A05-某桥桥墩基坑下部钢板桩支护工程(钢板桩,内支撑).docVIP

某大桥桥墩基坑下部钢板桩支护工程 --钢板桩，两排内支撑 1 概 况 某特大桥桥墩承台为17m×12.8m，厚5m。承台埋深为14.8m，承台及桥墩在施工期间将处于深基坑之中。 基坑采用上部分级放坡开挖与下部钢板桩支护相结合的结构形式，采用明挖法施工，桥墩承台底标高20.46m，地面高程34.6m，基坑开口长53.87m，开口宽51.79m，挖深达14.8m。 基坑下部采取钢板桩直壁式支护开挖施工，直壁开挖深度为7.1m，直壁基坑为20.8m×16.8m。承台边轴线外加2.0米作为施工作业面和挖排水沟用。围护结构采用400mm拉森钢板桩和工字钢支撑体系，钢支撑采用I40a工字钢，支撑水平间距5.675m，设2道，另在施工过程中设置一道临时支撑。同时为保证基坑降水，在高程27.46m开挖平台设置水井，以减水基坑承压水。 工程地质条件较差，周边无临近大型建筑物和地下管网，但与灌溉沟渠、高压铁塔毗邻。场区外围存在的沟渠水系的水渗入补给，地下水较为丰富，故本基坑工程重要性等级为二级，支护结构设计中的重要性系数γ0=1.0。基坑支护总平面布置见图1。 土层分层计算土压力，粘性土和粉土采用总应力法，即水土合算，强度指标采用快剪试验指标；对中、粗砂、碎石土，则应采用水土分算。 各土层已知条件：（1）第一层土：人工填土，厚1.97m，内摩擦角，粘聚力；（2）第二层土：粘土，厚3.5m，内摩擦角，粘聚力；（3）第三层土：粉土，厚4.5m，内摩擦角，粘聚力；（4）第四层土：砂土，粉土以下都是砂土，内摩擦角，粘聚力。土的天然重度取。地下水位在地面下0.2～5.5处。钢板桩桩顶在地面下7.64m处。桩顶上部放坡两级，坡比为，坡高3.82m，第一级放坡（坡中）的马道宽1.0m，第二级放坡的马道宽4.0m。结合现场现有材料，拟采用国产拉森SP- = 4 \* ROMAN IV钢板桩，其技术指标为：单根钢板桩宽，高，厚，截面积，单根钢板桩每米的重量76.1kg，每延米墙身需采用钢板桩2.5根(反向扣接)，每延米墙身每米的重量190kg，每延米墙身钢板桩惯性矩，每延米的截面模量(抵抗矩)，取钢板桩的允许拉应力，允许剪应力。钢板桩长15m。由于钢板桩刚度较小，需加强内支撑。拟设置两道水平钢支撑，分别在距桩顶1.5m、7.18m处设置，不设竖向支撑，施工时还需设置一道临时支撑。水平钢支撑采用I40a型工字钢，沿钢板桩内壁设置长方形围檩，并在四角设置加强斜撑。 考虑施工堆载，假设基坑顶部(地面)作用有无限均布荷载；在桩顶平台距离钢板桩桩顶1.0m处的坑外作用有局部荷载（汽车荷载及其它荷载总和）。 图1-1 桥墩基坑平面图 图1-2桥墩基坑施工剖面图 2 设计计算 1）工况一 假设先开挖桩顶第一层，设置第一道钢支撑于桩顶下1.5m处，再一次开挖到坑底。先计算土压力(水平荷载及水平抗力)，绘制钢板桩的弯矩图和剪力图，求内支撑的支撑轴力，进而验算钢板桩的抗弯矩抗剪能力，验算内支撑的支撑能力，判断钢板桩的最大弯矩、剪力、内支撑的支撑轴力是否均在其允许范围以内。其次，还应验算钢板桩的变形和位移是否在允许范围以内。 图2 基坑示意图（长度单位：m） 依据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ 120—99）第3.4～3.5节，计算土压力(水平荷载及水平抗力)分布。土压力由四部分组成：(1)桩顶平台以下土自重引起；(2)局部荷载（汽车荷载）引起；(3)桩顶平台以上土自重引起；(4)均布荷载引起。 假设坑内水位已降至坑底以下0.5m，坑外水位也已降至桩顶平台高程，计算可得土压力分布如图3所示。 其中E点为弯矩零点，其位置由主动土压力强度与被动土压力强度相等计算得出。 计算可得支撑承受的轴力为：T=301.42 kN 该数值为每延米长度范围内承受的支撑力。当确定了支撑点的水平间距，则所需的支撑轴力为该值与支撑水平间距的乘积。 钢板桩的允许应力为，则每延米钢板桩的允许弯矩为： 。 图3 工况一土压力分布图（长度单位：m） 图4 工况一弯矩分布示意图（弯矩单位：kN·m，长度单位：m） 由图4可知，最大弯矩在桩顶下6.1～6.3m处的位置，且其值大于856.0 kN·m。由于钢板桩的允许弯矩为，小于钢板桩受到的最大弯矩，故工况一不安全。 由图5可知，最大剪力在标高-9.14m(桩顶下1.5m)处的位置，为294.0 kN。 若不能保证始终使坑内外的水位差小于2 m，则建议采用双排钢板桩。 2）工况二 假设先开挖桩顶第一层，设置第一道钢支撑于桩顶下1.7m处(桩承台顶面不允许钢支撑再下移)，再一次开挖到坑底。此时土压力分布及土压力零点的位置保持不变。 支撑的轴力为：T(1.7m)=307.78 kN 支撑作用点到零点的距离： 该轴力为每延米距离上所需的支撑轴力。 图5 工况一剪力分