软土地质条件下城市地下道路基坑支护技术探究_项伟.pdf

江西建材工程技术与管理3042023年1 月作者简介：项伟（1988-），男，浙江台州人，硕士，工程师，主要研究方向为桥梁与隧道工程。基金项目：2022年度台州市社科联研究重点课题 城市地下道路系统化建设研究以台州中心城区为例（22YZ08）。0 引言相较于城市高架，地下道路不仅可以缓解城市用地紧张的现状，而且能有效降低噪音和汽车尾气对环境的影响，因此在有条件建设的区域，可以优先考虑地下道路这一立体交通形式1。目前，国内的许多大城市已将建设系统化、网络化的城市地下道路提上城市建设发展的日程。台州位于浙江省沿海地区中部，大陆海岸线745km，占浙江省海岸线的28%，市域范围内广泛分布着深厚软土地基。根据土层揭露情况，地下道路一般修建于淤泥层或淤泥质粘土层中，该类土层含水量高（可达70%以上）、强度低、孔隙比大、压缩性大、渗透系数小，有显著的流变特性等物理力学性质，导致其工程性质较差，给地下道路基坑支护的设计与施工带来非常大的困难。1 支护原则基坑支护是指对构筑物的基坑采用临时性加固、支护与控制地下水等相关措施，主要是为了保证地下结构和基坑周边环境的安全。基坑支护要依据地下道路的开挖深度、规模和具体的地质水文条件，以及场地条件、施工工期、经济指标、邻近建筑物、环保等多种因素综合考虑，选择一套安全可靠、经济合理的方案2。表1 为相应的支护结构安全等级。表1 支护结构的安全等级安全等级失效模式影响对象破坏后果一级支护结构失效或土体变形过大基坑周边环境或主体结构施工安全很严重二级严重三级不严重2 支护结构形式对比2.1 重力式水泥土墙该支护结构以水泥为固化剂，通过搅拌机械采用喷浆等工艺，将固化剂与地基土强行拌和，形成连续搭接的柱状加固体挡墙。2.1.1 优点（1）止水性能较好。（2）加固土墙无污染且易破除。（3）施工简单，造价相对不高。2.1.2 缺点（1）占用的施工空间较大。（2）围护结构刚度一般，需控制变形。（3）喷浆或注浆工艺对周边环境有一定的影响。（4）加固土桩有一定的龄期要求，施工工期较长。软土地质条件下城市地下道路基坑支护技术探究项 伟1，孟科坦2，谢子洋31.台州职业技术学院，浙江 台州 318000；2.台州市交通勘察设计院有限公司，浙江 台州 318000；3.台州市水利工程质量与安全事务中心，浙江 台州 318000摘 要：基于台州市深厚软基条件，文中对城市地下道路的基坑支护这一关键技术问题进行了初步探讨，列举了多种支护类型的优缺点，重点讨论了基坑支护的结构选型和内支撑系统选型。研究结果可为该地区深厚软基条件下地下道路的基坑支护选择提供有益参考。关键词：地下道路；深厚软土；基坑支护中图分类号：TU997文献标志码：B文章编号：1006-2890（2023）01-0304-03Research on the Foundation Pit Support Technology of Urban Underground Road Under the Soft Soil Geological Conditions Xiang Wei1，Meng Ketan2，Xie Ziyang31.Taizhou Vocational Technical College,Taizhou,Zhejiang 318000;2.Taizhou Traffic Survey and Design Institute Co.Ltd.,Taizhou,Zhejiang 318000;3.Taizhou Water Conservancy Project Quality and Safety Affairs Center,Taizhou,Zhejiang 318000Abstract:Based on the deep soft foundation conditions,the key technical problem of foundation pit support of urban underground roads is preliminarily discussed,the advantages and disadvantages of various support types is listed,and the structural selection and internal support system selection of foundation pit support makes a deep discussion.The research results can provide a useful reference for the selection of foundation pit support of underground roads under the condition of deep soft foundation in this area.Key words:Underground road;Deep soft soil;Foundation pit support江西建材工程技术与管理3052023年1 月2.1.3 适用条件（1）软土地质条件下，支护深度一般小于6m。（2）有环保要求时，重力式水泥土墙基坑一般不超过5m。（3）基坑周边一定范围内存在对沉降和变形比较敏感的构筑物和设备时，应慎重选用。（4）注意待桩体达到一定强度后方可开挖。2.2 钢板桩钢板桩一般采用槽形及 Z形的型钢，常见的有拉尔森式。型钢侧面带有锁口机构，并置排列可起到较好的防水性能，可按基坑形状灵活排列组成施工围堰，施工完毕后，钢材可重复使用3。2.2.1 优点（1）机械化加工，质量稳定，自重轻，运输和起吊方便。（2）钢板桩在支护后可回收循环利用。（3）自身防水性能较好，必要时可另行设置隔水帷幕。2.2.2 缺点（1）在干湿交替环境中易腐蚀，需做防腐处理。（2）抗水平变形能力较小，需间隔一定高度（一般3m）设置水平内支撑。（3）钢板桩施工时，有一定的排土效应且有轻微的振动。2.2.3 适用条件（1）基坑开挖深度一般不大于8m，周边环境保护要求不高。（2）由于预制桩体有挤土效应，周边存在对变形或振动较为敏感的基坑工程时，该支护结构不适用。2.3 SMW工法桩SMW工法采用多轴搅拌桩机，在施工现场，利用钻头处喷出水泥浆液或土体固化剂与地基土反复搅拌混合，水泥桩体重叠搭接，桩体内部插入型钢作为加劲材料以提高桩身强度，待水泥固结成形后，形成连续完整的、互相咬合的挡土墙体4。2.3.1 优点（1）支护结构有较好的侧向刚度，抗变形能力较强，对周边环境影响较小。（2）桩体互相咬合，无缝衔接，防水防渗性能较好。（3）主体结构施工结束后型钢可回收，有一定的经济性。2.3.2 缺点（1）施工设备占地面积大，对地基承载力要求较高，部分场地需预先处理，设备方能进场。（2）由于桩体由两部分材料构成，且工序有先后，因此，施工工艺有一定的难度，需严格控制成桩质量。2.3.3 适用条件（1）适用于多种土层地质（黏性土、砂性土、软弱淤泥层、砂卵层）。（2）软土地质条件下支护深度一般小于15m。（3）基坑周边环境对地下水位变化较为敏感，且土层透水性较强时，应慎重选用。2.4 灌注桩排桩采用连续的柱列式排列的灌注桩形成围护结构。常用的排桩形式有分离式、双排式和咬合式等，其中分离式排桩最常用，结构形式也较简单5。为提高围护结构的抗渗防漏性能，排桩外侧可设置相应的隔水帷幕。2.4.1 优点（1）施工工艺成熟，质量稳定性高。（2）桩体施工过程中基本无挤土效应，对周边环境影响小。（3）桩体及维护结构的强度大、刚度大且变形小。2.4.2 缺点（1）工程造价较高，施工周期较长。（2）桩体有一定的间隙，需另行设置隔水帷幕，不仅增加工程造价，且围护结构占用空间较大。2.4.3 适用条件（1）软土地质中一般支护深度不大于25m。（2）成桩工艺成熟，机械多样，因此地层适用性广，对于卵石层乃至风化岩层均适用。3 内支撑系统支护结构中的内支撑系统一般有两种：围护墙结合内支撑系统的形式和围护墙结合锚杆。对于深厚软土地区，尤其基坑开挖面积大且深的情况，内支撑系统具有无需占用坑外空间、有效提高整个围护体系的整体强度和刚度、严格控制基坑变形等优点6。3.1 支撑材料支撑材料可以釆用钢或混凝土，也可以根据实际情况釆用钢和混凝土组合的支撑形式。钢结构支撑具有施工快、结构自重轻、安装和拆卸便捷以及钢材可重复使用等诸多优点，且材料工厂预制，强度和刚度大，对减少基坑位移十分有效，因此，钢结构支撑在实际工程中得到了广泛应用。此外，钢支撑节点构造和安装相对复杂，如处理不当，会引起节点变形或节点传力不顺畅，从而导致支护结构变形过大。因此，提高节点的整体性和施工技术水平至关重要。现浇混凝土支撑有强度高、刚度大、整体性好、布置方式灵活、现浇结构适应不同基坑的形状、节点处理简单等优点，因此，在不同深度的基坑支护中得到了大规模应用。但是，这一技术也存在着现浇施工周期长、养护不便、浇筑质量需严格控制等缺点。3.2 支撑结构选型内支撑结构的选型应综合考虑开挖深度、平面尺寸、邻近周边环境、建筑主体结构等因素，可选用平面杆系支撑、环形杆系支撑、竖向斜撑等形式，支撑结构可采用单杆、桁架、八字形等。在复杂环境或深厚软土地质条件中，为防止个别支撑构件失效危及基坑安全，内支撑系统应有一定的设计冗余，有必要采用超静定体系，设置额外的约束支撑。4 结语针对台州软土地基浅埋式地下道路，其支护结构可按表2进行选型。（1）在市区新建或改建地下道路，建议按一级或二级基坑考虑，若超过20m，建议采用灌注桩排桩围护结构。（2）周边为空旷场地时，新建地下道路建议按二级或三级基坑考虑，根据基坑的开挖深度，依次可选择重力式水泥土墙、钢板桩、SMW工法桩围护结构。（3）当地下道路不同部位的周边环境、土层性状、基坑深度等不同时，可在不同部位分别采用不同的支护形式。（4）内支撑结构应选用平面或空间的超静定结构，并应考虑支护结构个别构件提前失效而导致土压力作用位置转移的情况，设置必要的赘余支撑。（5）软土地质条件下，为避免坑内软弱土体的破坏，可釆用土体加固措施提高土体的抗剪强度和抗变形能力。城市地下道路作为交通形式之一，可充分利用城市空间资江西建材工程技术与管理3062023年1 月表2 地下道路支护结构对比支护方式安全等级适用范围重力式水泥土墙一级、二级、三级1.基坑开挖深度不大于6m。2.淤泥质土或地基承载力不大于120kPa的粘土、粉土、砂土等软土地基。3.基坑周边需有一定的施工场地。4.基坑周边无对沉降和变形较敏感的管线或建（构）筑物。钢板桩一级、二级、三级1.基坑开挖深度610m。2.淤泥质土或地基承载力不大于120kPa的粘土、粉土、砂土等软土地基。3.基坑周边距离13 倍开挖深度范围内无对沉降和变形较敏感的地下管线或建（构）筑物。SMW工法桩二级、三级1.基坑开挖深度815m。2.施工设备较重，对场地承载力有较严格的要求。3.施工设备较高，需要宽阔的施工场地。4.整体刚度一般，控制变形一般。基坑周边有对沉降和变形较敏感的地下管线或构筑物，应慎用。灌注桩排桩一级、二级1.一般用于基坑开挖深度1525m。2.施工设备丰富，适用于各种土层地质。3.所需作业面小、施工灵活，能够紧邻地下管线和建（构）筑物。4.刚度大，变形小。源，有效缓解地面交通的压力。目前，该形式已向着系统化、智能化方向发展。我国东部沿海地区深厚软土地质分布广泛，其物理力学性质给地下道路的基坑支护带来较大的难度，本文所分析的基坑支护结构形式以及内支撑系统，可为相关设计和施工提供一定的借鉴。参考文献 1 沈通.复杂地质条件下超大不规则基坑支护与降水方案研究：以南京某工程为例D.南京：东南大学，2017 2 谢永先.深基坑支护技术在建筑工程施工中的应用J.住宅与房地产，2021（10）：227-228 3 丁京.明挖隧道上跨既有地铁的安全性研究D.南京：东南大学，2018 4 厉欣.中山东路301项目基坑设计选型与施工监测数据研究 D.南京：东南大学，2019 5 张婷.西安地铁韦曲南站深基坑变形规律现场监测研究D.西安：西安科技大学，2013 6 徐晶鑫.非对称荷载单层对撑式基坑支护体系计算方法研究 D.贵州：贵州大学，20213 建议3.1 主要经验3.1.1 溶（土）洞探测在区间中线5m间距补勘及2m间距溶洞探边相结合，能很好地探明溶（土）洞，溶洞探测率超过95%。3.1.2 双液浆注浆总结结合注浆过程管理及溶（土）洞试验情况，采用1：1 水泥浆及19Be的水玻璃1：1（体积比）的双液浆注浆效果较好，注浆压力控制在0.50.8MPa为宜。双液浆可采用23 次间隔注浆，注浆从下而上，达到压力后提管，每次提管不大于0.8m，溶洞范围预留排气孔，能使溶洞处理效果更佳。3.1.3 盾构掘进时总结盾构掘进前时需对影响隧道施工安全范围所有溶（土）洞进行注浆处理。补勘孔及探边孔（无溶（土）洞）需及时进行压浆封孔。掘进过程中，要重点观测土仓压力变化，如有较大波动，及时分析原因；重点关注出土量，如出现出土量偏少时，及时分析原因，必要时可在盾构机前方进行钻孔取芯。监控刀盘扭矩、推力、贯入度参数，出现异常时，及时分析原因，确认溶洞情况。还要加强地表沉降观测，做好同步注浆及二次注浆工作，有效控制地面及周边建构物沉降。4 结语本文通过广州地区溶（土）洞发育地段盾构掘进，总结出探测及处理溶（土）洞是保障盾构掘进安全的关键。同时，在盾构掘进中也需加强现场管理，掘进参数异常时，及时停机分析原因并进行处理可降低盾构掘进风险。参考文献 1 傅兴.岩溶地区盾构隧道溶（土）洞处治技术研究 J.市政技术，2019，37（6）：159-161.2 郑映旭.岩溶地层中盾构隧道的影响特性研究D.广州：广州大学，2020.3 李进洲.南通轨道交通液化土层盾构施工技术探析J.建设监理，2022，282（11）：81-84.4 李金鑫，符卫东.地铁盾构掘进机施工技术分析J.价值工程，2022，41（35）：86-88.5 昌进，李鹏飞，曾繁裕.喀斯特岩溶地区盾构法施工联合探测技术应用J.交通世界，2022，613（19）：49-52.6 李结全.岩溶地区地铁隧道盾构掘进安全控制技术研究D.南宁：广西大学，2018.7 陆永芳.流塑状淤泥层及饱和砂层浅埋盾构掘进技术J.中国铁路，2022，726（12）：6-10.（上接第303 页）