泵站、结合井、雨水管基坑开挖支护方案

xx高速新桥出口片区排水工程(一期)泵站工程 泵站、结合井、雨水管基坑开挖支护方案 一、编制依据 1. xx高速新桥出口片区排水工程(一期)泵站工程设计文件。 2.拟建工程现场踏勘的情况及市场和社会调查资料 3. 《深圳地区建筑深基坑支护技术规范SJG05-96》 4.《建筑基坑工程技术规范》（YB9258-97）。 5.《建筑基坑支护技术规程》（JGJ 120-99）。 6.《建筑软弱地基基础设计规范》（DBJ10-89）。 7.现场实际情况。 二、工程概况 xx高速新桥出口片区排水工程（一期）泵站工程是xx高速新桥出口片区排水工程的一部分，是为解决片区中外环路局部低洼点水淹而建设的，泵站位于沙井街道xx高速新桥出口外环路南侧段内侧，往深圳方向匝道高架桥右下方。该泵站只有在外环路东侧截排箱涵及内部市政管网配套后才能完全的解决外环路水淹问题。根据工程所在地场地特点，结合钢板桩的特性、施工方法等方面进行考虑，选用拉森Ⅳ号钢板桩，拉森Ⅳ号钢板桩宽度适中，抗弯性能好，依地质资料及作业条件决定选用钢板桩长度16长，要求钢板桩入土深度达桩长0 .5倍以上。 本次开挖支护的拉森Ⅳ钢板桩设计分二种类型,即开挖深度在8.2米, 拉森Ⅳ钢板桩长度为16米的A型；开挖深度在5.5米, 拉森Ⅳ钢板桩长度为16米的B型,其中A型的开挖长度为73米,B型的开挖长度为约82.18米。基坑位于松散潮湿的杂填土上，开挖深度较大，地下水位偏高。依据实际基坑位置和挖深及基坑支护设计规范要求，结合现场施工情况对本涵基坑施工进行支护。 三、方案编制的原则 1、基坑安全可靠：满足基坑支护结构本身强度，稳定性以及变形的要求，确保周围环境的安全。 2、支护施工便利、经济合理及保证工期：在安全可靠的前提下，选择施工工期短、有效的支护方案。 四、支护结构形式确定 1、根据图纸及现场实际开挖情况，整块涵基坑自然地面以下土质总体力学性质差，具有天然含水量及孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低、易扰动变形等特点，开挖时有发生坑边失稳坍塌现象，基坑处地下水位高，原框架涵相对接驳涵基坑也较高。 根据上述情况，在距离基坑图纸标定位置外边1.0 m 处插打拉森钢板桩。同时本单位具有钢板桩深基坑施工方面的相应经验。 2、钢板桩的选用 根据工程所在地场地特点，结合钢板桩的特性、施工方法等方面进行考虑，选用拉森Ⅳ号钢板桩，拉森Ⅳ号钢板桩宽度适中，抗弯性能好，依地质资料及作业条件决定选用钢板桩长度6长，要求钢板桩入土深度达桩长0 .5倍以上。   3、打桩设备 拟采用打拔桩机为25T吊车加液压高频振动锤，激振力220kN。 附图1 拉森钢板桩 400mm 40#工字钢围檩 钢板桩搭接大样 400mm 厚10.5mm 100mm 宽15m 支撑钢管 全长25.64m 40#围檩 基坑支护平面图 五、钢板桩设计方案 1.计算拉森桩入土深度 根据钢板桩入土的深度，按单锚浅埋板桩计算，假定上端为简支，下端为自由支承。这种板桩相当于单跨简支梁，作用在桩后为主动土压力，作用在桩前为被动土压力，压力坑底以下的土重度不考虑浮力影响，计算简图如下。   主动土压力 Ea=1/2*ea(H+t)=1/2r(H+t)2Ka 被动土压力 Ep=1/2*ept=1/2*rt2Kp式 中：Ea---主动土压力最大压强，ea=r(H+t)2Ka Ep---被动土压力最大压强，ea=rtKp Ka---主动土压力系数 Ka=tg2(450-θ/2)=tg2(450-200/2)=0.49 Kp---主动土压力系数 Kp=tg2(450+θ/2)=tg2(450+200/2)=2.04 θ---土的内摩擦角θ=200 r---土的重度 r=16kN/m3 H---基坑开挖深度 H=8.2m 为了使钢板桩保持稳定，在A点的力矩等于零，即ΣMa=0, 亦即EaHa-EpHp=Ea*2/3*(H-t)-Ep(H+2/3*t)=0 将以上数据代入上式中，可得下式 t3+8.36t2-64.71t-176=0 整理后即可求得所需的最小入土深度 t=6.3m 所以钢板桩总长度为 L=8.2+6.3=14.5m 故选择16M拉森桩作为围护桩是合理的。 2.钢板桩稳定性验算 板桩入土深度除保证本身的稳定性外，还应保证基坑底部在施工期间不会出现隆起和管涌现象。 在软土中开挖较深的基坑，当桩背后的土柱重量超过基坑底面以下地基土的承载力时，地基的平衡状态受到破坏，常会发生坑壁土流动，坑顶下陷，坑底隆起的现象（如下图），为避免这种现象发生，施工前，需对地基进行稳定性验算。 转动力距 Mov=G*x/2=(q+rh)x2/2 稳定力距Mr=x 土层为均质土时，则Mr=π*tx2 式中t---地基土不排剪切的抗剪强度，在饱和性软粘土中，t=0 地基稳定力矩与转动力矩之比称抗隆起安全系数，以K表示，若K满足下式，则地基土稳定，不会发生隆起。 K=Mr/Mov >=1.2 当土层为均质土时，则 K=2πc/(q+rh) >=1.2 式中c---内聚力地质报告提供c=23.5kPa q---坑侧上部荷载回填土取q=5.0kN/m2 K=2π*23.5/(5+17.5*6)=147.6/110=1.34 >=1.2 K>1.2故地坑不会产生隆起 式中Mr未考虑土体与板桩间的磨擦力以及垂直面AB上土体的抗剪强度对土体的下滑的阻力，故偏于安全。 3 .钢板桩支撑体系设计及验算 对内支撑基坑，造成基坑失稳的直接原因一般可归纳为两类：结构不足（墙体、支撑等的强度或刚度不足）和地基土强度不足。 根据地质资料和现场实际情况分析，本工程可不考虑管涌和承压水，不进行钢板桩的抗渗透稳定性验算。本设计主要计算钢板桩、围檩、支撑在施工全过程中的强度和稳定性。 根据地质报告，计算出排水管道施工区域土的有关加权平均指标如下： γ=16KN/m3 φ=20º C=8kpa 本设计计算时取C=0，不考虑地下水的作用。仅考虑被动土压力修正系数k=1.6（见《深基坑工程设计施工手册》P.286）， 3.1土压力计算 q=18KN/m2 e0 4100 10 8200 R1 Pa1 2050 4100 eB B 2050 Pa2 2 e2 qKa S PP e3 O M 图A: 钢板桩支护计算示意图 主动土压力系数Ka=tg2(45º-20º/2)=0.49 被动土压力系数Kp =tg2(45º+20º/2)=2.04 被动土压力修正系数k=1.6，则：Kp=kKp=3.264 如图A所示，图中B点为R1与基坑底面间的中点。近似计算时，即认为R1等于e0与e1间的三角形荷载，土压力为：ei=KaγHi。另考虑基坑边土体和机械行走等产生的附加荷载，按18KN/m2计算。 上式中Hi为土压力计算高度。 其中H1=4100；HB=6150； H2=8200。 经计算： e0=0 e1= KaγH1= 0.49×16×4.1=32.14KN/m2 eB= KaγHB= 0.49×16×6.15=48.22 KN/m2 e2= KaγH2= 0.49×16×8.2=64.29 KN/m2 设支撑间间距均为L=4.5m，则通过公式： Ri={[(en +en+1)/2] *hn+1+ qKa*hn+1} L可计算出支撑反力R1、 上式中h0=0；h0B=6.15m； Q=qKa=18×0.49=8.82 KN/m2。 则：R1= [(0+48.22)÷2×6.15+18×0.49×6.15]×4.5= 911.34 KN 3.2 钢支撑强度和稳定性验算 本工程一道长钢支撑均采用φ630×12钢管。已知Rmax=911.34KN，A=232cm2, ｒ=21.8 cm，[f]=200Mpa。取安全系数为K=2.0。 A、对钢管支撑长度15.0 m的直钢管，其长细比λ=115.38，查表得φ=0.5。 则由公式N/（φ×Α）≦[f]/ K可计算出15米长直支撑满足稳定性要求的允许压力为： Nz=1160 KN >Rmax=911.34 KN 符合要求。 B、本工程钢斜支撑均采用φ377×10钢管。第一根支撑直管从钢板桩边上3.5m位置开始支撑，则可以求得该部位的支座力：R支=[(0+48.22)÷2×6.15+18×0.49×6.15]×3.5= 708.82 KN，A=115cm2, ｒ=13.0 cm，[f]=200Mpa。取安全系数为K=2.0。 对钢管支撑长度约6.0m的斜钢管，其长细比λ=46.15，查表得φ=0.903。 则由公式（N/（φ×Α）≦[f]/ K可计算出6米长斜支撑满足稳定性要求的允许压力为： Nx=1038.45 KN >√2 Rmax=1.414X708.82=1002.27 KN 符合要求。 由此可见支撑的强度和稳定性均满足要求。 3.3 钢板桩抗弯验算 两道支撑间及下道支撑与基坑底面之间的钢板桩弯矩可以近似按照两端简支梁承受梯形荷载计算。查《静力计算手册》，可按以下公式计算钢板桩的最大弯矩： Mmax=[q2L2/6]·{[2υ3-μ（1+μ）]/（1-μ）2} 上式中 μ= q1/q2；υ=√（μ2+μ+1）/3 μ12=0.475 μ23=0.771 υ12=0.753 υ23=0.888 由此可计算出： A、两道支撑间之间钢板桩的最大弯矩为: MmaxB=(50.37×4.12÷6)×{[2×0.7533－0.475(1+0.475)]÷(1－0.475)2} =78.741 KN.m/m Ⅳ型拉森钢板桩W=2043cm3/m，安全系数K=2。 fmax= MmaxB/W=78741/（2043×10-6）=38.541Mpa＜[f]/2=100Mpa 因此钢板桩的抗弯强度可以满足要求。 3.4工字钢围檩抗弯抗压验算 （1）、抗弯验算 本工程围檩采用40号工字钢，详见平面布置图。支撑与围檩连接的计算简图见图B。 已知作用在下道围檩的均布荷载较大，为Q=R2/4.5m=111.638KN/m，40#工字钢对其x—x轴的截面系数 W=1090cm3；f=200Mpa。 将围檩视为多跨连续梁，净跨度仍按4.5m计算，最大弯距在跨中，若安全系数取K=2.0。计算时按两跨连续梁计算，则查《静力计算手册》可得： Mmax=0.07QLj2=0.07×111.638×4.52=158.2469KN-m =1582469N-cm Mmax/W=1582469/1090=1451.806N/cm2 < f/2.0=10000N/cm2 符合要求。 （2）、压弯验算 当斜向支撑作用在围檩上时，围檩是压弯构件，因此还应进行围檩在压弯状态下的强度。 按公式（N/An）+[Mx/（γx ·Wnx）]≤f计算 上式中γx——截面塑性发展系数，取1.05；N——轴心压力，为502.371；An——净截面面积，为86.1cm2；Mx——最大弯矩；Wnx——截面矩。 则：（N/An）+[Mx/（γx ·Wnx）] = (502.371/86.1)+[13785.0/(1.05×1090)] =17.88 KN/cm2 < f=20 KN/cm2 符合要求。 从以