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1、望虞河深水基坑围堰设计中交京沪高铁项目三工区 王付方摘要：工程中一般将水深在56m以上，不能采用普通的土围堰、木桩围堰、钢板桩围堰等 防水技术施工的桥梁基础称为桥梁深水基础。跨望虞河连续梁水中墩基坑深达13.6m, 施工围堰必须精心设计，确保施工安全可靠、经济合理、操作方便。本文主要主要阐 述了该处深水基坑的设计过程。关键词：深水基坑、围堰设计1、工程概况1.1 桥梁特征京沪高速铁路在DK1217+268处跨越望虞河，跨越处河宽125m。跨望虞河梁跨布置为 48+80X2+48米预应力混凝土连续箱梁，其中靠上海侧80米主跨跨河，有2个墩位于水中， 墩位处水深约7米。所跨河流望虞河为五级航道，且
2、航运较繁忙，桥梁水中墩施工干扰大， 被铁道部列为重点工程。跨望虞河连续梁立面图位于河中的苏州西桥段35#、 36#墩，墩身为圆端型实体墩，墩高13.5米；承台横桥向 宽18.2m，顺桥向宽10.4m，高4m,承台底位于水面下12.5m，位于河床下4.5m ；每个墩15 根（p1.5m钻孔桩基础，桩长83.5m。1.2 河流地貌及水文特征望虞河线路经过处为苏州和无锡的界河，连接太湖和漕湖，下游直通长江，是太湖流域 重要的防洪河道，且为五级通航河道，通航净高为5.5m,净宽为50m。桥位处河流水面宽度 125.3米，主河槽最大水深9.38米，线路法线与水流夹角为5。因此段已处于长江下游地 区，地面
3、高程仅23米，水流落差小，流速低（桥址处水文资料 Q1%=575m3/s， H1%=2.82m， V1%=0.70m/s）。经调查，桥位处枯水季节水位标高为0.653米，最高通航水位标高为2.623米，变化幅度较小。下图为京沪高速铁路跨望虞河河貌：京沪高速铁路跨望虞河河貌照片1.3 工程地质特征本段地处长江三角洲平原区，均为第四系地层覆盖，系江河、湖泊、海相沉积形成，为黏土、粉质黏土夹粉细砂层，广泛分布淤泥质土，桩基础由上至下依次穿过淤泥质黏土（1.7m）、淤泥质粉砂（1.9m）、粉细砂（7.2m）、淤泥质粘土（ 10.8m）、其下为淤泥质粉砂和粘土互层。2、承台基坑围堰设计2.1 方案比选备
4、选方案主要有三种，筑岛围堰方案；钢套箱方案；钢管桩（用钢管和型钢焊接加工而 成，详情见下图）围堰方案。筑岛方案费用较低，但由于望虞河为太湖的一个主要泄洪通道，防洪评价中要求避开汛 期施工水下基础，筑岛围堰方案占用河道面积较大，在和太湖局协商后无法实施。钢套箱方案钢材投入多、回收率低，下沉时设备及人员投入多，工序复杂； 钢管桩围堰方案能够迅速展开施工，速度快，周期短，且支护材料可回收利用，经济性 较钢套箱方案好，只是必须加强止水和支撑措施，所以选用钢管桩围堰方案。经过比选，本段桥梁水中墩施工采用钢管桩围堰施工方案。2.2 围堰结构设计主墩深水基础采用钢管桩围堰进行支护施工，钢管桩采用直径529毫
5、米螺旋管和型钢焊 接而成，长22m,围堰尺寸为13.8mX21.2m，比承台周边尺寸大1.7m。桩间周圈咬合紧密， 有止水措施。围堰内侧四周圈采用H型钢分四层以围檩形式支护，围檩采用双列I50a型钢， 中间纵向支承采用外径529mm壁厚8mm圆钢管，按一定间距布置，四角采用2HZ450斜撑。 基底采用C20混凝土封底，封底厚度100cm。围堰结构见下图：13趴钢營桩围堰平丙图围堰立面图说贬：1卒團尺寸加!计,跨望虞河连续梁水中墩围堰结构设计图2.3 围堰结构检算2.3.1 钢管桩结构计算 采用理正深基坑软件计算支护方案 排桩支护 基本信息 内力计算方法增量法规范与规程建筑基坑支护技术规程JGJ
6、 120-99基坑等级一级基坑侧壁重要性系数Y01.00基坑深度H(m)13.760嵌固深度(m)5.730桩顶标高(m)0.000桩直径(m)0.530桩间距(m)0.730混凝土强度等级C25有无冠梁无放坡级数0超载个数0 土层信息 土层数4坑内加固土否内侧降水最终深度(m)13.760外侧水位深度(m)0.000内侧水位是否随开挖过程变化是内侧水位距开挖面距离(m)0.000弹性法计算方法m法 土层参数 层号土类名称层厚(m)重度(kN/m3)浮重度(kN/m3)粘聚力(kPa)内摩擦角(度)1水6.1810.00.00.000.012粘性土1.9018.0&040.0012.003粉砂
7、9.3518.0&00.0130.004粘性土4.7018.0&0层号与锚固体摩 擦阻力(kPa)粘聚力 水下(kPa)内摩擦角 水下(度)水土计算m值(MN/m4)抗剪强度(kPa)10.10.000.00分算18.48240.040.0012.00分算18.48340.00.0130.00合算7.50450.020.003.00分算10.00支锚信息支锚道数4支锚道数4支锚 道号支锚类型水平间距(m)竖向间距(m)入射角( )总长(m)锚固段 长度(m)1内撑5.4600.5002内撑5.4602.5003内撑5.4602.5004内撑5.4602.500支锚 道号预加力(kN)支锚刚度
8、(MN/m)锚固体 直径(mm)工况 号锚固力 调整系数材料抗力(kN)材料抗力 调整系数10.0011.7121767.701.0020.0011.7141767.701.0030.0011.7161767.701.0040.0011.7181767.701.00 土压力模型及系数调整 弹性法土压力模型:经典法土压力模型:q。层号土类名称水土水压力 调整系数主动土压力 调整系数被动土压力 调整系数被动土压力 最大值(kPa)1水分算1.0001.0001.00010000.0002粘性土分算1.0001.0001.00010000.0003粉砂合算1.0001.0001.00010000.0
9、004粘性土分算1.0001.0001.00010000.000 设计结果 结构计算 （-63.0E）（0.06）（-141.24-（1Q41）（0,1）0）（0.00）（-cM4.bD）-= 1.200,满足规范要求。 s 抗隆起验算 Prandtl (普朗德尔)公式(K = 1.11.2)，注:s安全系数取自建筑基坑工程技术规范YB 9258-97(冶金部):DNq + CNc(H + D )+ q=tan45 oNc=(N -qNqtan 45 +Nc=(1.309 1tan 3.000Ks)12+ -2e tan3.00血)tan3.142tan 3.0001.30918.000 x
10、5.730 x 1.309 + 20.000 x 5.90015.463 x( 13.760 + 5.730 )+ 0.000K = 0.839 = 1.151.25),注：安全系数取自建筑基坑工程技术规范 sYB 9258-97(冶金部):tanN =q 2(33.000X 3.142 -)tan 3.000=1.347N =( 1.347 - 1 )= 6.624ctan 3.00018.000 x 5.730 x 1.347 + 20.000 x 6.624S =15.463 x ( 13.760 + 5.730 ) + 0.000K = 0.900 P钢护筒 围堰壁围堰封底混凝土厚度满足要求。、封底混凝土抗弯、抗剪检算(所有钢护筒位置均假定为约束) 、抗弯计算钢护筒中心距(既单位混凝土跨度l=3.9m) 混凝土受水头浮力及自重产生的弯矩为:M=1/8ql
