世博会园区综合管沟沟槽支护体系设计及施工

王 辉

（上海市建设工程安全质量监督总站，上海200023）

1 工程概况

上海世博会园区位于上海城区黄浦江两岸的河曲部分，地处上海市中心，横跨黄浦江，分为浦东和浦西两个部分。

所施工的综合管沟位于世博会园区浦东部分的沂林路、南环路、北环路，在南环路西端与Ⅱ标相接，整个走向呈反C字型。南环路长度984.3 m，北环路长度742.3 m，沂林路约280 m，总长度约2006 m。其平面布置见图1所示。

综合管沟标准断面为矩形，共有标准段和非标准段两种类型，标准段分为：单仓标准段、双仓标准段；非标准段分为：引出段、转角段、通风口、投料口；另外有电力工井等附属构筑物。

1.1 标准段情况

北环路、沂林路、南环路（滨洲路-沂林路）为单仓形式，仓身宽度3.3 m，仓内宽度2.7 m，仓身高度3.8 m，仓内高度3.2 m。沟槽深度6.1 m（至垫层底标高）。

南环路（上南路-滨洲路）为双仓形式，仓身宽度6.0 m，北仓内宽度2.7 m，南仓内宽度2.45 m，仓身高度3.5 m，仓内高度2.9 m，中间隔墙厚度0.25 m。沟槽深度5.8 m（至垫层底标高）。

1.2 非标准段情况

由于该工程综合管沟整个走向呈反C字型，存在北环路-沂林路、沂林路-南环路两处转角段，转角段沟槽深度12 m。为了管线的接入接出，综合管沟还设有引出段共32处，共分8种类型，宽度16.8 m～22.8 m不等，局部集水井深度10 m。考虑到通风和管沟传送的需要，该工程还设计了通风口、投料口21处，均匀分布，通风口与投料口结构顶部与人行道顶面标高一致，给基坑支撑造成一定的困难。

2 支护体系的设计

2.1 地下水情况

（1）地下潜水埋深为0.20～1.85 m，其相应标高为4.32 m～2.56 m。

（2）拟建场地临近黄浦江和白莲泾，考虑浅部江滩土（粉土）发育，因此场区范围内潜水与地表水有一定的水力联系，在进行降水工程时，考虑到地表水的补给作用。

（3）微承压水及承压水水头埋深一般约为地面以下3～11 m，随季节呈周期性变化。

2.2 土质情况

该工程范围内地层组成详见表1所列。

表1 土层组成表

2.3 沟槽支护体系的组成

该工程管沟施工将根据施工现场采取主要板桩围护支撑施工方案。围护方案的板桩长度根据管沟埋设深度取12 m和15 m两种规格的拉森钢板桩。

（1）对于单仓标准段及埋深6 m以内的特殊段，采用12 m拉森钢板桩，支撑采用400×400×21×13H型钢，横向每道支撑间距3.5 m。头道支撑与管沟顶板之间距离为0.3 m，第二道支撑距离沟槽底部1.4 m。

（2）对于双仓标准段，采用12 m拉森钢板桩，支撑采用Ф609×16钢管，横向每道支撑间距4 m。头道支撑与管沟顶板之间距离为0.3 m，第二道支撑距离沟槽底部1.4 m（见图2）。

（3）埋深超过6 m的特殊段，选用15 m的拉森钢板桩，支撑采用Ф609×16钢管，横向每道支撑间距为4 m，沟槽两侧采用喷射井点降水措施。

（4）围檩均为400×400×21×13H型钢围檩。围檩接头用钢板双面满焊接处理，所有支撑必须保持垂直围檩安装，连接部分全部满焊处理，竖向焊缝不得小于12 mm。牛腿采用15 mm钢板，间距3 m，并满足支撑H型钢的宽度。地面吊装围檩至安装点。

（5）沟槽两侧及沟槽中线打设轻型井点，井点间距1.2 m，沟槽内的井点在挖土前拔除。

上述沟槽支护体系在同济启明星深基坑计算软件计算下通过。

3 沟槽支护及开挖情况

该工程选用拉森钢板桩长度为12 m、15 m，钢板桩用升降机就位后采用履带式液压挖土机KATO-1250带VH-2000的液压振锤的锤机施打，施打前一定要熟悉地下管线、构筑物的情况，认真放出准确的支护桩中线。

装卸钢板桩宜采用两点吊。吊运时，每次起吊的钢板桩根数不宜过多，并应注意保护锁口免受损伤。吊运方式有成捆起吊和单根起吊。成捆起吊通常采用钢索捆扎，而单根吊运常用专用的吊具。

钢板桩采用履带式挖土机（带震动锤机）施打，施打前了解清楚地下管线、构筑物的情况，认真放出准确的支护桩中线。打桩前，对钢板桩逐根检查，剔除连接锁口锈蚀、变形严重的钢板桩，不合格者待修整后才可使用。打桩前，在钢板桩的锁口内涂油脂，以方便打入拔出。在插打过程中随时测量监控每块桩的斜度不超过2%，当偏斜过大不能用拉齐方法调正时，拔起重打。

基坑挖土采用人机相结合的办法，采用的机械有1 m3反斗挖掘机及18 m加长臂挖机（可一次开挖15 m深的沟槽）。

标准段分二次浇筑。第一次浇筑底板基础及底板以上40 cm的侧墙，第二次浇筑侧墙和顶板；特殊段分三次浇筑，第一次同标准段，第二次浇筑至相邻标准段顶板高度，第三次浇筑余下部分至设计要求高度。

按照初步设计及验算，该工程单仓标准段沟槽支撑为400×400×21×13H型钢，水平间距3.5 m，双仓标准段及埋深超过6 m的特殊段考虑到沟槽宽度采用609钢管横向支撑，水平间距4 m，竖向设置二至三道支撑。原则上，当换撑混凝土（侧墙与钢板桩之间，浇筑至从垫层面向上厚度30 cm）达到100%强度后进行第二道支撑的拆除，第一道支撑等顶板混凝土达到设计规定强度后予以拆除。支撑时做到随挖随撑，二道支撑均可采用15 mm厚钢板牛腿（间距3 m）加固措施，以防支撑走动。

为了减少挖土时基坑围护变形及周围地层的沉降，根据基坑工程的时空效应规律，基坑开挖过程中按照限定长度分段开挖。原则上开挖长度不大于基坑深度，挖出来的土及时进行外运，以限制坑顶周围堆土引起地面超载。同时应严格限制挖土时间，以防开挖土体暴露时间过长。当挖土到支撑标高后应及时进行支撑架设，同时严禁进行超挖。在进行第三层土方（即第二道支撑下土层）开挖中，当挖至设计坑底标高以上20 cm时，余下土方需用人工开挖修正。

4 部分特殊沟槽的处理

该工程包括转角段最深达12 m的沟槽、距离一处五层建筑仅1.5 m的综合管沟（南环路K2+965.2位置引出段六）的特殊沟槽，施工中对其进行了特殊设计并进行了重点监控。

4.1 转角段沟槽支护设计

两个转角段的沟槽由于深度达到12 m，全部采用Ф850SMW工法桩进行围护，桩长18 m，基底4 m范围内采用压密注浆的办法进行止水（见图 3）。

开挖至标高+0.0 m，在标高+0.5 m处架设400×400×13×21H型钢围檩和相同材料的型钢支撑，继续开挖至标高-2.5 m，在标高-2.0 m处架设围檩、钢支撑，最后开挖至基坑底。做到开挖后4 h内浇筑垫层。

支撑采用穿孔塞焊的方法与顶圈梁的预埋件连接。在标高-3.5 m位置穿越壁板的支撑采用4 mm厚钢板满焊止水环，直接浇筑进转角段的混凝土结构中，待拆除支撑时割除（见图4）。

底板混凝土浇筑完毕后，底板与围护桩之间的空隙，采用底板同标号同厚度的素混凝土填实，作为传力带。

围檩与SMW工法围护墙之间采用C30细石混凝土填实。

传力带强度达到80%后，拆除第二道支撑。然后施工侧墙和顶板。全部混凝土浇筑完毕后并达到100%强度后进行基坑回填并拆除剩余支撑。

4.2 原有建筑保护沟槽支护设计

南环路K2+965.2位置引出段六由于距离一幢五层建筑物仅为1.5 m，为了确保建筑物在开挖期间的安全，采用Ф650SMW工法桩（靠建筑物一侧的沟槽，并取消该侧井点降水）、拉森钢板桩混合围护形式，桩长均为15 m。

SMW工法桩支撑顺序：浇筑混凝土顶圈梁→架设首道支撑（顶圈梁强度达到70%以上）→开挖至标高+0.0 m→架设二道支撑→开挖至标高-3.9 m→内部结构底板施工→浇筑传力带→在标高-3.9 m处换撑（混凝土强度达到80%后）→拆除第二道支撑→余下结构施工→回填及拆除首道支撑。

拉森钢板桩支撑顺序：在+4.0 m架设围檩和支撑→开挖至标高+0.0 m→架设二道支撑→开挖至标高-3.9 m→内部结构底板施工→浇筑传力带→在底板处换撑（混凝土强度达到80%后）→拆除第二道支撑→余下结构施工→回填及拆除首道支撑。

第三方的监测结果表明，施工期间，该建筑物的最大位移为1mm，沉降为3mm，达到了预期的目标。

5 基坑监测及总结

监测时间为每天的7时、17时。凡单日位移超过5 mm，累计位移超过30 mm；单日隆起超过3 mm，累计隆起超过20mm；立即停止施工，分析原因，制定措施，待沟槽位移/隆起稳定后，监理等各单位同意的条件下再进行施工。

5.1 位移监测

（1）拉森钢板桩顶端焊接钢筋头，做好1号位移监测点（纵向两点间距20 m），用全站仪对其水平位移进行测量。

（2）拉森钢板桩外露长度中间位置焊接钢筋头，做好2号位移监测点（纵向两点间距20 m），从监测点1吊放垂球后用钢尺对其相对于1号位移监测点的水平位移进行测量。

5.2 基底隆起监测

槽底垫层两侧打入钢钉，做好基底隆起监测点（纵向两点间距10 m），用水准仪对基底隆起进行测量。

该工程位移监测单日最大值为3 mm，累计最大值为15 mm，低于理论计算值21 mm；单日隆起监测最大值为2 mm，累计最大值为7 mm，低于理论计算值17 mm。

通过实际监测数据与理论计算数据的对比该工程综合管沟设计支撑围护体系是安全可靠的。

6 结语

世博会园区Ⅰ标综合管沟是一项重要的工程。综合管沟沟槽支护体系的设计经过了理论计算，并在施工过程中进行了严格控制，施工过程中基坑位移和隆起均在受控状态之内，解决了转角段较深基坑和周边建筑保护的问题，取得了良好效果，为今后类似的工程提供了值得借鉴的经验。