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摘要：针对六盘水市岩溶地区的地质特点，六盘水市综合管廊工程基坑支护从适用性、安全性方面进行选型分析，最终采用排桩+内支撑的支护方案，介绍了工程降水、止水和地基处理措施，并建议施工过程中应重点保护周边建筑物和管线、注重基坑监测且动态设计的方法。
关键词：岩溶地区，综合管廊；基坑支护；设计选型；动态设计
1 前言
近年来，随着国家政策的大力支持，城市地下综合管廊工程在国内掀起了一片热潮。在岩溶地区进行地下综合管廊的建设，需要有一整套相对应的基坑支护体系，如何安全、科学、经济性较好地进行支护结构设计与施工是本文研究的重点。本文以六盘水凉都大道东段管廊为例对岩溶地区综合管廊基坑支护的设计和施工进行探讨。
2工程概况
2.1 工程简介
贵州六盘水市地下综合管廊是六盘水市人民政府批准，国家财政部、住建部批审，并采用PPP（政府和社会资本合作）模式进行投资、建设与运营的大型综合管廊项目。六盘水市地下综合管廊规划修建全长39.8km，总投资约32.64亿元，建成后将初步形成六盘水市中心城区地下综合管廊骨架网络。城市综合管廊建设可逐步消除“马路拉链”、“空中蜘蛛网”等问题，达到改善城市形象、提升城市品质，高效利用地下空间的目的[1-2]。
凉都大道东段管廊位于六盘水市红桥新区，设计起点为乾元路与凉都大道相交处，设计终点为凉都大道与水黄路相交处，全长5.3km。凉都大道东段管廊结构宽9.8m，高3.4m，管廊顶板覆盖土层厚度为3.5m，基坑开挖深度7~9m，凉都大道东段综合管廊结构尺寸，如图1所示。拟建场地位于水城盆地中部东侧，原始地形西高东低，下伏基岩为石灰岩，场地内岩溶裂隙、溶沟、溶槽发育，原始地貌为岩溶盆地。拟建凉都大道东段管廊地段地面的标高约为1787.4~1810.5m，高差约为23.1m。
管廊位于道路北侧车行道下，管廊结构北侧距人行道2m，南侧距人行道15m，人行道宽度5m，人行道两侧为居民楼，大多数为多层砖混结构。管廊周边地下管线较多，在基坑工程设计与施工时要控制基坑边形以保证周边居民楼的安全，同时要注意保护周边通行道路和地下管线。
2.3 地下水特征
本工程地下水分为上层滞水和岩溶水两层地下水[3]。
（1）大气降水及周边生活用经回填层向下渗透，在黏土或红黏土上部的土裂隙孔隙中形成上层滞水，水量一般，水位标高约为1785.0~1804.8m，实测水位埋深为2.4~5.7m。
（2）石灰岩岩溶裂隙发育，渗透性较好，岩溶水主要赋存于石灰岩裂隙孔洞中，上层地表水可下渗补给岩溶裂隙，在丰水期场地南侧双水河可直接补给场地；本场地为潜水类型的富水场地，并受双水河的渗透补给影响极大。
3 岩溶地区的基坑工程特点
岩溶地区岩土种类、岩体结构类型、所处场地地址环境与该地区基坑工程的稳定性、安全性密切相关，而且基坑工程的质量也受岩溶地下水的影响。该地区基坑工程失稳机理复杂，破坏形式多样，因此，基坑支护结构形式的选择也比较复杂[2]。
（1）该地区多为上覆土层、下伏碳酸盐层状岩体的复合基坑；
（2）该区的岩溶水分布规律很难查清，岩溶水源头位置、来势强弱、降水难易的判断都比较困难，因此基坑沉降的差异也相差较大，造成周围建筑物开裂后果严重；
（3）基坑失稳破坏除了原有上覆土层的破坏引起（或岩层面滑动破坏，或在土层中圆弧滑动破坏），还有因层状岩体的稳定性破坏而导致的基坑问题（如沿岩层面滑动、产生块体破坏和整体滑动破坏等）；
（4）基坑支护的应采取方法难于确定，因此支护的工程造价也相对较高。
4 基坑支护选型设计分析
4.1 放坡方案
放坡方案开挖后不进行任何支护处理（或面层喷射混凝土封闭），仅靠土体的自身稳定性保持基坑边坡稳定，是最经济的方案之一，但也受场地地层结构、场地用地范围和周边环境变形要求等条件限制[4]。其主要特点为：
（1）放坡地段地层具有较高强度时，通过控制放坡坡率和控制坡高（多级放坡）来保证基坑边坡的滑动整体稳定性，但不宜在地下水位较高的软塑或流塑状土体中采用放坡方案；
（2）造价低廉，不需要额外支付支护成本；工艺简单，技术含量较低；工期短，节省支护施工的时间；决定了放坡开挖是基坑支护的最优方案，条件允许时，尽量采用放坡方案或基坑顶部适量放坡；
（3）不能承受边坡坡顶的大荷载，坡顶土体水平位移较大，因此基坑边不能有重要建筑物或地下管线。
本工程基坑开挖深度较深，且基坑周边为人行道下市政管线和运营道路，管线拆改难度大，受施工场地限制，对变形要求较严格；因此本工程基坑不具备全深度放坡的条件，但可在顶部适当放坡以优化设计[3]。
4.2 土钉墙支护形式
土钉墙是由天然土体通过土钉墙就地加固并与喷射砼面板相结合，形成一个类似重力挡墙以此来抵抗墙后的土压力，从而保持开挖面的稳定，其主要特点为[5]：
（1）通过以增强边坡土体自身稳定性的主动制约机制形成的复合土体，有效地提高了土体的整体刚度，弥补了土体抗拉、抗剪强度低的弱点。通过相互作用、土体自身结构强度潜力得到充分发挥，改变了边坡变形和破坏的性状，显著提高了整体稳定性，更重要的是土钉墙受荷载过程中不会发生素土边坡那样的突发性塌滑，土钉墙不仅延迟塑性变形发展阶段，而且具有明显的渐进性变形和开裂破坏，不会发生整体性塌滑。
（2）土钉的数量较多，并作为群体起作用，个别土钉有质量问题或失效对整体影响不大，其周边土钉中，上排及同排的土钉分担了较大的荷载。
（3）施工速度快。土钉墙随土方开挖施工，分层分段进行，与土方开挖基本能同步，不需养护或单独占用施工工期，故多数情况下施工速度较其它支护结构快。
（4）当基坑周边有建筑物基础或地下是市政管线时，在设计时应考虑避开此类障碍物，以免施工时对其造成损害。
（5）在松散砂土、软塑、流塑黏性土以及有丰富地下水源的情况下不能单独使用土钉支护，必须与其他的土体加固支护方法相结合形成复合土钉墙。在饱和黏性土及软土中设置土钉支护更需特别谨慎，土钉在此类土中的抗拔力低，需较长且较密的土钉，软土的徐变还会使支护结构水平位移显著增加。
土钉墙为柔性结构支护，适用于较好的地层和较浅的基坑，且需允许基坑顶面有一定量的水平位移和地面沉降发生。本工程基坑开挖深度内大部分土质为软塑状黏性土，且基坑周边地下市政管线和居民楼较多，环境复杂，变形控制要求较高，因此土钉墙方案也不可行。
4.3 排桩支护+锚（撑）方案
锚（撑）式排桩支护方案为多支点支挡式结构，为稳定的超静定结构。撑（锚）式排桩主要特点为：
（1）在排桩上部设一道或数道支撑或锚杆，排桩下部嵌入基底以下的土层或岩层中，基坑外侧的水土压力由排桩和支撑或锚杆共同承担。
（2）锚拉式排桩支护的水平位移较大，采用预应力锚杆时可有效减小其位移。支撑式排桩支护对基坑变形控制效果则较好。
（3）施工时无振动、无噪音等环境公害，无挤土现象，对周围环境影响小，桩身强度高，刚度大，支护稳定性好，变形小。
（4）①基坑周边土层较好，邻近基坑边无建筑物或且坑用地以外允许占用地下空间，可选择拉锚排桩式支护结构，锚杆不宜锚入毗邻建筑物地基内，锚杆的锚固段不应设在灵敏度高的淤泥层内，在软土中也要慎用；②当基坑平面宽度较小，或相邻基坑边有重要建筑物、管线，或不允许占用基坑用地以外地下空间，可选择基坑内撑式排桩支护结构。本工程基坑周边土层较差，地下管线较多，且基坑宽度仅12m，可选用内撑式排桩支护结构。
本工程地层为软塑或淤泥质黏性土，地下水埋深浅，地质较差，且周边环境复杂，变形控制较严格；根据本工程基坑开挖深度和地质条件，最终确定采用排桩+内支撑的支护方案。
支护桩直径1m，间距2m，嵌固深度不少于5m。为使基坑支护设计达到优化的目标，设计时进行以下优化：
（1）对基坑顶部0.8m范围采用放坡方案，可缩短支护桩的长度，减少部分土压力可减小支护桩的弯矩和含钢量，同时可避免管廊施工完成后进行道路恢复时还需对支护结构进行破除。
（2）仅在支护结构顶部冠梁上设置一道支撑，减少支撑结构对施工作业空间的限制。
（3）内支撑采用工具式钢结构内支撑，可快速安拆，并周转使用，可有效控制成本。
根据本工程基坑特点，经综合分析和调整，本工程凉都大道东段基坑支护断面如图2所示。
图2 凉都大道东段基坑支护断面图
4.4 工程其他处理措施
（1）本场地处于岩溶水地区，岩溶分布不均匀，结合地质勘查资料，在基坑内设置排水沟及集水井，采用抽排的方式进行降水，坡顶也应设置排水沟，禁止坡顶水体进入基坑内；按每20m设置一个集水井，集水井长宽各2.0m，深度1.5m进行控制。施工中根据降水量情况进行调整，如集水井不满足降水要求，应增设集水井；施工中若遇零星冒水、涌水等问题，局部进行抽排，结合注浆等止水措施处理。
（2）凉都大道东段靠水黄公路段基坑两侧房屋建筑密集且房屋基础较差，若采取不采取止水措施将导致房屋不均匀沉降，需在支护桩后设置一道止水帷幕。由于填土中有部分石块，水泥深层搅拌桩无法施工，采用高压旋喷桩进行止水。
（3）针对岩溶地基的地基处理方法很多，如换土垫层法、深层密实法、加筋法、复合地基法、化学加固法等。本工程根据管廊结构底至岩石层的厚度，厚度在3m以内的采用换土垫层法，厚度在3m以上的采用振冲碎石桩复合地基法。
5 岩溶地区基坑工程的施工建议
5.1 注重基坑施工对周边环境的影响
基坑支护与降水的目的主要是保证在基坑开挖过程中和地下工程施工中以及周边建筑、道路及市政设施等的安全[6]。基坑开挖与降水会会破坏原场地的土力平衡，从而产生变形，基坑的变形，影响大约在基坑深度范围，而降水影响有时会超过降水漏斗半径的1~2倍，造成地面开裂、建筑物沉降开裂，甚至破坏。基坑支护结构可减少施工给土体强度造成破坏，控制周边变形；在施工前应对周边环境、市政管线和建筑物等进行调查研究，并针对其周边环境的各个特点，采用不同的基坑支护方式，可避免不必要的工程事故的发生，保证周边建（构）筑物的安全。同时，在施工前应委托第三方单位对预计可能受到影响的建（构）筑物、道路管线进行鉴定，做好记录和照相，用于以后判定是否因本次施工而引起了变形。施工前安全性鉴定应通过现场详细调查、结构检测、沉降和倾斜观测、计算分析等手段明确建（构）筑物安全状况，提出可采取的保护措施、可能引起的危害损坏纠纷提出建议。对存在安全隐患的建（构）筑物，应在施工前公函通知产权单位、房屋社区居委会或街道办，并采取必要的保护或维护措施。
5.2 重视基坑支护结构的现场监测
深基坑的理论研究和工程实践告诉我们，理论、经验和监测相结合是指导深基坑工程的设计和施工的正确途径，基坑支护结构监测是防止基坑发生坍塌等事故的重要方法。对于复杂的大中型工程或环境要求严格的项目，往往难从以往的经验中得到借鉴，也难以从理论上找到定量分析、预测的方法，这就必定要依赖于施工过程中的现场监测。首先，靠现场监测提供动态信息反馈来指导施工全过程，并可通过监测数据来了解基坑的设计强度，为工程动态设计提供依据；第二，可及时了解施工环境——地下土层、地下管线、地下设施、地面建筑在施工过程中所受的影响及影响程度；第三，可及时发现和预报险情的发生及险情的发展程度，为及时采取安全补救措施充当耳目。支护结构设计时应对监测提出要求，并由有资质的监测单位进行监测，监测项目的内容有：基坑顶部水平位移和垂直位移、深层土体位移、支撑内力、地下水位、基坑周边地表沉降、基坑周边建筑物变形等。监测单位应定期及时向施工各方反馈监测情况，当出现异常情况时，立即通知相关单位，分析原因，采取措施，防止事故的发生。
5.3 采用动态设计法进行施工
岩溶地基情况复杂，岩面起伏大，溶（土）洞分布情况难以通过有限的钻探孔摸查清楚。因此，根据勘察报告进行的支护桩设计往往在施工中遇到各种问题。为了确保基坑安全可靠，应采用动态设计的方法，根据施工过程中揭露的工程地质情况动态调整基坑的设计，及时对桩的嵌固深度进行优化调整，以保证基坑支护安全可靠，能较好地解决目前基坑及其支护体系收不确定因素影响等带来的可靠性问题。动态设计方法的引入，较好地解决了工程一次设计在施工中遇到的困难，保证了基坑安全可靠，具有较好的借鉴作用。而岩溶工程情况多变，不确定因素多，在设计过程中针对不同的情况处理好岩溶基坑的各种不良特性十分关键。
6 结语
地下综合管廊是目前发达国家普遍采用的城市市政基础工程，可改善城市形象、提升城市品质、高效利用地下空间、便于设施维护管理、避免“拉链马路”、缓解交通阻塞等。本工程基坑支护通过各种方案选型的对比，最终采用排桩+内支撑的支护方案，有效地保证了基坑工程的安全性，同时对周边建筑物和地下管线的影响最小，为岩溶地区山地城市综合管廊基坑工程提供了参考，对于我国正在兴起的城市地下综合管廊发展具有重要意义。
参考文献：
[1]苗战中. 六盘水市综合管廊PPP建设经验管见[J]. 施工企业管理，2016，（11）.
[2]钟颖. 贵州岩溶地区基坑支护的探讨[J]. 科技创新导报，2009，（24）：80.
[3]徐情根，邓锦波，徐醒华，金永革，伍进庭. 岩溶地区大型复杂的超深基坑支护结构选型[J]. 建筑技术开发，2012，39（04）：22-25.
[4]黄俊光，林祖锴，李伟科，罗永健. 岩溶地区桩锚基坑支护动态设计[J]. 建筑结构，2017，47（09）：94-97.
[5]中国人民共和国住房和城乡建设部. 建筑基坑支护技术规程[M]. 中国建筑工业出版社，2012.
[6]张红. 综合管廊在市政工程建设中的应用探讨[J]. 施工技术，2016，45（S1）：536-538.
论文作者:宋作友,陈颖,代金鑫,程寒露,魏晓东
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第26期
论文发表时间:2018/2/2
标签：基坑论文; 岩溶论文; 工程论文; 结构论文; 地下论文; 管线论文; 地区论文; 《建筑学研究前沿》2017年第26期论文;