軟土地基綜合管廊對路基沉降差影響與分析

王大勃，江曉峰

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院集團(tuán)廣東有限公司，廣東 佛山 528200）

0 引 言

綜合管廊也稱為共同溝、綜合管溝、共同管道，是指在地下建造一個公用的隧道空間，把多種公用管線集中鋪設(shè)在一起。修建綜合管廊主要是為了解決城市日益增長的交通量與道路下市政管線的施工、維護(hù)和檢修的矛盾。目前國家大力推進(jìn)城市地下綜合管廊建設(shè),在不同城市已開始建設(shè)、運(yùn)營試點(diǎn)工作。由于珠三角地區(qū)軟土分布較廣，管廊工程屬于市政道路工程的附屬部分，需著重考慮軟土地基處理及與道路基處理存在沉降差問題。管廊沉降需與周邊道路沉降協(xié)調(diào)，若出現(xiàn)較大的沉降差，會導(dǎo)致道路路面出現(xiàn)斷裂及破碎，嚴(yán)重時會產(chǎn)生路面沉陷，出現(xiàn)工程質(zhì)量事故，對社會產(chǎn)生不良影響。

周濟(jì)龍[1]等以湖南益陽市水網(wǎng)湖區(qū)綜合管廊工程為例，結(jié)合益陽典型軟土地質(zhì)條件對綜合管廊基底沉降進(jìn)行分析，研究多種因素對沉降的影響;周恒[2]等運(yùn)用大型三維有限元軟件，通過改變樁身模量、樁間距和樁長，在滿足綜合管廊沉降控制要求的前提下，進(jìn)行水泥土攪拌樁處理參數(shù)的研究及優(yōu)化;陳偉[3]采用復(fù)合地基的壓縮模型，利用盈建科軟件按修正的分層綜合法計(jì)算綜合管廊沉降，并提出了綜合管廊的變形允許值及控制變形的措施;黃建[4]通過對綜合管廊和周邊道路進(jìn)行沉降監(jiān)測，利用監(jiān)測數(shù)據(jù)對綜合管廊本體的沉降、管廊與道路之間的差異沉降、綜合管廊縱向的沉降等進(jìn)行了研究分析。

本文通過對某一管廊的工程實(shí)例，運(yùn)用有限元計(jì)算軟件，探討綜合管廊對路基沉降差的影響，并提出減少沉降差的建議，為今后類似工程提供參照。

1 工程概況

1.1 綜合管廊概況

本工程為佛山順德某在建管廊工程，綜合管廊為單艙型式，艙內(nèi)布置給水、再生水、電力、通信等市政管線。管廊與道路同建，位于道路中央隔離帶下，全長約0.50 km，現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，斷面凈尺寸為4.60 m×3.80 m，標(biāo)準(zhǔn)段上層覆土約3～3.5 m，見圖1。地基處理隨道路處理方式，采用水泥攪拌樁加固，其中水泥土攪拌樁樁徑500 mm，樁心距1500 mm，三角形布置。

圖1 綜合管廊橫斷面圖（單位：m）

1.2 地質(zhì)概況

路基沉降影響深度范圍內(nèi)主要地層為①層素填土、②層淤泥質(zhì)土、⑤層砂質(zhì)黏性土、⑥層強(qiáng)風(fēng)化巖、⑦層中風(fēng)化巖。其中②層淤泥質(zhì)土土質(zhì)較差，具高壓縮性，其厚度也較大，最大處孔位達(dá)到14 m。本次地基處理的攪拌樁樁長設(shè)計(jì)要求穿越②層土，進(jìn)入⑤層土?？辈炱陂g實(shí)測地下水位埋深一般為在0.30～1.90 m之間左右。

1.3 沉降控制標(biāo)準(zhǔn)

對于道路路基沉降控制，一般按《城市道路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ 194—2013）規(guī)定的主干路路基工后容許變形不大于300 mm。

對于綜合管廊沉降要求，現(xiàn)行的規(guī)范并未針對性的做出明文規(guī)定?！督ㄖ鼗A(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》第5.3.4條要求，體型簡單的基礎(chǔ)平均沉降量不大于200 mm。然而綜合管廊在考慮廊內(nèi)管道接口變形要求及變形縫橡膠止水帶等因素，200 mm的沉降控制要求顯然偏大。文獻(xiàn)[3]提出在高壓縮性土下綜合管廊地基變形允許值為100 mm，在中、低壓縮性土下允許值60 mm的觀點(diǎn)較為合理。

顯然管廊沉降控制要求是遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于路基沉降控制要求，因此對于存在綜合管廊的道路設(shè)計(jì)，應(yīng)綜合考慮管廊變形控制要求，在計(jì)算路基沉降時，也應(yīng)嚴(yán)于常規(guī)設(shè)計(jì)，避免造成過大的路基沉降差。

2 有限元計(jì)算分析

2.1 計(jì)算模型

綜合考慮分析問題的合理性、計(jì)算速度和模型規(guī)模，選用PLAXIS有限元分析軟件，并采用二維有限元平面應(yīng)變模型進(jìn)行分析。模型寬度取為道路寬度45 m，模型高度由壓縮層厚度控制，取為30 m。對模型邊緣兩側(cè)采用滑動約束，既約束水平方向，垂直方向自由，底部為簡支約束。計(jì)算模型見圖2。

圖2 綜合管廊計(jì)算模型

土層分布及計(jì)算參數(shù)根據(jù)現(xiàn)場的地質(zhì)勘查報告選定，模型中假定各土層沿深度方向均勻分布，模型的土層參數(shù)采用莫爾-庫侖模型，各土層參數(shù)按表1取值，泊松比統(tǒng)一取0.3，模型中采用自動劃分網(wǎng)格的方式進(jìn)行網(wǎng)格劃分。路面荷載按城-A級考慮。

表1 地層特性表

2.2 復(fù)合地基面積置換率的影響

本次計(jì)算共考慮了4種不同工況，水泥攪拌樁加固面積置換率除按實(shí)際情況下0.10，還分別按面積置換率0.15、0.20及天然地基進(jìn)行了模擬計(jì)算。其中模型中②層土復(fù)合地基的壓縮模量E按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50007—2011）第7.2.12條計(jì)算而得，見表2。

表2 復(fù)合地基壓縮模量計(jì)算表

不同工況下②層淤泥土層壓縮模量取值不同，最終有限元計(jì)算結(jié)果見圖3～圖6。

圖3 天然地基情況下管廊與道路沉降云圖

圖4 面積置換率0.1時管廊與道路沉降云圖

圖5 面積置換率0.15時管廊與道路沉降云圖

圖6 面積置換率0.20時管廊與道路沉降云圖

由圖3～圖6可知，在管廊作用下，道路沉降呈現(xiàn)兩邊大，中間小，倒V型，其主要原因管廊處的基底附加應(yīng)力小于周邊，沉降也因此減少。

各圖比較之下，隨著地基加固面積置換率的增加，管廊與道路的沉降明顯減小。4種工況下，道路最大沉降值分別為87 mm、68 mm、54 mm、46 mm；管廊處道路沉降分別為40 mm、37 mm、33 mm、30 mm；其沉降差分別為47 mm、31 mm、21 mm、16 mm。從數(shù)據(jù)中可以得知，地基加固對路基沉降差有明顯控制作用，并且加固面積置換率的增加，沉降差也明顯減小。

2.3 管廊覆土深度的影響

本次計(jì)算共考慮了4種不同工況，綜合管廊上部覆土厚度除實(shí)際情況下3 m，還分別按2 m、4 m、5 m進(jìn)行了模擬計(jì)算。計(jì)算結(jié)果見圖7～圖10。

圖7 覆土厚度2 m時管廊與道路沉降云圖

圖8 覆土厚度3 m時管廊與道路沉降云圖

圖9 覆土厚度4 m時管廊與道路沉降云圖

圖10 覆土厚度5 m時管廊與道路沉降云圖

從圖7～圖10中可以分析，各個工況下道路最大沉降量最大變形量為68mm，這與無管廊情況下道路沉降計(jì)算值基本一致，沉降值不但滿足道路規(guī)范規(guī)定的300 mm的要求，也間接滿足了管廊沉降容許值100 mm的要求[3]。隨著覆土的增加，管廊處道路沉降分別為31 mm，37 mm，41 mm，46 mm，其沉降差分別為 37 mm、31mm、27 mm、22 mm。管廊處的道路沉降隨管廊埋深雖然有所減小，但與周邊道路沉降差增加。其主要原因管廊上部回填土厚度不同，而這部分回填土的沉降量不容忽視。綜上管廊埋深的增加對路基沉降差有明顯的改善作用。

3 結(jié) 語

（1）軟土地基下綜合管廊規(guī)范設(shè)計(jì)時應(yīng)盡量布置在人行道或綠化帶中。如不得已布置在車行道下，應(yīng)考慮綜合管廊對路基沉降差的影響。對道路的沉降控制也應(yīng)嚴(yán)于常規(guī)設(shè)計(jì)。

（2）復(fù)合地基對天然地基而言，對沉降差有明顯控制作用，并且隨著地基處理面積置換率的增加，沉降差也相應(yīng)減小。

（3）管廊上層覆土厚度對沉降差也有一定改善作用。但隨著管廊埋深增加，主體結(jié)構(gòu)與基坑開挖的工程量也會相應(yīng)增加。因此沉降差控制方法上，優(yōu)先推薦復(fù)合地基處理方式。