奉化江大橋12#墩基坑支護驗算與施工監(jiān)測

成水武

奉化江大橋12#墩基坑支護驗算與施工監(jiān)測

成水武

（寧波交通工程建設(shè)集團有限公司，浙江 寧波 315000）

寧波市奉化江大橋主橋上部結(jié)構(gòu)采用波形鋼腹板連續(xù)箱梁，下部為灌注樁、柱式墩，其中12#墩基坑位于奉化江中，工程地質(zhì)較差。拉森鋼板樁圍堰基坑采用理正深基坑軟件驗算，并進行位移檢測，為工程施工安全和質(zhì)量提供科學依據(jù)。工程建成后使用情況良好。

拉森鋼板樁；基坑支護；受力驗算；位移檢測

1 工程概況

1.1 水文地質(zhì)條件

奉化江大橋區(qū)內(nèi)地勢平緩，水網(wǎng)密布，田園成片，河渠水系十分發(fā)達，奉化江最大流速為1.04 m/s，斷面平均流速為0.91 m，設(shè)計最高通航水位3.16 m，最低水位﹣0.7 m。12#墩處地質(zhì)狀況如表1所示。

1.2 基坑結(jié)構(gòu)

寧波市奉化江大橋全長1 020 m，上部結(jié)構(gòu)采用波形鋼腹板連續(xù)箱梁＋小箱梁，布跨（11×30）m＋100 m＋160 m＋100 m＋（11×30）m，橋梁主跨、寬度為國內(nèi)外最大跨徑、跨度的橋梁之一。橋梁標準寬度為51.2 m，單幅寬度為 23.85 m，兩側(cè)寬度1.75 m側(cè)分帶以寬度0.75 m隔離防撞墻代替。下部為灌注樁、柱式墩，其中12#基坑位于奉化江中，工程地質(zhì)較差。主橋12#墩承臺尺寸為22.4 m×13 m×4.5 m，頂標高﹣2 m，底標高﹣6.5 m，分左右幅兩個承臺，如圖1所示。枯水期施工常水位標高不超過1.5 m，采用VI型拉森鋼板樁，長度為24 m，鋼板樁施工采用履帶吊+振動錘（DZ60）。圍堰結(jié)構(gòu)VI型拉森鋼板樁+內(nèi)支撐（Φ630×8 mm鋼管），內(nèi)支撐第一道標高2.1 m，第二道標高﹣1.6 m，第三道標高﹣3.2 m，第四道標高﹣4.8 m。圍檁采用3拼的45a工字鋼。基坑底部鋪設(shè)1.5 m砼墊層，封底砼頂標高﹣6.5 m，角落處設(shè)置一個集水坑，及時抽水。

表1 12#墩處地質(zhì)狀況表

頂面高/m底面高程/m層深/m內(nèi)摩擦角/°粘結(jié)力/kPa重度/（kN/m3）樁側(cè)土摩阻力標準值/（kPa） （2-3）粘土、亞粘土0.1-5.05.18.310.2179～10 （3-1）淤泥質(zhì)粘土夾砂-5.0-13.18.117.413.418.120 （3-2）淤泥質(zhì)黏土-13.1-24.311.29.714.717.112

圖1 VI型拉森鋼板樁結(jié)構(gòu)圖

2 基坑支護受力驗算

2.1 計算模型

結(jié)合相應(yīng)的地質(zhì)條件及參數(shù)，根據(jù)不同的開挖深度、基坑鄰周環(huán)境及相應(yīng)的施工工況，按最不利原則，采用理正深基坑軟件7.0PB2驗算，計算模型如圖2所示。

圖2 VI型拉森鋼板樁結(jié)構(gòu)模型圖（單位：m）

計算工況、計算依據(jù)和方法如表2、表3所示。

表2 計算工況表

工況號工況類型深度/m支錨道號工況號工況類型深度/m支錨道號 1開挖0.900—6加撐—3.內(nèi)撐 2加撐—1.內(nèi)撐7開挖7.800— 3開挖4.600—8加撐—4.內(nèi)撐 4加撐—2.內(nèi)撐9開挖10.500— 5開挖6.200—

表3 計算依據(jù)和方法表

整體穩(wěn)定計算方法瑞典條分法 穩(wěn)定計算采用應(yīng)力狀態(tài)有效應(yīng)力法 穩(wěn)定計算是否考慮內(nèi)支撐√ 穩(wěn)定計算合算地層考慮孔隙水壓力× 條分法中的土條寬度/m1.00 剛度折減系數(shù)K0.850 考慮圓弧滑動模式的抗隆起穩(wěn)定√ 對支護底取矩傾覆穩(wěn)定√ 以最下道支錨為軸心的傾覆穩(wěn)定√

2.2 驗算結(jié)果

2.2.1 土壓力、位移、彎矩和剪力

為了節(jié)約篇幅，工況1土壓力、位移、彎矩和剪力計算結(jié)果如圖3所示，其余省略。

圖3 計算工況1圖

2.2.2 內(nèi)力位移包絡(luò)圖

為節(jié)約篇幅，工況9內(nèi)力包絡(luò)圖如圖4所示，其余省略。

圖4 工況9內(nèi)力包絡(luò)圖

2.2.3 計算結(jié)果匯總

計算結(jié)果匯總?cè)绫?所示。

3 鋼構(gòu)件驗算

3.1 VI型拉森鋼板樁樁身強度驗算

查相關(guān)規(guī)范可知，VI型拉森鋼板樁每延米截面模量x=4 200 cm3。計算可得截面最大應(yīng)力max=/x=145.10/ 4 200×10-6=35 MPa＜215 MPa，滿足要求。

3.2 鋼圍檁強度驗算

圍護結(jié)構(gòu)鋼圍檁采用3拼45a工字鋼，材質(zhì)為Q235鋼材，截面系數(shù)x=3×1 430×103mm3，x=3×836.4× 103mm3，x=3×32 240×104mm4，w=3×13.5 mm。

表4 12#墩基坑支護計算結(jié)果匯總表

計算分區(qū)支護形式計算地面（水面）標高/m計算深度/m嵌固深度/m樁長/m最大支撐軸力/kN樁身最大彎矩/（kN/m）整體穩(wěn)定性系數(shù)抗隆起系數(shù)最小抗傾覆系數(shù)樁身最大位移/mm 12#墩基坑VI型拉森鋼板樁+4道鋼支撐施工期高水位1.510.51222.5261.67145.104.01.651.2310.3

3.2.1 圍檁抗拉驗算

鋼圍檁所承受的所受的最大均布荷載為第四道支撐處，k=261.67 N/mm，設(shè)計值=1.25×261.67=327.1 N/mm。

最大彎矩設(shè)計值：

圍檁翼緣處最大拉、壓應(yīng)力=/x=296 843 250/ （3×1 430 000）=69.19 N/mm2＜=215 N/mm2。

圍檁抗拉設(shè)計強度滿足要求。

3.2.2 圍檁抗剪驗算

=×x/（x×w）=327.1×（3 300/2）×3×836.4×103/（3× 32 240×104×3×13.5）=34.57 N/mm2＜v=125 N/mm2

圍檁抗剪設(shè)計強度滿足要求。

3.3 鋼支撐的強度驗算

內(nèi)支撐采用630×8 mm鋼管，截面面積=156.32 cm2，截面模量x=2 400 cm3。

最大軸力設(shè)計值：1.25×261.67×3.3=1 187 kN

鋼管計算跨度取15.2 m，鋼管每延米自重標準值1=156.32×7.85×1/10 000=1.227 kN/m。

鋼管每延米施工活載2=1.0 kN/m。

自重及施工荷載產(chǎn)生的彎矩設(shè)計值1=1.25×15.22×（1.227+1.0）/8=80.4 kN/m。

根據(jù)《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》（JGJ 120—2012）4.9.7條，支撐的承載力計算應(yīng)考慮施工偏心誤差的影響，偏心距不宜小于支撐計算長度的1/1 000。

安裝偏心產(chǎn)生的彎矩2=1.25×1 187×15.2/1 000= 22.6 kN/m，因此總彎矩=1+2=103.0 kN/m。

查鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范表5.2.1可知，截面塑性發(fā)展系數(shù)x=1.15，max=/（xx）+/=103/（1.15×2 400×10-6）+1 187/ 156.32×10-4=113.25 MPa＜215 Mpa，滿足強度要求。

每一段的防浪墻我們都進行了單獨的深化設(shè)計，以契合每一段的主題，并與周圍環(huán)境進行高度融合。考慮到夜晚的效果，在異型防浪墻底部增設(shè)燈帶，使得其在夜晚也能形成一道優(yōu)美的景觀。左岸中大面積的景墻其實也屬于防浪墻的范疇，但由于景墻后部為居住區(qū)，因此作為防浪墻的景墻設(shè)置了2m多高，如何利用這2m多高的景墻，將其做的有特色，并能成為河對岸的視覺觀賞點是設(shè)計過程中的難點。因此，在這里也選用了可雕刻的異型混凝土，將滁河左岸“望山見水”景觀主題刻畫于此。

3.4 鋼支撐壓桿穩(wěn)定驗算

3.4.1 平面內(nèi)的穩(wěn)定性驗算

X=7.561×108mm4，歐拉臨界力cr=π2x/2= 3.142×206 000×7.561×108/（15.2×15.2×1×109）=6 653.6 kN。

查《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》附錄C，得軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)為x=0.844。

撓度引起的彎矩增加系數(shù)為：

1－0.8×（/cr）=1－0.8×（1 187/6 653.6）=0.86

壓彎構(gòu)件的等效彎矩系數(shù)max取1.0，則平面內(nèi)的整體穩(wěn)定性系數(shù)為：

3.4.2 平面外穩(wěn)定性驗算

軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)y=0.844，壓彎構(gòu)件的等效彎矩系數(shù)tx取1.0，截面影響系數(shù)取0.7, 均勻彎曲的受彎構(gòu)件整體穩(wěn)定系數(shù)b=1.0，則平面外的整體穩(wěn)定性系數(shù)為：

3.4.3 封底混凝土厚度驗算

封底混凝土將受到可能產(chǎn)生的向上水壓力作用，現(xiàn)以此荷載（即水頭高度減去封底混凝土的重量）作為設(shè)計值。采用1.5 m厚的C25混凝土封底，取單位寬度1 m計算，水面至封底混凝土高度（按最不利原則考慮）：=1.5 m（常水位標高）－（－8.0 m）（封底混凝土底標高）=9.5 m，混凝土主要受向上的靜水壓力及自重作用。=10×9.5×1.0－25× 1.5×1.0=57.5 kN/m。

單元混凝土材料參數(shù)及指標：

力學模型按照簡支梁計算得到=1/82=1/8×57.5× 162=1 840 kN/m，=/=0.49 MPa≤＜＞=1.54 MPa，封底混凝土厚度滿足要求。

由以上驗算可知12#墩承臺基坑支護設(shè)計滿足要求。

4 施工監(jiān)測

4.1 監(jiān)測方案

根據(jù)《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（GB 50497—2009）的規(guī)定，開挖深度大于等于5 m、或開挖深度小于5 m但現(xiàn)場地質(zhì)情況和周圍環(huán)境較復雜的基坑工程以及其他需要監(jiān)測的基坑工程應(yīng)實施基坑工程監(jiān)測。本工程委托專業(yè)第三方監(jiān)測單位進行監(jiān)測。12#墩基坑測點布置如圖5所示。

圖5 基坑測點布置圖（單位：m）

4.1.1 支護結(jié)構(gòu)頂部水平及豎向位移

監(jiān)測點間距不大于20 m，基坑各邊監(jiān)測點3個，由于基坑尺寸限制，因而每個基坑布置8個監(jiān)測點。隨著開挖深度的增加，對監(jiān)測點進行加密，沿鋼板樁護墻壁下移，以保證支護結(jié)構(gòu)深層的穩(wěn)定性。

4.1.2 支護結(jié)構(gòu)深層水平位移

12#墩基坑深層水平位移測點共布設(shè)3層，1、2層分別位于第一道與第二道、第二道與第三道鋼管橫撐中間，3層位于底板混凝土頂面以上0.5 m；每層布置4個監(jiān)測點，均位于基坑邊線中點處。

4.2 監(jiān)測要求

4.2.1 基坑變形警戒值

根據(jù)深基坑變形控制保護等級標準，本工程基坑支護變形控制保護等級為二級。

基坑變形的監(jiān)測標準：支護結(jié)構(gòu)頂部側(cè)向水平累計位移小于等于50 mm，變化速率為6 mm/d；支護結(jié)構(gòu)沉降累計位移小于等于30 mm，變化速率4 mm/d；支護結(jié)構(gòu)深層側(cè)向水平累計位移小于等于85 mm，變化速率為6 mm/d。

4.2.2 監(jiān)測周期及監(jiān)測頻率

從基坑支護施工開始至承臺施工完畢后7 d為一個周期。監(jiān)測頻率要求如表5所示。遇特殊情況，如持續(xù)降雨、圍堰內(nèi)抽水除淤、圍檁及支撐拆除等情況時，需要增加監(jiān)測頻率。

變形監(jiān)測的精度要求及結(jié)果如表6所示，監(jiān)測結(jié)果符合要求。

表5 基坑支護監(jiān)測頻率表

序號施工工況最小監(jiān)測頻率/d 1基坑支護施工1/3 2開挖1/0.5 3封底或澆筑墊層完畢1/0.5 4承臺澆筑完畢7～10 d內(nèi)1/2

表6 變形監(jiān)測的精度要求及結(jié)果表（單位：mm）

監(jiān)測內(nèi)容量測要求監(jiān)測結(jié)果 垂直位移中誤差水平位移中誤差垂直位移中誤差水平位移中誤差 監(jiān)測數(shù)據(jù)±0.5±3.0±0.3±2.5

5 結(jié)語

拉森鋼板樁強度高、耐久性好，可重復使用；采用鎖扣連接形成圍護結(jié)構(gòu)，有效克服風浪或振動等外力影響，止水效果好；與傳統(tǒng)鋼筋混凝土板樁相比，其可節(jié)約資源；拉森鋼板樁的安拆不會對江河造成污染，具有顯著的環(huán)保效益。通過驗算，并進行位移檢測，為確保工程施工安全和質(zhì)量提供科學依據(jù)。本工程2016-12開工，2017-06完工，具體如圖6所示。

圖6 工程施工照片圖

［1］姜引利.深基坑支護鋼板樁圍堰仿真分析與監(jiān)測［J］.公路與汽運，2015（4）：228-232.

［2］王青蕊.游蕩性河床橋梁深水低樁承臺拉森鋼板樁圍堰設(shè)計施工技術(shù)［J］.鐵道建筑技術(shù)，2015（3）：54-58.

［3］盧濤，秦鳳江.鋼板樁圍堰的仿真計算及施工關(guān)鍵技術(shù)［J］.廣東公路交通，2014（1）：31-34.

2095－6835（2019）22－0035－04

U44

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.22.009

成水武（1974—），男，浙江寧波人，本科，高級工程師，從事交通建設(shè)工程施工管理工作。

〔編輯：嚴麗琴〕