某管道開挖基坑支護方案選型淺析

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摘要：本文依托某實際工程案例，結(jié)合項目特點、地質(zhì)條件、周邊環(huán)境、通過對某頂管工作井的基坑支護方案，從經(jīng)濟、技術(shù)、工期等方面進行了對比分析，并對施工中的注意事項提出了要求，可為類似工程的基坑支護方案選型提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：基坑；支護；旋挖樁；SMW工法；鋼板樁；降水；監(jiān)測

0引言

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，高層建筑、城市車庫、地下商場、城市軌道交通等地下空間的開發(fā)與利用，形成了大量的深基坑工程，這些深基坑工程往往位于城市中心區(qū)，周圍建筑物密集、地下管線錯綜復(fù)雜，交通量巨大。如何保證基坑穩(wěn)定性的同時，滿足變形控制要求，減少對周圍環(huán)境的影響，這些對深基坑的設(shè)計方法、支護結(jié)構(gòu)選型、施工技術(shù)均提出了較高的要求。本文結(jié)合了某項目中管道開挖基坑支護，探討管道開挖基坑支護方案選型及分析。

1項目基本概況

本項目位于湖南省岳陽市，擬建工程為城區(qū)雨污水管道改造，工作井基坑開挖面積約為240～384m2，基坑長度約為20～24m，寬度約為12～16m?；娱_挖深度約為4.6～9.9m?，F(xiàn)狀場地及其周邊主要為道路、綠地及建筑物。

2場地地層及地下水

2.1場地地層

根據(jù)《巖土工程勘察報告》及場地整平條件，在基坑開挖深度范圍內(nèi)地層主要為雜填土、板巖構(gòu)成，各層土的野外特征及埋藏條件詳述如下：①1雜填土(Q4ml)雜色，主要由地磚、瀝青、混凝土路面組成，一般層厚10～30cm，局部厚度達(dá)50～60cm。其中，0～10cm地磚或瀝青，10～30cm混凝土，底部為碎石墊層。場區(qū)普遍分布。土石分級為V級，屬次堅石。某管道開挖基坑支護方案選型研究StudyonSelectionofSupportingSchemeforaPipelineExcavationFoundationPit陳迎張茅徐磊陳文科（中國建筑第二工程局西南公司，重慶400000）摘要：本文依托某實際工程案例，結(jié)合項目特點、地質(zhì)條件、周邊環(huán)境、通過對某頂管工作井的基坑支護方案，從經(jīng)濟、技術(shù)、工期等方面進行了對比分析，并對施工中的注意事項提出了要求，可為類似工程的基坑支護方案選型提供一定的參考。關(guān)鍵詞：基坑；支護；旋挖樁；SMW工法；鋼板樁；降水；監(jiān)測中圖分類號：TU992文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A②2雜填土(Q4ml)雜色，稍濕，稍密，主要成分為碎石、黏性土，局部地段夾少量淤泥質(zhì)土，母巖主要為板巖，塊徑1～10cm，硬質(zhì)物含約50～70%，回填年限10～15年。場區(qū)普遍分布。土石分級為Ⅲ級，屬硬土。③2粉質(zhì)黏土(Q4al)褐黃色，可塑，由黏粒及粉粒組成，無搖震反應(yīng)，干強度中等，韌性中等，刀切面稍有光澤。場區(qū)局部分布。土石分級為Ⅰ級，屬軟土。④2強風(fēng)化板巖(Ptlnc)淺黃色，變余結(jié)構(gòu)，板狀構(gòu)造，礦物成分主要為隱晶質(zhì)的黏土礦物及碳質(zhì)、鐵質(zhì)粉末等，呈半巖半土狀，局部碎塊狀，塊徑2～8cm，原巖結(jié)構(gòu)易辨，節(jié)理裂隙極為發(fā)育，多為褐色鐵錳質(zhì)侵染，局部夾少量石英巖塊，強度較高。場區(qū)普遍分布。土石分級為Ⅲ級，屬硬土。⑤3中風(fēng)化板巖(Ptlnc)淺黃色，變余泥質(zhì)、砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，板狀構(gòu)造，礦物成分主要為隱晶質(zhì)的黏土礦物及碳質(zhì)、鐵質(zhì)粉末等，節(jié)理裂隙發(fā)育，裂隙面可見褐色鐵錳質(zhì)浸染，部分裂隙充填石英巖脈，厚度1～4cm，強度較高，巖芯較破碎，以柱狀、碎塊狀為主，柱長10～30cm，碎塊粒徑4～8cm，RQD=25～45，巖石堅硬程度為較軟巖，巖體完整程度為較完整，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅳ類。場區(qū)普遍分布。土石分級為Ⅳ級，屬軟石。⑥4微風(fēng)化板巖(Ptlnc)青灰色，變余泥質(zhì)、砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，板狀構(gòu)造，礦物成分主要為隱晶質(zhì)的黏土礦物及碳質(zhì)、鐵質(zhì)粉末等，節(jié)理較發(fā)育，部分裂隙充填石英巖脈，厚度0.5～2cm，強度較高，巖芯多呈柱狀，節(jié)長10～60cm，RQD=50～75，巖石堅硬程度為較硬巖，巖體完整程度為較完整，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅲ類。場區(qū)普遍分布。土石分級為Ⅴ級，屬次堅石。

2.2地下水

根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料、相關(guān)工程經(jīng)驗及試驗結(jié)果，場地內(nèi)地下水與周邊現(xiàn)狀河流及湖泊存在水力聯(lián)系，枯水期場地地下水補充周邊現(xiàn)狀河流及湖泊，豐水期周邊現(xiàn)狀河流及湖泊向本場地補給?；鶐r裂隙水主要賦存于冷家溪群板巖的風(fēng)化裂隙之中，場地內(nèi)強、中風(fēng)化巖石裂隙發(fā)育，巖體破碎，且基巖裂隙水與鄰近河道及湖泊存在水力聯(lián)系。根據(jù)鉆孔水位觀測，上層滯水水位埋深0.50m～3.45m；基巖裂隙水水位埋深-0.3m～6.20m。

3基坑支護方案選型及計算

3.1基坑支護結(jié)構(gòu)的選型分析

本項目基坑支護結(jié)構(gòu)安全等級為二級，重要性系數(shù)為1.0，基坑支護有效使用時間為12個月。基坑支護選型需綜合考慮多個影響因素，保證安全的前提下，盡量實現(xiàn)經(jīng)濟、合理、便于施工。結(jié)合地質(zhì)條件、水文條件、周圍環(huán)境、基坑開挖深度，本項目初步擬定了三種方案：方案一：鋼筋混凝土鉆孔灌注樁+內(nèi)支撐鋼筋混凝土鉆孔灌注樁的優(yōu)勢為樁身強度高，剛度大，支護結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，變形較小。成樁設(shè)備可根據(jù)土層及工期要求合理選擇，選擇性多，適用范圍廣。缺點是造價較高，成樁后養(yǎng)護工期較長，同時樁間縫隙若處理不好易造成水土流失，特別是地下水位較高的透水層地層。方案二：SMW工法樁+內(nèi)支撐SMW工法樁施工基本無噪聲，對周圍環(huán)境影響小。結(jié)構(gòu)強度可靠，擋水防滲性能較好，可以配合多道錨索或支撐應(yīng)用于較深的基坑。同時施工完成之后，H型鋼可以回收利用，可降低造價。缺點是較適用與土質(zhì)較軟，可施工水泥攪拌樁的場合，若在巖層中使用，需另外采用成孔設(shè)備。方案三：拉森鋼板樁+內(nèi)支撐拉森鋼板樁耐久性良好，二次利用率高，施工方便，工期短，同時具備一定擋水防滲性能。缺點是懸臂抗彎能力較弱，開挖后變形較大，若在較硬的土層或巖層中使用，打入較困難，需要先采用旋挖鉆機或長螺旋鉆機進行引孔后再打入。

3.2基坑支護結(jié)構(gòu)的計算

本項目采用深基坑支護結(jié)構(gòu)軟件對不同開挖深度的基坑的三種方案均進行了詳細(xì)計算。設(shè)計采用天然狀態(tài)下的土性參數(shù)進行穩(wěn)定和變形計算。同時考慮節(jié)約項目造價，基坑頂水平位移盡量按30mm控制。3.2.1設(shè)計荷載。（1）距離基坑邊沿2.0m范圍禁止堆載及動載。（2）基坑四周按均布荷載30kPa考慮。（3）施工車輛荷載按30kPa考慮。3.2.2地下水位。（1）基坑內(nèi)地下水位位于基坑底以下0.5m處。（2）基坑外地下水位位于地表以下1m處。3.2.3計算參數(shù)選取。根據(jù)勘察報告提供的巖土參數(shù)結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗確定的各土層設(shè)計參數(shù)見表1：3.3.3計算結(jié)果分析。二號井，基坑開挖深度為4.6m，三種方案的計算結(jié)果見表2：由計算結(jié)果可知，基坑開挖深度為4.6m，三種方案均可行，樁頂水平位移及安全系數(shù)均能滿足規(guī)范要求。四號井，基坑開挖深度為6.8m，三種方案的計算結(jié)果見表3：由計算結(jié)果可知，基坑開挖深度為6.2m，三種方案均可行，樁頂水平位移及安全系數(shù)均能滿足規(guī)范要求。五號井，基坑開挖深度為9.9m，三種方案的計算結(jié)果見表4：由計算結(jié)果可知，基坑開挖深度為9.9m，SMW工法樁及鋼板樁的樁頂位移均超過允許值，需增加一道水平支撐才能滿足變形要求，但因受需埋設(shè)的管道管徑限制，設(shè)置三道水平支撐對施工影響很大，會嚴(yán)重影響施工進度。3.3.4各方案的造價分析。由上表可知，經(jīng)計算，鋼筋混凝土灌注樁綜合單價最高，SMW工法樁綜合單價次之，鋼板樁方案綜合單價最低。由上表可知，經(jīng)計算，鋼筋混凝土灌注樁綜合單價最高，SMW工法樁綜合單價次之，鋼板樁方案綜合單價最低。由上表可知，經(jīng)計算，鋼筋混凝土灌注樁綜合單價最高，SMW工法樁綜合單價次之，鋼板樁方案綜合單價最低，但設(shè)置三道水平支撐對會嚴(yán)重影響施工進度。綜合以上結(jié)構(gòu)計算結(jié)果、工程造價、工期等多方面因素，二號井支護結(jié)構(gòu)建議采用鋼板樁支護，四號井支護結(jié)構(gòu)建議采用鋼板樁支護，五號井支護結(jié)構(gòu)建議采用鋼筋混凝土灌注樁支護。

4、結(jié)論

通過本項目基坑工程支護結(jié)構(gòu)設(shè)計選型分析過程，可總結(jié)出如下結(jié)論：（1）當(dāng)溝槽基坑深度不超過7m時，且樁底位于巖層中，建議優(yōu)先采用鋼板樁+水平支撐支護結(jié)構(gòu)。（2）當(dāng)溝槽基坑深度超過10m時，懸臂高度過長，因鋼板樁結(jié)構(gòu)剛度較小，導(dǎo)致樁頂位移過大，需增設(shè)一道水平支撐才能保證樁頂位移滿足規(guī)范要求，增設(shè)一道水平支撐對施工進度影響較大，綜合考慮，建議優(yōu)先采用鋼筋混凝土灌注樁+兩道水平支撐支護。

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作者:陳迎 張茅 徐磊 陳文科 單位:中國建筑第二工程局西南公司