陳偉 毛天野 方敏輝

(臺(tái)州市城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院 318000)

引言

不均勻沉降是已建管廊的主要病害之一,一般發(fā)生在管廊接縫處。箱體接縫處的不均勻沉降導(dǎo)致變形縫止水破壞失效,進(jìn)而引發(fā)滲漏水,也是造成主體結(jié)構(gòu)裂縫的主要原因。

臺(tái)州市地下綜合管廊一期工程建設(shè)總長(zhǎng)度為32.2km,其中臺(tái)州大道段(4.3km) 和市區(qū)段(15.3km)已開工建設(shè)。臺(tái)州地區(qū)主要為軟土地基,地基承載力及壓縮模量低,工程性質(zhì)極差,在荷載作用下易產(chǎn)生固結(jié)沉降。如何控制不均勻沉降是臺(tái)州綜合管廊面臨的主要難題。

本文以臺(tái)州市地下綜合管廊一期工程為例,介紹了綜合管廊沉降的計(jì)算方法。通過(guò)不同節(jié)點(diǎn)的沉降比較分析及經(jīng)驗(yàn)總結(jié),提出優(yōu)化設(shè)計(jì)方案,為今后軟土地區(qū)綜合管廊地基處理及不均勻沉降防治措施提供借鑒。

1 工程概況

現(xiàn)代大道管廊為臺(tái)州市地下綜合管廊一期工程,西起教七路,東至東二路,長(zhǎng)度約12.3km。管廊布置在道路南側(cè)綠化帶下,離道路邊線1.5m,頂板覆土約2.5m。

管廊為三艙斷面,擬容納220kV 電纜、110kV 電纜、10kV 電纜、通訊電纜、給水管、中水管、燃?xì)獾仁姓芫€。目前正在建設(shè)中。

2 地質(zhì)概況

2.1 地形地貌

根據(jù)《臺(tái)州市地下綜合管廊一期工程(詳勘)》,建設(shè)場(chǎng)地位于平原區(qū),地勢(shì)平坦開闊,總體呈西高東低的變化特征,地形坡度小于2°,地面高程2.0m～3.5m,地表水系縱橫交錯(cuò)。表部主要由海積的粘土組成,下部為巨厚的淤泥質(zhì)土?，F(xiàn)狀多為民宅、農(nóng)田(荒地)、道路、河道等。

2.2 地基土層的分布與特征

本文節(jié)點(diǎn)位置勘探揭示土層自上而下分別為:

①2層: 粘土(m,灰黃色,俗稱“硬殼層”,自上而下由可塑漸變?yōu)檐浰?厚層狀。該層場(chǎng)地表部分布,在河、塘、局部道路等處缺失,層厚0.50m～2.00m,層頂埋深0.00m～4.10m,具中偏高壓縮性,工程性質(zhì)一般。

③2層: 粘土(m),灰色,軟塑,厚層狀～細(xì)鱗片狀。該層場(chǎng)地中部分布,揭露層厚0.50m～13.00m,層頂埋深20.00m～30.50m,相應(yīng)高程為- 27.85m～- 17.05m,具高壓縮性,工程性質(zhì)差。

圖1 管廊土層位置示意Fig.1 Utility tunnel location in soil layer

2.3 地基土設(shè)計(jì)參數(shù)

地基土設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

表1 地基土設(shè)計(jì)參數(shù)Tab.1 Design parameters of foundation soil

3 管廊地基處理設(shè)計(jì)

3.1 地基處理原則

綜合管廊采用旋噴樁復(fù)合地基,旋噴樁樁徑0.5m(單重管),樁距1.0m～1.2m,樁頂設(shè)20cm碎石褥墊層。設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)(不含30cm 鑿樁頭),樁頂設(shè)20cm 碎石褥墊層,樁頂標(biāo)高同褥墊層底標(biāo)高。旋噴樁樁身無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為R90 =1.8MPa,參照設(shè)計(jì)強(qiáng)度R28 =1.2MPa[1]。水泥摻入量為22%～25%(占加固土重),水灰比控制在0.8～1.2。

3.2 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

本文選取現(xiàn)代大道標(biāo)準(zhǔn)段及緊鄰的通風(fēng)口進(jìn)行沉降分析、比較。荷載標(biāo)準(zhǔn): 汽車荷載等級(jí)為城A 級(jí),地面堆載10kN/m2,管廊內(nèi)中板活荷載7kN/m2,底板活荷載4kN/m2。

標(biāo)準(zhǔn)段為單層結(jié)構(gòu),頂板頂距現(xiàn)狀地面約0.5m,距設(shè)計(jì)地面約2.5m,地基處理樁間距1m×1m,樁長(zhǎng)10m;通風(fēng)口為兩層結(jié)構(gòu),局部風(fēng)井伸出地面,地基處理樁間距1m × 1m,樁長(zhǎng)8m。其斷面見圖2、圖3。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)段地基加固示意Fig.2 Ground strengthening treatment for standard segment

圖3 通風(fēng)口地基加固示意Fig.3 Ground strengthening treatment for air vent

4 沉降計(jì)算分析

4.1 計(jì)算原則

依據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007-2011)第5.3.5 條[2],按修正的分層總和法計(jì)算:

復(fù)合土層的壓縮模量按GB50007-2011 第7.2.12 條采用:

式中:Espi為第i層復(fù)合土層的壓縮模量(MPa);ξ為復(fù)合土層的壓縮模量提高系數(shù);fspk為復(fù)合地基承載力特征值(kPa);fak為基礎(chǔ)底面天然地基承載力特征值(kPa)。

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》 式7.1.5-2計(jì)算,10m 和8m 旋噴樁加固后復(fù)合地基承載力特征值分別為120kPa 和100kPa。加固樁所處淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層和淤泥質(zhì)粘土層的原地基承載力特征值均為55kPa,根據(jù)本文公式(3),10m 和8m 加固后復(fù)合土層的壓縮模量提高系數(shù)分別為2.182 和1.818。根據(jù)式(2)計(jì)算后上述土層不同樁長(zhǎng)加固后其壓縮模量見表2。

表2 復(fù)合地基壓縮模量Tab.2 Compression modulus of the composite foundation

4.2 沉降計(jì)算

管廊沉降計(jì)算采用盈建科軟件進(jìn)行計(jì)算分析,在基礎(chǔ)建模模塊中,地質(zhì)資料的標(biāo)準(zhǔn)孔點(diǎn)的土層參數(shù)采用復(fù)合地基壓縮模量,進(jìn)行復(fù)合地基沉降計(jì)算。

圖4 管廊沉降值Fig.4 Settlement of of utility tunnel

本文選取了現(xiàn)代大道段勘探孔Z346 附近的標(biāo)準(zhǔn)段及緊鄰的通風(fēng)口。經(jīng)計(jì)算,各節(jié)點(diǎn)加固前后的沉降值見圖4,其中標(biāo)準(zhǔn)段未加固前最大沉降為97mm,加固后最大沉降為57mm。通風(fēng)口未加固前最大沉降為42mm,加固后最大沉降為29mm。標(biāo)準(zhǔn)段及通風(fēng)口加固后沉降等值線見圖5、圖6。

4.3 沉降分析及優(yōu)化建議

從計(jì)算結(jié)果可知,標(biāo)準(zhǔn)段及緊鄰的通風(fēng)口,地基未加固前,相鄰沉降差達(dá)55mm,加固后相鄰沉降差為28mm。也就是說(shuō)加固后,沉降差減小了27mm,節(jié)點(diǎn)差異沉降降低了49%。

圖5 標(biāo)準(zhǔn)段加固后沉降等值線(單位： mm)Fig.5 Settlement contour after reinforcement of standard segment(unit: mm)

圖6 通風(fēng)口加固后沉降等值線(單位： mm)Fig.6 Settlement contour after reinforcement of air vent(unit: mm)

若標(biāo)準(zhǔn)段地基加固,緊鄰的通風(fēng)口不加固,相鄰沉降差為15mm,沉降差與均未加固前的55mm 相比,降低了73%。

因此,通風(fēng)口等節(jié)點(diǎn)地基處理可結(jié)合基坑圍護(hù)被動(dòng)區(qū)土體加固進(jìn)行優(yōu)化。

4.4 管廊地基變形允許值的建議

本文對(duì)其余標(biāo)段的綜合管廊標(biāo)準(zhǔn)段進(jìn)行了沉降計(jì)算,設(shè)計(jì)地面高出現(xiàn)狀地面最大約2.5m,此處沉降最大達(dá)85mm。

在現(xiàn)行《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》(GB 50838-2015)中,未明確規(guī)定綜合管廊地基變形允許值?！督ㄖ鼗A(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007-2011)中第5.3.4 對(duì)建筑物地基變形允許值也是收集了大量建筑物的沉降觀測(cè)資料,通過(guò)分析、統(tǒng)計(jì)其變形特征得出的。

管廊除了經(jīng)驗(yàn)的積累,可從變形縫防水這一關(guān)鍵點(diǎn)給出試行地基變形允許值,為今后設(shè)計(jì)提供參考標(biāo)準(zhǔn)。管廊變形縫防水等級(jí)為一級(jí),根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)按30mm 設(shè)置,中間設(shè)置橡膠止水帶,外側(cè)為防水卷材或彈性防水涂料。根據(jù)《地下工程防水設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50108-2008),防水材料的扯斷伸長(zhǎng)率達(dá)200%及以上,根據(jù)勾股定理計(jì)算相鄰管節(jié)最大沉降差可達(dá)50mm,此為極限值。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)允許值不宜大于極限值的1/2,因此最大允許沉降差控制指標(biāo)宜為20mm。

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007-2011)第5.3.4 條要求,體型簡(jiǎn)單的基礎(chǔ)平均沉降量不大于200mm。經(jīng)計(jì)算,臺(tái)州市地下綜合管廊一期工程地基未處理管廊沉降量小于200mm,地基加固后管廊沉降量小于100mm。軟土層為流塑狀,穩(wěn)定性差,易產(chǎn)生不均勻沉降,導(dǎo)致管廊變形縫滲水,對(duì)管廊危害大,因此建議對(duì)管廊提高標(biāo)準(zhǔn)。綜合考慮周邊場(chǎng)地的變形協(xié)調(diào),建議按表3 控制管廊地基變形。

表3 綜合管廊地基變形允許值Tab.3 Allowable deformation of foundation for utility tunnel

5 防不均勻沉降措施

5.1 設(shè)置變形縫

由于地下結(jié)構(gòu)的伸縮縫、沉降縫等結(jié)構(gòu)是防水防滲的薄弱部位,應(yīng)盡可能減少,故將前述兩種結(jié)構(gòu)縫功能整合設(shè)置為變形縫。根據(jù)《 城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》(GB50838-2015)[3],變形縫要求如下:

(1) 現(xiàn)澆管廊結(jié)構(gòu)變形縫的最大間距宜為30m。

(2)結(jié)構(gòu)縱向剛度突變處以及上覆荷載變化處或下臥土層突變處,應(yīng)設(shè)置變形縫。

(3)變形縫的寬度不宜小于30mm。

(4)變形縫應(yīng)設(shè)置帶鋼邊橡膠止水帶(CB350×8-30)、填縫材料和嵌縫材料等止水構(gòu)造。

5.2 側(cè)墻設(shè)置傳力桿

傳力桿指的是沿管廊側(cè)墻變形縫處,每隔一定距離在壁厚中央布置的1～2 根圓鋼筋。其一端固定在一側(cè)墻壁內(nèi),另一端可以在鄰側(cè)墻壁內(nèi)滑動(dòng),其作用是在兩段管廊之間傳遞上部荷載和防止錯(cuò)縫,增加相鄰管廊之間的應(yīng)力傳遞以防止管廊局部受力較大造成兩段管廊不均勻沉降,傳遞應(yīng)力使相鄰管廊共同受力,見圖7。

圖7 管廊側(cè)壁變形縫節(jié)點(diǎn)詳圖Fig.7 Deformation joint on the side wall of utility tunnel

5.3 墊層設(shè)置搭板

為減少變形縫兩側(cè)管廊不均勻沉降,在變形縫處,將原墊層加強(qiáng),設(shè)置2m 寬搭板,C12 鋼筋雙層雙向布置,見圖8。

圖8 變形縫處墊層加強(qiáng)詳圖Fig.8 Cushion strengthening at deformation joint

5.4 褥墊層優(yōu)化

《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ79-2012)第7.4.6 條要求: 旋噴樁復(fù)合地基宜在基礎(chǔ)和樁頂之間設(shè)置褥墊層[1]。由于淤泥質(zhì)土的高壓縮性,實(shí)際施工時(shí)樁頂?shù)?0cm 碎石褥墊層易嵌入旋噴樁之間的土體,造成管廊主體未施工就產(chǎn)生沉降。因此,軟土地基的旋噴樁之間也宜采用碎石或片石嵌實(shí)。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本文沉降計(jì)算、分析及經(jīng)驗(yàn)總結(jié),得出以下結(jié)論及建議:

(1)采用復(fù)合土層的壓縮模型,利用盈建科軟按修正的分層總和法計(jì)算綜合管廊沉降,為今后綜合管廊不均勻沉降設(shè)計(jì)提供一種客觀、可行、高效的方法。

(2)從防水材料失效的角度,提出了綜合管廊相鄰變形縫最大允許沉降差50mm。根據(jù)計(jì)算統(tǒng)計(jì),建議綜合管廊平均沉降量: 中、低壓縮性土60mm,高壓縮性土100mm。

(3)采取墊層設(shè)置搭板、軟土地基的旋噴樁之間采用碎石或片石嵌實(shí)等措施減少綜合管廊沉降和節(jié)點(diǎn)間的不均勻沉降。