孫加鑫
(安徽水利開發(fā)股份有限公司 蚌埠 233000)
潁上復(fù)線船閘基坑支護(hù)方案設(shè)計(jì)
孫加鑫
(安徽水利開發(fā)股份有限公司 蚌埠 233000)
潁上復(fù)線船閘和現(xiàn)有船閘兩船閘軸線間距為62m,擬建復(fù)線基坑開挖深度為20.3~22.2m,為保證基坑開挖過(guò)程中不影響現(xiàn)有船閘的安全運(yùn)行,通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較,采取灌注樁支護(hù)措施,并通過(guò)安全符合驗(yàn)算,支護(hù)措施安全可靠。
復(fù)線船閘 基坑支護(hù) 灌注樁 隆起量
擬建潁上復(fù)線船閘位于沙潁河下段,距上游阜陽(yáng)船閘約80km,距下游入淮河口45km,現(xiàn)有船閘規(guī)模為180m× 12m×3m(閘室長(zhǎng)×口門寬×檻上水深,下同),其通航能力已不能滿足現(xiàn)在的航運(yùn)要求,擬在現(xiàn)有船閘的左側(cè)新建一座Ⅳ級(jí)復(fù)線船閘,規(guī)模為180m×24m×3m,上閘首為2級(jí)建筑物,閘室和下閘首為3級(jí)建筑物,導(dǎo)航墻、靠船墩等為4級(jí)建筑物。擬建復(fù)線船閘軸線和現(xiàn)有船閘軸線距離為62m,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地條件和目前國(guó)內(nèi)基坑支護(hù)的主流方式,設(shè)計(jì)中對(duì)基坑支護(hù)進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后,選用灌注樁支護(hù)方案。
基坑需要支護(hù)的部位有三部分,分別為上閘首(包括上游導(dǎo)航墻)、閘室、下閘首(包括下游導(dǎo)航墻),基坑最大開挖深度超過(guò)22m?;娱_挖以不影響現(xiàn)有船閘的穩(wěn)定和正常運(yùn)行為原則,根據(jù)地質(zhì)資料,若按1∶2邊坡開挖(每4~5m高留一道平臺(tái)),上邊線至現(xiàn)有船閘左側(cè)17m高程,將影響現(xiàn)有船閘的穩(wěn)定,閘室和上下閘首左邊將會(huì)有一半以上的高度臨空,船閘將會(huì)產(chǎn)生向左側(cè)傾斜等不利影響,影響現(xiàn)有船閘的正常運(yùn)行,甚至可能使現(xiàn)有船閘報(bào)廢,其影響和損失巨大。根據(jù)穩(wěn)定驗(yàn)算,現(xiàn)有船閘上下閘首兩側(cè)的填土可對(duì)稱卸載至24m高程,閘室兩側(cè)填筑可對(duì)稱卸載至26m高程,卸載后保留平臺(tái)寬度7~10m,再按1∶2坡度開挖,在距建筑物外邊線2m處采取支護(hù)措施,可保持閘室及閘首穩(wěn)定。設(shè)計(jì)對(duì)采用灌注樁和鋼板樁支護(hù)進(jìn)行了比較,鋼板樁施工速度快和方便,但其投資較灌注樁方案多290萬(wàn)元,且鋼板樁振動(dòng)拔除過(guò)程中可能會(huì)對(duì)主體建筑產(chǎn)生影響,綜合比較后采用灌注樁支護(hù)方案。
擬在基坑右側(cè)布置一排支護(hù)樁,樁頂以上按1∶2放坡開挖,每4~5m高設(shè)一道2m寬平臺(tái),坡頂距現(xiàn)有船閘道外邊線約8~10m。經(jīng)分析計(jì)算,選用樁徑1.2m的混凝土灌注樁,嵌入深度按《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)范》(JGJ120—99)懸臂式支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算,分別得出:上閘首基坑開挖高程7.8m,hd=13.5m,樁頂高程16m,樁底高程-4.7m,樁長(zhǎng)20.7m,樁距1.6m,共42根;閘室基坑開挖高程9.5m,hd=11m,樁頂高程16m,樁底高程-0.2m,樁長(zhǎng)16.2m,樁距2.4m,共74根;下閘首基坑開挖高程6.8m,hd=18.1m,樁頂高程16m,樁底高程-10.3m,樁長(zhǎng)26.3m,樁距1.2m,共53根。支護(hù)樁參數(shù)表見表1。
表1 支護(hù)樁參數(shù)表
閘址處土質(zhì)分為5層,以粘土為主,偶夾粉土層及粘土層夾細(xì)砂。各土層的抗剪強(qiáng)度和滲透系數(shù)見表2。
表2 各土層滲透系數(shù)
選取上閘首作為典型計(jì)算,其余計(jì)算簡(jiǎn)圖及閘室和下閘首限于篇幅略,同時(shí)閘室四周考慮高噴截滲墻圍封,計(jì)算過(guò)程已考慮截滲。
3.1 嵌固深度計(jì)算
計(jì)算參數(shù):嵌固深度系數(shù)為1.2,抗?jié)B嵌固系數(shù)為1.2。
按《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》(JGJ 120—99)懸臂式支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算嵌固深度hd值,規(guī)范公式如下:
式中:∑Epj——樁、墻底以上根據(jù)基坑內(nèi)側(cè)各土層水平抗力標(biāo)準(zhǔn)值epjk的合力之和(kN);
hp——合力∑Epj作用點(diǎn)至樁、墻底的距離(m);
∑Eai——樁、墻底以上根據(jù)基坑外側(cè)各土層水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值eaik的合力之和(kN);
ha——合力∑Eai作用點(diǎn)至樁、墻底的距離(m);
γ0——建筑基坑側(cè)壁重要性系數(shù);對(duì)應(yīng)基坑安全等級(jí)二級(jí)取1.0;
β——嵌固深度的安全系數(shù),規(guī)范值取1.2。
計(jì)算得 :β=1.200,γ0=1.000,hp=5.017m,∑ Epj= 3888.435kPa,ha=7.319m,∑Eai=2219.211kPa,得到 hd= 13.200m,hd采用值為:15.000m。
3.2 整體穩(wěn)定驗(yàn)算
計(jì)算方法:瑞典條分法,條分法中的土條寬度為1.00m;應(yīng)力狀態(tài):總應(yīng)力法。
滑裂面數(shù)據(jù):圓弧半徑(m)R=35.090,圓心坐標(biāo)X(m)X=-8.758,圓心坐標(biāo)Y(m)Y=18.248,整體穩(wěn)定安全系數(shù)Ks=1.619
3.3 抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算
式中:Mp——被動(dòng)土壓力及支點(diǎn)力對(duì)樁底的抗傾覆彎矩,對(duì)于內(nèi)支撐支點(diǎn)力由內(nèi)支撐抗壓力決定。
Ma——主動(dòng)土壓力對(duì)樁底的傾覆彎矩。
錨固力計(jì)算依據(jù)樁體實(shí)際錨固長(zhǎng)度計(jì)算。
計(jì)算得:MP=27137.603kN·m,Ma=20550.74kN·m,Ks= 1.329>=1.20,滿足規(guī)范要求。
3.4 抗隆起驗(yàn)算
抗隆起安全系數(shù)分別按Prandtl(普朗德爾)公式和Terzaghi(太沙基)公式計(jì)算,安全系數(shù)均滿足要求,本文僅列出Prandtl(普朗德爾)公式的計(jì)算過(guò)程。
Ks=1.311>=1.1,滿足規(guī)范要求(Ks>=1.1~1.2),《建筑基坑工程技術(shù)規(guī)范》(YB9258-97)(冶金部)。
3.5 隆起量計(jì)算
按以下公式計(jì)算的隆起量,如果為負(fù)值,按0處理。
式中:δ——基坑底面向上位移(mm);
N——從基坑頂面到基坑底面處的土層層數(shù);
ri——第i層土的重度,地下水位以上取土的天然重度,地下水位以下取土的飽和重度(kN/m3);
Hi——第i層土的厚度(m);
Q——基坑頂面的地面超載(kPa);
D——樁(墻)的嵌入長(zhǎng)度(m);
H——基坑的開挖深度(m);
C——樁(墻)底面處土層的粘聚力(kPa);
Φ——樁(墻)底面處土層的內(nèi)摩擦角(度);
r——樁(墻)頂面到底處各土層的加權(quán)平均重度(kN/m3)。
計(jì)算取δ=0(mm)3.6抗承壓水(突涌)驗(yàn)算
式中:Pcz——基坑開挖面以下至承壓水層頂板間覆蓋土的自重壓力(kN/m2);
Pwy——承壓水層的水頭壓力(kN/m2);
Ky——抗承壓水頭(突涌)穩(wěn)定性安全系數(shù),規(guī)范要求取大于1.050。
Ky=40.00/30.00=1.33>=1.05?;拥撞客量钩袎核^穩(wěn)定。
潁上復(fù)線船閘基坑開挖靠現(xiàn)有船閘側(cè)采用灌注樁支護(hù),根據(jù)安全穩(wěn)定計(jì)算,支護(hù)方案經(jīng)濟(jì)可行■