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基坑围护桩与池壁共同作用的水池设计.pdf
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1、中国新技术新产品2024 NO.3(下)-112-工 程 技 术随着城市的发展,管网越来越完善,生活污水水量逐渐增加,尤其是夏季,过多出水量导致溢流的情况经常出现,因此越来越多的污水处理厂需要进行改造,以满足最大水量要求。有些项目进行技术改造后,按照所有水泵满负荷运行仍不能满足要求,因此需要新建单体设计。通常厂内空间有限,新建单体的同时,原有单体不能停产,给设计和施工都带来挑战。为满足厂内有限空间的要求,围护桩与池壁经常需要紧贴设计,因此须对围护桩与池壁间的受力状态以及作用分担情况进行深入研究。本文利用大型岩土软件 MIDAS GTS NX 对某工程粗格栅及进水泵房建立泵站结构、围护桩和周围土
2、层整体进行三维模型和研究,得到的结论可为同类工程设计提供参考。咬合桩的工作机理为钢筋混凝土桩与素混凝土桩切割咬合,桩与桩间排列形成相互咬合的桩墙,桩与桩间可在一定程度上传递剪力1。排桩应采用隔桩施工,施工时先施工副桩再施工主桩,并要求副桩的超缓凝混凝土在初凝前必须完成主桩施工。当主桩施工时采用全套管钻机切割掉相邻副桩相交部分的素混凝土,从而实现咬合。1 工程概况该工程为四川省某市污水处理厂,工程规模为10万m/d,日总变化系数 1.30,日处理峰值系数 1.20。该技改工程中的粗格栅及进水泵房单体原有 1 座,已经按 4.5 万 m/d 规模建成,随着生活污水水量的不断增加,远期生活污水量将增
3、至 5万m/d,考虑生活水量总变化系数,须新建一座新的泵房,并与现状进水井、现状粗格栅以及进水泵房出水管联通互为备用。在改扩建的过程中,须注意施工组织顺序,编制合理优化的施工组织方案。对邻近的构建筑物要进行保护2。2 设计内容根据工艺专业条件,结合地质和周边环境情况,设计泵房尺寸 12m6.2m10.4m,壁板厚度为 800mm,底板厚度为1000mm,为钢筋混凝土水池结构。空间有限,因此未进行飞边设计。新建溢流井尺寸 4.75m3.3m9.9m,整个基坑呈不规则凸出形状,基坑距离现状溢流井、现状粗格栅及进水泵房、现状管道和检查井较近,设计废除临近检查井和管道,后期结合新建泵房对拆除部分进行重
4、建,恢复功能。新建泵房基坑开挖会对周围已有构筑物产生影响,现状场地狭窄,因此设计采用支护开挖施工方式,基坑采用 800 钻(冲)孔灌注桩作为支护结构,同时灌注桩咬合兼做止水帷幕,底部采用注浆加固。本工程设计地坪标高为 474.30m,坑底标高为 463.90m,总埋深 10.40m。基坑冠梁中心标高处设置钢筋混凝土斜撑和对撑,下部设置 HM 型钢临时支撑,型钢临时支撑水平方向不少于 6 道,竖向不少于 2 道,型钢采用壁厚 14mm,围檩不小于 500mm500mm“H”形钢。主要施工顺序须根据总体施工安排,首先进行基坑围护结构施工,其次开挖基坑土方,最后进行主体结构施工。围护结构主要有以下施
5、工步骤(在整平、围挡施工场地等前期准备工作后)。1)关闭现状泵站、溢流井阀门。2)施工四周围护桩。3)基坑开挖至冠梁底标高,施工冠梁及混凝土支撑梁。4)进行型钢临时支撑,基坑开挖至基底设计标高,泵房、井底部喷浆封底加固,及时施工垫层、结构底板及部分侧墙。连接溢流井、现状泵房的钢筋混凝土管内套钢管施工。5)第一次浇筑的底板及部分侧墙砼达到设计值后,继续施工侧墙至冠梁下方。井与泵房间的基坑应在侧墙达到设计强度后,临时支撑拆除前回填土密实。6)侧墙达到设计强度后,回填土方。3 建立数值模型3.1 有限元几何模型本文采用专业岩土工程分析软件 MIDAS GTS NX 对拟建基坑开挖过程进行了三维精细化
6、建模。将开挖深度的35 倍作为基坑开挖数值模拟的影响范围,有限元模型尺寸为 50m42m30m,如图 1 所示。为得到 3 个方向上质量较高的网格,减少畸变网格的产生,当划分网格时采用计算精度较高的“四面体”网格,分别对基坑处进行局部加密,坑外土体网格尺寸为 3.0m,坑内土体尺寸为 1.0m。整个模型四周约束法向位移,底部采用固定约束,考虑地下水位的影响(设置地下水位在地表以下 0.5m),在四周施加固定水头边界,整个模型共 23565 个节点,138259 个单元。为充分考虑围护桩体系(主副桩交叉)在基坑开挖过程中承担侧向土压力,同时在水池建成后,池壁与桩体叠合后,仍然能与池体共同作用分担
7、侧向土压力,因此,在实际设计中,在满足池体抗浮工况下可减少壁板厚度,本基坑围护桩与池壁共同作用的水池设计邓安妍(南京市市政设计研究院有限责任公司,江苏 南京 210000)摘 要:采用大型岩土软件 MIDAS GTS NX 对某工程粗格栅及进水泵房结构进行数值模拟分析,研究市政水池在基坑围护桩与池壁共同作用下,结构的受力状态与传统设计方法池壁受力状态的区别,结果表明:在边界条件一致的情况下,与传统设计计算方法相比,基坑围护桩、池壁共同作用下结构所受的弯矩更小,设计变小约30%。在类似工程中,不能忽略围护桩体在后续水池结构中的受力作用,桩池壁共同作用可减少池壁厚度和配筋用量,从而节约造价。该研究
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