進水箱涵基坑圍護方案

朱含龍

摘 要：本項目是上海國際旅游度假區南雨水泵站工程，在進水箱涵施工時，其箱涵南北兩端的泵房下部沉井結構和進水閘門井已施工完畢，箱涵東西兩側有施工道路和已完成主體結構的配電房。因此，進水箱涵基坑施工圍護方案在確保基坑施工安全前提下，結合工程實際做到因地制宜、方案優化。

關鍵詞：基坑安全等級和環境等級；開挖與支護設計；工況順序

1 工程概況

上海國際旅游度假區南雨水泵站進水箱涵基坑設計深度7.8m，安全等級二級基坑，環境等級為三級。參照《上海市標準-基坑工程技術規范（DG/TJ08-61-2010）》進行設計計算。

1.1 土層參數

續表

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 開挖與支護設計

進水箱涵基坑支護方案圖

2.1 圍護樁設計

圍護樁類型：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：400×170×15.5；鋼板樁間距：0.4m。

2.2 放坡設計

第1級采取放坡設計，其放坡坡面參數：坡高3.8m；坡寬5.13m；臺寬0.5m。

2.3 坑內加固設計

坑內加固設計參數為：加固深度：7.8m；加固寬度：3.0m?？觾人庸掏恋奈锢碇笜耍篶=25.00kPa；φ=25.00°；γ=21.0kN/m3；m=6.0MN/m4；Kmax=30.0MN/m3。

2.4 支撐結構設計

本支撐結構設計方案共設置2道水平支撐，其各層設計為：

第1道水平支撐，其支撐著力點為兩側鋼筋砼外壁。水平支撐軸線距離樁頂深度0.6m， 安裝時其作業面超出支撐深度0.5m，支撐無預加軸力。第1道平面內支撐具體參數為：水平支撐材料為鋼支撐型號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°；不動點調整系數0.5；松弛系數0.9；計算點位置系數0.5；圍檁采用型鋼其型號500*300**11*18。

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

2.5 換（拆）撐設計

2.6 工況順序

該基坑的施工工況順序如下圖所示：

3 內力變形計算

3.1 計算參數

水土側壓力按土層分算后再合算；水壓力按靜止水壓力計算其修正系數為1.0；主動土壓力按朗肯主動土壓力方法計算，其應力分布為矩形，調整系數為1.0，計算負位移時不考慮土壓力增加；被動土壓力按“m”法，計算，其土體抗力考慮極限土壓力限值，計算抗力時樁和土體之間的摩擦角系數取0.4；墻樁體抗彎剛度折減系數取1.0。

3.2 內力計算結果

3.2.1 水土壓力計算結果

進行水土壓力計算時，取單樁寬度0.40m為計算寬度，其計算如下表所示。

3.2.2 內力變形結果

根據鋼板型號可知每根樁抗彎剛度EI=9620kN.m2。

下面的計算結果是每根樁的內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 整體穩定計算

4.1 計算參數

整體穩定采用瑞典條分計算方法，且計算時考慮水平應力； 采用有效應力法進行應力狀態計算，計算孔壓時考慮土性。土釘法向力和切向力折減系數分別為ξ=0.5，ξ=1.0；錨桿法向力和切向力折減系數均為ξ=0.0；采用滑面繞樁來考慮樁墻抗滑；計算浸潤線時考慮止水帷幕影響；滑弧搜索不考慮局部失穩但考慮開挖工況，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 計算結果

4.2.1 開挖至-3.80m（深3.80m）

經計算土體抗滑力200.15kN/m，土體下滑力140.37kN/m；滑弧半徑7.21m，其滑弧圓心坐標（3.60m，-3.24m），滑弧起點坐標（-2.84m，0.00m）， 滑弧終點（5.13m，3.80m）；拱高比0.342；其安全系數為1.43。

4.2.2 開挖至-7.80m（深7.80m）

經計算土體抗滑力1273.90kN/m，土體下滑力1019.22kN/m；滑弧半徑22.27m，其滑弧圓心坐標（9.68m，-9.21m），滑弧起點坐標（-10.61m，0.00m）， 滑弧終點坐標（24.06m，7.80m）， 拱高比0.498；其安全系數為1.25。

5 計算坑底抗隆起

5.1 計算方法

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

5.2 計算結果

經計算土體下滑力305.6kN/M，土體抗滑力553.5kN/M；每延米樁墻抗滑力31.7kN/M；則安全系數為1.92，即（553.5 +31.7k）/305.6=1.92。

6 計算樁墻底抗隆起

6.1 計算方法

采用Prandtl公式進行樁墻底抗隆起計算，計算時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，驗算斷面以下范圍內土體平均內聚力和平均內摩擦角達到提高，其取值為平均內聚力9.5kPa；平均內摩擦角14.5°。

6.2 計算結果

經計算樁墻體向外7.8m 范圍內總荷載1443.8kN/M；

根據地基承載力計算公式，得出地基承載力為374.9 kN/M

則安全系數為2.03，即374.9 kN/M×7.8M/1443.8 kN/M =2.03。滿足規范要求。

7 鋼板樁強度計算

7.1 計算參數

鋼板樁強度計算的設計系數取值1.25，彎矩折減系數取值1.0。

7.2 計算結果

經計算得出最大彎矩標準值為24.2kN.M，則最大彎矩設計值為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

鋼板樁應力為83.56MP，即30.25*103/362*106=83.56 MP<抗彎強度設計值100 MP= 1/2*200MP。滿足規范要求。

8 鋼板樁抗傾覆計算

8.1 計算方法

水壓力和土壓力采用合算方法，其主動側土壓力為三角形分布。

8.2 計算結果

依據上圖中結果可計算出鋼板樁抗傾覆安全系數為1.31，即■1.31。

滿足設計及規范要求。

9 坑底土體抗滲流穩定計算

9.1 計算方法

采用臨界水力坡度法進行坑底土體抗滲流穩定計算，計算時垂直滲徑換算系數取值為1.0，水平滲徑換算系數取值為1.0，由比重和孔隙比計算出有效重度。

9.2 計算結果

經計算坑底土體抗滲流穩定安全系數為2.41，即

■=2.41

10 計算地表沉降

10.1 計算方法

采用同濟拋物線法進行地表沉降計算。

10.2 計算結果

11 計算匯總

采用第1級放坡，第2級鋼板樁400x170x15.5支護方案，計算結果如下表

表中限值按《上海市基坑工程技術規范》中第6章和第18章查找。計算結果滿足規范及設計要求。

參考文獻

[1]上海市工程建設規范.DG/TJ08-61-2010.基坑工程技術規范[S].

[2]JGJ120-2012.建筑基坑支護技術規程[S].

[3]江正榮.建筑施工計算手冊[M].北京：中國建筑工業出版社.