康剑伟

(福州市勘测院 福建福州 350108)

0 引言

随着城市的发展，城市的土地愈发紧缺，城市地下成了人们拓展的空间，因此管廊在新一轮城市建设中得到了很大的推广应用。管廊具有改善城市环境、有效利用城市地下空间、确保城市“生命线”的稳定安全、减少后期维护费用等诸多优点[1-2]，然而管廊造价过高[3]常常为人诟病，也限制了管廊的进一步推广利用。尤其在类似福州、厦门等沿海城市中，地质情况较差，多处于软土地区[4-5]，管廊造价中很大一部分费用是基坑支护及软基处理的费用，几乎占到了管廊建设费用的70%。基坑支护结构往往又是临时性的，如何减少这部分造价就成了亟待解决的问题。基于此，本文以东南沿海地区某管廊基坑工程为例，探究该类地区管廊基坑支护工程建设的改革路径。

1 工程实例

1.1 工程简介

该管廊基坑工程位于东南沿海地区的高速公路旁，高速公路拓宽的同时，拟在辅路下方新建综合管廊。该管廊为双仓现浇管廊，宽度约6.55m，高约4.2m，长度约5.1km,重约18t/m。原设计方案，基坑为长条形，基坑两侧预留1m的施工空间，基坑宽8.55m，基坑开挖至垫层底深度约为7.50m。基坑周边邻近民房、现状高速、市政管线等。

1.2 工程地质条件

根据勘察资料，拟建场地属冲淤积平原地貌，土层成因以冲淤积为主。主要地层为杂填土：厚度很厚(靠近高速一侧多为路基抛填石，厚度约3～6m)，γ=17.5kN/m3，c=10 kPa，φ=15°；淤泥：含水量高达68.2%，流塑，层厚变化较大，约4.3～28.4m，工程力学性质很差，灵敏度高，属高压缩性软土，γ=15.9kN/m3，c=10.2 kPa，φ=5.3°；中风化花岗岩：工程力学性质较好，厚度一般，埋深较浅；场地及其邻近区域全新世以来未见活动断裂，场地构造稳定，整个场地地基土在水平方向及垂直方向均匀性差。

1.3 水文地质条件

场地地下水主要为杂填土中的上层滞水，水量不大，场地稳定水位高程约4.80m，场地地下水年变化幅度在2.0m内，近3～5年地下水最高水位高程约5.50m，历史最高水位高程约6.50m。

2 支护方案分析

2.1 初始设计方案

考虑到管廊的抗浮要求，采用管廊上部覆土压重措施进行抗浮，若要满足抗浮要求，管廊上方需有较厚的覆土，则导致基坑深度达7.50m，而且又是软土地区，旁边邻近现状高速公路，因此，采用放坡开挖不可行。由于该基坑地质情况较特殊，淤泥层底下直接进入中风化花岗岩，中风化花岗岩位于坑底下4m左右。初始设计方案采用拉森钢板桩+2道钢管支撑，基坑底采用水泥搅拌桩满堂加固处理，坑内加固兼做管廊的地基处理，如图1所示。因拉森钢板桩无法嵌入坑底以下中风化花岗岩层，原设计方案对坑底采用水泥搅拌桩满堂加固，并增加2道支撑，防止拉森钢板桩“踢脚”，并设计在基坑两侧预留1m的施工空间，以方便模板施工(管廊侧壁模板施工采用对拉钢筋锁住)及后期钢板桩的拔除。该方案每延米造价约18 388元。

图1 初始设计方案一的典型支护剖面

图2 初始设计方案二的典型支护剖面

然而，在水泥搅拌桩的施工过程中，由于淤泥层含水量大，有机质含量高，水泥搅拌桩的成桩效果较差，无法起到坑内加固作用，导致基坑开挖到底后，在坑底位置拉森钢板桩变形较大；根据监测结果，最大位移达46.8mm，超过了《福州市深基坑与建筑边坡工程管理暂行规定》中一级基坑深层位移取(40mm，0.03×7.5=22.5mm)二者较小值的限制要求，可能会对周边环境造成一定的影响。之后，调整方案，采用直径800mm@1100mm的灌注桩加1道砼支撑，桩间采用直径500mm的高压旋喷桩进行挡土止水，坑内仅针对管廊的软土地基进行了水泥搅拌桩处理，以提高管廊地基的承载力。该方案仍然采用管廊上部覆土压重的措施进行抗浮，如图2所示。该方案每延米造价约22 398元，造价比初始设计方案一增加约21.8%，由于造价增加较多，不被采纳。

2.2 变更后的设计方案

针对上述拉森钢板桩刚度较低，灌注桩造价又较高等缺点，对上述方案进行优化。变更后设计方案综合考虑采用直径800mm@1100mm的灌注桩加1道砼支撑，桩间采用直径500mm的高压旋喷桩进行挡土止水，取消管廊的软基处理，改在管廊底设置钢筋混凝土托梁，将管廊搁置在托梁上(每6m设置一道)，并在管廊节点交接处及沉降缝处增设一道托梁，减少管廊不均匀沉降，如图3所示。该方案还取消了管廊基坑两侧预留1m的施工空间，因为基坑宽度不大，灌注桩也无需考虑拔除问题，完全可以实现两侧模板对撑施工，并将围护桩侧壁当成“模板”，减少了围护桩一侧的“模板”工程量，只需预留10cm空间贴管廊的防水材料。

该方案每延米造价约19 213元，造价比初始设计方案一增加约4.5%，但支护体系的刚度、稳定性及施工质量的可靠性大大提高，而且支撑位于管廊顶部方便施工。

图3 变更设计方案后的典型支护剖面

综上，变更后的设计方案优点如下：

(1)可以取消管廊的软基处理，节省造价；随着软基处理的取消，管廊的褥垫层也随之取消，减少了管廊的埋置深度，基坑的开挖深度也随之减少，相比于初始设计方案二围护桩的配筋及高压旋喷桩的长度，也可以相应减少或减短，同时还减少了基坑开挖对周边环境的影响。

(2)减少了回填量及开挖量。管廊基坑两侧各留1m的施工空间可以取消，这样两侧的回填量、开挖量就随之减少。管廊基坑两侧空间较小，回填质量往往较差，常常因回填质量差而导致路基沉降，采用灌注桩支护，可以把围护桩直接当成模板，取消管廊基坑两侧各留1m的施工空间，从而避免了这一问题；而且，基坑开挖范围减少，对周边环境影响随之减少。

(3)由于“灌注桩加砼支撑”这一支护体系刚度较大，灌注桩又紧贴着管廊，因此管廊结构体的壁厚也可以适当减少。

(4)灌注桩当作围护桩，同时也可作为管廊的竖向承载结构及管廊抗浮结构体系(管廊采取构造措施与腰梁连接，腰梁又通过构造措施与围护桩连接，依托围护桩的抗拔力达到管廊抗浮目的)，管廊的覆土厚度大大减少，管廊的深度也随之减少，灌注桩的配筋等也可以进一步优化。

根据笔者经验，在沿海软土地区，灌注桩作为管廊的竖向承载结构的可靠性比软基处理高很多，无论从施工工艺及结构体自身的可靠性而言，都高出不少。管廊通过托梁和腰梁(腰梁与围护桩通过构造措施可靠连接)将力传至围护桩，围护桩通过侧摩阻力和端阻力将力传至周边土层及桩端力学性质较好的岩土层，可以较好地控制管廊的沉降变形。

(5)灌注桩作为围护结构，可以很好控制基坑的变形，同时也减少了拉森钢板桩打拔对周边道路、民房的影响。

根据后期的监测数据显示，施工过程围护桩的最大深层位移值约18.6mm，满足规范要求，且周边建构筑物未发现异常。此见，该方案合理可行。

3 注意问题

虽然该改革方案取得了一定成效，但在各具体工程实践仍需注意以下3个问题：

首先，并不是所有管廊都要采用这种方式，如碰到地质情况较好、周边环境简单，完全可以采用放坡开挖，造价可以进一步优化。

其次，管廊往往设置于辅路或人行道下，管廊又是刚体，加之采用灌注桩支护，导致管廊实际沉降小于道路的沉降，这就需要对基坑支护的细节及道路路基进行一定的处理。比如，围护桩(灌注桩)的桩顶标高可以设置于设计路面至少1m以下，在围护桩与路面交接处铺设土工格栅或者铺设EPS，以减少不均匀沉降等措施。

第三，因围护桩从临时性结构变成永久性结构，需对围护桩的耐久性、检测项目及数量等方面进行调整。同时，该支护体系对灌注桩的垂直度及成桩质量等方面要求较高，若灌注桩的垂直度控制不好，往坑内偏斜，则会压缩管廊的施工空间，影响管廊结构。

4 结语

上述变更后的方案一举多得，最终被采纳并实施，为软土地区管廊基坑支护提高安全性、降低造价提供了一种新思路，可以供其他类似项目借鉴参考，如雨水箱涵等结构的基坑支护等。

围护结构往往是临时性的，如何充分利用围护结构节省造价，是值得今后再度思考的问题。比如，笔者曾碰到一个项目，拟开挖驳岸挡墙基坑，开挖深度约5m，软土地区，驳岸挡墙底采用4排高压旋喷桩进行地基处理，梅花型布置，基坑邻近地铁，驳岸挡墙施工完成后再开挖河道，设计原方案采用拉森钢板桩加对撑等支护措施，然后又采用施打2排高压旋喷桩等隔震措施减少打拔拉森钢板桩对地铁的影响。但是如果可以换个思路，比如可以将拉森钢板桩替换成预制板桩或灌注桩，并在河道底施加暗撑，预制板桩或灌注桩既可当成临时基坑支护的围护桩，又可当成后期永久的驳岸，一桩两用，一举两得，减少了原方案的驳岸挡墙、拉森钢板桩、高压旋喷桩地基处理，以及土方开挖、墙后回填等的工程量，也减少了多种施工工艺的交叉，方便施工，缩短工期。调整后每延米造价虽略高于原方案，但是调整后的方案可靠性大大优于原方案，保证了地铁的安全。

因此，各专业不应该只考虑本专业范围的问题，如岩土专业只考虑把基坑挖好，管廊、驳岸专业只考虑管廊、驳岸自身结构及地基处理，结果则往往会导致各专业脱节，资金重复投入，造成不必要的浪费。只有各专业间互相配合，综合考虑，才会做出既可靠又经济的工程。