峰下机走线小桥钢板桩基坑围护方案

附件一附件一附件一附件一附件一附件一附件一附件一附件一附件一附件一附件一附件一附件一附件一附件一某车站峰下机走线小桥全长252米，主体框架65米，两侧U形槽187米。中心里程为JDK0＋326.455，对应基线里程GDK3＋726.68。峰下机走线小桥基坑围护设计施工方案峰下机走线小桥基坑围护设计：基坑两侧采用3~5排密布的水泥搅拌桩（中间搭接5cm）进行基坑围护，eq\o\ac(○,4)eq\o\ac(○,5)eq\o\ac(○,6)eq\o\ac(○,7)号U型槽及主框架基坑水泥搅拌桩围护外侧采用7排、15排宽的水泥搅拌桩加固，按设计要求基坑的开挖应在基坑内部进行。我们认为采用水泥搅拌桩进行基坑围护对我们施工工期的影响很大，同时在基坑的内部开挖也将给我们的施工及施工质量带来诸多不利的因素。改变设计基坑围护方案的理由按照原设计的基坑围护方案是能够满足强度和稳定性要求的，但有如下六条不利因素：1、原设计中提到“基坑开挖过程当中及主体框架施工期间，基坑周围20m范围、尤其是支挡结构物背后，严禁有荷载发生，如施工机械、建筑材料、弃土堆载等等”。如此则只能是在基坑内部进行开挖。主框架先行施工开挖时必须将两侧的U型槽范围的基坑开挖成一定斜坡时才能保证机械的进入及弃土的外运。这样，不能在进行①②③⑦⑧⑨号U型槽搅拌桩基础施工的同时施工主体框架，不利于工期的优化。2、施工开挖时必须将两侧的U型槽范围的基坑开挖成一定斜坡时才能保证机械的进入及弃土外运，施工时需将基坑开挖成一个长大的斜坡，在梅雨季节到来时雨水必然会顺着斜坡流入基坑底部，大量的积水对基坑底部的施工场地造成混乱以及对基坑底的排水工作造成重大困难；3、在基坑的内部进行开挖，按照设计提供的地质勘察资料，坑底处在饱和流塑淤泥地层上，需换填2.5~3.0m的工作垫层，才能进入施工机械，这样，工作垫层和机械荷载对基坑下的管桩及搅拌桩均产生不利影响，容易引起管桩、搅拌桩的不均匀沉降、桩体破坏、桩体倾斜等不良影响；4、不能形成封闭的基坑围护结构，这不利于基坑围护结构的整体受力。5、水泥搅拌桩的施工工期长。基坑围护的水泥搅拌桩数量总计64059延米，按4台机器每天施工560延米计算，即需要57天，加上28天的龄期即85天，这样，峰下机走线小桥的施工工期将严重滞后。6、标高4.0~3.0深度范围的地表水，两侧挖排水沟抽排干净。现场挖探，标高3.0以下为不透水土层，搅拌桩围护的止水帷幕作用丧失。我们建议的施工方案建议峰下机走线的基坑围护施工方案如下：将原设计的峰下机走线小桥基坑的水泥搅拌桩围护变更为采用四周15米长400×170×15.5拉森钢板桩围护，四周采用2道350×350H钢围檩，横向支撑采用φ609钢管。基坑围护结构图见图一和图二所示。基坑钢板桩围护结构受力分析和验算：（1）拉森钢板桩入土深度验算基坑的支撑采用两道支撑，按照主动土压力公式采用等值梁法计算钢板桩的入土深度,计算过程如下:设钢板桩后土体完全处于朗金主动状态，即自上而下作用着主动土压力，而在坑底以下的钢板桩前侧还作用着被动土压力（图三a）。将主动和被动土压力叠加后为零的点（图三b中的F点）或弯距零点简化为铰支座，并以支撑点B和C作为支座，取AF段作为连续梁，便可以求解出F点的剪力。钢板桩的入土深度可简化计算为：取FD段为脱离体，在F点处，土对钢板桩的作用力RF与钢板桩对土的反作用力(图中未标识)应大小相等，方向相反。作用在FD段上的土压力合力E（等于三角形FDG的面积）方向指向钢板桩。令力R＝E，便可确定点t2的大小，即可以确定钢板桩进入坑底的最小深度为tmin＝t1＋t2，钢板桩的入土深度可取1.1~1.2倍tmin。具体计算过程如下:主动土压力最大压强的计算公式为：Ea=Υ(H+t)Ka；被动土压力最大压强的计算公式为：Ep=ΥtKp。式中：Υ――土的重度，平均重度Υ0＝17.5KN/m3；ψ――内摩擦角，ψ=100；Ka――主动土压力系数，Ka＝tg2（450-ψ/2）=tg2（450-100/2）=0.7；Kp――被动土压力系数，Kp＝tg2（450+ψ/2）=tg2（450+100/2）=2.04。设基坑顶面有20吨施工荷载作用在3m×5m的面积上，将此荷载换算成相同重度的土层。计算A点的主动土压力为：EA=(200×0.7)/(3×5)=9.3KPa，D点的最大主动土压力为：EaD=17.5(6+t1)×0.7+9.3=12.25t1＋82.8，D点的最大被动土压力为：EpD=2.04×17.5t1=35.7t1，当EaD=EpD时，即12.25t1+82.8=35.7t1时,求出t1=3.53米。即如图三b中CD段的距离为3.53米。以F点为铰支座，B、C点为支座计算F点剪力如下：图四支撑体系荷载分布图图五支撑体系剪力图即F点的支座反力RF＝R=80.83KPa，t2=t－t1，DF段土压力的合力（即三角形FDG的面积）为E＝(23.45t－82.8)t2/2＝(23.45t－82.8)(t－3.35)/2，由R=E即80.83＝(23.45t－82.8)(t－3.35)/2，解得t＝6.2m。即：钢板桩的总长度为6.2+6=12.2m，取1.2倍的安全系数，长度为12.2×1.2=14.6米，选取15米长的钢板桩是足够的。（2）钢板桩稳定性验算钢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。假定在钢板桩后方土体重量G的作用下，其下的软土地基沿某圆柱面发生破坏和滑动，失去稳定的地基土绕圆柱面中心轴转动。此时，转动力距为：Ms=Gx/2＝(q+Υd)x2又当土层为匀质土时稳定力矩为：Mr=πCux2式中q――作用于坑顶的地面均布荷载(超载)，200/9×5=4.4kPa；d――基坑开挖深度，6.0m；Υ――开挖深度范围内土的加权平均天然重度，17.5kN/m3；x――假定滑动圆柱面的半径，9m；Cu――基坑底以下土的不排水抗剪强度标准值，27.67kPa。要保证不发生隆起，则要求抗隆起安全系数K≥1.2，即有：K=Mr/Ms＝πCu/(q+Υd)＝2×3.14×27.67/(4.4+17.5×6.0)=1.58＞1.2，故基坑不会产生隆起。可见，峰下机走线小桥基坑围护采用15m长的拉森钢板桩和两道钢围檩的支撑体系是能够满足基坑在施工期间的稳定性要求的。两种方案的经济比选峰下机走线小桥基坑钢板桩围护与水泥搅拌桩围护的成本分析见表4－1。表4－1钢板桩围护与水泥搅拌桩围护的成本分析表项目数量（延米）单价（元/延米米）成本（万元）备注水泥搅拌桩6405927．17174钢板桩6473200207由上表可见：采用钢板桩进行基坑围护的施工成本要比采用水泥搅拌桩进