深基坑钢板桩围堰结构设计.doc

深基坑钢板桩围堰结构设计 三航三公司 曹志邓 [概述]本文介绍了无锡市内环西线Ⅰ标京杭运河大桥挂篮悬浇箱梁主墩承台钢板桩围堰的方案设计，根据不同的地质、水文、基坑深度及施工特点等因素，对钢板桩及内部支撑进行选型和布设。 [关键词]钢板桩入土深度、等值梁法、朗金土压力理论、内部支撑、围堰稳定性 工程概述 无锡内环西线Ⅰ标京杭运河大桥为变截面预应力混凝土连续箱梁，单箱双室、左右分幅结构，跨径组成为66+105+66m，采用挂篮悬浇工艺施工。下部结构为灌注桩基础、现浇承台、墩柱。单个主墩承台几何尺寸为１６.９ｍ（长）*１０.３ｍ（宽）*３.０ｍ（高），其底标高为–4.85ｍ，顶标高为–1.85ｍ。 根据现场实际情况，运河南侧054#主桥墩的承台绝大部分位于陆域，运河北侧055#主墩的承台大部分位于水中，055#主桥墩外侧的现状是吴桥西路路幅较窄，但过往车辆较多。根据主桥墩承台底标高较深，考虑水压力、土压力及车行荷载等外力影响，拟采用左右承台合并在一起，形成的全封闭围堰平面布置形式，其施工范围为横桥向长度41.6m，顺桥向宽度12m。根据钢板桩围堰的一般设计原则，初步确定钢板桩桩顶标高+2.5m，并设内部支撑，第一道支撑设置在水面附近，第二道支撑设置在承台顶面以上部位，并根据计算结果确定是否在承台中部设第三道支撑。 围堰伸入航道5~13米，占用岸线宽度50米，运河通航净宽85米。在钢板桩围堰靠航道侧设置Φ８００ｍｍ钢管桩以防止过往船只对围堰造成影响，钢管桩间采用型钢连接形成整体。 2、水文及地质条件 水位情况：洪水位+2.5m；一般情况下水位+1.5m；船舶通航引起的浪高为0.5m；计算时水位按+2.0m。 河床底标高：-0.5m。 水深情况：洪水位水深——3.0m；一般情况下水深——2.0m；船舶通航水深为2.5m（此水深为钢板桩计算水深）。 地质情况： 以标高1.5m向下描述：2.5m水+0.5m淤泥+3m亚粘土+亚砂土（6.0m以下）。 亚粘土②1-1：比重取1.99t/m3，内摩擦角φ取8.8度，粘聚力取7.2t/m2。 亚砂土②2：比重取1.87t/m3，内摩擦角φ取28.8度，粘聚力取0.53t/m2。 3、用“等值梁法”计算钢板桩的入土深度 3．1绘制土压力分布图 施工过程分两种工况： 工况（一）：第一道支撑设置完毕，抽水并开挖到第二道支撑下50cm处，准备架设第二道支撑，此时可假定钢板桩下端支撑于钢板桩土压力强度等于零的点，上端支撑与第一道支撑，钢板桩按简支梁计算。 工况（二）：即第二道支撑设置完毕，围堰内泥面标高开挖承台底标高下25cm（25cm基坑底封底混凝土），此时可假定钢板桩下端支撑与钢板桩土压力强度等于零的点，钢板桩按二跨连续梁进行计算。 计算入土深度时，取最不利状况，即按照工况（二）进行计算如下： 钢板桩的控制标高见下图： 钢板桩土压力及水压力分布图： 3．2计算钢板桩上土压力强度等于零点离挖土面距离y 按朗金土压力理论，河床底土压力与水压力分开，河床底水平且有均布水荷载模式下进行计算。主动土压力的土取自然状态下的平均容重ρ=（1.99+1.87）/2=19.3KN/m3，内摩擦角ψ取18.8°=（8.8+28.8）/2，被动土压力的土取亚砂土②2比重取18.7KN /m3，内摩擦角φ取28.8°（参照《工程地质纵断面图》中的23#孔）。因土处于饱和水状态，为简化计算，不考虑土的粘聚力，及土对钢板桩的竖向摩擦力。 B点处水压力强度eBw=wH=10×2.5=25 KN/m2 主动土压力系数ka=tg2（45-φ/2）= tg2（45-18.8/2）=0.513 被动土压力系数kp=tg2（45+φ/2）= tg2（45+28.8/2）=2.86 水的当量土高度h=eBw/（aw*ka）= 25/（19×0.513）≈2.5m 基坑底处土压力强度eDs=as*H*ka=19.3×（2.5+4.6）×0.513=70.3 KN/m2 钢板桩上土压力强度等于零点离挖土面距离y=eDs/[ps*（kp-ka）]=1.6m 3．3将AE段梁当作钢板桩的等值梁，按两跨连续梁计算其支点反力和最大弯距 受力模型图： 剪力图： 弯距图： 计算结果如下： RA=20.75KN RC=153.3+75.07=228.37KN RE=98.59KN Mmax=-128.34 KN.M 3．4根据RE和墙前被动土压力相等的原理，求x值，确定钢板桩的长度。 RE= ps*（kp-ka）*x 98.59=18.7*（2.86-0.513）* x x=2.246m 入土深度t=1.1×（x+y）=1.1×（1.6+2.246）=4.23m 桩长L=5.1+4.23+2.246=11.83m，拟选用桩长12m的钢板桩。 3．5验算钢板