钢板桩支护在复杂地质小型深基坑中的受力分析.pdf
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1、83钢板桩支护在复杂地质小型深基坑中的受力分析郭永芳张微郭若男/中国水利水电第十四工程局有限公司【摘要】本文以漳河河道内小型深基坑支护为例,重点阐述河道内复杂地质条件下,钢板桩围堰结合内支撑支护结构的受力和构件验算,不同工况下最不利情况的计算,及全过程受力模拟分析,并对方案的可行性进行了检算。在工程实施过程中,动态优化施工方案,保证施工安全。【关键词】漳河深基坑钢板桩支护1二工程概况漳河大桥位于太行山高速公路邯郸段,在清漳河、浊漳河汇合口下游约2 0 0 m处跨越漳河。漳河桥面宽80200m,水深2 5 m,河道内地下水位埋深为3 m。漳河大桥跨冀、豫两省省界与太行山高速安阳段相接,分左右两幅
2、。左幅中心桩号为K69十8 99.5 8 1,右幅中心桩号为K69十8 5 9.5 8 1,设计角度为90。桥位区地形起伏较大,岩层以元古界震旦系下统串岭沟组中风化砂岩为主,地表上覆第四系全新统冲洪积形成的卵石,偶见孤石,工程地质条件较复杂。河道内主墩承台尺寸为14.8mX9.3m,设计水位高程为十2 93.0 0 m,防洪水位高程为十2 94.2 3 0 m,承台底高程为十2 7 7.6 0 m,基坑底高程为十2 7 7.10 m,基坑最大挖深为17.13 m。本文主要对河道内左幅4号、右幅6 号承台深基坑支护结构进行受力分析和构件检算。2小型深基坑支护设计2.1主要设计思路施工时利用漳河枯
3、水期先筑岛围堰,按防洪水位高程(2 94.2 3 m)十0.5 m为筑岛顶面高程,即2 94.7 3 m,筑岛顶面高程即为钢板桩顶高程。承台涉水深基坑采用拉森IV型钢板桩结合内支撑支护进行防护,竖向设置四道围支护,钢板桩埋人基坑底部不小于3 m。现场地层砂砾卵石粒径较大且下部为中风化砂岩,钢板桩无法直接打入,采用旋挖钻钻孔引孔打人的方法,成孔后及时回填黏土,试打钢板桩,若还无法打人则二次引孔。2.2钢板桩围堰设计钢板桩围堰平面尺寸为2 5.5 8 m18.8m(两个承台),四周工作面预留2 m,两承台间距为2.98 m(满足集水坑、人行钢直梯安装之需)。考虑到地下水位坑底渗水,用集水坑明排,集
4、水坑断面尺寸为1m1m2.5m(宽X深X长)。2.3材料规格和参数(1)钢板桩为拉森IV型钢板桩,每米钢板桩截面特性为W=2270cm。(2)第一至第四道圈梁及内支撑规格为:2 145 B、2H588X 300、2 H 5 8 8 X 3 0 0、2 H 5 8 8 X 3 0 0(Q 2 3 5 B)、630X10(Q235B)。(3)垫层混凝土强度等级为C20。2.4钢材和钢板桩容许应力(1)Q 2 3 5 B钢材容许应力为:。=17 0 MPa,t=100MPa。(2)拉森IV型钢板桩容许应力为:=2 95 1.2 0.75=184.375(MPa),考虑受力情况,取18 5 MPa。2
5、.5土的参数根据现场提供的地质资料,筑岛土及河床面以下覆盖层均采用卵石土。卵石土参数为:容重取2 0 kN/m,黏聚力c取0,内摩擦角取3 584地基与基础工程2.6支护结构型式第一至第四道圈梁及内支撑规格为:2 145 B、2H588X300、2 H 5 8 8 X 3 0 0、2 H 5 8 8 X 3 0 0(Q 2 3 5 B)、$63010(Q 2 3 5 B),钢板桩支护结构如图1所示。3钢板桩设计3.1计算工况根据围堰施工步骤,承台钢板桩围堰受力按以下施工工况进行受力分析。(1)工况一:钢板桩插打完毕后开挖至2 92.10 m高程,安装第一道圈梁,(2)工况二:第一道圈梁安装完成
6、后,承台区基坑内边抽水边开挖至2 8 8.6 0 m高程,在干环境下安装第二道圈梁。(3)工况三:第二道圈梁安装完成后,承台区基坑内边抽水边开挖至2 8 5.10 m高程,在干环境下安装第三道圈梁。(4)工况四:第三道圈梁安装完成后,承台区基坑内边抽水边开挖至2 8 1.6 0 m高程,在干环境下安装第四道圈梁。(5)工况五:抽水,开挖至基底高程2 7 7.10 m,施工垫层混凝土。3.2计算方法及参数选择3.2.1计算参数选择施工过程中,钢板桩主要受到围堰外侧主动土压力、围堰内侧基坑底初始土反力以及水压力作用。此次计算按最不利情况考虑,采用ZKDQ37-7钻孔机钻孔揭示的地层情况进行围堰受力
7、计算。钢板桩土压力及土层分布如图2 所示。A钢板桩支护A一A面图2558钢板桩顶(筑岛顶面)350350375408375350350高程2 94.7 3 mM588300型钢川2HM588300型10年一遇洪水位口A630098142294.23m钢管204630人行钢直梯2145BA630X102145B钢管支撑098500982HM588X300A630X102HM588X300型钢钢管支撑型钢098A630X10日08钢管支撑08812HM588X300A630X192HM588X300298型钢钢管支撑型钢承台顶+0.5日50承台A630基坑底钢管区封底混凝土集水坑集水坑拉森V型拉森
8、IV型2HM588300型钢2HM588300型钢200钢板桩1480钢板桩200拉森IV型钢板桩1880一A(a)平面图(b)剖面图图1钢板桩支护结构图(单位:cm)乙+2 94.7 3 筑岛顶面又+2 94.7 3+293.00+292.60第一道圈梁卵石土(筑岛)设计水位C=0y=35y=10kN/m3又+2 90.0 0又2 8 9.10 第二道圈梁卵石土C=0-+285.60第三道圈梁=35y=10kN/m+284.0028.9kPa又+2 8 2.10 第四道圈梁主动土压力中风化砂岩+277.10基坑底又+2 7 2.6 0 围堰底209.6kPa水压力64.8kPa图2钢板桩土压
9、力及土层分布85钢板桩支护在复杂地质小型深基坑中的受力分析3.2.2计算模型利用有限元软件建立单位宽度钢板桩围堰受力模型,其中钢板桩用梁单元模拟;基坑内土弹簧用封底混凝土约束,各道圈梁约束均用只受压节点的弹性支撑模拟;土压力、初始土反力及水压力均用梁单元荷载的形式加载到钢板桩上。其中土弹簧刚度计算方法为k,=m(一h)(1)式中弹簧刚度,N/m;m土的水平反力系数的比例系数,kN/m;之计算点距地面的深度,m;h计算工况下的基坑开挖深度,m。利用卵石土参数计算土弹簧m值为0.20-9+cm=(2)Ub式中m土的水平反力系数的比例系数,MN/m;C土的黏聚力,kPa;内摩擦角,();Ub挡土构件
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