区地貌单元属冲洪积相，牤牛河一级阶地，场地整平标高在474.60～479.80m，地貌单一。
        1.2.2工程地质条件
        在勘察深度范围内，按土层岩土的物质组成、结构构造特征、物理力学性质及成因类型等特点，场区地层共分为四层，现分层描述如下：
        第一层 ① 杂填土（Q4ml）
        第二层 ② 粉土（Q4al+pl）
        第三层 ③ 圆砾（Q4al+pl）
        夹层 ③1 粗砂（Q4al+pl）
        第四层 ④页岩（K1x）
        ④2 中风化页岩（K1x）
        根据钻探试验与规范规程，结合地区经验各岩土层参数如下表：
        表1 基坑边坡计算建议参数

        1.2.3水文地质条件
        勘察时，拟建场区实测稳定水位埋2.00～6.50米，基坑开挖深度7~8m，地下水对基槽开挖影响较大，需进行基坑降水。根据相邻资料及地区经验，含水层圆砾层的渗透系数取100m/d，影响半径取70m。
        1.3 工程特点
        在设计和施工过程中总结本项目的特点如下：（1）本项目西侧紧邻现状公路，公路车流量大，基坑开挖放坡线与路基边坡线重合，增加了基坑开挖的深度。了保证公路的畅通，该基坑必须万无一失。（2）本项目位于牤牛河一级阶地，距离牤牛河不足200m，项目沿线全场地分布有富水砂卵石层，地下水位高。（3）本项目全长1450km，线路长度大，遇到的地质条件复杂，在实际施工过程中遇到多处杂填土段落。（4）本项目东侧有一条重要国防光缆，对基坑开挖变形要求高。
        2 设计方案
        2.1 基坑支护设计
        基坑支护是为保证地下结构施工及基坑周边环境的安全，对基坑侧壁及周边环境采用的支挡、加固与保护措施。
        本项目紧邻现状公路，地质条件复杂，根据《建筑基坑支护技术规程》[9]，本项目基坑工程安全等级定为一级。
        根据场地地层条件和周边环境状况，综合技术、经济方面的因素，本项目周边有放坡条件，采用钢花管+喷锚支护设计方案。放坡坡率为1：0.75，设置4排钢管花管。每排长度为6m，水平间距为2m。钢花管采用空气压力冲击击入。坡面设计80mm厚C20喷射混凝土面层。泄水孔间距为2~3m。

        图1 基坑支护剖面图
        2.2 基坑降水设计
        本项目所在砂卵石颗粒较大，含泥量较少，经过现场调查，参照周边项目施工经验，本项目采用集水明排方式降水。
        3 现场施工
        3.1 施工方案部署
        3.1.1 土方开挖
        为了加快施工进度，本项目划分为两个施工段落，每个施工段落，从两头向中间施工。遵循"开槽支撑、先撑后挖、分层开挖、严禁超挖"的原则。一次开挖高度为2 m。开挖一层土后立刻设置集水坑，集水坑面积应大于4 m2，深度应大于2 m，集水坑间距一般为30 m，抽排水时间为一周，然后再开挖下一层土，一般该层土含水量就会变低，便于土方开挖。待开挖最后一层土时，应减少集水坑设置的数量，在坑底设置渗沟或者排水管，将坑底地下水集中排至砌筑的排水坑中，再由水泵抽至坑外。该集水坑位置处底板先不实施，预留钢筋接口，待整个底板施工完成后，再进行封堵。
        3.1.2 基坑支护
        土方开挖后应立即进行边坡支护，首先是挂网，施工冲击击入式花管，最后喷射混凝土。本项目为富水砂卵石地层条件，地下水采用集水明排的方式，土方开挖时，土层中含有大量水，坡面暴露出来后会出现大量水渗出来，坡面会滑塌。该地层中砂卵石密实程度为稍密，引起坡面坍塌的情形有：（1）挂网过程中工人操作或钢筋网碰触坡面；（2）空压机冲击击入花管施工对坡面的振动；（3）喷射混凝土面层施工时高压喷射混凝土对坡面的冲击。本项目由于采用较陡的坡率和明排降水，节省了费用，但是大部分坡面喷射混凝土厚度达到20cm以上，局部厚度达到30cm。
        4 总结
        本项目已经竣工完成，土方开挖和基坑支护未发生安全事故，坡面基本安全稳定，说明本项目的基坑支护方案和降排水方案基本可行。本项目的施工方案部署、应急处置措施科学合理。得到如下初步结论：
        （1）砂卵石地层基坑支护可以采用明排降水和钢花管喷射混凝土支护方案，但是该方案需要进行科学合理的施工组织；明排降水的时间应充分，喷射混凝土面层设计厚度应充分考虑坡面坍塌。
        （2）施工过程中加强巡视，尤其是夜间巡视，富水砂卵石坡面易发生坍塌，若在初始过程中不采取措施，滑塌会继续扩大，甚至会引起整个边坡失稳。
        参考文献：
        [1] 李秦翔，王向举.浅谈城市综合管廊的发展与建设[J].甘肃科技，2017.
        [2] 李建伟，陈沅江，杜金龙.砂卵石地层基坑开挖土体本构模型辨识研究[J].地下空间与工程学报，2013：5-10.
        [3] 张旭波，曾筱波，倪志国，杨杰.富水砂卵石地层基坑开挖对地表变形规律的研究[J].《湖南交通科技》，2018：189-193.
        [4] 张欣，刘东燕，廖心北，孙文.砂卵石基坑工程应用喷锚网支护技术的试验研究[J].工程勘察，2001：17-20+69.
        [5] 砂卵石地层基坑预应力锚索复合土钉支护技术研究[D].中国地质大学（北京），2014.
        [6] 于丽，王明年.成都地区砂卵石地层深基坑围护结构选型[J].四川建筑科学研究，2015：55-58.
        [7] 谷海青，杨楠，史长莹.砂卵石基坑施工降水及渗流安全评价[J].黑龙江大学工程学报，2015：36-38.
        [8] 《滦平县滦阳路综合管廊岩土工程详细勘察》[M]承德市工程勘察院，2017.6.
        [9]《建筑基坑支护技术规程》（JGJ 120-2012）[M]中国建筑工业出版社，2012.