進(jìn)水箱涵基坑圍護(hù)方案

朱含龍

摘 要：本項(xiàng)目是上海國際旅游度假區(qū)南雨水泵站工程，在進(jìn)水箱涵施工時(shí)，其箱涵南北兩端的泵房下部沉井結(jié)構(gòu)和進(jìn)水閘門井已施工完畢，箱涵東西兩側(cè)有施工道路和已完成主體結(jié)構(gòu)的配電房。因此，進(jìn)水箱涵基坑施工圍護(hù)方案在確保基坑施工安全前提下，結(jié)合工程實(shí)際做到因地制宜、方案優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：基坑安全等級(jí)和環(huán)境等級(jí)；開挖與支護(hù)設(shè)計(jì)；工況順序

1 工程概況

上海國際旅游度假區(qū)南雨水泵站進(jìn)水箱涵基坑設(shè)計(jì)深度7.8m，安全等級(jí)二級(jí)基坑，環(huán)境等級(jí)為三級(jí)。參照《上海市標(biāo)準(zhǔn)-基坑工程技術(shù)規(guī)范（DG/TJ08-61-2010）》進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。

1.1 土層參數(shù)

續(xù)表

土層地下水位埋深：0.50m。

1.2 基坑周邊荷載

基坑地面超載：0.0kPa；基坑鄰近荷載如下表，其鄰近荷載的作用方式：

2 開挖與支護(hù)設(shè)計(jì)

進(jìn)水箱涵基坑支護(hù)方案圖

2.1 圍護(hù)樁設(shè)計(jì)

圍護(hù)樁類型：采用鋼板樁；鋼板樁插入深度：4.3m；鋼板樁露出長度：0.5m；擬采用的型鋼型號(hào)：400×170×15.5；鋼板樁間距：0.4m。

2.2 放坡設(shè)計(jì)

第1級(jí)采取放坡設(shè)計(jì)，其放坡坡面參數(shù)：坡高3.8m；坡寬5.13m；臺(tái)寬0.5m。

2.3 坑內(nèi)加固設(shè)計(jì)

坑內(nèi)加固設(shè)計(jì)參數(shù)為：加固深度：7.8m；加固寬度：3.0m。坑內(nèi)所加固土的物理指標(biāo)：c=25.00kPa；φ=25.00°；γ=21.0kN/m3；m=6.0MN/m4；Kmax=30.0MN/m3。

2.4 支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案共設(shè)置2道水平支撐，其各層設(shè)計(jì)為：

第1道水平支撐，其支撐著力點(diǎn)為兩側(cè)鋼筋砼外壁。水平支撐軸線距離樁頂深度0.6m， 安裝時(shí)其作業(yè)面超出支撐深度0.5m，支撐無預(yù)加軸力。第1道平面內(nèi)支撐具體參數(shù)為：水平支撐材料為鋼支撐型號(hào)500*300*11*18其支撐長度分別為4.5m和6.0m；支撐與圍檁之間的夾角12°；不動(dòng)點(diǎn)調(diào)整系數(shù)0.5；松弛系數(shù)0.9；計(jì)算點(diǎn)位置系數(shù)0.5；圍檁采用型鋼其型號(hào)500*300**11*18。

第2道水平支撐，其支撐著力點(diǎn)為兩側(cè)鋼筋砼外壁。其安裝位置是水平支撐軸線距離樁頂深度2.8m，無預(yù)加軸力。其它參數(shù)與第1道相同。

2.5 換（拆）撐設(shè)計(jì)

2.6 工況順序

該基坑的施工工況順序如下圖所示：

3 內(nèi)力變形計(jì)算

3.1 計(jì)算參數(shù)

水土側(cè)壓力按土層分算后再合算；水壓力按靜止水壓力計(jì)算其修正系數(shù)為1.0；主動(dòng)土壓力按朗肯主動(dòng)土壓力方法計(jì)算，其應(yīng)力分布為矩形，調(diào)整系數(shù)為1.0，計(jì)算負(fù)位移時(shí)不考慮土壓力增加；被動(dòng)土壓力按“m”法，計(jì)算，其土體抗力考慮極限土壓力限值，計(jì)算抗力時(shí)樁和土體之間的摩擦角系數(shù)取0.4；墻樁體抗彎剛度折減系數(shù)取1.0。

3.2 內(nèi)力計(jì)算結(jié)果

3.2.1 水土壓力計(jì)算結(jié)果

進(jìn)行水土壓力計(jì)算時(shí)，取單樁寬度0.40m為計(jì)算寬度，其計(jì)算如下表所示。

3.2.2 內(nèi)力變形結(jié)果

根據(jù)鋼板型號(hào)可知每根樁抗彎剛度EI=9620kN.m2。

下面的計(jì)算結(jié)果是每根樁的內(nèi)力和土體抗力和是樁每延米的支撐反力。

第1工況：開挖至-4.40（深4.40）m

第2工況：在-3.90（深3.90）m處加撐（錨）

第3工況：開挖至-6.60（深6.60）m

第4工況：在-6.10（深6.10）m處加撐（錨）

第5工況：開挖至-7.80（深7.80）m

第6工況：在-7.60（深7.60）m處換撐

第7工況：拆除2支撐

第8工況：在-4.20（深4.20）m處換撐

支撐和換撐反力表

4 整體穩(wěn)定計(jì)算

4.1 計(jì)算參數(shù)

整體穩(wěn)定采用瑞典條分計(jì)算方法，且計(jì)算時(shí)考慮水平應(yīng)力； 采用有效應(yīng)力法進(jìn)行應(yīng)力狀態(tài)計(jì)算，計(jì)算孔壓時(shí)考慮土性。土釘法向力和切向力折減系數(shù)分別為ξ=0.5，ξ=1.0；錨桿法向力和切向力折減系數(shù)均為ξ=0.0；采用滑面繞樁來考慮樁墻抗滑；計(jì)算浸潤線時(shí)考慮止水帷幕影響；滑弧搜索不考慮局部失穩(wěn)但考慮開挖工況，其搜索范圍包括坡頂和坡底；滑弧搜索方法采用遺傳算法。

4.2 計(jì)算結(jié)果

4.2.1 開挖至-3.80m（深3.80m）

經(jīng)計(jì)算土體抗滑力200.15kN/m，土體下滑力140.37kN/m；滑弧半徑7.21m，其滑弧圓心坐標(biāo)（3.60m，-3.24m），滑弧起點(diǎn)坐標(biāo)（-2.84m，0.00m）， 滑弧終點(diǎn)（5.13m，3.80m）；拱高比0.342；其安全系數(shù)為1.43。

4.2.2 開挖至-7.80m（深7.80m）

經(jīng)計(jì)算土體抗滑力1273.90kN/m，土體下滑力1019.22kN/m；滑弧半徑22.27m，其滑弧圓心坐標(biāo)（9.68m，-9.21m），滑弧起點(diǎn)坐標(biāo)（-10.61m，0.00m）， 滑弧終點(diǎn)坐標(biāo)（24.06m，7.80m）， 拱高比0.498；其安全系數(shù)為1.25。

5 計(jì)算坑底抗隆起

5.1 計(jì)算方法

進(jìn)行坑底抗隆起計(jì)算時(shí)以滑弧中心為最下道支撐，滑弧位置通過樁底；采用總應(yīng)力法計(jì)算應(yīng)力且計(jì)算過程中考慮到樁墻彎曲抗力和滑面水平應(yīng)力的影響。

5.2 計(jì)算結(jié)果

經(jīng)計(jì)算土體下滑力305.6kN/M，土體抗滑力553.5kN/M；每延米樁墻抗滑力31.7kN/M；則安全系數(shù)為1.92，即（553.5 +31.7k）/305.6=1.92。

6 計(jì)算樁墻底抗隆起

6.1 計(jì)算方法

采用Prandtl公式進(jìn)行樁墻底抗隆起計(jì)算，計(jì)算時(shí)隆起土層不均勻性厚深比取值1.0，放坡影響寬深比取值1.0。由于坑底采取了壓密注漿加固，驗(yàn)算斷面以下范圍內(nèi)土體平均內(nèi)聚力和平均內(nèi)摩擦角達(dá)到提高，其取值為平均內(nèi)聚力9.5kPa；平均內(nèi)摩擦角14.5°。

6.2 計(jì)算結(jié)果

經(jīng)計(jì)算樁墻體向外7.8m 范圍內(nèi)總荷載1443.8kN/M；

根據(jù)地基承載力計(jì)算公式，得出地基承載力為374.9 kN/M

則安全系數(shù)為2.03，即374.9 kN/M×7.8M/1443.8 kN/M =2.03。滿足規(guī)范要求。

7 鋼板樁強(qiáng)度計(jì)算

7.1 計(jì)算參數(shù)

鋼板樁強(qiáng)度計(jì)算的設(shè)計(jì)系數(shù)取值1.25，彎矩折減系數(shù)取值1.0。

7.2 計(jì)算結(jié)果

經(jīng)計(jì)算得出最大彎矩標(biāo)準(zhǔn)值為24.2kN.M，則最大彎矩設(shè)計(jì)值為30.25kN.M，即24.2*1.25=30.25；查表可知，鋼板樁抗彎截面模量為362.0cm3，則

鋼板樁應(yīng)力為83.56MP，即30.25*103/362*106=83.56 MP<抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值100 MP= 1/2*200MP。滿足規(guī)范要求。

8 鋼板樁抗傾覆計(jì)算

8.1 計(jì)算方法

水壓力和土壓力采用合算方法，其主動(dòng)側(cè)土壓力為三角形分布。

8.2 計(jì)算結(jié)果

依據(jù)上圖中結(jié)果可計(jì)算出鋼板樁抗傾覆安全系數(shù)為1.31，即■1.31。

滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

9 坑底土體抗?jié)B流穩(wěn)定計(jì)算

9.1 計(jì)算方法

采用臨界水力坡度法進(jìn)行坑底土體抗?jié)B流穩(wěn)定計(jì)算，計(jì)算時(shí)垂直滲徑換算系數(shù)取值為1.0，水平滲徑換算系數(shù)取值為1.0，由比重和孔隙比計(jì)算出有效重度。

9.2 計(jì)算結(jié)果

經(jīng)計(jì)算坑底土體抗?jié)B流穩(wěn)定安全系數(shù)為2.41，即

■=2.41

10 計(jì)算地表沉降

10.1 計(jì)算方法

采用同濟(jì)拋物線法進(jìn)行地表沉降計(jì)算。

10.2 計(jì)算結(jié)果

11 計(jì)算匯總

采用第1級(jí)放坡，第2級(jí)鋼板樁400x170x15.5支護(hù)方案，計(jì)算結(jié)果如下表

表中限值按《上海市基坑工程技術(shù)規(guī)范》中第6章和第18章查找。計(jì)算結(jié)果滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。

參考文獻(xiàn)

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