淺析城市下沉式地道設(shè)計(jì)思路

李峻嶺

（廣州特希達(dá)科技有限公司,廣東廣州510220）

淺析城市下沉式地道設(shè)計(jì)思路

李峻嶺

（廣州特希達(dá)科技有限公司,廣東廣州510220）

城市交叉口改造時上跨橋經(jīng)常受到居民的反對，下沉式地道成為一種較好的選擇，有關(guān)經(jīng)驗(yàn)可供相關(guān)專業(yè)人員參考。

下沉式地道；基坑；排水；抗?。唤Y(jié)構(gòu)

0 引言

隨著中國的經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，城市中普遍出現(xiàn)著道路擁擠、車輛堵塞等現(xiàn)象，城市交通壓力越來越大。為了解決城市交通問題，各城市均加強(qiáng)城市交通設(shè)施的基本建設(shè)，對交通節(jié)點(diǎn)進(jìn)行改造。對道路交叉口改造一般采用上跨橋或下沉式地道的形式，由于上跨橋建成后影響周邊地塊的開發(fā)，越來越多的市民反對修建上跨橋，下沉式地道成為交叉口改造的熱門選擇。本文簡單介紹下沉式地道的設(shè)計(jì)思路。

接到設(shè)計(jì)任務(wù)書后，首先收集設(shè)計(jì)基礎(chǔ)資料，如地形圖、管線布置圖等，同時對場地周邊的建、構(gòu)筑物進(jìn)行調(diào)查。調(diào)查場地區(qū)域內(nèi)是否存在影響下沉式地道方案成立的因素，例如有些管線（如高壓燃?xì)夤艿龋o法拆遷，同時也無法在施工中進(jìn)行保護(hù)等；下穿地道是否穿越已建成橋梁，橋墩之間凈空是否滿足要求等[1]。

1 地道設(shè)計(jì)的原則

（1）貫徹執(zhí)行國家的技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策，按技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、方便施工。

（2）地道作為公共交通運(yùn)輸系統(tǒng)的組成部分，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以滿足施工、使用、規(guī)劃、防火、抗震、防水、通風(fēng)等各方面的內(nèi)容。遵循結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、耐久、受力合理、施工安全快捷、造價適當(dāng)?shù)脑瓌t。

（3）根據(jù)地道所處位置的環(huán)境條件、工程技術(shù)要求與水文地質(zhì)和道路狀況，經(jīng)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、工期、施工方式、環(huán)境影響和使用效果綜合比較選定適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式、埋置深度和施工方案。

（4）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以地質(zhì)勘察資料為依據(jù)，按工程不同地段的不同結(jié)構(gòu)型式、施工方法、使用條件及荷載特性等選擇合理的設(shè)計(jì)方法分段設(shè)計(jì)。

（5）地道凈高滿足建筑、通風(fēng)、設(shè)備、使用以及施工工藝等要求，并考慮施工誤差、結(jié)構(gòu)變形和后期沉降的影響。

（6）考慮減少施工中和建成后對環(huán)境造成的不利影響。

（7）結(jié)構(gòu)使用年限100 a，安全等級為一級，按施工階段和使用階段，根據(jù)承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的要求，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性計(jì)算，并進(jìn)行裂縫開展寬度驗(yàn)算。結(jié)構(gòu)分析模擬實(shí)際施工過程，對結(jié)構(gòu)在施工階段、使用階段可能出現(xiàn)的永久荷載、可變荷載、特殊荷載按最不利荷載組合進(jìn)行分析計(jì)算。裂縫寬度允許值根據(jù)結(jié)構(gòu)類型、使用要求、所處環(huán)境條件等因素確定。按荷載短期效應(yīng)并考慮長期效應(yīng)組合的影響驗(yàn)算最大裂縫寬度小于0.2 mm。

（8）結(jié)構(gòu)抗浮按最高地下水位的全部水浮力設(shè)計(jì)，抗浮安全系數(shù)不小于1.05（不考慮側(cè)壁摩阻力）。

（9）對于地道結(jié)構(gòu)基底的軟弱地基進(jìn)行豎向承載力、地基變形和穩(wěn)定性驗(yàn)算。

（10）根據(jù)周圍環(huán)境條件、基坑開挖深度、支護(hù)結(jié)構(gòu)功能等，確定基坑等級。根據(jù)基坑不同工程段的安全度要求，分段采用合理的支護(hù)體系。支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)按施工階段最不利的荷載組合進(jìn)行強(qiáng)度、變形及穩(wěn)定性計(jì)算。基坑圍護(hù)樁墻插入深度的確定必須滿足樁墻的抗傾覆穩(wěn)定和基坑整體穩(wěn)定性及基坑底部土體的抗隆起和抗管涌穩(wěn)定性計(jì)算要求。

（11）使用階段鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)根據(jù)防水抗?jié)B的要求，進(jìn)行防水抗?jié)B設(shè)計(jì)。

2 地道設(shè)計(jì)要點(diǎn)

下沉式地道根據(jù)平面交叉需要和縱斷面的設(shè)置，分為暗埋段和敞開段。根據(jù)受力的特點(diǎn)和施工的方法，設(shè)計(jì)中要考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、基坑支護(hù)設(shè)計(jì)、基坑止水設(shè)計(jì)、抗浮設(shè)計(jì)、防水設(shè)計(jì)、泵房設(shè)計(jì)等。

2.1 地道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

地道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為100 a，結(jié)構(gòu)安全等級為一級，考慮側(cè)向土壓力采用主動土壓力公式計(jì)算；墻外水土壓力施工階段及運(yùn)營階段粘性土采用水土合算；地基基床系數(shù)按規(guī)范取值，結(jié)構(gòu)計(jì)算時把暗埋段按框架結(jié)構(gòu)計(jì)算，敞開段根據(jù)支撐方式按板結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算；計(jì)算時考慮混凝土收縮應(yīng)力、可變荷載地面超載等。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮工程地質(zhì)條件和各階段應(yīng)力變化的特點(diǎn)，滿足強(qiáng)度、剛度、施工、穩(wěn)定性、抗浮和耐久性等要求。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時分別按施工階段和正常使用階段進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算，并進(jìn)行裂縫寬度控制計(jì)算。在各種荷載短期效應(yīng)組合作用下，并考慮長期效應(yīng)組合的影響，混凝土構(gòu)件裂縫寬度不超過0.2mm。在地道底板伸縮縫處可設(shè)置抗剪措施（枕梁），防止縫兩側(cè)的結(jié)構(gòu)發(fā)生豎向錯動。

敞開段斷面見圖1，暗埋段斷面見圖2。

圖1 敞開段斷面

圖2 暗埋段斷面

2.2 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)

根據(jù)工程所在地區(qū)地質(zhì)資料、地下水位及基坑開挖深度，結(jié)合以往其它類似工程的工藝經(jīng)驗(yàn)，在施工工藝上將放坡開挖（結(jié)合型鋼簡易支護(hù)）、灌注樁支護(hù)、SM W工法做深入比較，尋求更適合工程的施工工藝。

（1）基坑放坡開挖（結(jié)合型鋼簡易支護(hù)）：是基坑土方開挖常用的一種形式，其優(yōu)點(diǎn)是施工方便、造價低，一般是適用于土質(zhì)較好的地區(qū)。同時如采用放坡開挖方式時，除根據(jù)環(huán)境特征和各類工況進(jìn)行土坡穩(wěn)定性分析、計(jì)算外，還應(yīng)采取有效的降排水或止水措施和安全防護(hù)措施，確保安全。但開挖深度較大時可能導(dǎo)致?lián)跬两Y(jié)構(gòu)側(cè)向位移和及地表沉陷較為明顯,對鄰近無建筑物或建筑物對此要求不嚴(yán)格時可采用。不過特別注意的是地下水位較高或遇上雨水天氣時，放坡開挖對于水的滲漏問題比較嚴(yán)重，使土體自重加大，加大了土體中的剪應(yīng)力，有可能造成滑坡等問題，因此應(yīng)該謹(jǐn)慎設(shè)計(jì)并相應(yīng)采取構(gòu)造措施（如在型鋼支護(hù)外側(cè)加打水泥攪拌樁止水帷幕）。對于本工程而言，開挖較淺的區(qū)段采取這種開挖方法，方便適用，較為經(jīng)濟(jì)。

（2）SM W工法：它是一種與土攪拌而成的墻，在混凝土凝固前向樁中插入型鋼，從而使水泥土樁的抗壓強(qiáng)度與彈性模量都大為提高，且待施工完畢后可將型鋼拔出回收。其優(yōu)點(diǎn)是造價低（深度3～6 m左右），按上海經(jīng)驗(yàn)是一般地下連續(xù)墻的60%，此外還有抗?jié)B性能好，對現(xiàn)場要求低，設(shè)備簡單，無取土和泥漿管理問題，進(jìn)度快，剛度大，環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)，是一種極其有前途的新技術(shù)。對于工程單純需要基坑支護(hù)的區(qū)段，無疑是較為經(jīng)濟(jì)適用的。SM W工法斷面見圖3。

圖3 SMW工法斷面

（3）灌注樁支護(hù)：一般在6～12 m的開挖深度才較為經(jīng)濟(jì)，灌注樁的施工工藝目前算是比較成熟，灌注樁結(jié)合水泥攪拌樁或高壓旋噴樁的止水帷幕，很好的地解決了其自身抗?jié)B性差，基坑局部滲水的缺點(diǎn)。下沉式地道一般建在城區(qū)內(nèi)，基本上沒有采用錨桿的條件，一般采用混凝土撐或鋼支撐作為內(nèi)撐。如基坑支護(hù)樁無采用內(nèi)撐或錨桿的條件，可考慮采用雙排支護(hù)樁。灌注樁支護(hù)斷面見圖4。

圖4 灌注樁支護(hù)斷面

2.3 基坑止水設(shè)計(jì)

當(dāng)基坑開挖深度大于工程所在場地的地下水位高度時，如采用沒有止水防滲功能的分離式柱列式排樁，需要考慮設(shè)置止水帷幕，止水帷幕的設(shè)置應(yīng)形成閉合環(huán)形，且止水帷幕的深度應(yīng)滿足如下要求：

（1）當(dāng)基坑內(nèi)外存在水頭差時，粉土和砂土應(yīng)進(jìn)行抗?jié)B流穩(wěn)定性驗(yàn)算，滲流的水力梯度不應(yīng)超過臨界水力梯度。

（2）當(dāng)上部為不透水層，坑底下某深度處有承壓水時，坑內(nèi)土體應(yīng)滿足抗承壓水突涌穩(wěn)定性驗(yàn)算的要求。

2.4 抗浮設(shè)計(jì)

抗浮設(shè)計(jì)是指在下沉式地道埋深大的位置，須保證自重要大于水產(chǎn)生的浮力，下沉式地道不至于“漂”起來。一般情況下封閉箱體段自重可以滿足抗浮的要求，不需要另設(shè)抗浮措施。敞開段結(jié)構(gòu)整體抗浮問題是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)重點(diǎn)考慮的問題，若單純依靠結(jié)構(gòu)自重來抵抗水浮力，則最深處敞開段結(jié)構(gòu)底板厚度很大，顯然很不經(jīng)濟(jì)，根據(jù)以往工程的成熟設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和施工工藝有兩種形式。

（1）抗浮錨桿

底板采用錨桿抗浮，錨桿采用孔徑φ180 mm，錨孔間距根據(jù)計(jì)算確定，一般橫縱間距采用1.8～2.5 m?？垢″^桿采用水力擴(kuò)孔二次注漿工藝，第一次采用常壓向孔內(nèi)注入水泥砂漿，達(dá)到初凝時，第二次采用高壓劈裂注漿，注漿材料為純水泥漿。特點(diǎn)：配合復(fù)合地基處理使用。受荷時底板內(nèi)力分配較均勻，撓度小，屬于多點(diǎn)彈性支撐。抗浮錨桿斷面見圖5。

圖5 抗浮錨桿斷面

（2）抗拔樁

抗拔樁一般采用鋼筋混凝土鉆孔灌注樁，樁體直徑用D150 c m、D120 c m、D100 c m等。抗拔樁橫向一般設(shè)置2～3根，縱向根據(jù)計(jì)算采用4～6 m。特點(diǎn)：受作用時底板內(nèi)力及撓度大，屬于剛性支撐；耐久性好；抗拔樁同時可作為支撐樁?？拱螛稊嗝嬉妶D6。

（3）方案對比

設(shè)計(jì)時應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，綜合造價、工藝、工期等因素，選取合適的抗浮方案。

圖6 S抗拔樁斷面

2.5 防水設(shè)計(jì)

2.5.1 防水設(shè)計(jì)原則

地道的防水設(shè)計(jì)遵循“以防為主、剛?cè)岵?jì)、因地制宜、綜合治理”的原則。

確立鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)自防水體系，即以混凝土結(jié)構(gòu)自防水為根本，以接頭防水為重點(diǎn)，輔以頂部或整體附加防水層加強(qiáng)防水的多道防線，綜合治理的體系。

2.5.2 地道防水等級

根據(jù)G B50108-2008確定地道結(jié)構(gòu)的防水等級。為滿足結(jié)構(gòu)百年的使用年限，可對防水標(biāo)準(zhǔn)作適當(dāng)提高。

2.5.3 地道一般防水處理

地道主體結(jié)構(gòu)混凝土采用滿足抗?jié)B等級的防水混凝土，地道四周采用防水卷材包裹，卷材材料類型采用E V A高分子聚乙烯防水卷材或雙向自貼橡膠瀝青防水卷材。

2.5.4 施工縫設(shè)置與防水處理

（1）施工縫建議設(shè)在側(cè)墻離底板高度500～1 000 mm處，側(cè)墻縱向施工縫防水采用中埋式鍍鋅鋼板止水帶與內(nèi)側(cè)設(shè)單組分遇水膨脹聚氨酯密封膠止水條組合防水。

（2）在水平施工縫澆筑混凝土前，應(yīng)將其表面泥漿和雜物清除，基層涂刷水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料并及時澆灌混凝土。

2.5.5 變形縫防水

在底板、側(cè)墻外側(cè)變形縫處設(shè)外貼式橡膠止水帶在側(cè)墻頂收頭。內(nèi)襯結(jié)構(gòu)設(shè)中埋式鋼邊橡膠止水帶，置于底板、側(cè)墻中間，同樣在側(cè)墻頂收頭。底板、側(cè)墻背水面縫口，設(shè)嵌縫槽，以密封膠嵌填加強(qiáng)防水。

2.5.6 附加防水層防水

如發(fā)現(xiàn)某區(qū)段的現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)未能完全滿足防水的技術(shù)要求，則要求在該段混凝土的內(nèi)側(cè)涂刷水泥基滲透結(jié)晶型防水材料，利用其滲透性和長期活性的功能，封閉墻板的滲透裂縫，進(jìn)行內(nèi)面的防水處理。

2.6 泵房、排水設(shè)計(jì)

地道靠近檢修道內(nèi)側(cè)設(shè)置排水明溝，在地道暗埋段最低位置結(jié)合結(jié)構(gòu)側(cè)墻設(shè)置排水泵房，暗埋段下側(cè)設(shè)置排水管引入雨水泵房，通過抽水泵將水排入市政排水系統(tǒng)或就近排入河涌中。

3 結(jié)語

隨著城市化進(jìn)程的加快，在城市交叉口的改造中，將會出現(xiàn)越來越多的下沉式地道。作者對下沉式地道的設(shè)計(jì)過程進(jìn)行了介紹，希望此文能夠幫助此類似項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、建設(shè)。

[1]劉國彬,王衛(wèi)東.基坑工程手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社, 2009.

T U921

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1009-7716（2017）06-0143-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.06.042

2017-03-01

李峻嶺（1980-），男，吉林榆樹人，工程師，從事橋梁設(shè)計(jì)工作。