摘要：近年来，很多城市修建了地下道路。由于城市地下道路合理地利用了地下空间，必然城市交通发展的趋势，相关的关键技术问题也成为研究热点。本文结合实际工程案例，介绍了城市地下道路关键排水节点泵房基坑的支护方案选型、施工步序、内力分析等设计流程，总结了泵房基坑支护的设计要点。
关键词：地下道路；泵房；基坑支护
引言
随着国民经济的快速发展，城市的规模在迅速增长，城市的发展和人口密度的增加不可避免地给城市交通带来了很大的压力。由于土地资源、环境保护等条件的约束，城市道交通临着发展的极限。为了解决城市交通问题，很多城市修建了城市轨道交通和高架桥道路。然而，高架桥道路弊端很多，带来了环境污染并影响了城市景观。在此大背景下，城市地下道路为快速增长的机动车流开辟了一条全新的通畅便捷之路[1]。地下道路的建设不仅可以提高道路的承载能力，还为快速增长的机动车辆提供了出行空间，在一定程度满足了个性化出行的需求，地下道路的相关技术问题也成为研究热点[2]。其中，承担排水重任的泵房设计和施工成为城市地下道路工程需要解决的关键环节。本文结合工程、水文地质条件，从围护方案选型、支撑体系、施工顺序、内力分析等方面详细介绍了某地下道路泵房基坑设计的工程案例，供设计人员参考。
一、工程概况
厦门某地下道路为互通辅道的一部分，全长380m，其中暗埋段140m，敞口段240m。采用双向四车道，暗埋段最低点处设雨水泵房一处。地下道路顶板覆土约2m，暗埋段埋深约9.5m，泵房尺寸为16.8m×6.5m，最大埋深约14.5m。本工程±0.000相当于绝对标高＋9.500m，本方案中标高均为绝对标高。
1．周边环境条件
泵房位于省道和某主干道交叉口东南侧，西侧紧邻某主干道，施工期该道路需保通；省道下方埋设有雨水管，施工前改迁至基坑影响范围以外。
2．工程水文地质条件
表层主要为第四系人工填土，其中以①2素填土（粉质黏土）为主，局部分布有素填土（填砂）、素填土（填石），回填时间较短，其密实度及均匀性较差；⑤1黏性土，灰褐色，粒径<0.5mm颗粒液性指数为0.55，可塑状，干强度及韧性中等；⑥1全风化煌斑岩，灰黄色，呈黏土状，岩芯呈土柱状，手捏易散，遇水易软化。⑧1全风化花岗岩，褐黄色，岩芯呈砂土状，遇水易软化，手捏易散。平均标贯击数N=39（30~49）击。⑧21强风化（砂砾状）花岗岩，灰白色～褐黄色，原岩结构大部分破坏，岩质软，遇水易软化，岩芯多呈砂土状，手捏易碎，平均标准贯入击数N≥50击。场地地下水根据其含水层的岩性及地下水赋存条件不同，可分为第四系松散层孔隙水、风化带网状孔隙水、基岩裂隙水三大类。地下水位埋深一般为0.10~8.10m，一般标高-3.29~13.89m。地下通道工程区因缺少长期地下水位观测资料及历史最高水位的记载，且处于滨海地区，根据福建省《建筑地基基础技术规范》（DBJ13-07-2006）10.6.5条，地下通道区地下水埋深一般2.2~9.5m，抗浮设防水位取场地整平标高按埋深0.5m（绝对标高9.00m/8.50m）考虑。
二、泵房结构形式
泵房为地下两层混凝土框架结构，结构尺寸为16.8m×6.5m，层高分别为4.6、5.7m，挖深约14.5m。
三、支护方案比选
1．设计原则
基坑开挖深度大于7m小于10m为二级；开挖深度大于10m为一级；本基坑泵房段基坑开挖深度大于10m，基坑安全等级定为一级。地面超载：按20kN/m2或实际车辆荷载。侧压力：采用水土分算，土力学指标采用固结快剪峰值强度指标[3]。
2．设计依据
《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）
《钢结构设计标准》（GB50017-2017）
《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）
3．方案比选分析
基坑的围护结构首先要保证安全，存在重大安全隐患的方案没有现实意义，还可能带来巨大的经济损失；其次要尽量节省造价，过于安全但太浪费的方案也不符合市场需求；最后要考虑施工的便捷性，施工的便捷性可以在施工中节省工期、降低施工造价。根据厦门地区已实施的大量基坑工程的成功实践经验，类似基坑工程一般采用钻孔灌注桩、SMW工法桩和地连墙）＋内支撑等围护形式。
（1）地下连续墙
连续墙支护具有如下优点：施工时振动少，噪声低，对沉降及变形较易控制；墙体刚度大、整体性好，结构和地基变形都较小；地下连续墙为整体连续性结构，故而耐久性、抗渗性均较好，其主要缺点是费用较高。一般用于地层条件较差，地层含水量较大，渗透系数较大的地段。
（2）钻孔灌注桩+止水帷幕
该法是应用非常广泛的一种基坑支护型式，其优点是：桩体刚度较大，基坑控制变形好、施工工艺比较简单，桩体无挤土效应、无震害、无噪音、承载力高等优点。钻孔灌注桩对于一般粘性土、填土、淤泥质土及砂土等，施工方便，成孔效果也较好，但对于碎石、粘土不宜采用。由于钻孔灌注桩非连续，自身没有止水能力，需采用辅助止水帷幕止水，因此造价较高。
（3）型钢水泥土挡墙（SMW工法）
该工法采用搅拌设备，在地层中形成连续水泥土墙体，然后在水泥土墙体中插入型钢，形成复合劲性围护结构。其优点是：施工速度快，工期约为地下连续墙的一半；施工质量易保证且造价较低；沿墙体无接缝，止水效果好；无泥浆污染，废土外运量只有连续墙的1/5左右。缺点是：桩体刚度较小，基坑较深时基坑变形较大。本地道基坑普遍挖深9.5m，泵房段挖深14.5m，泵房段范围仅30m长，基坑坑底位于⑥2全风化煌斑岩粘性土，桩底位于⑧1全风化花岗岩，地下水位按场坪地面下0.5m考虑，西侧变形控制等级高。经过各种支护结构适应性对比分析论证，本工程优先选用孔灌注桩+内支撑方案。止水帷幕常用的选择有搅拌桩、旋喷桩等，对于一般砂层采用搅拌桩即可，若砂层较厚（4.0m以上）或是砾石层则要考虑高压旋喷桩；对于较硬的黏土层或强风化岩层（标贯击数大于15击），搅拌桩通常很难施工，应考虑采用旋喷桩。本工程基坑底及以下为全风化煌斑岩、全风化花岗岩，拟采用旋喷桩止水。
四、支护方案及施工流程
本方案结合结构形式及场地特点，在保证安全的前提下，重点突出快、省、易，从安全、经济的角度出发，结合工艺、施工周期等因素，具体形式如下：本地道基坑挖深9.5m，泵房挖深14.5m，西侧紧邻主干道，对变形控制要求严格，泵房段围护采用钻孔灌注桩（25m）高压旋喷桩止水（21m），地道其余部位采用钻孔灌注桩（15.5m）高压旋喷桩止水（14m）。根据对详勘报告场地土层及开挖深度计算，本基坑确定采用一道混凝土支撑+2道φ609x16钢支撑。其中，第一道混凝土支撑撑在1,200×1,000顶圈梁上，第二、三道支撑撑在双拼700×300×13×24钢围檩上。基坑采用管井降水，管井井点埋设深度L=h+4m（h为基坑深度），管井的滤管采用φ273mm钢管，壁厚4mm。
1．开挖及换撑流程
（1）施工钻孔灌注桩、高压旋喷桩以及坑内降水；（2）挖土至圈梁底部，施工圈梁、支撑、砌筑挡墙；（3）待圈梁、支撑强度达到设计强度70%，继续开挖至第二道支撑底下0.5m处，安装第二道钢支撑；（4）开挖至三道支撑底，安装第三道支撑并浇筑地道底板下方垫层；（5）继续开挖至泵房坑底，施工垫层、底板；（6）待垫层、底板达到设计强度70%后，拆除第三道钢支撑；（7）施工负二层侧墙、通道底板以及泵房中板；（8）待中板达到设计强度后拆除第二道钢支撑；（9）施工负一层结构侧墙及顶板，拆除第一道混凝土支撑；（10）施工负一层结构侧墙及顶板，拆除第一道混凝土支撑。
2．内力变形计算
本工程采用同济启明星FRWS7.2软件、有限元分析软件robot2014计算。3．小结（1）基坑开挖前应对照综合管线图纸核实管线位置、标高等相关信息，并征求相关管线管理部门的同意后方可进行施工。（2）基坑开挖前二十天须进行基坑内降水，降至开挖面下0.5~1.0m，底板应预留泄水孔，待结构整体达到设计强度并顶板覆土至地面标高方可封闭。（3）基坑开挖及支撑结构的安装与拆除顺序，必须按照设计工况进行，严格遵守先支撑后开挖的原则。（4）基坑施工期间，开挖的土方不应在基坑影响范围内堆放，须及时外运。（基坑边缘外15m内荷载不得大于20kN/m2）（5）基坑开挖及施工期间，对围护结构及周围环境全面监测，做到信息化施工；主要监测内容包括：围护桩顶部水平、竖向位移、深层水平位移、地面沉降、支撑轴力、坑底回弹等。（6）施工地道坑底垫层时采用早强混凝土，垫层可加厚至400mm或在垫层施工时加入钢筋网片，以期尽快形成传力带。总结工程大量经验，支护结构上最大水土压力通常发生在坑底附近，施工过程中应做好应急措施，基坑变形过大或内力监测过大时应在坑底及时加设临时钢支撑、坑外卸载等措施。
五、结语
泵房是整个地道设计的重要环节，其基坑设计又是其中的关键点和难点，本文结合实际工程案例，从工程地质条件、围护选型、施工步序、内力分析等方面阐述了泵房基坑设计的流程及关键点，供设计参考。
参考文献
[1]陈虎.对城市地下道路的认识[A].中国新技术新产品，2017，（01）.
[2]赵慧.我国城市地下道路现状研究及发展刍议[J].城市道桥与防洪，2016，（02）.
[3]JGJ120-2012，《建筑基坑支护技术规程》[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.
作者:陈国栋 单位:中交公路规划设计院有限公司
