王瀟宇，王 建，王恒棟

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092）

0 引言

綜合管廊是指在城市道路下面建造一個(gè)市政管道共用隧道，將電力、通信、供水、燃?xì)獾榷喾N市政管線集中敷設(shè)并統(tǒng)一管理的構(gòu)筑物，是保證城市平穩(wěn)運(yùn)行的“生命線”工程。

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度和城市建設(shè)步伐的加快，城市對(duì)市政管線的需求不斷加大。住房城鄉(xiāng)建設(shè)部、國(guó)家發(fā)展改革委組織編制的《全國(guó)城市市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)“十三五”規(guī)劃》中更是明確提出“有序開(kāi)展綜合管廊建設(shè)，解決馬路拉鏈問(wèn)題”；國(guó)務(wù)院辦公廳《關(guān)于推進(jìn)城市地下綜合管廊建設(shè)的指導(dǎo)意見(jiàn)》（國(guó)辦發(fā)[2015] 61號(hào)）明確“至2020年建成一批具有國(guó)際先進(jìn)水平的地下綜合管廊并投入運(yùn)營(yíng)”的工作目標(biāo)。國(guó)家相關(guān)政策的頒布，極大促進(jìn)綜合管廊工程建設(shè)。至2017年底，我國(guó)已建和在建的綜合管廊總里程已達(dá)到5 000 km。

綜合管廊工程作為一種淺埋隧道工程，基坑支護(hù)工程是土建階段一項(xiàng)非常重要的內(nèi)容。根據(jù)各地區(qū)不同土質(zhì)情況，選取安全、經(jīng)濟(jì)、高效的支護(hù)結(jié)構(gòu)，是綜合管廊工程設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。長(zhǎng)三角地區(qū)、珠三角地區(qū)及環(huán)渤海灣地區(qū)為濱海沉積軟土和河灘沉積軟土分布區(qū)，具有低強(qiáng)度、低透水性、高壓縮性、流變性、觸變性等地質(zhì)特點(diǎn)[1]，對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較不利；同時(shí)，上述區(qū)域人員及建構(gòu)筑物密集，對(duì)環(huán)境污染、噪音污染及施工進(jìn)度等均有較高要求。

1 工程概況

擬建管廊工程位于華東某市，為三艙/七艙干、支混合型綜合管廊，納入給水、電力、電信、燃?xì)夤芫€，部分路段納入雨水、污水管線，擬建管廊均位于道路綠化帶下，見(jiàn)圖1、圖2。

圖1 綜合管廊三艙斷面與道路位置關(guān)系圖（單位：m）

圖2 綜合管廊七艙斷面與道路位置關(guān)系圖（單位：m）

管廊工程基坑呈“線型”，為狹長(zhǎng)型基坑，分段開(kāi)挖時(shí)縱向設(shè)置臨時(shí)邊坡。本工程三艙斷面管廊基坑總長(zhǎng)約1 240 m、寬度12.5～14.5 m，普遍開(kāi)挖深度約7.0 m。

管廊工程先于擬建道路施工，道路外無(wú)明顯需要保護(hù)的建構(gòu)筑物、市政管線等，周邊地塊均為待開(kāi)發(fā)地塊。

根據(jù)上海市《基坑工程技術(shù)規(guī)范》DG/TJ08-61-2010[2]規(guī)定：該基坑安全等級(jí)為二級(jí)、環(huán)境保護(hù)等級(jí)為三級(jí)。

2 工程地質(zhì)和水位地質(zhì)

上海位于東海之濱、長(zhǎng)江入?？谔帲瑢匍L(zhǎng)江三角洲沖積平原。場(chǎng)地內(nèi)有暗浜、明浜、厚填土分布，地勢(shì)起伏較大。典型地質(zhì)右面見(jiàn)圖3。

圖3 典型地質(zhì)剖面

擬建場(chǎng)地在勘察深度（最大深度為45.3 m）范圍內(nèi)揭露的地基土均屬第四紀(jì)沉積物，主要由粘性土、粉性土及砂性土組成。其中，第③層、第④層為上海地區(qū)典型的淤泥質(zhì)土層，厚度普遍達(dá)10m，普遍分布在基坑坑底附近，力學(xué)性質(zhì)差、靈敏度高、流變性顯著，不利于支護(hù)穩(wěn)定性控制和變形控制?；訃o(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。

場(chǎng)地淺層地下水屬潛水，主要補(bǔ)給來(lái)源為大氣降水及地表徑流，埋深一般為地表下0.3～1.5 m，水位受降雨、潮汛、地表水及地面蒸發(fā)的影響有所變化，年平均水位埋深一般為0.50～0.70 m?？辈炱陂g實(shí)測(cè)地下水穩(wěn)定水位埋深在0.82～1.42 m之間。

根據(jù)勘察報(bào)告，本場(chǎng)地勘探深度內(nèi)主要賦存有第⑦1層、⑦2層的承壓水。本次在擬建場(chǎng)地設(shè)置了3個(gè)承壓水觀測(cè)孔，觀測(cè)期間測(cè)得的承壓水水頭穩(wěn)定埋深約為6.24～6.89 m。按最不利角度考慮，承壓水水頭埋深為地表下3.0 m。

3 管廊基坑支護(hù)型式比選

基坑工程為臨時(shí)工程，以為地下結(jié)構(gòu)施工提供空間為目的。同時(shí)須保證基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)自身的安全和周邊市政管線及建構(gòu)筑物的安全。

隨著技術(shù)發(fā)展及工程案例積累，基坑支護(hù)工程設(shè)計(jì)已由穩(wěn)定性控制，向變形控制轉(zhuǎn)變[3]，基坑支護(hù)設(shè)計(jì)須滿足各項(xiàng)穩(wěn)定性安全系數(shù)和支護(hù)結(jié)構(gòu)變形要求。

通常，開(kāi)挖深度約7.0 m基坑工程可采用的支護(hù)結(jié)構(gòu)包括灌注樁排樁、型鋼水泥土攪拌墻（SMW工法）及鋼板樁等，分別具有如下優(yōu)缺點(diǎn)：

（1）灌注樁排樁支護(hù)墻施工工藝簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟、質(zhì)量易控制；噪音小、無(wú)振動(dòng)、無(wú)擠土效應(yīng)，施工時(shí)對(duì)周邊環(huán)境影響??；支護(hù)樁剛度大，并可以根據(jù)基坑變形控制要求，靈活調(diào)整支護(hù)樁剛度。但灌注樁排樁將永久留在地下，其對(duì)后續(xù)橫向地下空間開(kāi)發(fā)將是地下障礙物；施工過(guò)程中產(chǎn)生大量泥漿，不利于環(huán)境保護(hù)；施工成本較高。

（2）型鋼水泥土攪拌墻形成復(fù)合擋土、隔水結(jié)構(gòu)。該工法充分發(fā)揮了水泥土混合體和型鋼的力學(xué)特性，具有經(jīng)濟(jì)性好、工期短、隔水性強(qiáng)、對(duì)周邊環(huán)境影響小及可以節(jié)省社會(huì)成本等特點(diǎn)。但是，施工機(jī)械較重、攪拌樁強(qiáng)度與養(yǎng)護(hù)時(shí)間有關(guān)。

表1 基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)一覽表

（3）U型鋼板樁是一種帶鎖口熱軋鋼樁相互咬合形成鋼連續(xù)墻的板式支護(hù)，可以用來(lái)?yè)跬?、擋水，一般結(jié)合鋼支撐同時(shí)使用，具有施工便捷、效率高、綠色環(huán)保、可循環(huán)利用等特點(diǎn)。在合理選擇沉、拔樁機(jī)械設(shè)備和鋼板樁型號(hào)的情況下，鋼板樁可適用各類(lèi)地質(zhì)條件和周邊環(huán)境條件的基坑中[3]。

綜上所述，U型鋼板樁支護(hù)適合用在綜合管廊“線型”分段施工類(lèi)基坑中，可有效降低基坑支護(hù)工程成本，促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

目前，租賃市場(chǎng)中常見(jiàn)的鋼板樁型號(hào)[5]有如下幾種，見(jiàn)表2。

4 工程支護(hù)方案簡(jiǎn)介

本工程三艙斷面管廊基坑普遍開(kāi)挖深度約7.0 m，采用PU600×210型鋼板樁，牌號(hào)Q295P，小鎖口打入，鋼板樁平面布置大樣見(jiàn)圖4；鋼板樁采用整材，樁長(zhǎng)18.0 m，插入坑底以下10.25 m，插入比 1.46，見(jiàn)圖 5。

采用兩道水平鋼支撐，雙拼H500×300×11×18型鋼圍檁+Φ609×16鋼管內(nèi)撐。第一道鋼支撐間距按6.0 m布置，第二道鋼支撐間距按3.0m布置，兩道支撐豎向間距為3.0 m，第二道支撐距坑底2.9 m。

被動(dòng)區(qū)加固采用2Φ700@1 000兩軸水泥土攪拌樁作墩式加固，采用格柵式布置；每40 m設(shè)置一個(gè)，每個(gè)墩子長(zhǎng)7.2 m、寬度同管廊基坑。加固范圍為坑底以下4.0 m、坑底以上3.0 m，水泥摻量分別為13%、8%。

通過(guò)計(jì)算，各項(xiàng)穩(wěn)定性安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求，寬幅、大截面的PU 600×210型鋼板樁支護(hù)結(jié)構(gòu)位移、彎矩、剪力包絡(luò)圖見(jiàn)圖6。最大水平位移29.6 mm，可以滿足三級(jí)環(huán)境保護(hù)等級(jí)的變形控制要求；鋼板樁邊緣正應(yīng)力M/W=138.1 MPa，遠(yuǎn)小于鋼板樁屈服強(qiáng)度295 MPa，滿足抗彎強(qiáng)度要求。

圖4 鋼板樁平面布置大樣圖（單位：mm）

圖5 基坑支護(hù)剖面示意圖（單位：mm）

圖6 PU 600×210型鋼板樁支護(hù)結(jié)構(gòu)位移、彎矩、剪力包絡(luò)圖

5 監(jiān)測(cè)結(jié)果

施工前，建設(shè)單位委托有資質(zhì)單位進(jìn)行基坑監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)信息化施工。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)深層水平位移（土體）和地表沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理、分析，見(jiàn)圖7、圖8。

表2 U型鋼板樁截面尺寸、截面面積、理論重量及截面特性

圖7 深層水平位移（土體）

圖8地表沉降

可見(jiàn)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果與理論計(jì)算（規(guī)范推薦方案）結(jié)果接近，但實(shí)測(cè)結(jié)果普遍略微偏大。主要因?yàn)閁型鋼板樁支護(hù)結(jié)構(gòu)是通過(guò)咬口相互作用形成的組合結(jié)構(gòu)，咬口位于組合結(jié)構(gòu)中性軸上，錯(cuò)動(dòng)位移將影響組合結(jié)構(gòu)的力學(xué)參數(shù)，設(shè)計(jì)計(jì)算中應(yīng)對(duì)U型鋼板樁支護(hù)結(jié)構(gòu)理論力學(xué)參數(shù)打折后應(yīng)用。

K3+530、K3+570、K3+640 處監(jiān)測(cè)點(diǎn)和 K6+270、K6+340、K6+410監(jiān)測(cè)點(diǎn)分別由兩家監(jiān)測(cè)單位實(shí)施、測(cè)量，其監(jiān)測(cè)結(jié)果存在明顯差異。U型鋼板樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的深層水平位移（土體）為間接測(cè)量值，通過(guò)測(cè)量土體位移量反應(yīng)支護(hù)結(jié)構(gòu)變形量，監(jiān)測(cè)點(diǎn)施工質(zhì)量直接影響監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果。

各監(jiān)測(cè)點(diǎn)支撐處水平位移變形量普遍大于理論計(jì)算值?，F(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，鋼板樁施工時(shí)樁位有一定偏差，導(dǎo)致部分鋼板樁未與鋼圍檁貼緊，且未在空隙處填充砌塊或細(xì)石混凝土。開(kāi)挖后，U型鋼板樁支護(hù)樁變形將這部分空隙擠實(shí)后，才能將主動(dòng)側(cè)土壓力傳遞至鋼支撐上。

6 結(jié)論

（1）U型鋼板樁支護(hù)環(huán)保、高效，基坑回填后可拔除、循環(huán)使用，對(duì)后續(xù)地下空間開(kāi)發(fā)無(wú)影響。適合用在綜合管廊“線型”分段施工類(lèi)基坑中，可有效降低基坑支護(hù)工程成本，促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

（2）寬幅、大截面的PU 600×210型力學(xué)性質(zhì)更佳、單根重量更適合現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備施工，具有更平衡經(jīng)濟(jì)性和力學(xué)性質(zhì)，更適合在管廊工程基坑中進(jìn)行應(yīng)用。

（3）在華東地區(qū)某綜合管廊基坑工程中實(shí)際應(yīng)用后，取得良好效果，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果與理論計(jì)算（規(guī)范推薦方案）結(jié)果接近。

（4）U型鋼板樁支護(hù)結(jié)構(gòu)咬口位于組合結(jié)構(gòu)中性軸上，錯(cuò)動(dòng)位移將影響組合結(jié)構(gòu)的力學(xué)參數(shù)，設(shè)計(jì)計(jì)算中應(yīng)對(duì)U型鋼板樁支護(hù)結(jié)構(gòu)理論力學(xué)參數(shù)打折后應(yīng)用。

（5）鋼板樁施工時(shí)樁位有一定偏差，須采取砌塊或細(xì)石混凝土等措施填充鋼板樁與鋼圍檁之間空隙。