某管道开挖基坑支护方案选型浅析

摘要：本文依托某实际工程案例，结合项目特点、地质条件、周边环境、通过对某顶管工作井的基坑支护方案，从经济、技术、工期等方面进行了对比分析，并对施工中的注意事项提出了要求，可为类似工程的基坑支护方案选型提供一定的参考。

关键词：基坑；支护；旋挖桩；SMW工法；钢板桩；降水；监测

0引言

随着社会经济的发展，高层建筑、城市车库、地下商场、城市轨道交通等地下空间的开发与利用，形成了大量的深基坑工程，这些深基坑工程往往位于城市中心区，周围建筑物密集、地下管线错综复杂，交通量巨大。如何保证基坑稳定性的同时，满足变形控制要求，减少对周围环境的影响，这些对深基坑的设计方法、支护结构选型、施工技术均提出了较高的要求。本文结合了某项目中管道开挖基坑支护，探讨管道开挖基坑支护方案选型及分析。

1项目基本概况

本项目位于湖南省岳阳市，拟建工程为城区雨污水管道改造，工作井基坑开挖面积约为240～384m2，基坑长度约为20～24m，宽度约为12～16m。基坑开挖深度约为4.6～9.9m。现状场地及其周边主要为道路、绿地及建筑物。

2场地地层及地下水

2.1场地地层

根据《岩土工程勘察报告》及场地整平条件，在基坑开挖深度范围内地层主要为杂填土、板岩构成，各层土的野外特征及埋藏条件详述如下：①1杂填土(Q4ml)杂色，主要由地砖、沥青、混凝土路面组成，一般层厚10～30cm，局部厚度达50～60cm。其中，0～10cm地砖或沥青，10～30cm混凝土，底部为碎石垫层。场区普遍分布。土石分级为V级，属次坚石。某管道开挖基坑支护方案选型研究StudyonSelectionofSupportingSchemeforaPipelineExcavationFoundationPit陈迎张茅徐磊陈文科（中国建筑第二工程局西南公司，重庆400000）摘要：本文依托某实际工程案例，结合项目特点、地质条件、周边环境、通过对某顶管工作井的基坑支护方案，从经济、技术、工期等方面进行了对比分析，并对施工中的注意事项提出了要求，可为类似工程的基坑支护方案选型提供一定的参考。关键词：基坑；支护；旋挖桩；SMW工法；钢板桩；降水；监测中图分类号：TU992文献标识码：A②2杂填土(Q4ml)杂色，稍湿，稍密，主要成分为碎石、黏性土，局部地段夹少量淤泥质土，母岩主要为板岩，块径1～10cm，硬质物含约50～70%，回填年限10～15年。场区普遍分布。土石分级为Ⅲ级，属硬土。③2粉质黏土(Q4al)褐黄色，可塑，由黏粒及粉粒组成，无摇震反应，干强度中等，韧性中等，刀切面稍有光泽。场区局部分布。土石分级为Ⅰ级，属软土。④2强风化板岩(Ptlnc)浅黄色，变余结构，板状构造，矿物成分主要为隐晶质的黏土矿物及碳质、铁质粉末等，呈半岩半土状，局部碎块状，块径2～8cm，原岩结构易辨，节理裂隙极为发育，多为褐色铁锰质侵染，局部夹少量石英岩块，强度较高。场区普遍分布。土石分级为Ⅲ级，属硬土。⑤3中风化板岩(Ptlnc)浅黄色，变余泥质、砂质结构，板状构造，矿物成分主要为隐晶质的黏土矿物及碳质、铁质粉末等，节理裂隙发育，裂隙面可见褐色铁锰质浸染，部分裂隙充填石英岩脉，厚度1～4cm，强度较高，岩芯较破碎，以柱状、碎块状为主，柱长10～30cm，碎块粒径4～8cm，RQD=25～45，岩石坚硬程度为较软岩，岩体完整程度为较完整，岩体基本质量等级为Ⅳ类。场区普遍分布。土石分级为Ⅳ级，属软石。⑥4微风化板岩(Ptlnc)青灰色，变余泥质、砂质结构，板状构造，矿物成分主要为隐晶质的黏土矿物及碳质、铁质粉末等，节理较发育，部分裂隙充填石英岩脉，厚度0.5～2cm，强度较高，岩芯多呈柱状，节长10～60cm，RQD=50～75，岩石坚硬程度为较硬岩，岩体完整程度为较完整，岩体基本质量等级为Ⅲ类。场区普遍分布。土石分级为Ⅴ级，属次坚石。

2.2地下水

根据区域水文地质资料、相关工程经验及试验结果，场地内地下水与周边现状河流及湖泊存在水力联系，枯水期场地地下水补充周边现状河流及湖泊，丰水期周边现状河流及湖泊向本场地补给。基岩裂隙水主要赋存于冷家溪群板岩的风化裂隙之中，场地内强、中风化岩石裂隙发育，岩体破碎，且基岩裂隙水与邻近河道及湖泊存在水力联系。根据钻孔水位观测，上层滞水水位埋深0.50m～3.45m；基岩裂隙水水位埋深-0.3m～6.20m。

3基坑支护方案选型及计算

3.1基坑支护结构的选型分析

本项目基坑支护结构安全等级为二级，重要性系数为1.0，基坑支护有效使用时间为12个月。基坑支护选型需综合考虑多个影响因素，保证安全的前提下，尽量实现经济、合理、便于施工。结合地质条件、水文条件、周围环境、基坑开挖深度，本项目初步拟定了三种方案：方案一：钢筋混凝土钻孔灌注桩+内支撑钢筋混凝土钻孔灌注桩的优势为桩身强度高，刚度大，支护结构稳定性好，变形较小。成桩设备可根据土层及工期要求合理选择，选择性多，适用范围广。缺点是造价较高，成桩后养护工期较长，同时桩间缝隙若处理不好易造成水土流失，特别是地下水位较高的透水层地层。方案二：SMW工法桩+内支撑SMW工法桩施工基本无噪声，对周围环境影响小。结构强度可靠，挡水防渗性能较好，可以配合多道锚索或支撑应用于较深的基坑。同时施工完成之后，H型钢可以回收利用，可降低造价。缺点是较适用与土质较软，可施工水泥搅拌桩的场合，若在岩层中使用，需另外采用成孔设备。方案三：拉森钢板桩+内支撑拉森钢板桩耐久性良好，二次利用率高，施工方便，工期短，同时具备一定挡水防渗性能。缺点是悬臂抗弯能力较弱，开挖后变形较大，若在较硬的土层或岩层中使用，打入较困难，需要先采用旋挖钻机或长螺旋钻机进行引孔后再打入。

3.2基坑支护结构的计算

本项目采用深基坑支护结构软件对不同开挖深度的基坑的三种方案均进行了详细计算。设计采用天然状态下的土性参数进行稳定和变形计算。同时考虑节约项目造价，基坑顶水平位移尽量按30mm控制。3.2.1设计荷载。（1）距离基坑边沿2.0m范围禁止堆载及动载。（2）基坑四周按均布荷载30kPa考虑。（3）施工车辆荷载按30kPa考虑。3.2.2地下水位。（1）基坑内地下水位位于基坑底以下0.5m处。（2）基坑外地下水位位于地表以下1m处。3.2.3计算参数选取。根据勘察报告提供的岩土参数结合地区经验确定的各土层设计参数见表1：3.3.3计算结果分析。二号井，基坑开挖深度为4.6m，三种方案的计算结果见表2：由计算结果可知，基坑开挖深度为4.6m，三种方案均可行，桩顶水平位移及安全系数均能满足规范要求。四号井，基坑开挖深度为6.8m，三种方案的计算结果见表3：由计算结果可知，基坑开挖深度为6.2m，三种方案均可行，桩顶水平位移及安全系数均能满足规范要求。五号井，基坑开挖深度为9.9m，三种方案的计算结果见表4：由计算结果可知，基坑开挖深度为9.9m，SMW工法桩及钢板桩的桩顶位移均超过允许值，需增加一道水平支撑才能满足变形要求，但因受需埋设的管道管径限制，设置三道水平支撑对施工影响很大，会严重影响施工进度。3.3.4各方案的造价分析。由上表可知，经计算，钢筋混凝土灌注桩综合单价最高，SMW工法桩综合单价次之，钢板桩方案综合单价最低。由上表可知，经计算，钢筋混凝土灌注桩综合单价最高，SMW工法桩综合单价次之，钢板桩方案综合单价最低。由上表可知，经计算，钢筋混凝土灌注桩综合单价最高，SMW工法桩综合单价次之，钢板桩方案综合单价最低，但设置三道水平支撑对会严重影响施工进度。综合以上结构计算结果、工程造价、工期等多方面因素，二号井支护结构建议采用钢板桩支护，四号井支护结构建议采用钢板桩支护，五号井支护结构建议采用钢筋混凝土灌注桩支护。

4、结论

通过本项目基坑工程支护结构设计选型分析过程，可总结出如下结论：（1）当沟槽基坑深度不超过7m时，且桩底位于岩层中，建议优先采用钢板桩+水平支撑支护结构。（2）当沟槽基坑深度超过10m时，悬臂高度过长，因钢板桩结构刚度较小，导致桩顶位移过大，需增设一道水平支撑才能保证桩顶位移满足规范要求，增设一道水平支撑对施工进度影响较大，综合考虑，建议优先采用钢筋混凝土灌注桩+两道水平支撑支护。

参考文献

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[2]刘建航，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.

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[4]林培源.钢板桩在建筑工程深基坑支护中的应用研究[J].建材与装饰，2012(20):131-132.

[5]魏仁杰,马骏.钻孔灌注桩和SMW工法桩在软土地区基坑工程中的应用[J].岩土工程技术，2014，28(02):92-95.

作者:陈迎 张茅 徐磊 陈文科 单位:中国建筑第二工程局西南公司