颍上复线船闸基坑支护方案设计.doc

颍上复线船闸基坑支护方案设计 孙加鑫 安徽水利开发股份有限公司 234000 【摘 要】颍上复线船闸和现有船闸两船闸轴线间距为62m，拟建复线基坑开挖深度为20.322.2m，为保证基坑开挖过程中，不影响现有船闸的安全运行，通过技术经济比较采取灌注桩支护措施，并通过安全符合验算，支护措施安全可靠。【关键词】复线船闸 基坑支护 灌注桩 稳定1 工程概况拟建颍上复线船闸位于沙颍河下段，距上游阜阳船闸约80km，距下游入淮河口45km，现有船闸规模为180m12m3m（闸室长口门宽槛上水深，下同），其通航能力已不能满足现在的航运要求，拟在现有船闸的左侧新建一座复线船闸，新建船闸为级船闸，船闸的上闸首为2级建筑物，闸室和下闸首为3级建筑物，导航墙、靠船墩等为4级建筑物。规模为180m24m3m，新建船闸轴线和现有船闸轴线距离为62m，根据现场场地条件和目前国内基坑支护的主流方式，设计中对基坑支护进行了技术经济比较后，选用灌注桩支护方案。2 基坑支护形式选择基坑需要支护的部位有三部分，分别为上闸首（包括上游导航墙）、闸室、下闸首（包括下游导航墙），基坑最大开挖深度超过22m。基坑开挖以不影响现有船闸的稳定和正常运行为原则，根据地质资料，若按1：2边坡开挖（每45m留一道平台），上边线至现有船闸左侧17m高程，将影响现有船闸的稳定，闸室和上下闸首左边将会有一半以上的高度临空，船闸将会产生向左侧倾斜等不利影响，影响现有船闸的正常运行，甚至可能使现有船闸报废，其影响和损失巨大。根据稳定验算，现有船闸上下闸首两侧的填土可对称卸载至24m高程，闸室两侧填筑可对称卸载至26m高程，卸载后保留平台宽度710m，再按1：2坡度开挖，在距建筑物外边线2m处采取支护措施。设计对采用灌注桩和钢板桩支护进行了比较，钢板桩施工要快速方便，但其投资较灌注桩方案大（可比投资比较表见表1），且钢板桩拔除过程中可能会对主体建筑产生影响，综合比较后采用灌注桩支护方案。拟在基坑右侧布置一排支护桩，桩顶以上按1：2放坡开挖，每45m高设一道2m宽平台，坡顶距现有船闸道外边线约810m。经分析计算，选用桩径1.2m的砼灌注桩，嵌入深度按建筑基坑支护技术规范（JGJ120-99）悬臂式支护结构计算，分别得出：上闸首基坑开挖高程7.8m， hd=13.5m，桩顶高程16m，桩底高程4.7m，桩长20.7m，桩距1.6m，共42根；闸室基坑开挖高程9.5m， hd=11m，桩顶高程16m，桩底高程0.2m，桩长16.2m，桩距2.4m，共74根；下闸首基坑开挖高程6.8m， hd=18.1m，桩顶高程16m，桩底高程10.3m，桩长26.3m，桩距1.2m，共53根。支护桩参数表见表2。表1 基坑支护方案投资比较表项目钢板桩方案灌注桩方案钢板桩（t）辅助钢材（t）C25灌注桩1.2m（m）C25砼冠梁（m3）支护工程量上闸首49814.595659闸室1315381296151下闸首47114153356合计2284673785266综合单价（元）4200350017401290可比造价（万元）983693注：钢板桩综合单价为考虑回收后的单价表2 支护桩参数表项目基坑开挖高程（m）桩顶高程（m）桩底高程（m）桩长（m）桩距（m）数量（根）上闸首7.816-4.720.71.642闸室9.516-0.216.22.474下闸首6.816-10.326.31.253图1 上闸首基坑开挖和支护剖面图3 稳定计算闸址处土质分为5层，以粘土为主，偶夹粉土层及粘土层夹细砂。各土层的抗剪强度和渗透系数见表3。表3 各土层渗透系数土层土 层 名 称渗透系数（cm/s）抗剪强度C( kPa)(度)2重粉质壤土5.00 E-0532.012.01重粉质壤土3.00 E-0638.012.01轻粉质壤土、砂壤土2.00 E-0520.020.02细 砂2.00 E-043.034.0重粉质壤土2.00 E-0536.016.0选取上闸首作为典型计算，闸室及下闸首限于篇幅简略，不再列出，同时闸室四周考虑高喷截渗墙围封，计算过程已考虑截渗。上闸首支护结构计算简图见图2，计算基本信息见表4。图2 上闸首支护计算简图表4 计算基本信息内力计算方法增量法桩直径(m)1.200规范与规程建筑基坑支护技术规程 JGJ 120-99桩间距(m)1.600基坑等级二级有无冠梁有基坑侧壁重要性系数01.00冠梁宽度(m)1.000基坑深度H(m)15.200冠梁高度(m)0.800嵌固深度(m)15.000水平侧向刚度(MN/m)50.000桩顶标高(m)-8.000放坡级数2桩材料类型钢筋混凝土超载个数0混凝土强度等级C30支护结构上的水平集中力0桩截面类型圆形3.1嵌固深度计算图3 悬臂式支护结构嵌固深度计算简图计算参数：嵌固深度系数为1.2，抗渗嵌固系数为1.2. 按建筑基坑支护技术规程（JGJ 120-99）悬臂式支护结构计算嵌固深度值，规范公式如下： Epj 桩、墙底以上根据基坑内侧各土层水平抗力标准值epjk的合力之和（kN）；hp合力Epj作用点至桩、墙底的距离（m）；Eai 桩、墙底以上根据基坑外侧各土层水平荷载标准值eaik的合力之和（kN）；ha合力Eai作用点至桩、墙底的距离（m）；g0建筑基坑侧壁重要性系数；对应基坑安全等级二级取1.0；b嵌固深度的安全系数，规范值取1.2，计算得： = 1.200 ， = 1.000， = 5.017m， = 3888.435kPa = 7.319m， = 2219.211kPa， 得到= 13.200m，采用值为：15.000m3.2整体稳定验算图4 整体稳定计算简图计算方法：瑞典条分法，条分法中的土条宽度为1.00m；应力状态：总应力法。 滑裂面数据：圆弧半径(m) R = 35.090，圆心坐标X(m) X = -8.758，圆心坐标Y(m) Y = 18.248，整体稳定安全系数 Ks = 1.6193.3 抗倾覆稳定性验算抗倾覆安全系数：Mp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。Ma主动土压力对桩底的倾覆弯矩。注意：锚固力计算依据桩体实际锚固长度计算。 计算得： Mp=27137.603kN.m，Ma=20550.74kN.m，Ks=1.329= 1.20，满足规范要求。3.4 抗隆起验算 图5 抗隆起计算简图抗隆起安全系数分别按randtl(普朗德尔)公式和Terzaghi(太沙基)公式计算，安全系数均满足要求，本文仅列出Prandtl(普朗德尔)公式的计算过程。，Ks = 1.311 = 1.1, 满足规范要求(Ks = 1.11.2)，建筑基坑工程技术规范（YB 9258-97）(冶金部)3.5 隆起量计算按以下公式计算的隆起量，如果为负值，按0处理。式中基坑底面向上位移(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)；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)。 = 0(mm)3.6 抗承压水(突涌)验算图6 抗承压水突涌计算简图式中Pcz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)； Pwy承压水层的水头压力(kN/m2)； Ky抗承压水头(突涌)稳定性安全系数，规范要求取大于1.050。Ky = 40.00/30.00 = 1.33 = 1.05。基坑底部土抗承压水头稳定。4 结语颍上复线船闸基坑开挖靠现有船闸侧采用灌注桩支护，根据安全稳定计算，支护方案经济可行。