某管廊工程基坑支護優化設計

崔帥

（北京愛地地質勘察基礎工程公司，北京 100043）

1 引言

土釘墻支護體系作為一種原位土體加固技術，已廣泛應用于安全等級二級、三級的基坑支護中[1]。當基坑較淺、土質情況較好、基坑潛在滑動面內無建筑物和地下重要管線時，運用土釘墻支護體系是最為經濟合理的。土釘墻設計計算較為簡單，主要設計包括土釘類型、長度、布置方式以及整體穩定性計算。但是基坑支護設計屬于巖土工程范疇，對地區勘察和施工經驗、巖土體的認知等均有較高要求[2]，如果設計人員專業知識經驗積累少，對巖土體參數選取不當，造成基坑設計過于保守；又因基坑支護屬臨時工程，因而產生了較大的工程投資浪費。充分尊重地區經驗，優化基坑支護設計平面及剖面，能對整個項目的工期及投資產生有利影響。本文針對某管廊工程基坑支護實例，分析闡述了實際優化設計的情況。

2 工程概況

某道路地下擬建綜合管廊，管廊采用矩形雙艙結構，為現澆鋼筋混凝土矩形雙艙結構，寬7.15 m，高4 m，長約1.5 km。綜合艙內收納有電力電纜、通信電纜、給水管線、再生水管線等。

本標段基坑隨綜合管廊底標高變化，分為3 種不同深度，5～6 m、6～7 m、7～8 m。5～6 m 深的開挖斷面，支護長度約510 m；6～7 m 深的開挖斷面，支護長度約640 m；7～8 m 深的開挖斷面，支護長度約350 m。

2.1 基坑周邊環境

擬建場地現狀主要為荒地及樹林，地形較平坦。基坑周邊現狀多為農田及待拆遷民房。

2.2 工程地質條件

根據勘察報告，本工程勘察最大勘探深度（25.00 m）范圍內的地層，劃分為人工堆積層、新近紀沉積層和第四紀沉積層3 大類，并按地層巖性及其物理力學數據指標，進一步劃分為6 個大層及亞層（見表1、圖1）。

圖1 典型工程地質剖面圖

表1 各土層物理力學性質指標

人工堆積層（第1 大層）：主要分布在擬建場地表層，鉆孔揭露厚度為0.50～1.40 m，為砂質粉土素填土、黏質粉土素填土①層，人工填土土質不均，一般呈欠壓密狀態，工程性質較差。

新近沉積層（第2～3 大層）：人工堆積層以下為新近沉積層之砂質粉土、黏質粉土②層及粉砂②1層；有機質黏土、有機質重粉質黏土③層，粉質黏土、黏質粉土③1層及砂質粉土、黏質粉土③2層。

第四紀沉積層（第4～6 層）：新近沉積層以下為第四紀沉積層的黏質粉土、砂質粉土④層及重粉質黏土、粉質黏土④1層；細砂⑤層，粉質黏土、黏質粉土⑤1層及重粉質黏土⑤2層；細砂⑥層，粉質黏土、黏質粉土⑥1層及砂質粉土⑥2層。

本次基坑開挖支護設計到的地層主要為砂質粉土素填土、黏質粉土素填土①層；砂質粉土、黏質粉土②層及粉砂②1層；有機質黏土、有機質重粉質黏土③層；粉質黏土、黏質粉土③1層及砂質粉土、黏質粉土③2層。

最高地下水水位埋深約為18～20 m，本基坑工程不受地下水影響。

3 基坑設計優化

本項目基坑支護設計圖紙由管廊工程設計院進行了統一設計，基坑安全等級為二級，基坑支護布置形式有3 種，劃分形式按開挖深度的不同進行布置：

1）土釘墻支護（基坑深度6～7 m）；

2）復合土釘墻支護（基坑深度7～8 m）；

3）放坡支護（基坑深度5～6 m）；

具體基坑設計剖面如圖2、圖3 所示。

圖2 原基坑支護剖面圖一

圖3 原基坑支護剖面圖二

原基坑支護剖面圖一（見圖2，基坑深度6～7 m）：上部1～2 m 采用45°放坡土釘墻支護形式，第一排土釘長度9 m，水平間距1.3 m，桿體采用C16 鋼筋；中間1 m 平臺；下部5 m采用60°土釘墻支護形式支護，第二、第三、第四、第五排土釘長度分別為9 m、9 m、9 m、5 m，水平間距1.3 m，桿體采用C16 鋼筋。

原基坑支護剖面圖二（見圖3，基坑深度7～8 m）：上部2～3 m 采用1∶1.2 放坡復合土釘墻支護形式，第一排預應力錨索長15 m，其中錨固段10 m，2-φs15.2 mm 鋼絞線，錨桿軸力標準值150 kN，鎖定值100 kN，第二排土釘長9 m，土釘長度9 m，水平間距1.3 m，桿體采用C16 鋼筋；中間2 m 平臺；下部5 m 采用65°放坡土釘墻支護形式，第三排預應力錨索長15 m，其中錨固段10 m，2 束2-φs15.2 mm 鋼絞線，錨桿軸力標準值150 kN，鎖定值100 kN，第四、第五、第六排土釘長度分別為9 m、9 m、9 m，水平間距1.3 m，桿體采用C16 鋼筋。

施工技術要求：（1）土釘成孔直徑120 mm，插入鋼筋后，常壓灌注P·O42.5 MPa 純水泥漿，水灰比0.50～0.55，初凝后4～8 小時補漿1～2 次，強度20 MPa。（2）預應力錨索成孔直徑150 mm，桿體下入后，采用二次壓力注漿工藝，注漿壓力0.2～0.5 MPa，灌注P·O42.5 MPa 純水泥漿，水灰比0.50～0.55，強度20 MPa。

本項目設計方案根據場地特征，土釘墻方案選型合理[2]。但是根據本項目組織的施工圖專家評審，以及參建各方的意見建議，認為設計方案與實際成功工程案例存在較為明顯的細節差異，決定在保持大方案不變動的情況下，聘請有地區設計施工經驗的單位進行了重新優化設計。優化設計在保持原土方開挖線不動的情況下，重新對土釘墻進行了抗拔承載力計算及整體穩定性計算[3，4]，優化后設計基坑剖面如圖4、圖5 所示。

圖4 優化基坑支護剖面圖一

圖5 優化基坑支護剖面圖二

優化基坑支護剖面圖一（見圖4，基坑深度6～7 m）：上部1～2 m 處的1∶1 放坡段取消了土釘；對下部4 排土釘長度根據計算結果進行了減短[5]，具體參數變化詳見表2。

表2 剖面圖一優化參數

優化基坑支護剖面圖二（見圖5，基坑深度7～8 m）：上部2～3 m 采用1∶1.2 放坡段取消了土釘及錨索；對下部3 排土釘長度根據計算結果進行了減短，具體參數變化詳見表3。

表3 剖面圖二優化參數

在滿足現行規范的要求下，根據地區經驗進行重新設計校核[6]，取消了部分土釘及錨索，對局部過長的土釘進行了減短，總體支護工程量大大減少。基坑支護和土方開挖施工工序也減少了1～2 步，使整個工程的進度加快，預估節省工期15 d 左右（占總工期10%）。

4 工程造價分析

基坑支護工程作為臨時性工程，在能保證安全的情況下，最大限度地優化方案對于工程造價的節省十分顯著。根據地區市場價進行了工程造價分析，見表4。

表4 工程造價分析表

通過分析計算，優化后的土釘費用相比原方案減少45.9%，預應力錨索費用相比原方案減少56.7%。總減少費用約占基坑支護總費用的21%。因方案優化使工期縮短，故對節約投資有重要作用。

5 結論

本文通過某管廊工程基坑支護優化設計，探討了實際工程中土釘墻基坑支護施工圖可能存在的欠合理性及其優化空間，通過分析得到主要結論如下：

1）本項目原土釘墻基坑支護設計方案選型合理，但是基坑支護設計對巖土的專業性有較高要求，如果設計人員專業知識經驗積累少，對巖土體參數選取不當，造成基坑設計過于保守。

2）根據地區經驗進行重新優化設計校核，取消了部分土釘及錨索，局部過長的土釘進行了減短。優化后的土釘費用相比原方案減少45.9%，預應力錨索費用相比原方案減少56.7%。總減少費用約占基坑支護總費用的21%。總體支護工程量大大減少，同時使整個工程的進度加快，預估節省工期15 d 左右（占總工期10%）。

3）通過設計優化，使得整個基坑支護工程節省了工期及造價。本項目案例論述了這一優化設計的工程意義，可供類似工程參考。