船闸围堰围堰围堰设计

船闸围堰围堰围堰设计

1主导地位-罗马法和主海区上海国际客运服务中心项目（以下简称“本项目”）位于上海西郊北门外滩涂，上海港国际客运中心以东，示范铁路以西，南临黄浦江。本项目基地内部有东、西2座游艇港池。为满足港池内游艇进出黄浦江的需要,拟设置2座船闸,分别对应东、西游艇港池,船闸轴线均垂直于黄浦江布置。根据总平面布置,本项目船闸跨黄浦江驳岸两侧,故在施工期间,陆域需设置基坑围护,水域需设置水上围堰。围堰与围护分属不同的学科领域:围堰起挡水作用,属水运工程范围;围护为基坑专用,属岩土工程范围。二者设计标准不同,采用规范也不同。本项目位于水陆域交界处的船闸将二者紧密结合起来,不仅是平面交界,而且是空间交错、支撑交错,共用立柱,同用降水。如何将围堰、围护形成一体化,共同承担船闸施工期间的止水、挡土作用,是本项目施工的关键点。2内闸首结构尺度本项目船闸为游艇进出的专用船闸,规模较小,上部结构采用整体式现浇钢筋混凝土结构。东、西船闸结构相同,周边条件类似,故本文仅针对西船闸进行论述,船闸平面布置见图1。船闸平面结构尺度为46.5m×42.18m,外闸首结构尺度为43.0m×6.6m,内闸首结构尺度为46.5m×7.68m,船闸闸室结构尺度为43.0m×29.0m。船闸内闸首顶部高程为7.88~8.30m(吴淞零点基准),外闸首顶部高程为7.50~8.85m,闸墙顶部高程为7.5m。外闸首门槛顶部高程为-1.50m,内闸首门槛顶部高程为4.30m。闸室底板厚2.0m,顶标高为-2.10m,底标高为-4.10m。船闸基础采用Φ1000mm钻孔灌注桩,桩长50.0m,桩底进入持力层粉质黏土层均不少于2倍桩径。3基础防护设计3.1地下监测网上可能会增加地下有害生物本船闸基坑有以下3个难点:基坑南侧靠近黄浦江,水源补给充分,对围护结构的抗渗性要求较高;基坑北侧紧邻已建地下通道,围护空间有限,基坑开挖阶段需注意对地下通道结构的变形保护;在施工过程中,可能会碰到大量的地下障碍物。根据本工程的特点,基坑设计时提出以下工程要点及设计思路:1)根据基坑挖深及周边环境条件,基坑采用“板式支护+内支撑”的围护形式。2)船闸基坑分陆域围护和水域围堰两部分,其中:陆域围护部分采用“钻孔灌注桩+二道钢支撑”的围护形式,临北侧地下通道的围护边,支撑直接撑于地下通道结构顶板上;水域围堰部分采用“双侧钢板桩+二道钢支撑”的形式。船闸陆域围护与水域围堰衔接处为改建驳岸。3)对围护桩连接端头采用高压旋喷桩进行封闭止水处理。4)部分围檩及支撑杆件采用植筋及设置预埋件的形式与地下通道结构及改建驳岸进行连接。3.2基坑与地面标高船闸基坑呈长方形,南北向长约44.65m,东西向宽约46.0m。基坑总面积约2053.9m工程场地自然地面标高统一采用4.90m,西船闸底板顶面标高-2.1m,底板厚2.0m,垫层厚0.2m,坑底标高-4.3m,实际开挖深度9.2m。3.3基坑围护设计方案围护体的尺寸需确定桩径和桩长。影响桩径和桩长的主要因素有开挖深度、基坑规模、周边环境保护要求、地质情况和支撑道数等。桩径主要的2个控制条件为强度和变形。桩长的控制条件较多,有满足整体稳定性、桩底抗隆起稳定性、坑底抗隆起稳定性、抗倾覆稳定性和抗管涌稳定性等。这些稳定性必须都满足基坑工程规范设计要求,才能达到安全可靠。根据开挖深度以及周边环境保护要求,确定地面超载及附加荷载,计算求得各段围护剖面形式。1)东、西两侧围护。开挖深度为9.2m,采用钻孔灌注桩板式支护的围护形式,灌注桩直径为0.9m,桩间距1.1m,灌注桩有效长度21.0m,插入坑底以下13.5m。止水帷幕采用三轴水泥搅拌桩(Φ850@600mm),有效长度为18.0m,进入坑底以下8.5m。同时,灌注桩与三轴水泥搅拌桩之间采用Φ800@500mm高压旋喷桩进行封闭,以加强止水效果。东、西两侧围护典型剖面图见图2。2)北侧围护。北侧地下通道施工时,其结构下方采用Φ700@500mm水泥搅拌桩进行加固,深度4.0m,可作为船闸基坑北侧防水和挡土结构。北侧围护典型剖面图见图3。3)止水。基坑围护采用三轴水泥搅拌桩为止水帷幕,同时保证一定的插入深度,确保止水可靠。对于围护桩连接端头,采用旋喷桩进行封闭止水处理,桩长与相邻三轴水泥搅拌桩相同。4)坑内加固。为有效控制坑内土体的深层变位,在坑内基坑长边跨中区域设置搅拌桩加固暗墩。加固搅拌桩采用Φ850@1800mm三轴水泥搅拌桩加固,水泥掺量为20%。3.3.2地下通道上支撑体系根据本项目基坑开挖深度和主体结构设置,在确保围护桩强度的前提下,支撑系统采用二道双榀型钢支撑。基坑南北向支撑的南端作用于水域围堰上,北端作用于后方已建地下通道上部结构上(地下通道结构与后方地下室结构浇注为一体,可视为刚性结构)。本基坑形状较为方正,支撑体系设计采用“十字对撑”的形式,局部辅以角撑。其中部分围檩及支撑杆件采用植筋及设置预埋件的形式与地下通道结构及改建驳岸进行连接。支撑设计参数见表1。支撑立柱采用钢格构立柱,下设Φ700mm钻孔灌注桩,型钢格构立柱在穿越底板的范围内需设置止水片。5高压旋喷桩作为止水主体本工程船闸陆域围护与水域围堰衔接处为改建驳岸,在衔接处的驳岸底板下方设2排Φ800@500mm高压旋喷桩作为止水帷幕,与围护、围堰止水形成衔接,确保基坑止水的有效性。围堰止水系统平面布置见图5。6土压力及固结快剪1)基坑围护桩的计算采用规范推荐的竖向弹性地基梁法。2)迎土面的压力考虑水土分算,土压力取主动土压力,分别按各层土的c和φ固结快剪指标峰值计算。地面超载按20kN/m3)支撑体系将支撑与围檩作为整体,按平面受力的框架进行内力、变形分析。6.1.2钢支撑铺设及铺设第1步:施工坑内外围护桩、加固桩及立柱桩,开挖至第1道支撑底标高;第2步:施工第1道混凝土围檩及架设钢支撑;第3步:混凝土强度达到设计强度的80%后,钢支撑施加预应力,并开挖至第2道围檩(支撑)底标高;第4步:架设第2道钢围檩及钢支撑,并施加预应力;第5步:开挖至坑底;第6步:浇筑混凝土垫层,开挖集水井等局部深坑,浇捣混凝土底板及传力带;第7步:待底板及传力带达到设计强度的80%后,拆除第2道支撑;第8步:浇筑-1.400m标高以上侧墙及顶板,混凝土强度达到设计强度的80%后,回填中粗砂;第9步:拆除第1道支撑,基坑回填。6.1.3计算的设计该基坑设计总深9.2m,按二级基坑6.1.4完成后的图像根据基坑挖土标准工况与施工顺序,本基坑围护计算工况图见图7。6.1.5计算6.1.5.1.井底板的抗提升计算下滑力:1613.1kN/m;抗滑力:3211.3kN/m;安全系数:1.99,大于要求安全系数1.9。6.1.5.土体内聚力及内摩擦角坑内侧向外9.2m范围内总荷载:3881.2kN/m;验算断面处土体内聚力:15.0kPa;内摩擦角:14.0°。地基承载力6.1.5.抗滑力4.3抗倾覆安全系数:2419.1×11.19/(1033.0×10.87+1446.4×9.14)=1.11,大于要求安全系数1.10。滑弧:圆心(1.90m,-0.00m),半径:22.97m,起点(-21.07m,0.00m),终点(22.95m,9.20m),拱高比0.813;下滑力:2017.03kN/m;土体(包括搅拌桩和坑底加固土)抗滑力:3119.89kN/m;安全系数:1.55,大于要求安全系数1.1。6.1.5.粉砂夹层开放系数抗渗流稳定安全系数:[(2.500-1)/(1+1.000)]/[8.70/(1.50×8.70+1.50×2×8.80+1.00×0.85)]=3.47,大于要求安全系数1.5~2.0,开挖面以下为砂土、砂质粉土或黏性土与粉土,有明显薄层粉砂夹层时取大值。6.2roboctulal/roboctulalrobot结构计算根据结构特点,本工程船闸水域围堰采用“AutodeskRobotStructuralAnalysisProfessional有限元计算程序(Robot计算程序)”进行结构计算。6.2.2计算参数结构自重:顶板和临时防汛墙结构自重;均布荷载:围堰顶10kN/m6.2.3影响效果的组合作用效应组合见表2。6.2.4土体加固工程工况一:拆除围堰区域的老码头上部结构;施打钢板桩;设置+1.30m和+4.10m标高处钢围檩、钢拉杆及角撑。工况二:在围堰内外侧抛填袋装土至-1.50m标高;围堰内分层回填黏土至+4.40m标高;围堰内高压旋喷桩施工(含与驳岸衔接处的旋喷桩)。工况四:将围堰内侧钢板桩至驳岸区域的土体采用高压旋喷桩进行地基加固处理。工况五:进行驳岸后方第一次开挖,分层开挖至+2.00m;安装围堰内侧+3.50m标高层钢围檩、钢支撑及角撑。工况六:进行驳岸后方第二次开挖,分层开挖至-1.00m;安装围堰内侧-0.40m标高层钢围檩、钢支撑及角撑。工况七:进行围堰内第三次开挖,分层开挖至坑底设计标高,即-4.30m;同步将围堰外侧清淤至-3.50m标高,使围堰两侧土体标高相差1.0m左右。工况八:坑底浇注200mm厚20素混凝土垫层;船闸底板结构施工;船闸底板浇注完毕后,进行围堰与底板之间素混凝土传力带施工。工况九:传力带混凝土强度达到80%后,拆除-0.4m标高支撑;浇筑外闸门门墩及门库。工况十:设置2.20m标高支撑,闸门墩及门库混凝土强度达到80%,可拆除3.5m标高支撑。工况十一:船闸结构施工完成后,进行设备安装调试。工况十二:设备安装调试完成后,拆除围堰,拔桩时对桩位进行等深度压密注浆加固处理,以避免土体扰动。6.2.5计算分别在防汛设计高水位(6.00m)和设计高水位(4.02m)的情况下,计算围堰结构受力,结果见表3。7设置围护上海国际航运服务中心项目船闸工程属于跨陆域和水域施工的深基坑项目,在施工期间设置围护是必要的。本文将水域围堰与陆域围护结合为一体进行设计研究,以各自的功能和结构为基础,结合二者的相同点,将围堰与围护的结构支撑和防水衔接融合在一起,实现了挡土与防渗功能的一体化,为船闸工程的安全施工提供了前提条件和安全保障。3.3.1护桩设计4挡土结构及布置本工程在驳岸线以外的区域均属于黄浦江水域范围,即船闸基坑在驳岸线南侧的区域应设置水上围堰。为避免围堰影响黄浦江航道的正常通航,本船闸围堰采用直立式围堰,即采用双排FSP-ⅥL钢板桩作为挡土结构,桩长均为24.0m;前后排钢板桩间距6.5m,清除内部淤泥至-3.0m标高,然后回填黏土,