月羅公路污水管道復線工程基坑圍護結構的選型及變形控制

吳松嶺,貝　晗

(1.上海市寶山區(qū)水利管理所,上海市 201999;2.上海市政工程設計研究總院(集團)有限公司,上海市 200092)

月羅公路污水管道復線工程基坑圍護結構的選型及變形控制

吳松嶺1,貝晗2

(1.上海市寶山區(qū)水利管理所,上海市 201999;2.上海市政工程設計研究總院(集團)有限公司,上海市 200092)

結合月羅公路污水管道頂管工程,闡述了對位于城市主干道上的管道施工方式選擇的考慮,比較了不同基坑圍護結構形式的優(yōu)劣,同時結合工程實際情況,對施工時基坑對周邊環(huán)境的影響、土體的變形情況進行了模擬計算。

頂管;基坑圍護;變形計算

1　項目背景

隨著上海市寶山區(qū)羅店鎮(zhèn)大型居住區(qū)范圍的擴大、人口的增加,使羅店基地污水外排配套工程一期工程)中月羅公路(滬太路～潘徑路)已建的DN1000污水管道及長山污水泵站不能滿足遠期污水量的需求,根據《寶山區(qū)美羅家園大型居住社區(qū)污水排水系統(tǒng)專業(yè)規(guī)劃》,需沿月羅公路(滬太路～潘徑路)新建一根月羅公路污水管道復線,以滿足地區(qū)發(fā)展需要。復線污水管道總長度約2.7 km,管徑為DN800。

2　頂管工程沿線的基坑圍護結構選型

由于本工程中管道沿月羅公路敷設,而月羅公路作為寶山地區(qū)交通要道,車輛量大,重車多。若采用半幅或大半幅封路開挖施工必然對該區(qū)域的交通造成較為不利的影響,嚴重干擾周邊地塊人們的出行甚至影響周邊區(qū)域在上下班高峰時間的道路通暢;同時在公路沿線有較多的民房、工廠及公共服務設施,再加上由于工程范圍內管道眾多,為考慮避讓現狀諸多管道,本工程管線的埋設深度較深,采用開挖施工對周邊建筑物的環(huán)境的影響較大、安全性差。綜合上述情況,本工程全線采用頂管施工,污水管道管徑DN800,頂管管材采用加強型樹脂混凝土管。根據角度不同設置矩形頂管坑及圓形頂管坑,頂距控制在150 m左右,最大頂力約為1 000 kN。

頂管工作坑、接收坑常用的結構型式有:(1)鋼筋混凝土沉井結構、(2)“SMW”工法(即三軸水泥攪拌樁內插H型鋼工藝)、(3)鉆孔灌注樁+高壓旋噴樁(或水泥攪拌樁)隔水帷幕、(4)地下連續(xù)墻結構。

在本工程中,考慮到頂管井大部分位于已建成的交通干線上,采用沉井法施工時,降水會引起周圍道路及地下管線沉降,且沉井在道路上高空作業(yè),存在較大的安全隱患;而“SMW”工法中三軸攪拌樁施工時機械占用道路面積較大,經測算,需占用2條機動車道1條非機動車道及部分人行道,而井位又有多處臨近道路的十字路口,其施工對現場交通組織的影響很大,在工程實施階段必然造成多處交通瓶頸;若采用地下連續(xù)墻結構,除對交通的影響外,還存在工程費用過高的問題。故本工程中采用了對周圍環(huán)境和交通影響相對較小的鉆孔灌注樁+高壓旋噴樁(局部雙軸水泥攪拌樁)隔水帷幕的基坑圍護方案:矩形頂管工作坑平面內徑尺寸為7.3 m×3.5 m;矩形頂管接收坑平面內徑尺寸為4.5 m×3.5 m;圓形頂管工作坑平面內徑尺寸為φ7.3 m;圓形頂管接收坑平面內徑尺寸為φ4.5 m。頂管坑外圍護結構均采用φ800鉆孔灌注樁作為基坑圍護結構,鉆孔灌注樁外側采用φ800高壓旋噴樁作為隔水帷幕,搭接250;頂管坑內設置400 mm厚鋼筋混凝土內襯;頂管井底部均采用3 m厚壓密注漿進行地基加固及止水。頂管工作坑、接收坑沿豎向設置若干道水平圍檁,其中矩形頂管工作坑、接收坑采用雙拼工字鋼作為水平圍檁,圓形頂管工作坑、接收坑采用鋼筋混凝土圍檁作為水平圍檁。

3　基坑圍護結構的變形計算與控制

考慮到工程沿線基坑位于月羅公路主干道上,除距離周邊建筑物較近,臨近基坑尚有車輛荷載。頂管工作坑、接收坑圍護結構設計時,除滿足基坑自身的內力、穩(wěn)定性、抗隆起、抗傾覆計算外,對其自身受力結構變形的控制以及對周邊環(huán)境影響的監(jiān)測,即周邊土體隨時間的變形控制量監(jiān)測就顯得尤為重要,一方面出于安全的考慮,另一方面還需確保周邊的居民的正常生活和出行。

以下以本工程中設計深度較深的11#頂管工作坑為例,進行計算分析。

根據上海市工程建設規(guī)范《基坑工程技術規(guī)范》第3.0.1條規(guī)定,11#頂管工作坑深度大于7 m、小于12 m,故基坑的安全等級為二級。同時根據海市工程建設規(guī)范《基坑工程技術規(guī)范》第3.0.2條規(guī)定,本工程基坑邊緣距周邊無優(yōu)秀歷史建筑物、無精密儀器與設備的廠房、無軌道交通設施、無防汛墻、無重要的自來水管及燃氣管等,同時11#頂管工作坑周邊需保護的管道、建筑物的距離小于其深度,故本工程11#頂管工作坑的環(huán)境保護等級為二級。

11#頂管工作坑位置處土層分布及物理力學性質見表1。

表1　土層及其物理力學性質

采用規(guī)范規(guī)定的數值計算公式,可得到基坑圍護結構的變形及周邊土體的沉降變形,見圖1、圖2。

圖1　圍護結構位移變形圖

圖2　周邊土體沉降變形圖

由于11#頂管坑周邊1倍基坑深度范圍內存在現狀污水管線,采用數值計算無法得到基坑開挖對現狀管線的影響,故針對上述情況,本工程還采用MIDAS軟件對基坑和需保護的管線進行建模,采用有限元分析計算,一方面與規(guī)范的數值計算相互印證,一方面也模擬了現場實際情況,對基坑施工對周邊環(huán)境的影響做到心中有數。

基坑開挖時周邊土體的水平位移見圖3。

圖3　施工期間土體水平位移

基坑開挖時周邊土體的豎直位移見圖4。

圖4　施工期間土體豎向位移

根據基坑不同的開挖工況對周邊土體變形的計算,可以得出如下結論:

(1)基坑開挖過程中,最大水平變形及最大豎向變形均發(fā)生在基坑底部,基坑頂部及周邊的變形遠小于基坑底部;

(2)距基坑較近的管道位置處土體變形極小,最大水平位移均小于2 mm;最大豎向位移均小于mm。基坑開挖不會對其正常使用產生不利影響。

把基坑計算結果與規(guī)范要求的限值進行比較,均滿足規(guī)范要求,見表2、表3。

表2　基坑計算結果與規(guī)范要求的限值比較表

表3　基坑計算結果與規(guī)范要求的限值比較表

在工程進行過程中,現場監(jiān)測數據與計算模擬數據吻合較好(小于計算模擬值),基坑變形控制在規(guī)范要求的范圍內,由此可見,建模模擬計算可指導基坑工程設計及施工。

4　結語

目前,隨著城市開發(fā)建設的加快,為配合地塊的開發(fā),城區(qū)內甚至是中心城區(qū)內的市政管網建設同樣提上日程,而污水管道的敷設由于各方面條件的限制,埋設深度逐步加深,管徑逐步加大,施工難度日益增加。為確保工程的順利實施,同時最大程度降低對周邊環(huán)境、交通、生活的影響,在確保相關基坑設計安全性的同時,應重視對施工對周邊環(huán)境的影響,控制基坑四周土體的變形,加強對其的監(jiān)測,以確保人們的正常生活和施工周邊市政配套管線的正常使用。

TU753

B

1009-7716(2015)12-0077-03

2014-08-10

吳松嶺(1981-),男,上海人,助理工程師,從事市政、水利工程管理工作。