用于防止在高水位液化地区发生变形的地下综合管廊结构

摘要

本发明公开了一种用于防止在高水位液化地区发生变形的地下综合管廊结构，包括地下综合管廊，所述地下综合管廊的两侧具有基坑围护体，所述地下综合管廊的底板下以及两侧壁板外分别设置有相互连通的水平砂石排水通道和竖向砂石排水通道。本发明的优点是，在地下综合管廊两侧打设的基坑围护体可以有效的减小地震荷载作用下土体侧向扩展引起的管廊水平变形；抗剪连接键将地下综合管廊与基坑围护体连成整体抵抗地下水浮力，避免土体液化后管廊的竖向变形；在管廊四周包围的砂石垫层形成良好的排水通道，加速地基液化后超静孔隙水压力的排出；管廊顶部和底部铺设的柔性土工合成材料层可以快速的排出地下水，减轻土体液化后管廊上浮产生的竖向变形。

说明书

技术领域

本发明属于地下工程技术领域，具体涉及一种用于防止在高水位液化地区发生变形的地下综合管廊结构。

背景技术

城市中的给水、排水、电力、燃气等市政管线工程，俗称生命线工程，是维持城市功能正常运转的关键。地下综合管廊是将两种以上的市政管线放置于同一人工空间中，形成的一种现代化集约化的城市基础设施。发展地下综合管廊，已成为城市可持续发展的重要方向。与一般的地面结构相比，地下综合管廊的设计使用年限更长，达到100年。一旦发生破坏后，除了破坏隐蔽和修复困难外，所带来的直接和间接损失也远大于一般的地面结构。因此，地下综合管廊的抗震防灾能力一直为工程界和科技界所重视，其抗震设计的研究是当今研究热点。

地下综合管廊这一新型的地下结构相比于地铁车站、隧道等大型地下结构断面更小，因而在可液化地基中更容易受到地震荷载的影响而破坏。随着《城市综合管廊工程技术规范》(GB 50838-2012)的颁布，以及国务院办公厅印发《关于加强城市地下管线建设管理的指导意见》，明确提出在36个大中城市开展地下综合管廊试点工程，将会有越来越多的城市综合管廊兴建，对其抗震特性的研究有利于学科的发展和保护人民生命财产安全。

我国幅源辽阔，地跨世界上两个最活跃的地震带，属于多地震国家，约有三分之一国土的地震烈度划为7度以上。同时，我国地质条件多变且复杂，工程建设中经常会遇到高水位松散饱和粉砂、细砂。这类土在动荷载尤其是地震荷载作用下，极易发生液化。

液化是造成场地地震损害的首要原因之一，地震引起的地基失事约有50%是液化引起的。支承构筑物的土体发生液化丧失强度以后，土体发生大量变形，使结构沉降或变形。另一方面，对于地下综合管廊这类埋置空腔物则可能在周围土体液化时上浮。对于生命线工程来讲，这种上浮常常引起严重的后果。

因此在高水位液化地区建造地下综合管廊迫切需要一种既能起到防止地基液化又能最大限度保护生命线系统的技术措施。

发明内容

本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种用于防止在高水位液化地区发生变形的地下综合管廊结构，该地下综合管廊结构通过在地下综合管廊外设置基坑围护体、U形的砂石排水通道以及抗剪连接键组成的复合结构，起到了抑制地基液化、加速液化地基排水、防止地下综合管廊上浮变形的目的。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

一种用于防止在高水位液化地区发生变形的地下综合管廊结构，包括地下综合管廊，所述地下综合管廊的两侧具有基坑围护体，其特征在于所述地下综合管廊的底板下以及两侧壁板外分别设置有相互连通的水平砂石排水通道和竖向砂石排水通道。 

所述基坑围护体为钢筋混凝土板桩、钢板桩、地下连续墙中的一种或多种组合。

所述基坑围护体与所述综合管廊外边线的距离不小于800mm。

所述地下综合管廊的壁板与所述基坑围护体之间具有抗剪连接键，所述抗剪连接键沿所述地下综合管廊延伸方向间隔分布。

所述水平、竖向砂石排水通道的厚度不小于500mm。

所述水平砂石排水通道下方具有土工合成材料层，所述土工合成材料层两侧与所述基坑围护体搭接。

所述竖向砂石排水通道与所述壁板之间的距离不超过200mm。

所述地下综合管廊的顶板上方具有土工合成材料层，所述土工合成材料层两侧与所述基坑围护体搭接。

本发明的优点是，在地下综合管廊两侧打设的基坑围护体可以有效的减小地震荷载作用下土体侧向扩展引起的管廊水平变形；抗剪连接键将地下综合管廊与基坑围护体连成整体抵抗地下水浮力，避免土体液化后管廊的竖向变形，降低额外设置抗浮设施的造价；在管廊四周包围的砂石垫层形成良好的排水通道，加速地基液化后超静孔隙水压力的排出；管廊顶部和底部铺设的柔性土工合成材料层可以快速的排出地下水，减轻土体液化后管廊上浮产生的竖向变形。

附图说明

图1为本发明中地下综合管廊结构平面布置图；

图2为本发明中地下综合管廊结构竖直剖面示意图；

图3为本发明中现浇钢筋混凝土抗剪连接键示意图；

图4为本发明中钢结构抗剪连接键示意图；

图5为本发明图4中钢结构抗剪连接键的I-I示意图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

如图1-5，图中标记1-7分别为：基坑围护体1、地下综合管廊2、竖向砂石排水通道3、抗剪连接键4、受力钢筋4a、抗剪箍筋4b、附加抗剪钢筋4c、预埋钢板4d、预埋锚筋4e、土工合成材料层5、覆土6、水平砂石排水通道7。

实施例：如图1-5所示，本实施例具体涉及一种用于防止在高水位液化地区发生变形的地下综合管廊结构，该地下综合管廊结构的主体为位于土体中的地下综合管廊2，地下综合管廊2由底板、两侧壁板以及顶板组合而成。

在地下综合管廊2的两侧一定距离处竖向设置有基坑围护体1，基坑围护体1的形式可以是钢筋混凝土板桩、钢板桩、地下连续墙，基坑围护体1离地下综合管廊2的外边线不小于800mm，以满足基坑围护体1与地下综合管廊2之间的施工操作空间，同时围护体1打设入土体的深度大于地下综合管廊2在基坑内的埋深；在地下综合管廊1的壁板与基坑围护体1之间水平设置抗剪连接键4，抗剪连接键4的设置高度处于壁板中部到顶板之间，各抗剪连接键4沿地下综合管廊2的延伸方向均匀间隔布置，其中抗剪连接键4为现浇钢筋混凝土结构或钢结构。

在地下综合管廊2的底板下方自上而下依次铺设有水平砂石排水通道7和土工合成材料层5，水平砂石排水通道7厚度不小于500mm，以确保足够的排水空间，土工合成材料层5的两侧与基坑围护体1的搭接长度不少于200mm，其中土工合成材料层5具有良好的排水、反滤、防渗和加筋作用；在地下综合管廊2的壁板外设置有竖向砂石排水通道3，竖向砂石排水通道3离地下综合管廊2壁板的距离宜在0～200mm，厚度不小于500mm；地下综合管廊2两侧的竖向砂石排水通道3与底部的水平砂石排水通道3相互连通构成“U形”排水通道。此外，在地下综合管廊2的顶板上方同样铺设有土工合成材料层5。

如图1-5所示，本实施例中的地下综合管廊结构的施工方法包括如下步骤：

（1）在待开挖的基坑两侧打设基坑围护体1，围护体1离地下综合管廊2的外边线不小于800mm；在需要连接抗剪连接键4的位置预埋钢筋或钢板连接件，如果基坑围护体1的结构形式是钢筋混凝土板桩、地下连续墙，则采用预埋钢筋连接件；如果基坑围护体1的结构形式是钢板桩，则采用钢板连接件；基坑围护体1成为高水位液化地区保护地下综合管廊2的“第一道防线”； 

（2）根据施工场地地质条件和地下水埋深情况，在地下综合管廊2基坑范围外侧或基坑内设排水设施；

（3）分层依次开挖地下综合管廊2的基坑至设计标高，开挖至基坑底部时应预留20cm原状土，由人工挖除，注意不得超挖，以防止扰动下部原状土体；

（4）在基坑底部铺设土工合成材料层5，土工合成材料层5两侧与基坑围护体1的搭接长度不少于200mm，注意将土工合成材料5与围护体1连接部位土体用蛙式打夯机压密夯实，密实度不小于0.94；土工合成材料5具有良好的排水、反滤、防渗和加筋作用，可以有效的将地下水及地震荷载作用下产生的超静孔隙水压力排至竖向砂石排水通道3，成为高水位液化地区保护地下综合管廊2的“第二道防线”；

（5）在土工合成材料层5上分层填筑水平砂石排水通道7；

（6）在水平砂石排水通道7的上部浇筑地下综合管廊2的底板；

（7）之后浇筑地下综合管廊2两侧的壁板，在浇筑地下综合管廊2壁板的同时在相应抗剪连接键4的位置预埋钢筋或钢板连接件，预埋件位置宜在地下综合管廊2壁板中部到顶板之间；基坑围护体1的结构形式是钢筋混凝土板桩、地下连续墙形式的则采用预埋钢筋连接件，是钢板桩的则采用钢板连接件；

（8）分层回填地下综合管廊2的壁板与基坑围护体1之间的覆土6；

（9）回填地下综合管廊2壁板与基坑围护体1之间覆土6的同时，在相应位置回填竖向砂石排水通道3；

（10）当回填覆土6及竖向砂石排水通道3至抗剪连接键4的位置时，根据基坑围护体1的结构形式确定抗剪连接键4的形式；如果基坑围护体1是钢筋混凝土板桩、地下连续墙，则采用现浇钢筋混凝土抗剪连接键4；如果基坑围护体1是钢板桩，则采用钢结构抗剪连接键4；

当采用现浇混凝土抗剪连接键4时，先支立抗剪连接键4的模板，用受力钢筋4a将基坑维护体1和地下综合管廊2之间的预埋钢筋连接起来，4b为抗剪箍筋，4c为附加抗剪钢筋，浇筑抗剪连接键4；

当采用钢结构抗剪连接键4时，直接用工字钢将基坑围护体1与地下综合管廊2两侧预埋的钢板焊接起来，4d为预埋钢板，4e为预埋锚筋；抗剪连接键4成为高水位液化地区保护地下综合管廊2的“第三道防线”；

（11）继续回填覆土6并埋设竖向砂石排水通道3至地下综合管廊2的顶板位置；

（12）浇筑地下综合管廊2的顶板；

（13）在地下综合管廊2的顶板之上铺设土工合成材料5；土工合成材料5两侧与地下综合管廊2两侧的围护体1搭接长度不少于200mm，注意将土工合成材料5与基坑围护体1连接部位土体用蛙式打夯机压密夯实，密实度不小于0.94；土工合成材料5具有良好的三维透水性，利用这一特性可以将地下水经过土工合成材料的平面迅速沿水平方向排至地下综合管廊2两侧的竖向砂石排水通道3；

（14）回填地下综合管廊2顶部的覆土6，并埋设竖向砂石排水通道3至设计地面；竖向砂石排水通道3和位于地下综合管廊2底板下部的水平砂石排水通道7形成“U形”排水通道。当遇到地震作用，地下综合管廊2的地基发生液化时，可以有效的将超静孔隙水压力通过砂石排水通道3排至地表，阻止由于地基液化导致土体的有效应力降低，确保地下综合管廊2的安全、稳定，成为高水位液化地区保护地下综合管廊2的“第四道防线”。

本实施例中利用围封-排水法的地下综合管廊结构的有益效果在于：

A.在地下综合管廊外侧打设的板桩或地下连续墙可以抑制土体变形，降低地震振动所引起的剪应力；抑制土骨架的破坏，避免了超静孔隙水压力的上升和下降，阻止液化地基的超静孔隙水压力向周围传播，防止地震后土体的侧向流动，成为防止高水位地区地基液化的第一道防线；

B.土工合成材料具有良好的排水、反滤、防渗和加筋作用，可以有效的将地下水及地震荷载作用下的超静孔隙水压力排至砂石排水通道，同时通过与土体间的摩擦力向软弱土体提供约束压力；提高了土体的模量和抗剪强度，减少土体的变形，增强土体的稳定性，成为防止高水位地区地基液化的第二道防线；

C.地下综合管廊与基坑围护体之间的抗剪连接键成为地基液化后保证结构安全，防止高水位地区地基液化产生结构变形的第三道防线；

D.设置的有良好透水性的“U”形排水通道，可以消散地震时砂质土内所产生的超静孔隙水压力，抑制液化的发生，成为防止高水位地区地基液化的第四道防线；

E. 施工工序简明，在传统施工技术的基础上，采用基坑维护结构、砂石排水通道、抗剪连接键组成的复合结构起到了抑制地基液化、加速液化地基排水，防止地下综合管廊上浮变形的目的，有效的保护了城市生命线工程；同时操作方便、设施简单、效果良好。