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09东华一路分区3箱涵基坑支护优化方案

省道S272肇珠线江门市区复线东华大桥工程

分区3箱涵基坑支护施工优化设计方案

广东省基础工程公司

省道S272肇珠线江门市区复线东华大桥工程

分区3箱涵基坑支护施工优化设计方案

GJSS ——

工程名称:省道S272肇珠线江门市区复线东华大桥工程

工程地点:江门市区

施工单位:广东省基础工程公司

编制单位:广东省基础工程公司省道审批单位:广东省基础工程公司

S272肇珠线江门市区复线

东华大桥工程项目经理部

部门:工程技术部部门:技术部

审核人:审批负责人:

编制人:

编制日期:2010 年月日审批日期:2010年月日

目录

第一节概述 (1)

第二节施工方案 (4)

第三节基坑支护计算 (5)

附:分区三基坑支护优化计算书

第一节概述

一、工程概况

东华一路方渠改造排水工程箱涵一为东华一路泵房至江门河边新建雨污合流方渠,设计长度334m,箱涵由原截面4000×1800变更为4000×2000,同时增加长304m Ф500雨水管,相关检查井及连接管等同时施工。箱涵一位于F2辅道下,属特殊路基处理路段3分区和4分区,原设计方案为施工D400CFG桩进行地基处理,经优化设计后,将3分区特殊路段软基处理方案变更为通过插打4~6m长梢径12cm木桩的方式进行地基加固,4分区保留原地基处理方案施工CFG桩。

二、结构形式及特点

箱涵一跨径为1-4×2m,设计涵长323.58m,箱涵涵身设计为C30砼,垫层为C15砼,涵身钢筋采用HRB335钢筋。箱涵一泵房出水口标高为1.00m,河边出水口渠底变高为0.8m。Ф800污水管位于方渠右下侧,污水管泵房出口标高为-0.45m,接入现状井入口处管底标高为-0.8m,污水管中心距离箱涵一侧墙面1.8m,管底设120度混凝土基础污水管,共设置9个中间污水井,污水井直径1.5m。Ф500雨水管位于方渠右上方,管中心离箱涵侧墙面60cm,雨水管起点位置管底变高为2.23m,河边出口处管底标高1.62m,雨水管共设置12个中间雨水检查井,雨水经常井直径1.0m。

一般箱涵设置20cm厚C15素砼垫层,软基均设置50cm厚砾砂垫层,箱涵基坑采用中粗砂回填夯实。箱涵采用现浇法施工,先施工底板,待砼强度达到70%以上后再浇筑强身和顶板。正交箱涵每4~6m设一道沉降缝,斜交箱涵除两端长度按施工图提供尺寸设置外,其余均按4~6m设置沉降缝,正交箱涵端部长度不宜少于6m。

三、施工环境

箱涵一、雨水管、污水管施工范围位于东华一路南侧(木板厂侧)机非隔离带、非机动车道和人行道下,道路沿线主要分部有1~3层普通厂房和民房。地面平坦,底线管线丰富,主要有盈通通讯光缆、自来水供水管和高压供电线路等,施工期间已基本完成管线排查和迁改。

地质钻孔揭露显示,方渠改造用地场区施工开挖范围岩土主要为素填土和粉质粘土,素填土主要为粉质粘土夹填碎块、砂跞,顶部为0.25m为混凝土,素填土层厚度在3.4m~5.8m间,全场地分布;粉质粘土层主要为粉粒和粘粒,夹砂跞,厚度为3.1m。场区地下水位埋深在1.3m~4.3m之间。地下水位标高在0.66~1.46m之间。经现场施工需要,设计重新对特殊路基4分区范围补充了两个地质钻孔,所揭露的上部覆盖层岩土特征基本与原详勘资质相符。

四、原施工方案

方渠及管道施工基坑开挖深度在3.5m~4.7m之间,采用拉森Ⅳ止水钢板桩+对撑的方式进行基坑支护,钢板桩内设两道对撑,围檩与钢板桩及围檩与对撑间均满焊,围檩和对撑均采用I40a工字钢。基坑宽度约8m,两层围檩间距为1.5~2.5m,对撑水平间距为3m。

渠采用分层和分段施工,先施工底板和一段侧墙,达到设计强度后,回填中粗砂,拆除下层对撑和围檩后施工剩下侧墙和顶板。原设计方案基坑支护设计如下图所示:

09东华一路分区3箱涵基坑支护优化方案

五、方案优化

1、因原特殊路段软基处理方案的优化设计,需重新调整方渠施工安排,另外综合考虑同基坑内的管线平面和位置关系,重新调整施工顺序。

2、根据新方渠截面尺寸的变更、管道增设和管道中心距离的改变,需对基坑施工宽度进行修正。

3、根据箱涵及管道施工深度,对原设计基坑支护方案进行进一步优化,采用9m 长拉森III型钢板桩进行基坑支护,且仅设置一道对撑围檩,围檩的构件截面高度、安装方式进行优化、同时将原设计中的基坑围檩对撑的材料、截面特征、对撑间距等进行进一步优化设计。

4、结合地质勘察和前期基坑试挖所揭露的地质情况和地下水位情况,对基坑支护优化设计方案进行验算。

5、基坑优化设计方案采用正版理正6.0基坑进行设计验算。

第二节施工方案

1、根据F2辅道下特殊路段软基处理方案的优化设计,箱涵及管道施工可在组织分区4范围CFG桩施工的同时,先进行分区3范围基坑开挖、松木桩软基加固和箱涵等施工。在不影响现状旧方渠使用功能的前提下,从泵房最近端开始向分区4范围施工,待完成分区4范围CFG桩软基处理及复合地基检测后,进行箱涵一出口段施工,最后组织泵房出口范围及与旧方渠重叠段的施工。

2、分区三完成基坑支护后,组织机械设备进行土方开挖和箱涵范围底部范围松木桩施工,完成松木桩、50cm厚碎石层及20cm厚C15素混凝土垫层施工后,进行Ф800污水管和污水检查井施工,后进行箱涵、雨水管及雨水检查井施工。

3、分区四箱涵施工同时需进行东华一路D1350截污管及D32号截污井的施工,D1350截污管与D32号截污井同时施工,与箱涵一重叠位置应提前完成。东华一路800截污管直接连接至D32号截污井,回填密实后,组织箱涵河边出口施工。

4、分区3范围原地面标高为3.76~4.10m间,箱涵基坑内800截污管施工底标高在-0.5~-0.6之间,箱涵基坑碎石垫层底部标高在±0.00~-0.1m之间。分区三箱涵及截污管施工基坑支护采用9m长拉森III型钢板桩,材质SY295,基坑内顶部以下30cm位置设置一道对撑围檩。

5、因基坑内增加500雨水管,箱涵边的800污水管净距增加,考虑局部位置截污管检查井施工,基坑支护宽度标准段为8.6m,局部位置因现状自来水管或其他管道及检查井施工部位,酌情加宽。钢板桩基坑支护以300×300H型钢作为水平围檩(顶部腰梁),围檩间用壁厚1cm直径600mm钢管进行对撑,对撑钢管间距为6m。

6、根据原路面破除及地下障碍物清理,钢板桩施打前,现状地面整体降低1~1.5m,钢板桩顶基本与原路面标高相同,利用70cm~1.2m超挖范围安装基坑围檩及对撑。围檩和对撑安装完成并经验收后方可组织基坑内土方开挖。基坑内完成土方开挖后,临边设置安全防护网,避免重型车辆对基坑边加载。

7、因该处地下水位较低(+1.4m左右),基坑开挖后,需在基坑底部设置排水沟和集水井进行基坑内排水。

第三节基坑支护计算

本次计算主要针对分区三范围箱涵及截污管、雨水管施工基坑支护进行验算,基坑设计安全等级为二级。

1计算依据

(1)第七册施工图设计图纸、工程勘察报告。

(2)《广州地区建筑基坑支护技术规定》 GJB 02-98。

(3)《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99。

(4)《钢结构设计规范》(GB50017-2003)。

(5)《深基坑工程设计施工手册》(龚晓南主编)

2基坑土压力分析

目前,应用较为普遍的土压力计算公式主要有库仑土压力公式和朗肯土压力公式。库仑理论假设粘聚力c=0,考虑了墙体与土体之间的摩擦作用,并考虑了墙体的倾斜,但对于粘性土必须采用等代摩擦角,层状土须简化成匀质土才能计算;而朗肯土压力理论不论对于砂性土、粘性土、匀质土或层状土均可适用,也适用于地下水及渗流效应的情况,但由于没有考虑墙体与土体之间的摩擦力,使得主动土压力偏大,被动土压力偏小,在采用等值梁法计算时,须将被动土压力加以提高修正。

朗肯土压力公式:

γ

主动土压力:Pa=Ka

-

c

Ka2

h

γ

被动土压力:Pp=Kp

+

c

h

Kp2

根据地质资料,分区三箱涵施工范围地质揭露地层自上而下为粉质粘土填土层、淤泥质粘土层、淤泥质土层、泥质淤泥层和粉砂层。对于不同土层土压力计算时均采用偏安全的水土合算法。

3计算内容

(1)开挖、加撑、开挖等三个工况下主动土压力计算、基坑支护位移计算,基坑整体稳定性、抗倾覆、地表隆起及隆起量、管涌及地下水承压力计算。该部分验算采用理正深基坑6.0进行设计计算。

(2)钢板桩验算

(3)内撑验算

(一)按地质详勘钻孔LJ02号孔地质勘察资料进行分区三的基坑支护验算。

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[ 支护方案 ]

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连续墙支护

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[ 基本信息 ]

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---------------------------------------------------------------------- [ 超载信息 ]

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---------------------------------------------------------------------- [ 土层信息 ]

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---------------------------------------------------------------------- [ 土层参数 ]

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---------------------------------------------------------------------- [ 支锚信息 ]

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---------------------------------------------------------------------- [ 土压力模型及系数调整 ]

---------------------------------------------------------------------- 弹性法土压力模型: 经典法土压力模型:

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---------------------------------------------------------------------- [ 工况信息 ]

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---------------------------------------------------------------------- [ 结构计算 ]

---------------------------------------------------------------------- 各工况:

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内力位移包络图:

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地表沉降图:

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---------------------------------------------------------------------- [ 整体稳定验算 ]

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计算方法:瑞典条分法

应力状态:总应力法

条分法中的土条宽度: 0.40m

滑裂面数据

整体稳定安全系数 K s = 1.709

圆弧半径(m) R = 6.892

圆心坐标X(m) X = -2.843

圆心坐标Y(m) Y = 1.281

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[ 抗倾覆稳定性验算 ]

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抗倾覆安全系数:

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M p——被动土压力及支点力对桩底的抗倾覆弯矩, 对于内支撑支点力由内支撑抗压力决定;对于锚杆或锚索,支点力为锚杆或锚索的锚固力和抗拉力的较小值。

M a——主动土压力对桩底的倾覆弯矩。

注意:锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算。

工况1:

注意:锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算。

序号支锚类型材料抗力(kN/m) 锚固力(kN/m)

1 内撑 0.000 ---

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K s = 11.422 >= 1.200, 满足规范要求。

工况2:

注意:锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算。

序号支锚类型材料抗力(kN/m) 锚固力(kN/m)

1 内撑 333.333 ---

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K s = 20.658 >= 1.200, 满足规范要求。

工况3:

注意:锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算。

序号支锚类型材料抗力(kN/m) 锚固力(kN/m)

1 内撑 333.333 ---

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K s = 3.434 >= 1.200, 满足规范要求。

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安全系数最小的工况号:工况3。

最小安全K s = 3.434 >= 1.200, 满足规范要求。

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[ 抗隆起验算 ]

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Prandtl(普朗德尔)公式(K s >= 1.1~1.2),注:安全系数取自《建筑基坑工程技术规范》YB 9258-97(冶金部):

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K s = 1.313 >= 1.1, 满足规范要求。

Terzaghi(太沙基)公式(K s >= 1.15~1.25),注:安全系数取自《建筑基坑工程技术规范》YB 9258-97(冶金部):

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K s = 1.436 >= 1.15, 满足规范要求。

[ 隆起量的计算 ]

注意:按以下公式计算的隆起量,如果为负值,按0处理!

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式中δ———基坑底面向上位移(mm);

n———从基坑顶面到基坑底面处的土层层数;

ri———第i层土的重度(kN/m3);

地下水位以上取土的天然重度(kN/m3);地下水位以下取土的饱和重度(kN/m3);

hi———第i层土的厚度(m);

q———基坑顶面的地面超载(kPa);

D———桩(墙)的嵌入长度(m);

H———基坑的开挖深度(m);

c———桩(墙)底面处土层的粘聚力(kPa);

φ———桩(墙)底面处土层的内摩擦角(度);

r———桩(墙)顶面到底处各土层的加权平均重度

(kN/m3);

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[ 抗管涌验算 ]

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抗管涌稳定安全系数(K >= 1.5):

'

1.5γ0h'γw()

+

h'2Dγ

式中γ0———侧壁重要性系数;

γ'———土的有效重度(kN/m3);

γw———地下水重度(kN/m3);

h'———地下水位至基坑底的距离(m);

D———桩(墙)入土深度(m);

K = 6.347 >= 1.5, 满足规范要求。

[ 承压水验算 ]

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式中P cz———基坑开挖面以下至承压水层顶板间覆盖土的自重压力(kN/m2);

P wy———承压水层的水头压力(kN/m2);

K y———抗承压水头的稳定性安全系数,取1.5。

K y = 34.25/30.00 = 1.14 >= 1.05

基坑底部土抗承压水头稳定!

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[ 嵌固深度计算 ]

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嵌固深度计算过程:

按《建筑基坑支护技术规程》 JGJ 120-99单支点结构计算支点力和嵌固深度设计值h d:

1) 按e a1k = e p1k确定出支护结构弯矩零点h c1 = 2.180

2) 支点力T c1可按下式计算:

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h T1 = 3.700m

T c1 = 55.836 kN

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