跨古城大运高速公路连续梁方案基坑支护检算

1、跨古城大运高速公路连续梁方案基坑支护检算中铁六局集团有限公司工程设计院2015 年 6 月目录1 工程概况 12 基坑支护方案 13 基坑检算 23.1 高速公路侧计算结果 23.1.1 各工况下的结构位移及内力 43.1.2 地面沉降 53.1.3 截面计算 63.1.4 整体稳定性 73.1.5 抗倾覆 73.1.6 嵌固深度 83.1.7 结论 93.2 非高速公路侧计算结果 113.2.1 各工况下的结构位移及内力 133.2.2 地面沉降 143.2.3 截面计算 143.2.4 整体稳定性 153.2.5 抗倾覆 163.2.6 嵌固深度 174 结论 171 工程概况古城大运高速

2、公路特大桥跨大运高速公路连续梁，连续梁位于 19#-22#墩上，东西走向、直线段、纵坡为 4下坡。与大运高速公路交叉里程：大运高速公路下行交叉里程，铁路 DK5+238.00（公路 里程 K554+627.5），大运高速公路上行交叉里程，铁路 DK5+254.55.00，交角 1170200。本连续梁为 48+80+48m 双线预应力混凝土连续梁，采用挂篮悬浇施工；需施工桩基 56 根，承台 4 个，其中两个主墩承台基坑开挖达 6 米，地下静止水位在地面以下 1.52 米，施工技术复杂。跨大运高速公路连续梁由 19#墩22#墩组成，20#21#墩跨大运高速公路，跨度 80m；地面高程在 101

3、4.27m 左右。本桥跨越大运高速公路，大运高速公路宽约 30m，路中心高程 1019m，桥梁中心线与高速公路斜交，成桥后桥底距路面净高为 7.2m。跨路施工安全防护为本工程施工难点。防护工程主要分为两项：20#、21#桩基、承台施工的施工防护，连续梁中跨上跨大运高速公路防护。本工程主要对 20#、21#承台基坑支护方案进行检算。2 基坑支护方案20#、21#主墩承台施工基坑支护：根据现场调查，承台边距大运高速公路路基坡脚最近距离为5m,为防止 20、21#墩桩基、承台施工过程中，尤其是承台开挖影响高速公路路基稳定，采用拉森钢板桩防护，确保高速公路安全正常运营。20、21#墩桩基、承台基坑尺寸

4、 16.5m16.5m，深约 6m（按 6m 进行检算）。承台基坑采用 2 步 开挖成型，第一步沿承台边缘向外 4m 开挖基坑，四周按 1：1 放坡，开挖深度 2m。留置 1m 宽平台，用以减少钢板桩承受的侧向土压力。第二步沿钢板桩内侧垂直开挖到基坑底部，开挖深度 3.5m 左右。钢板桩采用 SP-II 型拉森钢板，桩长度 12m,宽度 400mm,高度 100mm,厚度 10.5mm。钢板桩沿承台四 周保留 1m 工作面，封闭打入。第二步 3.5m 基坑垂直开挖，开挖完成后，施工 10cm 厚混凝土垫层，并在基坑底四角设置 111m 集水坑，采用水泵进行排水。基坑防护布置示意图如下：3 基坑

5、检算图 2-1 基坑防护布置图18,55.566DK5+238.00大运高速上行DK5+254.55大运高速下行6614,55.615本工程基坑等级为一级，按照一级基坑标准控制。基坑外侧超载分以下两种情况：（1）高速公路侧地面超载考虑高速公路路基填土自重及车辆荷载，其中填土自重按： h=19kN/m34.5m=85.5kN/m2 计算，车辆荷载按 5.5kN/m2 计算；（2）非高速公路侧地面超载及施工荷载按 15kN/m2 计算。3.1高速公路侧计算结果采用理正深基坑软件单元计算方法，采用建筑基坑支护技术章程（JGJ 120-2012），按照一级基坑标准进行控制，模型详细信息如下： 基本信息

6、 规范与规程建筑基坑支护技术规程 JGJ 120-2012内力计算方法增量法支护结构安全等级一级支护结构重要性系数01.10基坑深度H(m)6.000嵌固深度(m)6.000桩顶标高(m)-2.000桩材料类型钢板桩每延米截面面积A(cm2)153.00每延米惯性矩I(cm4)8740.00每延米抗弯模量W(cm3)874.00抗弯f(Mpa)295有无冠梁无放坡级数1超载个数2支护结构上的水平集中力0 放坡信息 坡号台宽(m)坡高(m)坡度系数11.0002.0001.000 超载信息 超载序号类型超载值(kPa,kN/m)作用深度(m)作用宽度(m)距坑边距(m)形式长度(m)185.50

7、00.0009.0004.000-291.0000.00030.00013.000条形- 土层信息 土层数4坑内加固土否内侧降水最终深度(m)6.500外侧水位深度(m)2.000弹性计算方法按土层指定弹性法计算方法m法基坑外侧土压力计算方法主动 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粉土6.5017.07.05.0020.002粉土6.5018.08.0-3粘性土3.0019.09.0-4粘性土6.0020.010.0-层号与锚固体摩擦阻力(kPa)粘聚力水下(kPa)内摩擦角水下(度)水土计算方法m,c,K值抗剪强度(kPa)

8、160.05.0020.00合算m法6.50-260.018.0020.00合算m法7.80-360.025.0015.00合算m法5.50-4120.030.0018.00合算m法7.68- 工况信息 工况号工况类型深度(m)支锚道号1开挖6.000-计算简图如下：图3.1 计算简图3.1.1各工况下的结构位移及内力各工况： 内力位移包络图：桩最大水平位移 164.03mm，不满足规范要求。3.1.2地面沉降 基坑外沉降最大值 222mm，不满足规范要求。3.1.3截面计算 截面参数 弯矩折减系数0.85剪力折减系数1.00荷载分项系数1.25 内力取值 段号内力类型弹性法计算值经典法计算值

9、内力设计值内力实用值基坑内侧最大弯矩(kN.m)60.140.0070.2970.291基坑外侧最大弯矩(kN.m)46.69215.3654.5754.57最大剪力(kN)65.7892.9390.4590.45 截面验算 基坑内侧抗弯验算(不考虑轴力) nei = Mn / Wx= 70.289/(874.000*10-6)= 80.422(MPa) f = 295.000(MPa)满足基坑外侧抗弯验算(不考虑轴力) wai = Mw / Wx= 54.568/(874.000*10-6)= 62.434(MPa) 1.35，满足要求3.1.5抗倾覆抗倾覆安全系数:Mp被动土压力及支点力对

10、桩底的抗倾覆弯矩, 对于内支撑支点力由内支撑抗压力决定;对于锚杆或锚索，支点力为锚杆或锚索的锚固力和抗拉力的较小值。Ma主动土压力对桩底的倾覆弯矩。注意：锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算。工况 1：Ks = 1.438 = 1.250, 满足规范要求。3.1.6嵌固深度嵌固深度计算参数：是否考虑整体稳定性是否考虑坑底隆起稳定性嵌固深度计算过程：1) 嵌固深度构造要求：依据建筑基坑支护技术规程 JGJ 120-2012, 嵌固深度对于悬臂式支护结构 ld 不宜小于 0.8h。嵌固深度构造长度 ld：4.800m。2) 嵌固深度满足抗倾覆要求：按建筑基坑支护技术规程 JGJ 120-2012 悬

11、臂式支护结构计算嵌固深度 ld 值，规范公式如下：得到 ld = 5.200m。3) 嵌固深度满足整体滑动稳定性要求：按建筑基坑支护技术规程 JGJ 120-2012 圆弧滑动简单条分法计算嵌固深度：圆心(0.770，11.190)，半径=14.211m，对应的安全系数 Ks = 1.355 1.350嵌固深度计算值 ld= 3.000m。4) 嵌固深度满足坑底抗隆起要求：符合坑底抗隆起的嵌固深度 ld = 0.500m满足以上要求的嵌固深度 ld 计算值=5.200m，ld 采用值=6.000m。3.1.7结论本基坑支护方案检算结果中钢板桩水平位移和基坑外地面沉降值均超出规范允许范围，方案不

12、可取。建议在基坑深度 2.0m（基坑内壁顶端位置）处设置 40c 双拼工字钢围檩。设置 40c 双拼工字钢围檩后计算结果如下：图3.2 计算简图内力位移包络图： 桩最大水平位移 25.48mm，小于建筑基坑工程监测技术规范（GB50497-2009）中的最大报警值 35mm。地面沉降：基坑外沉降最大值 24mm，小于建筑基坑工程监测技术规范（GB 50497-2009）中的最小报警值 25mm。高速公路路面所在位置沉降为 0。最大沉降发生在距离基坑边缘 4m 左右。整体稳定性： 整体稳定系数 1.5991.35，满足要求抗倾覆：抗倾覆安全系数:Mp被动土压力及支点力对桩底的抗倾覆弯矩, 对于内

13、支撑支点力由内支撑抗压力决定;对于锚杆或锚索，支点力为锚杆或锚索的锚固力和抗拉力的较小值。Ma主动土压力对桩底的倾覆弯矩。注意：锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算。工况1：Ks = 1.438 = 1.250, 满足规范要求。3.2非高速公路侧计算结果采用理正深基坑软件单元计算方法，采用建筑基坑支护技术章程（JGJ 120-2012），按照一级基坑标准进行控制，模型详细信息如下： 基本信息 规范与规程建筑基坑支护技术规程 JGJ 120-2012内力计算方法增量法支护结构安全等级一级支护结构重要性系数01.10基坑深度H(m)6.000嵌固深度(m)6.000桩顶标高(m)-2.000桩材料类

14、型钢板桩每延米截面面积A(cm2)153.00每延米惯性矩I(cm4)8740.00每延米抗弯模量W(cm3)874.00抗弯f(Mpa)295有无冠梁有冠梁宽度(m)0.400冠梁高度(m)0.300水平侧向刚度(MN/m)1.023放坡级数1超载个数1支护结构上的水平集中力0 放坡信息 坡号台宽(m)坡高(m)坡度系数11.0002.0001.000 超载信息 超载序号类型超载值(kPa,kN/m)作用深度(m)作用宽度(m)距坑边距(m)形式长度(m)115.0000.00030.0004.000条形- 土层信息 土层数4坑内加固土否内侧降水最终深度(m)6.500外侧水位深度(m)2.

15、000弹性计算方法按土层指定弹性法计算方法m法基坑外侧土压力计算方法主动 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粉土6.5017.07.05.0020.002粉土6.5018.08.0-3粘性土3.0019.09.0-4粘性土6.0020.010.0-层号与锚固体摩擦阻力(kPa)粘聚力水下(kPa)内摩擦角水下(度)水土计算方法m,c,K值抗剪强度(kPa)160.05.0020.00合算m法6.50-260.018.0020.00合算m法7.80-360.025.0015.00合算m法5.50-4120.030.0018.00

16、合算m法7.68- 工况信息 工况号工况类型深度(m)支锚道号1开挖6.000-计算简图如下： 图3.3 计算简图3.2.1各工况下的结构位移及内力各工况：内力位移包络图： 桩最大水平位移 32.44mm，小于建筑基坑工程监测技术规范（GB50497-2009）中的最大报警值 35mm。3.2.2地面沉降基坑外沉降最大值 30mm，小于建筑基坑工程监测技术规范（GB 50497-2009）中的最大报警值 35mm。最大沉降发生在距离基坑边缘 4m 左右。3.2.3截面计算 截面参数 弯矩折减系数0.85剪力折减系数1.00荷载分项系数1.25 内力取值 段号内力类型弹性法计算值经典法计算值内力

17、设计值内力实用值基坑内侧最大弯矩(kN.m)63.160.0073.8173.811基坑外侧最大弯矩(kN.m)56.92250.4566.5266.52最大剪力(kN)73.74103.37101.39101.39 截面验算 基坑内侧抗弯验算(不考虑轴力) nei = Mn / Wx= 73.814/(874.000*10-6)= 84.456(MPa) f = 295.000(MPa)满足基坑外侧抗弯验算(不考虑轴力) wai = Mw / Wx= 66.525/(874.000*10-6)= 76.116(MPa) 1.35，满足要求3.2.5抗倾覆抗倾覆安全系数:Mp被动土压力及支点力

18、对桩底的抗倾覆弯矩, 对于内支撑支点力由内支撑抗压力决定;对于锚杆或锚索，支点力为锚杆或锚索的锚固力和抗拉力的较小值。Ma主动土压力对桩底的倾覆弯矩。注意：锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算。工况 1：Ks = 1.369 = 1.250, 满足规范要求。3.2.6嵌固深度嵌固深度计算参数：是否考虑整体稳定性整体稳定性是否考虑内撑作用是否考虑坑底隆起稳定性是否考虑最下层支点为轴心的圆弧稳定性1) 嵌固深度构造要求：依据建筑基坑支护技术规程 JGJ 120-2012, 嵌固深度对于单支点支护结构 ld 不宜小于 0.3h。嵌固深度构造长度 ld：1.800m。2) 嵌固深度满足抗倾覆要求：按建筑基坑支护技术规程 JGJ 120-2012 悬臂式支护结构计算嵌固深度 ld 值，规范公式如下：得到 ld = 5.500m。3) 嵌固深度满足整体滑动稳定性要求：按建筑基坑支护技术规程 JGJ 120-2012 圆弧滑动简单条分法计算嵌固深度：圆心(-0.709，6.709)，半径=8.738m，对应的安全系数 Ks = 1.433 1.350嵌固深度计算值 ld= 2.000m。4) 嵌固深度满足坑底抗隆起要求：符合坑底