软土地基综合管廊对路基沉降差影响与分析

王大勃，江晓峰

（上海市政工程设计研究总院集团广东有限公司，广东 佛山 528200）

0 引 言

综合管廊也称为共同沟、综合管沟、共同管道，是指在地下建造一个公用的隧道空间，把多种公用管线集中铺设在一起。修建综合管廊主要是为了解决城市日益增长的交通量与道路下市政管线的施工、维护和检修的矛盾。目前国家大力推进城市地下综合管廊建设,在不同城市已开始建设、运营试点工作。由于珠三角地区软土分布较广，管廊工程属于市政道路工程的附属部分，需着重考虑软土地基处理及与道路基处理存在沉降差问题。管廊沉降需与周边道路沉降协调，若出现较大的沉降差，会导致道路路面出现断裂及破碎，严重时会产生路面沉陷，出现工程质量事故，对社会产生不良影响。

周济龙[1]等以湖南益阳市水网湖区综合管廊工程为例，结合益阳典型软土地质条件对综合管廊基底沉降进行分析，研究多种因素对沉降的影响;周恒[2]等运用大型三维有限元软件，通过改变桩身模量、桩间距和桩长，在满足综合管廊沉降控制要求的前提下，进行水泥土搅拌桩处理参数的研究及优化;陈伟[3]采用复合地基的压缩模型，利用盈建科软件按修正的分层综合法计算综合管廊沉降，并提出了综合管廊的变形允许值及控制变形的措施;黄建[4]通过对综合管廊和周边道路进行沉降监测，利用监测数据对综合管廊本体的沉降、管廊与道路之间的差异沉降、综合管廊纵向的沉降等进行了研究分析。

本文通过对某一管廊的工程实例，运用有限元计算软件，探讨综合管廊对路基沉降差的影响，并提出减少沉降差的建议，为今后类似工程提供参照。

1 工程概况

1.1 综合管廊概况

本工程为佛山顺德某在建管廊工程，综合管廊为单舱型式，舱内布置给水、再生水、电力、通信等市政管线。管廊与道路同建，位于道路中央隔离带下，全长约0.50 km，现浇钢筋混凝土结构，断面净尺寸为4.60 m×3.80 m，标准段上层覆土约3～3.5 m，见图1。地基处理随道路处理方式，采用水泥搅拌桩加固，其中水泥土搅拌桩桩径500 mm，桩心距1500 mm，三角形布置。

图1 综合管廊横断面图（单位：m）

1.2 地质概况

路基沉降影响深度范围内主要地层为①层素填土、②层淤泥质土、⑤层砂质黏性土、⑥层强风化岩、⑦层中风化岩。其中②层淤泥质土土质较差，具高压缩性，其厚度也较大，最大处孔位达到14 m。本次地基处理的搅拌桩桩长设计要求穿越②层土，进入⑤层土。勘察期间实测地下水位埋深一般为在0.30～1.90 m之间左右。

1.3 沉降控制标准

对于道路路基沉降控制，一般按《城市道路路基设计规范》（CJJ 194—2013）规定的主干路路基工后容许变形不大于300 mm。

对于综合管廊沉降要求，现行的规范并未针对性的做出明文规定。《建筑地基基础设计规范》第5.3.4条要求，体型简单的基础平均沉降量不大于200 mm。然而综合管廊在考虑廊内管道接口变形要求及变形缝橡胶止水带等因素，200 mm的沉降控制要求显然偏大。文献[3]提出在高压缩性土下综合管廊地基变形允许值为100 mm，在中、低压缩性土下允许值60 mm的观点较为合理。

显然管廊沉降控制要求是远远高于路基沉降控制要求，因此对于存在综合管廊的道路设计，应综合考虑管廊变形控制要求，在计算路基沉降时，也应严于常规设计，避免造成过大的路基沉降差。

2 有限元计算分析

2.1 计算模型

综合考虑分析问题的合理性、计算速度和模型规模，选用PLAXIS有限元分析软件，并采用二维有限元平面应变模型进行分析。模型宽度取为道路宽度45 m，模型高度由压缩层厚度控制，取为30 m。对模型边缘两侧采用滑动约束，既约束水平方向，垂直方向自由，底部为简支约束。计算模型见图2。

图2 综合管廊计算模型

土层分布及计算参数根据现场的地质勘查报告选定，模型中假定各土层沿深度方向均匀分布，模型的土层参数采用莫尔-库仑模型，各土层参数按表1取值，泊松比统一取0.3，模型中采用自动划分网格的方式进行网格划分。路面荷载按城-A级考虑。

表1 地层特性表

2.2 复合地基面积置换率的影响

本次计算共考虑了4种不同工况，水泥搅拌桩加固面积置换率除按实际情况下0.10，还分别按面积置换率0.15、0.20及天然地基进行了模拟计算。其中模型中②层土复合地基的压缩模量E按《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2011）第7.2.12条计算而得，见表2。

表2 复合地基压缩模量计算表

不同工况下②层淤泥土层压缩模量取值不同，最终有限元计算结果见图3～图6。

图3 天然地基情况下管廊与道路沉降云图

图4 面积置换率0.1时管廊与道路沉降云图

图5 面积置换率0.15时管廊与道路沉降云图

图6 面积置换率0.20时管廊与道路沉降云图

由图3～图6可知，在管廊作用下，道路沉降呈现两边大，中间小，倒V型，其主要原因管廊处的基底附加应力小于周边，沉降也因此减少。

各图比较之下，随着地基加固面积置换率的增加，管廊与道路的沉降明显减小。4种工况下，道路最大沉降值分别为87 mm、68 mm、54 mm、46 mm；管廊处道路沉降分别为40 mm、37 mm、33 mm、30 mm；其沉降差分别为47 mm、31 mm、21 mm、16 mm。从数据中可以得知，地基加固对路基沉降差有明显控制作用，并且加固面积置换率的增加，沉降差也明显减小。

2.3 管廊覆土深度的影响

本次计算共考虑了4种不同工况，综合管廊上部覆土厚度除实际情况下3 m，还分别按2 m、4 m、5 m进行了模拟计算。计算结果见图7～图10。

图7 覆土厚度2 m时管廊与道路沉降云图

图8 覆土厚度3 m时管廊与道路沉降云图

图9 覆土厚度4 m时管廊与道路沉降云图

图10 覆土厚度5 m时管廊与道路沉降云图

从图7～图10中可以分析，各个工况下道路最大沉降量最大变形量为68mm，这与无管廊情况下道路沉降计算值基本一致，沉降值不但满足道路规范规定的300 mm的要求，也间接满足了管廊沉降容许值100 mm的要求[3]。随着覆土的增加，管廊处道路沉降分别为31 mm，37 mm，41 mm，46 mm，其沉降差分别为 37 mm、31mm、27 mm、22 mm。管廊处的道路沉降随管廊埋深虽然有所减小，但与周边道路沉降差增加。其主要原因管廊上部回填土厚度不同，而这部分回填土的沉降量不容忽视。综上管廊埋深的增加对路基沉降差有明显的改善作用。

3 结 语

（1）软土地基下综合管廊规范设计时应尽量布置在人行道或绿化带中。如不得已布置在车行道下，应考虑综合管廊对路基沉降差的影响。对道路的沉降控制也应严于常规设计。

（2）复合地基对天然地基而言，对沉降差有明显控制作用，并且随着地基处理面积置换率的增加，沉降差也相应减小。

（3）管廊上层覆土厚度对沉降差也有一定改善作用。但随着管廊埋深增加，主体结构与基坑开挖的工程量也会相应增加。因此沉降差控制方法上，优先推荐复合地基处理方式。