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(chēng)為共同溝、綜合管溝、共同管道，是指在地下建造一個(gè)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(zhǎng)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(guó)家大力推進(jìn)城市地下綜合管廊建設(shè),在不同城市已開(kāi)始建設(shè)、運(yùn)營(yíng)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(wèn)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(huì)導(dǎo)致道路路面出現(xiàn)斷裂及破碎，嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生路面沉陷，出現(xiàn)工程質(zhì)量事故，對(duì)社會(huì)產(chǎn)生不良影響。

周濟(jì)龍[1]等以湖南益陽(yáng)市水網(wǎng)湖區(qū)綜合管廊工程為例，結(jié)合益陽(yáng)典型軟土地質(zhì)條件對(duì)綜合管廊基底沉降進(jìn)行分析，研究多種因素對(duì)沉降的影響;周恒[2]等運(yùn)用大型三維有限元軟件，通過(guò)改變樁身模量、樁間距和樁長(zhǎng)，在滿(mǎn)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(guò)對(duì)綜合管廊和周邊道路進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)，利用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)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(guò)對(duì)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(duì)路基沉降差的影響，并提出減少沉降差的建議，為今后類(lèi)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(zhǎng)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(jiàn)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(zhǎng)設(shè)計(jì)要求穿越②層土，進(jìn)入⑤層土。勘察期間實(shí)測(cè)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(duì)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(duì)于綜合管廊沉降要求，現(xiàn)行的規(guī)范并未針對(duì)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(jiǎn)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(duì)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(shí)，也應(yīng)嚴(yán)于常規(guī)設(shè)計(jì)，避免造成過(guò)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(wèn)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(duì)模型邊緣兩側(cè)采用滑動(dòng)約束，既約束水平方向，垂直方向自由，底部為簡(jiǎn)支約束。計(jì)算模型見(jiàn)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(chǎng)的地質(zhì)勘查報(bào)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(kù)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(dòng)劃分網(wǎng)格的方式進(jìn)行網(wǎng)格劃分。路面荷載按城-A級(jí)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(jiàn)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(jiàn)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(shí)管廊與道路沉降云圖

圖5 面積置換率0.15時(shí)管廊與道路沉降云圖

圖6 面積置換率0.20時(shí)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(duì)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(jiàn)圖7～圖10。

圖7 覆土厚度2 m時(shí)管廊與道路沉降云圖

圖8 覆土厚度3 m時(shí)管廊與道路沉降云圖

圖9 覆土厚度4 m時(shí)管廊與道路沉降云圖

圖10 覆土厚度5 m時(shí)管廊與道路沉降云圖

從圖7～圖10中可以分析，各個(gè)工況下道路最大沉降量最大變形量為68mm，這與無(wú)管廊情況下道路沉降計(jì)算值基本一致，沉降值不但滿(mǎn)足道路規(guī)范規(guī)定的300 mm的要求，也間接滿(mǎn)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(duì)路基沉降差有明顯的改善作用。

3 結(jié) 語(yǔ)

（1）軟土地基下綜合管廊規(guī)范設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量布置在人行道或綠化帶中。如不得已布置在車(chē)行道下，應(yīng)考慮綜合管廊對(duì)路基沉降差的影響。對(duì)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(duì)天然地基而言，對(duì)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(duì)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(kāi)挖的工程量也會(huì)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。