管道井基坑支护方案优选

第４１卷第１期　２０１４年１月　建筑技术开发　Ｖｏｌ＿４１．Ｎｏ．１　Ｂｕｄｉｌｄｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　Ｊａｎ．２０１４　管道井基坑支护方案优选　史丹频　史方舟　（１．宜兴市慧源地质工程勘察有限公司，江苏宜兴　２１４２００；　２．中南财经政法大学统计与数学学院，武汉４３００７３）　［摘　要】　目前针对建筑基坑的支护技术十分成熟，但这些技术在管道井基坑支护中很少应用，管道井基坑因具有窄而　深、平面尺寸为圆形、周边环境复杂等特点，常采用沉井支护，但沉井在施工过程中存在造价高、对周边环境影　响大（尤其在软土层中）等问题。现结合某管道井实际工程，在分析基坑特点的基础上，将建筑基坑中常用的　钻孔灌注桩加环形支撑的支护方案应用到管道井基坑中，计算和实测结果均证实该支护方案非常适合管道井　基坑，为今后类似项目提供参考。　【关键词】　管道井基坑；建筑基坑；支护方案；优选　【中图分类号】ＴＵ４７３．２　【文献标志码】　Ａ　【文章编号】　１００１—５２３Ｘ（２０１４）０１—００１３—０４　ＳＴＵＤＹ　ｏＮ　ｏＰＴＩＭＩＺＡＴＩｏＮ　ｏＦ　ＳＵＰＰｏＲＴＩＮＧ　Ｓ　ＣＨＥＭＥ　ＦｏＲ　ＵＮＤＥＲＧＲｏＵＮＤ　ＰＩＰＥ　ＷＥＬＬ　ＰＩＴ　Ｓｈｉ　Ｄａｎ－－ｐｉｎ　Ｓｈｉ　Ｆａｎｇ－・ｚｈｏｕ　Ｔｈｅ　ｓｕｐｐｏｒｔ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　ｆｏｒ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｒａｒｅｌｙ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ　ｐｉｐｅ　ｗｅｌｌ　ｐｉｔ．Ｔｈｅ　ｆｅａｔｕｒｅｓ　ｏｆ　ｎａｒｒｏｗ　ａｎｄ　ｄｅｅｐ，ｒｏｕｎｄ，ｃｏｍｐｌｅｘ　ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　ｏｆｔｅｎ　ａｐｐｅａｒ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ　ｐｉｐｅ　ｗｅｌｌ　ｐｉｔ．Ｓｏ　ｔｈｅ　ｃａｉｓｓｏｎ　ｉｓ　ｕｓｅｄ　ｆｏｒ　ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ　ｔｈｅ　ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ　ｐｉｐｅ　ｗｅｌｌ　ｐｉｔ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｒｅ　ａｒｅ　ｌｏｔｓ　ｏｆ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｓｕｃｈ　ａｓ　ｈｉｇｈ　ｃｏｓｔ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｉｍ—　ｐａｃｔ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ（ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ　ｉｎ　ｓｏｆｔ　ｓｏｉｌ）ｄｕｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｃａｉｓｓｏｎ．Ｎｏｗ，ｔｈｅｒｅ　ｉｓ　ａ　ｐｒｏｊｅｃｔ　ａｂｏｕｔ　ｕｎｄｅｒｒｏｇｕｎｄ　ｐｉｐｅ　ｗｅｌｌ　ｐｉｔ，ｔｈｅ　ｓｕｐｐｏｒｔ　ｓｃｈｅｍｅ　ｉｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ａｆｔｅｒ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｉｔ．Ｔｈａｔ　ｉｓ　ｂｏｒｅｄ　ｐｉｌｅｓ　ｗｉｔｈ　ｒｉｎｇ—ｓｈａｐｅｄ　ｓｕｐｐｏｒｔ　ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｕｓｅｄ　ｏｒ　ｆｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｐｉｔ．Ａｎｄ　ｔｈｅ　ｍｅａｓｕｒｅｄ　ａｎｄ　ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｕｐｐｏｒｔ　ｐｒｏｇｒａｍ　ｉｓ　ｉｄｅａｌ　ｏｒ　ｔｆｈｅ　ｐｉｔ，ｗｈｉｃｈ　ｐｒｏｖｉｄｅｓ　ａ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｆｏｒ　ｆｕｔｕｒｅ　ｓｉｍｉ—　ｌａｒ　ｐｒｏｊｅｃｔｓ．　ｗｅｌｌ　ｐｉｔ；ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｐｉｔ；ｓｕｐｐｏｒｔ　ｓｃｈｅｍｅ；ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　【Ｋｅｙｗｏｒｄｓ】　ｔｈｅ　ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ　ｐｉｐｅ　随着经济的发展，城市化步伐的加快，为满足日　益增长的市民出行、轨道交通换乘、商业、停车等功　能的需要，在用地愈发紧张的密集城市中心，结合城　市建设和改造开发大型地下空间已成为一种必然，　诸如高层建筑多层地下室、地下铁道及地下车站、地　下道路、地下停车库、地下街道、地下商场等，相应的　基坑支护项目也日益增多　。　式挡土墙、土钉墙、放坡等，所形成的支护方案已非　常成熟　。对于像管道井这样的小尺寸深坑洞的支　护往往采用沉井技术，其造价较高、施工难度较大，　如何将现有成熟的房建基坑支护技术合理应用到管　道井基坑的支护上，以往没有进行过深入研究，本文　结合某污水泵站管线迁移工程中的管道井支护项　目，对管道井基坑的支护方案进行对比分析，加以优　选。　１工程概况　１．１场地概况　上述基坑往往具有深、大、广等特点中的某一项　或多项特点，采用的支护技术包括钻孑Ｌ灌注桩、重力　收稿日期：２０１３—１０—１５　拟建管线为环科园新污水泵站管线迁移，位于　环科园龙池路原鹏鹞大厦（已拆除）附近，总长近　２００　ｉｎ，采用ＤＮ１０００钢筋混凝土管道，拟采用机械顶　作者简介：史丹频（１９６６一），男，江苏宜兴人，高级工程师，注册土木　工程师（岩土），现从事岩土工程勘察、设计和施工图审查　工作。　第１期　史丹频，等：管道井基坑支护方案优选　第４１卷　管方式。污水井的挖深在１４．０　ｍ左右，基坑形状为　标准圆形，开挖直径约６．０　ｍ。本项目由宜兴市慧源　地质工程勘察有限公司承岩土工程详细勘察工作，　由宜兴水利工程公司进行施工。　管道井位于龙池路的北侧边线上，场地的周边　环境比较复杂，如图１所示，北侧约１７　ｍ位置处有一　幢７层建筑物（砖混结构、条形基础）、一条污水管道　和一条通讯电缆，１１．８　ｍ远位置处有一条国防电缆；　南侧１５　ｍ位置和东侧２２　ｍ位置处分布有港华燃气　管，且施工过程中不能封闭龙池路。　拙　７层建筑物　污水管　魏　坌　萤　通讯电缆　Ｉｎ　ｇ　国防电缆　ｌ　竺　ｌ　／　ｌ　２２０００　／Ａ　一　ｌ｛　龙池路　昌　／　龙池路　ｌ　ｌ　港华燃气管　图１管井场地周边环境　１．２工程地质条件　根据宜兴市慧源地质工程勘察有限公司提供的　《宜兴市环科园管线迁移工程岩土工程勘察报告（报　告编号：ＨＹ２０１２—０６—３９）》。拟建场地场地地形相对　平坦，属太湖流域冲积平原地貌形态。根据野外勘　察揭露、现场原位测试及土工试验成果统计表以及　周边工程地质勘察资料综合分析，在勘探深度范围　内，据其成因时代、物理力学性质指标的差异，各岩　土层工程地质特性分别描述如下：　①层表土，杂色，表层主要为混凝土块件及碎　石、建筑垃圾等，下伏为软塑状粘性土，松软状态，全　场分布。层厚１．２０～４．８０　ｒｎ，层底标高为一１．７６～　２．１０ｍ。　②层淤泥质粉质粘土，灰色，流塑状态，切面稍　有光泽，无摇震反应，干强度中等，韧性中等，压缩性　高，全场分布。层厚３．００～７．００　ｍ，层底标高为　一６．７６～一３．２０　ｍ。　③层粉质粘土，灰黄色，可塑状态，切面稍有光　泽，无摇震反应，干强度中等，韧性中等，压缩性中等　偏高，局部缺失。层厚１．４０～３．６０　ｍ，层底标高为　一７．８９～一６．１０　ｍ　１４　④层粉质粘土，灰黄色，硬塑（局部可塑）状态，　切面稍有光泽，无摇震反应，干强度中等，韧性中等，　压缩性中等，全场分布。层厚４．５０～６．１０　１ＴＩ，层底标　高为一１２．８６～一１　１．１６　ｍ。　⑤层粉土，黄灰色，很湿，中密（局部稍密）状　态，局部夹少许粉砂，切面无光泽，摇震反应迅速，干　强度低，韧性低，压缩性中等，未揭穿。　１．３水文地质条件　根据勘探揭示的地层结构，场地地貌单元为阶　地，地下水类型为季节性或临时性存在于填土中的　上层滞水。其补给来源为雨季时的大气降水，以蒸　发和逐渐下渗的方式排泄。水位受季节性变化影　响，在含水层范围内波动。　１．４地质计算参数　根据勘察单位提供的土层参数，如表１所示，按　照朗肯土压力计算理论可作为土侧向压力设计的计　算依据。　表１　土层物理力学参数一览　岩土编号　重度　粘聚力ｃ　内摩擦角　名　称　／（ｋＮ／ｍ　）　／ｋＰａ　／（。）　①表土　ｌ８．０　ｌＯ　１５　②淤泥质粉质粘土　ｌ７．７　ｌ２．６　８．１　③粉质粘土　ｌ９．０　２６．９　１Ｏ．５　④粉质粘土　１９．６　５７３　１２．７　⑤粉土　１８．４　６．８　１７．８　２基坑特点　该管道井基坑的深度在宜兴当地来说是最深　的，根据上述工程概况，可知本基坑的特点主要如　下：　１）开挖深度深，平面规模小，属典型的窄深型管　道井基坑；　２）基坑平面形状为规则圆形；　３）基坑北侧靠近已有建筑物、多条重要地下管　线，南侧为龙池路里面，周边环境要求较高，且开挖　深度范围内有较厚淤泥质土，要求支护结构有较大　的刚度满足变形控制的需要。　３基坑支护选型　３．１　支护选型的原则　要合理选择基坑支护的型式，一方面要深刻了　解各种支护型式的特点，包括其合理性、优点和缺　点，另一方面要结合地质条件和周边的环境和工程　造价进行综合考虑　，因此，总体原则应主要考虑三　第４１卷　史丹频，等：管道井基坑支护方案优选　第１期　个方面：　１）不同基坑支护型式的特点；　２）地质条件和周边的环境；　３）工程造价。　上述三项中，对不同基坑支护型式的特点的认　识是很重要的，现就结合本工程对可能涉及的支护　型式的适用范围和主要特点进行介绍。　３．２支护结构的比较　对于管道井基坑而言，常规的支护方案为沉井，　但很明显，该场地周边环境复杂，且上层覆有较厚淤　泥质粉质粘土，沉井过程中极易导致周边地下管线　的破坏。　对于如此深度的建筑基坑，支护墙体可选的有：　排桩挡土＋水泥土搅拌桩止水帷幕、地下连续墙、　ＳＭＷ工法。其中，排桩包括钢板桩、钢筋混凝土板　桩及钻孔灌注桩、人工挖孔桩等，并设置多道支撑。　该种支护结构的优点是造价较低、工艺成熟、质量可　靠，施工周期短；缺点是需要解决泥浆外运，墙体结　构总厚度较大［７１。地下连续墙是利用挖槽机械借助　于泥浆的护壁作用，在地下挖出窄而深的沟槽，并在　其内浇注钢筋混凝土墙而形成一道具有防水、挡土　和承重功能的连续的地下墙体。该种支护结构的优　点是墙体刚度大、整体性好，工程施工对环境的影响　较小，挡土止水二合为一，可用于超深的支护结构；　缺点是造价高，施工工艺要求严格，施工周期长　１。　ＳＭＷ工法是在水泥土桩内插入Ｈ型钢等，将承受荷　载与防渗挡水结合起来，使之成为同时具有受力与　抗渗两种功能的支护结构的围护墙。该种支护结构　的优点是施工时基本无噪音，对周围环境影响小；结　构强度可靠，凡是适合应用水泥土搅拌桩的场合都　可使用，挡水防渗性能好，不必另设挡水帷幕，占用　场地小、施工速度快，内插型钢可拔出回收；缺点是　刚度小，不适宜土质条件很差和周边环境要求高的　超大深基坑。　３．３支撑布置形式的比较　深基坑工程中主要的水平支撑材料主要有钢筋　混凝土支撑以及钢支撑两种形式　。　钢支撑一般用在基坑跨度不大，基坑形状比较　规则的情况下，有利于支撑受力及控制基坑变形。　钢筋混凝土内支撑具有刚度大、变形小的特点，能够　减少支护结构位移，保证支护结构稳定。钢筋混凝　土支撑适应性强，可适用于各种形状基坑，同时第一　道支撑还可作为挖、运土用的栈桥。　钢筋混凝土支撑体系可采用的布置型式有圆环　支撑布置型式、对撑＋角撑布置形式，对于本基坑来　讲，由于平面形状为圆环形，故采用圆环支撑体系比　较合理。　３．４基坑支护设计方案　综合上述各支护体系的优缺点，结合本基坑工　程项目的特点，最终确定本基坑工程的支护设计方　案如下：　１）支护结构采用钻孔灌注桩进行支护，并为降　低工程造价，充分考虑场地条件及土质情况，将桩顶　标高适当降低，以减小桩身弯矩及配筋，顶部采用　１：１．０放坡开挖，坡面喷浆处理。　２）支撑体系采用两道混凝土圆环支撑，在满足　桩身弯矩合理分配的同时，考虑到施工过程中需要　进行顶管作业，在顶管位置的上下区段再加两层小　尺寸环形支撑梁。　３）止水方面，在支护桩外围设置直径６００　ｍｍ的　高压旋喷桩，搭接２００　ｍｍ。　一　１ｏ０　６　０００　ｌ！　１００　。　图２基坑支护平面　图３基坑支护剖面　第１期　史丹频，等：管道井基坑支护方案优选　第４ｌ卷　上述方案详见图２所示基坑支护平面图和图３　所示基坑支护剖面图。　４支护结构的设计计算　在设计过程中，对支护结构的内力、变形、整体　稳定性、抗倾覆、抗隆起、抗管涌等进行计算，均达到　规范要求。　基坑开挖到底后支护桩体上的弯矩分布如图４　所示，可见弯矩较大区域主要分布围檩之间和基坑　底部位置，最大值达到８６５　ｋＮ・ｍ；图５所示为控制情　况下（基坑开挖到底）围檩的轴力图，可见，环形支撑　梁上的轴力较大，达到２　６００　ｋＮ，且下层围檩的支撑　轴力大于上层围檩的支撑轴力。　图４控制情况下桩的弯矩　目前该项目已经顺利竣工，各项指标均正常，施　Ｔ过程中获得的监测数据表明，支护结构体系的实　际受力和变形与计算的基本吻合，证明所选用的支　护体系对管道井基坑十分适用，为今后类似工程的　设计施工提供参考。　５结论　基坑支护作为一个结构体系，应要满足稳定和　变形的要求。具体选型时应根据地质条件、周边环　境的要求及不同支护型式的特点、造价等综合确　定。选型的内容主要包括支护结构和支撑形式。只　有支护型式确定后，才能进行具体的计算分析，以确　定结构截面尺寸、支撑或锚杆尺寸、人土深度等详细　参数。同一个基坑，所采用的支护型式不同，产生的　支护效果也不同，且造价相差可能也是巨大的。　１６　图５控制情况下围檩的轴力　从分析结果可见，具有窄而深特点的管道井基　坑的支护，可借鉴建筑基坑的钻孔桩加环形支撑的　支护方案。总之，对不同特点的基坑，要根据具体问　题具体分析，以选出适合实际工程的经济适用的支　护结构形式。　参考文献　［１］刘国斌，王卫东．基坑工程手册（第二版）【Ｍ］．北京：中国建筑工业　出版社。２００９　［２】范加冬，张令刚，张金科．关于深基坑开挖防护措施的研究【ＪＪ．四　川建筑科学研究，２０１１，３７（０５）：１２３—１２６，１８４　［３］曾润忠，张元才．复杂环境下联合支护深基坑稳定性分析ｆＪ１．铁道　建筑，２０１　１，１０（１０）：６８—７１　［４］姚爱军，张新东．不对称荷载对深基坑围护变形的影响［ＪＪ＿岩土力　学，２０１　１，３２（￥２）：３７８－３８２　［５］黄志强，耿丽，李效萌，杨春．润华环球大厦深基坑支护方案优化　［Ｊ］．施工技术，２０１　１，４０（１９）：４７—４９　［６］徐至钧，王曙光，陈静．减少深基坑支护事故发生的经验和措施　［Ｊ］．建筑技术，２０１　１，４２（３）：２５３—２５９　［７］颜建平．某深基坑工程围护结构设计与实测分析Ｉ　ＪＩ．施工技术，　２０１　１，４０（１３）：３２—３４＋５０　［８］吴从师，潘隆武．地铁车站深基坑地下连续墙施工变形的分析研　究【ＪＪ．中外公路，２０１　ｌ，３１（０５）：１８９—１９２　［９】龚昕，丁文其，赖允瑾，张有桔．双圆环形支撑体系在基坑工程中　的应用［Ｊ１．地下空间与工程学报，２０１０，６（１）：１７９—１８３　［１０】袁海庆，张光文．排桩一内支撑深基坑支护体系的等效转换与简　化计算ＩＪ】．岩土工程学报，２０１　１，３３（５）：７２５—７２９