深基坑中電力管溝原位保護(hù)技術(shù)

李雪洋

（1.中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 102600；2.蘇州眾通規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，江蘇 蘇州 215000）

1 引言

隨著城市化進(jìn)程的加快，城市擁堵問題越來越嚴(yán)重，越來越多的城市開始建設(shè)地鐵。在地鐵建設(shè)過程中，基坑敞口式開挖不可避免地會(huì)遇到地下管線。一般情況下將管線臨時(shí)遷改，等待地鐵結(jié)構(gòu)建設(shè)完成后，再將管線恢復(fù)原狀。若在重要管線不允許永久遷改或臨時(shí)遷改工期太長、成本過高、不具備施工條件的情況下，只能采取管線原位保護(hù)的方法。由于管線種類、材質(zhì)、埋深、尺寸均不相同，原位保護(hù)方案的選擇因管線而異。

本文結(jié)合蘇州市軌道交通S1 線花橋停車場(chǎng)出入場(chǎng)線明挖基坑與110 kV 高壓管溝，研究深基坑中電力管溝原位保護(hù)技術(shù)。

2 工程概況

花橋停車場(chǎng)出入場(chǎng)線區(qū)間位于蘇州市昆山市花橋鎮(zhèn)，其中位于沿滬大道的地下結(jié)構(gòu)采用明挖法施工?；覣 開挖深度12.0～16.8 m，開挖寬度11.4～14.6 m。除工作井外，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用φ850 mm@600 mmSMW 工法樁。橫跨基坑有一條110 kV 高壓管溝，埋置深度約1.5 m，走向與基坑垂直。

其中，電力檢修井為單層混凝土框架結(jié)構(gòu)，壁厚0.25 m，電力井外部尺寸為：長9.5 m×寬2.7 m×高2.05 m。電力井處基坑寬度為13.0 m，電力井位于基坑內(nèi)。電力檢修井以外高壓線采用4 排×6 孔拖拉排管地下埋設(shè)。電力檢修井橫斷面如圖1所示。

圖1 電力檢修井橫斷面圖（單位：mm）

原設(shè)計(jì)方案為：基坑A 施工期間，將110 kV 高壓線臨時(shí)遷改至基坑外側(cè)繞行→施工基坑A 圍護(hù)結(jié)構(gòu)、開挖土方、主體結(jié)構(gòu)、覆土回填→高壓線恢復(fù)至現(xiàn)狀（基坑A 結(jié)構(gòu)頂部）→施工B 基坑。但在實(shí)際遷改過程中，高壓線遷改周期過長制約項(xiàng)目建設(shè)總工期，且遷改費(fèi)用巨大。經(jīng)研究決定采用原位保護(hù)方案。

3 原位保護(hù)方案

保護(hù)方案包括：電力檢修井保護(hù)、基坑安全保護(hù)。

基坑安全又分為：基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)安全、基坑豎向開挖面安全。

3.1 電力檢修井保護(hù)

電力井保護(hù)方案的選擇主要依據(jù)電力井結(jié)構(gòu)與基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的相對(duì)標(biāo)高，分為懸吊保護(hù)方案和托底保護(hù)方案。

由于本項(xiàng)目電力井埋深較淺，通過下壓基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)冠梁標(biāo)高可使電力井底部位于冠梁頂標(biāo)高以上，故采用托底保護(hù)方案。

3.1.1 托底保護(hù)方案概述

整個(gè)托底保護(hù)體系由鉆孔灌注樁、混凝土支撐、I25a 工字鋼托底梁組成。電力檢修井坐落于I25a 工字鋼托底梁上，工字鋼間距0.8 m，兩端與混凝土支撐鋼筋焊接牢固。電力井混凝土結(jié)構(gòu)自重通過工字鋼托底梁傳遞至混凝土支撐，混凝土支撐將荷載傳遞至冠梁、鉆孔灌注樁，再由鉆孔灌注樁將荷載傳遞至地基。

3.1.2 電力井變形控制指標(biāo)

根據(jù)電力管線產(chǎn)權(quán)單位要求，電力井豎向沉降變形控制值≤10 mm。

3.2 基坑安全方案

3.2.1 基坑圍護(hù)方案概述

電力井范圍內(nèi)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)采用直徑1.2 m 的鉆孔灌注樁，根據(jù)配筋不同共分A、B 兩種不同類型[1]。A/B 鉆孔樁間距為1.4 m，A/A 鉆孔樁間距為3.428 m/3.007 m。樁頂冠梁、混凝土支撐均采取加強(qiáng)設(shè)計(jì)。

3.2.2 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

采用FRWS9.0 軟件對(duì)基坑開挖、回筑階段進(jìn)行模擬，分別計(jì)算A/A、A/B 圍護(hù)結(jié)構(gòu)情況下，基坑變形、圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力，計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 不同間距鉆孔樁基坑變形及內(nèi)力

經(jīng)計(jì)算，鉆孔樁配筋、基坑整體穩(wěn)定性、坑底隆起穩(wěn)定性、地表沉降均滿足JGJ 120—2012《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》的要求。

3.3 基坑豎向開挖面安全

3.3.1 基坑豎向開挖面方案概述

混凝土鉆孔樁范圍內(nèi)基坑外側(cè)采用直徑3.0 m/2.4 m MJS樁封閉基坑外側(cè)地下水。A/A 鉆孔樁最大間距為3.428 m，此范圍內(nèi)受電力排線制約，地面無法施作基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)，僅做MJS 樁止水。需對(duì)豎向開挖面內(nèi)做加強(qiáng)設(shè)計(jì)。鉆孔樁及MJS樁平面示意圖如圖2 所示。

圖2 鉆孔樁及MJS 樁平面示意圖

A 型鉆孔樁在基坑豎向深度范圍內(nèi)采用鋼護(hù)筒施工：（1）鉆孔樁成孔時(shí)確保電力線安全；（2）開挖面內(nèi)型鋼鋼架與鋼護(hù)筒焊接，方便施工。基坑豎向開挖面內(nèi)：隨基坑開挖，臨基坑一側(cè)豎向每0.5 m 設(shè)一道I28a 型鋼鋼架，水平鋼架與鋼護(hù)筒焊接牢固。鋼架內(nèi)側(cè)設(shè)φ14 mm 間距200 mm 鋼筋做加強(qiáng)網(wǎng)面，并噴射早強(qiáng)混凝土。

3.3.2 基坑豎向開挖面驗(yàn)算

基坑豎向開挖面驗(yàn)算分為水平作用面正應(yīng)力驗(yàn)算、豎向作用面墻體應(yīng)力驗(yàn)算、MJS 樁邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算、工字鋼鋼架強(qiáng)度驗(yàn)算4 個(gè)部分。

MJS 樁為旋噴樁的一種類型，與攪拌樁同屬于土體改良工藝。本工程中MJS 樁強(qiáng)度驗(yàn)算主要步驟為：

1）水平作用面正應(yīng)力驗(yàn)算：

首先，進(jìn)行MJS 水泥土抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算：式中，τ1為作用于鉆孔樁與水泥土之間的錯(cuò)動(dòng)剪應(yīng)力設(shè)計(jì)值，N/mm2；γ0為支護(hù)結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，此處取1.0；V1k為作用于鉆孔樁與水泥土之間單位深度范圍內(nèi)的錯(cuò)動(dòng)剪力標(biāo)準(zhǔn)值，N/mm；del為MJS 樁體的有效厚度，此處取1 200 mm；qk為作用于MJS 樁計(jì)算截面處的側(cè)壓力強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，N/mm2，此處取側(cè)土壓力138 kN/m2、超載側(cè)向壓力11.2 kN/m2之和；L1為相鄰鉆孔樁翼緣之間的凈距，mm，此處取3 428 mm；τ 為水泥土抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，N/mm2；τck為水泥土抗剪強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，N/mm2，可取MJS 樁28 d 齡期無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的1/3。MJS 樁28 d 齡期無側(cè)限抗壓強(qiáng)度根據(jù)設(shè)計(jì)要求，取值1 500 kPa。

經(jīng)計(jì)算，MJS 水泥土抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值τ1=266.3 kPa ≤τ=312.5 kPa，MJS 水泥土抗剪強(qiáng)度滿足要求。

2）MJS 樁水泥土抗拉強(qiáng)度驗(yàn)算：

式中，σ1為MJS 樁水泥土抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，kPa；Mi為MJS 樁水泥土驗(yàn)算結(jié)垢面的彎矩設(shè)計(jì)值，根據(jù)FRWS9.0 軟件計(jì)算結(jié)果，取值724 kN·m/m；B為驗(yàn)算截面處MJS 樁水泥土的寬度，取3.0 m；γcs為水泥土墻的重度，取22 kN/m2；Z為驗(yàn)算截面至水泥土墻頂?shù)拇怪本嚯x，取14.2 m；σ 為MJS 樁水泥土抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，kPa；fcs為水泥土開挖齡期時(shí)的軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，取1 500 kPa。

經(jīng)計(jì)算，MJS 樁水泥土最大拉應(yīng)力333 kPa＞225 kPa（拉應(yīng)力超限），不滿足要求。

3）MJS 樁邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算

按巖土邊坡模型考慮的邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算最不利滑動(dòng)面位置，滑動(dòng)安全系數(shù)=1.161＞1.0，邊坡穩(wěn)定性滿足要求。

4）I28a 工字鋼鋼架強(qiáng)度驗(yàn)算

正常狀況下，鋼架僅承受樁間未加固土體側(cè)土壓力；

經(jīng)計(jì)算，I28a 工字鋼正應(yīng)力σ1=12 MPa＜f=215 MPa（f為工字鋼容許彎曲應(yīng)力），剪應(yīng)力τ1=7.5 MPa≤fv=125 MPa（fv為工字鋼容許剪應(yīng)力）；

在極限狀態(tài)下，正應(yīng)力σ2=192.9 MPa＜f=215 MPa，剪應(yīng)力τ2=87 MPa≤fv=125 MPa。工字鋼強(qiáng)度均滿足要求。

結(jié)論：MJS 樁除拉應(yīng)力外，其余指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。正應(yīng)力（拉應(yīng)力）計(jì)算時(shí)彎矩設(shè)計(jì)值考慮了1.25 安全系數(shù)。水泥土抗拉強(qiáng)度根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)一般為0.1～0.25 倍的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，規(guī)范取較保守的系數(shù)0.15。故計(jì)算結(jié)果不滿足要求。水泥土抗拉強(qiáng)度與無側(cè)限抗壓強(qiáng)度成正比，系數(shù)受土層性能及現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量影響，不易確定。

3.4 現(xiàn)場(chǎng)施工

3.4.1 MJS 樁、鉆孔樁施工

電力管溝保護(hù)共施工8 根直徑1.2 m 的鉆孔灌注樁。其中，臨近電力線4 根鉆孔樁為A 型樁，采用局部鋼套筒護(hù)壁，其余4 根為B 型樁采用回旋鉆機(jī)施工。鉆孔樁外側(cè)緊貼電力排管采用鉆機(jī)預(yù)成孔，施工MJS 樁，樁徑2.4 m/3.0 m。

3.4.2 電力井托底梁施工

基坑鉆孔樁、MJS 樁施工完成，強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求經(jīng)檢測(cè)合格后→綁扎樁頂冠梁鋼筋→平整基坑內(nèi)部土方至電力井底部標(biāo)高→電力井底部人工掏槽→插入電力井底部I25a 工字鋼→綁扎兩側(cè)混凝土支撐鋼筋→澆筑支撐、冠梁混凝土。

3.4.3 豎向開挖面支護(hù)施工

隨基坑開挖，A/A 樁間豎向開挖面施作工字鋼鋼架、加強(qiáng)鋼筋網(wǎng)片、噴射早強(qiáng)混凝土?；娱_挖至坑底時(shí)，基坑出現(xiàn)少量滲漏水。經(jīng)分析，可能的原因如下：

1）基坑最深處側(cè)土壓力最大，MJS 樁承受最大側(cè)土壓力的情況下，抗拉強(qiáng)度不足導(dǎo)致豎向MJS 樁斷裂，基坑外側(cè)地下水從裂縫流入基坑內(nèi)。

2）MJS 樁在坑底粉砂地層中成樁效果差，直徑小于設(shè)計(jì)值，導(dǎo)致不能咬合止水。止水后，內(nèi)部結(jié)構(gòu)澆筑完成，直至覆土回填，基坑變形指標(biāo)正常。

4 結(jié)語

1）方案設(shè)計(jì)前應(yīng)詳盡搜集現(xiàn)場(chǎng)管線資料，必要時(shí)進(jìn)行實(shí)地探挖重新測(cè)量，確保資料準(zhǔn)確。電力管溝因埋深、尺寸、材質(zhì)等不同，保護(hù)方案不能一概而論。應(yīng)結(jié)合工期、造價(jià)、施工便利性、對(duì)周邊環(huán)境的影響等方面綜合比選方案，確定最優(yōu)方案。

2）本方案采用鋼套筒鉆孔樁+型鋼托底梁+豎向開挖面型鋼加強(qiáng)支護(hù)的方案。電力井沉降效果符合產(chǎn)權(quán)單位要求?；幼冃慰刂品显O(shè)計(jì)要求，施工便利、可操作性行強(qiáng)，方案整體可行。