紧邻城市繁忙道路深基坑中的钢板桩方案研究.pdf

2023 年第 4 期山东交通科技-123-122-有明显的含水层。由于场区周边存在下伏采空区，地下水接收大气降水和少量地表水补给，沿下伏基岩裂隙和斜井巷道进入采空区，形成采空区局部富水地段，第四系中只有局部地区含有上层滞水，没有统一水位。该水文地质单元主要为基岩裂隙水，水位埋深4560m。1.3 场地周边环境本次基坑改迁周边管线较多，分次开挖改迁。主要有雨水管线、给水管、通信和燃气管线，管线间距较近，部分管线位于经十东路行车道下方。拟建场地周边主要受经十东路行车和地下相邻管线的影响。2 设计方案2.1 方案设计为满足工期要求、保证基坑安全稳定，基坑开挖拟采用拉森钢板桩+内支撑支护形式。本基坑为临时支护，最大基坑深度为5m，且迁改时，相邻管线距离过近，部分管线迁改采用同槽施工，如内支撑间距过小势必会为基坑内施工增大难度。所以方案设计重点将拉森钢板桩的嵌固深度及横向内支撑作为方案设计的影响因素。具体基坑支护方案设计见表2。表 2 基坑支护方案设计/m方案基坑深度横向内支撑间距钢板桩嵌固深度方案一55.05方案二4方案三3方案四7.55方案五4方案六3方案七10.05方案八4方案九32.2 荷载取值（1）永久荷载。覆土重：按竖向全土重计，覆土容重按地勘资料取值。侧向土压力：采用朗肯土压力理论，按主动土压力考虑。（2）可变荷载。地面超载，按公路-I级荷载+车辆超载，20kPa。2.3 工程材料（1）拉森钢板桩：400170热轧U型钢板桩，钢材材料采用Q390钢。（2）内支撑、围檩、斜撑：钢管支撑采用609mm、壁厚为16mm钢管，钢围檩、斜撑采用I40c双拼工字钢，钢材材料均采用Q235钢。（3）钢结构构件（如钢管、工字钢、角钢，预埋钢板等）：采用Q235钢。3 基坑计算3.1 计算结果根据建筑基坑支护技术规程（JGJ1202012），拉森钢板桩+内支撑支护方案应采用弹性支点法进行结构分析，并对支护结构的嵌固稳定性、整体稳定性、抗隆起稳定性进行验算。由于本项目紧邻城市繁忙道路，如果支护结构失效，土体过大变形对道路及基坑施工安全影响很严重，故基坑安全等级定位一级。基坑沉降最大变形按0.0025h作为容许值，水平侧向位移最大变形按0.003h作为容许值（h为基坑深度）4。具体计算结果见表3、表4。表 3 基坑支护变形验算汇总/mm方案侧向位移地表沉降计算值容许值是否满足要求计算值容许值是否满足要求方案一5.3915.00满足11.3512.50满足方案二5.50满足12.14满足方案三5.96满足14.68不满足方案四5.43满足11.57满足方案五5.53满足12.48满足方案六6.00满足15.11不满足方案七5.45满足11.79满足方案八5.56满足12.91不满足方案九6.02满足15.77不满足表 4 基坑支护稳定性验算汇总方案钢板桩截面抗弯验算最大弯矩/MPa整体稳定安全系数抗倾覆稳定性安全系数抗隆起稳定性系数方案一49.3222.5343.6547.337方案二49.8082.2943.1735.688方案三53.4882.0422.5555.695方案四49.2102.5343.6545.683方案五49.6952.2943.1735.688方案六53.3872.0422.5555.695方案七49.1352.5343.6545.683方案八49.6202.2943.1735.688方案九53.3202.0422.5555.695通过对九种基坑支护方案的结构分析、基坑变形及稳定性验算可知，在公路-I级荷载+车辆超载（20kPa）作用下，方案一、方案二、方案四、方案紧邻城市繁忙道路深基坑中的钢板桩方案研究李 炎（山东省路桥集团有限公司，山东 济南 250014）摘要：采用拉森钢板桩对紧邻城市繁忙道路周边深基坑支护，通过多种工况计算选取适宜的基坑支护方案，并通过研究确定在进行紧邻城市繁忙道路或对变形敏感的基坑设计时的关键参数。关键词：拉森钢板桩；深基坑；变形；繁忙交通中图分类号：TU753文献标识码：BStudy on scheme of steel sheet pile in deep foundation pit adjacent to busy city roadLI Yan（Shandong Road and Bridge Engineering Design Consulting Co.,Ltd.,Shandong Jinan 251400 China）Abstract:Larsensteelsheetpilewasusedtosupportthedeepfoundationpitadjacenttothebusyroadinthecity,andthesuitablefoundationpitsupportschemewasselectedbycalculatingvariousworkingconditions.Thekeyparametersinthedesignofexcavationadjacenttothebusyurbanroadorsensitivetodeformationaredeterminedthroughthestudy.Key words:Larsensteelsheetpile;deepfoundationpit;deformation;heavytraffic0 引言拉森钢板桩作为基坑围护结构在各类临时支护工程施工中非常常见。拉森钢板桩支护结构具有绿色、快速的施工特点，且施工费用低，是一种综合效益较高的支护结构型式1。在城市市政工程中，采用拉森钢板桩进行临时支护，除了保护基坑自身的稳定安全外，还应满足基坑周边环境（道路、建筑物、地下管线等）的安全和正常使用。基于济南轨道交通4号线11工区邢村站8号折返线管线迁改工程，分析深基坑在紧邻城市繁忙道路、大附加荷载的情况下的基坑稳定性及变形规律，为采用拉森钢板桩进行城市繁忙道路周边深基坑支护设计提供参考依据2。1 工程概况邢村站拟进行管线开挖、迁改，迁改过程中需要对基坑进行支护。本项目所处位置为经十路与济南东互通立交匝道出口交汇处南侧。受城市客车交通、过境货车、拖挂车等大型车辆的影响明显，复杂的交通条件为本项目的基坑支护设计增加了难度3。本项目管线迁改开挖深度较大，且东西向埋设需压缩经十路行车道，基坑开挖放坡受限。相较于一般的基坑支护工程，本项目具有紧邻城市交通繁忙道路、基坑深度大、工期紧的特点。1.1 地质构成及特征地形地貌本项目所在地质属于山前冲洪积平原地貌单元。地形总体较平坦，起伏不大，地面标高108.09109.30m。根据本次钻探揭露，结合区域地质资料、前期勘察成果，场地勘察深度范围内地层层序自上而下主要分布为：第四系人工堆积层（Q4ml）、全新统冲洪积层（Q4al+pl）、更新统冲洪积层（Q3al+pl）、燕山期闪长岩（）、古生界奥陶系石灰岩（O）。本次基坑支护设计参数见表1。表 1 基坑支护地层设计参数地层名称地层厚度/m重度/（kN m-3）内摩擦角/（）黏聚力/kPa素填土4.817.515.08.0黄土状粉质黏土7.119.119.044.0粉质黏土11.118.719.539.7碎石3.018.515.08.0粉质黏土5.419.418.835.71.2 地下水本次勘察未揭露地下水，根据现场周围水文地质资料，第四系多为填土和粉质黏土及碎石，并没收稿日期：2022-10-29作者简介：李炎（1989），男，山东济南人，硕士研究生，工程师，研究方向为道路路基、岩土工程。2023 年第 4 期山东交通科技-123-122-有明显的含水层。由于场区周边存在下伏采空区，地下水接收大气降水和少量地表水补给，沿下伏基岩裂隙和斜井巷道进入采空区，形成采空区局部富水地段，第四系中只有局部地区含有上层滞水，没有统一水位。该水文地质单元主要为基岩裂隙水，水位埋深4560m。1.3 场地周边环境本次基坑改迁周边管线较多，分次开挖改迁。主要有雨水管线、给水管、通信和燃气管线，管线间距较近，部分管线位于经十东路行车道下方。拟建场地周边主要受经十东路行车和地下相邻管线的影响。2 设计方案2.1 方案设计为满足工期要求、保证基坑安全稳定，基坑开挖拟采用拉森钢板桩+内支撑支护形式。本基坑为临时支护，最大基坑深度为5m，且迁改时，相邻管线距离过近，部分管线迁改采用同槽施工，如内支撑间距过小势必会为基坑内施工增大难度。所以方案设计重点将拉森钢板桩的嵌固深度及横向内支撑作为方案设计的影响因素。具体基坑支护方案设计见表2。表 2 基坑支护方案设计/m方案基坑深度横向内支撑间距钢板桩嵌固深度方案一55.05方案二4方案三3方案四7.55方案五4方案六3方案七10.05方案八4方案九32.2 荷载取值（1）永久荷载。覆土重：按竖向全土重计，覆土容重按地勘资料取值。侧向土压力：采用朗肯土压力理论，按主动土压力考虑。（2）可变荷载。地面超载，按公路-I级荷载+车辆超载，20kPa。2.3 工程材料（1）拉森钢板桩：400170热轧U型钢板桩，钢材材料采用Q390钢。（2）内支撑、围檩、斜撑：钢管支撑采用609mm、壁厚为16mm钢管，钢围檩、斜撑采用I40c双拼工字钢，钢材材料均采用Q235钢。（3）钢结构构件（如钢管、工字钢、角钢，预埋钢板等）：采用Q235钢。3 基坑计算3.1 计算结果根据建筑基坑支护技术规程（JGJ1202012），拉森钢板桩+内支撑支护方案应采用弹性支点法进行结构分析，并对支护结构的嵌固稳定性、整体稳定性、抗隆起稳定性进行验算。由于本项目紧邻城市繁忙道路，如果支护结构失效，土体过大变形对道路及基坑施工安全影响很严重，故基坑安全等级定位一级。基坑沉降最大变形按0.0025h作为容许值，水平侧向位移最大变形按0.003h作为容许值（h为基坑深度）4。具体计算结果见表3、表4。表 3 基坑支护变形验算汇总/mm方案侧向位移地表沉降计算值容许值是否满足要求计算值容许值是否满足要求方案一5.3915.00满足11.3512.50满足方案二5.50满足12.14满足方案三5.96满足14.68不满足方案四5.43满足11.57满足方案五5.53满足12.48满足方案六6.00满足15.11不满足方案七5.45满足11.79满足方案八5.56满足12.91不满足方案九6.02满足15.77不满足表 4 基坑支护稳定性验算汇总方案钢板桩截面抗弯验算最大弯矩/MPa整体稳定安全系数抗倾覆稳定性安全系数抗隆起稳定性系数方案一49.3222.5343.6547.337方案二49.8082.2943.1735.688方案三53.4882.0422.5555.695方案四49.2102.5343.6545.683方案五49.6952.2943.1735.688方案六53.3872.0422.5555.695方案七49.1352.5343.6545.683方案八49.6202.2943.1735.688方案九53.3202.0422.5555.695通过对九种基坑支护方案的结构分析、基坑变形及稳定性验算可知，在公路-I级荷载+车辆超载（20kPa）作用下，方案一、方案二、方案四、方案紧邻城市繁忙道路深基坑中的钢板桩方案研究李 炎（山东省路桥集团有限公司，山东 济南 250014）摘要：采用拉森钢板桩对紧邻城市繁忙道路周边深基坑支护，通过多种工况计算选取适宜的基坑支护方案，并通过研究确定在进行紧邻城市繁忙道路或对变形敏感的基坑设计时的关键参数。关键词：拉森钢板桩；深基坑；变形；繁忙交通中图分类号：TU753文献标识码：BStudy on scheme of steel sheet pile in deep foundation pit adjacent to busy city roadLI Yan（Shandong Road and Bridge Engineering Design Consulting Co.,Ltd.,Shandong Jinan 251400 China）Abstract:Larsensteelsheetpilewasusedtosupportthedeepfoundationpitadjacenttothebusyroadinthecity,andthesuitablefoundationpitsupportschemewasselectedbycalculatingvariousworkingconditions.Thekeyparametersinthedesignofexcavationadjacenttothebusyurbanroadorsensitivetodeformationaredeterminedthroughthestudy.Key words:Larsensteelsheetpile;deepfoundationpit;deformation;heavytraffic0 引言拉森钢板桩作为基坑围护结构在各类临时支护工程施工中非常常见。拉森钢板桩支护结构具有绿色、快速的施工特点，且施工费用低，是一种综合效益较高的支护结构型式1。在城市市政工程中，采用拉森钢板桩进行临时支护，除了保护基坑自身的稳定安全外，还应满足基坑周边环境（道路、建筑物、地下管线等）的安全和正常使用。基于济南轨道交通4号线11工区邢村站8号折返线管线迁改工程，分析深基坑在紧邻城市繁忙道路、大附加荷载的情况下的基坑稳定性及变形规律，为采用拉森钢板桩进行城市繁忙道路周边深基坑支护设计提供参考依据2。1 工程概况邢村站拟进行管线开挖、迁改，迁改过程中需要对基坑进行支护。本项目所处位置为经十路与济南东互通立交匝道出口交汇处南侧。受城市客车交通、过境货车、拖挂车等大型车辆的影响明显，复杂的交通条件为本项目的基坑支护设计增加了难度3。本项目管线迁改开挖深度较大，且东西向埋设需压缩经十路行车道，基坑开挖放坡受限。相较于一般的基坑支护工程，本项目具有紧邻城市交通繁忙道路、基坑深度大、工期紧的特点。1.1 地质构成及特征地形地貌本项目所在地质属于山前冲洪积平原地貌单元。地形总体较平坦，起伏不大，地面标高108.09109.30m。根据本次钻探揭露，结合区域地质资料、前期勘察成果，场地勘察深度范围内地层层序自上而下主要分布为：第四系人工堆积层（Q4ml）、全新统冲洪积层（Q4al+pl）、更新统冲洪积层（Q3al+pl）、燕山期闪长岩（）、古生界奥陶系石灰岩（O）。本次基坑支护设计参数见表1。表 1 基坑支护地层设计参数地层名称地层厚度/m重度/（kN m-3）内摩擦角/（）黏聚力/kPa素填土4.817.515.08.0黄土状粉质黏土7.119.119.044.0粉质黏土11.118.719.539.7碎石3.018.515.08.0粉质黏土5.419.418.835.71.2 地下水本次勘察未揭露地下水，根据现场周围水文地质资料，第四系多为填土和粉质黏土及碎石，并没收稿日期：2022-10-29作者简介：李炎（1989），男，山东济南人，硕士研究生，工程师，研究方向为道路路基、岩土工程。-125-李 炎：紧邻城市繁忙道路深基坑中的钢板桩方案研究-124-滨州黄河大桥气象预警及凝冰处置系统研究孙 凡，王文华，杨 丽（山东高速滨州发展有限公司，山东 滨州 256600）摘要：针对高速公路重要桥梁和特长大桥冬季除雪防滑面临的融雪剂撒布不及时、传统养护作业安全事故频发、传统融雪剂对桥梁构件腐蚀等问题，采取设置气象预警及凝冰自动化处置两个子系统，确保在不影响车辆安全行驶的前提下，对公路凝冰进行预测和处置，以提高公路除雪防滑作业效率，有效避免养护作业事故的发生。关键词：桥梁工程；除雪防滑；高速公路安全；智能交通中图分类号：U455文献标识码：AStudy on meteorological warning and ice disposal system of Binzhou Yellow River bridgeSUN Fan,WANG Wenhua,YANG Li（Shandong Hi-speed Binzhou Development Co.,Ltd.,Shandong Binzhou 256600 China）Abstract:Duetotheuntimelydistributionofsnowmeltingagentinwintersnowremovalandanti-skidofimportantbridgesandextra-longbridgesonexpressways,frequentsafetyaccidentsintraditionalmaintenanceoperations,problemsfacedbycorrosionofbridgecomponentscausedbytraditionalsnowmeltingagent.Twosubsystemsofmeteorologicalearlywarningandautomaticicedisposalareadopted,ensurethatthesafedrivingofthevehicleisnotaffected,anticipateanddisposeofroadice,toimprovetheefficiencyofsnowremovalandanti-skidoperationonhighways,effectivelyavoidmaintenanceaccidents.Key words:bridgeworks;snowremovalandanti-skid;expresswaysafety;intelligenttransportation0 引言滨州黄河大桥位于G25长深高速，是国家干线公路上重要的桥梁，年平均日交通量22500pcu/d。冬季雨雪天气下，道路结冰对行车安全产生影响，传统除雪防滑养护作业方式效率低下，除雪效果不佳，且存在安全隐患。1 桥梁概况滨州黄河大桥全长为 1 698.4 m，主桥为（422+3002+422）m三塔双索面预应力混凝土斜拉桥，桥面全宽32.8m。大桥由主桥和南、北引桥组成，北引桥和南引桥分别为642m和1642m预应力连续箱梁，全宽27.5m。桥梁起点桩号K1299+302，终点桩号K1301+000。2 高速公路除雪工作面临问题及需求据公安部交通安全研究中心统计，超过22%的交通事故是由恶劣天气引起的1。因此，交通领域的精准气象预报，将直接关系到人民生命与财产安全，将天气状况和预报可视化，实现气象保障与智能交通无缝衔接，是构建和谐社会、保障交通安全畅通的一条重要途径。针对冰雪、大雾等极端天气，管养部门建立了训练有素、快速反应的处置组织机构和工作机制。但是桥面却因为恶劣天气路面结冰，带来了非常大的安全隐患，影响了整体的服务质量和形象，也为大桥的现代化管理提出了严峻挑战。3 自动凝冰系统总体构成3.1 交通气象预警预报子系统3.1.1 系统概述交通气象预警预报系统基于GIS地理信息和气象大数据建立，以高速公路气象站数据、路面状况数据和设备状态信息采集为基础，以气象部门大数据为依托，结合路段热谱地图数据分析，向高速公路管理者提供分钟级、公里级气象预报，全面的灾害信息预警、趋势预报，可量化的精准数据为交通管制提供决策依据，以实现高速公路气象的全面监测和动态管理，提前布置处置策略，降低了高速公路的事故率，提高了高速公路的利用效率和经济效益。收稿日期：2022-12-08作者简介：孙凡（1987），男，山东滨州人，工程师。五、方案七均能满足基坑支护的各项要求。考虑尽量增大内支撑间距，提高施工便利性的要求，推荐采用方案七作为基坑支护方案。3.2 设计参数影响性分析九种基坑支护方案的稳定性及拉森钢板桩的截面抗弯、侧向位移均满足设计要求，沉降变形是确定基坑支护方案的关键因素。基于上述计算结果，将沉降变形作为控制因素，分析横向内支撑间距、钢板桩嵌固深度对基坑沉降变形的影响程度。3.2.1 内支撑间距影响分析（1）当基坑深度为5m、横向支撑间距为5m时，嵌固深度由3m增长到5m，基坑沉降变形增长率分别为20.9%、7.0%。（2）当基坑深度为5m、横向支撑间距为7.5m时，嵌固深度由3m增长到5m，基坑沉降变形增长率分别为21.1%、7.9%。（3）当基坑深度为5m、横向支撑间距为10m时，嵌固深度由3m增长到5m，基坑沉降变形增长率分别为22.2%、9.5%。通过基坑沉降变形增长率分析可知，随着横向内支撑间距的增大，不同嵌固深度下沉降变形的增长率不断增大，平均增大幅度约9.9%。3.2.2 钢板桩嵌固深度影响分析（1）当基坑深度为5m、嵌固深度为3m时，横向支撑间距由5m增长到10m时，基坑沉降变形增长率分别为2.9%、4.4%。（2）当基坑深度为5m、嵌固深度为4m时，横向支撑间距由5m增长到10m时，基坑沉降变形增长率分别为2.8%、3.4%。（3）当基坑深度为5m、嵌固深度为5m时，横向支撑间距由5m增长到 10m时，基坑沉降变形增长率分别为1.9%、1.9%。通过基坑沉降变形增长率分析可知，随着嵌固深度的增大，不同横向内支撑间距下沉降变形增长率不断变小，平均减小幅度约33.7%。综合可得，增加嵌固深度对于减小基坑沉降变小的效果要远大于缩小内支撑间距。在进行紧邻城市繁忙道路或对变形敏感的基坑进行设计时，应将钢板桩嵌固深度作为关键参数进行基坑设计。4 结语本项目紧邻城市繁忙道路，基坑最大深度为5m，根据工程质地条件，建议采用400170热轧U型钢板桩进行支护，钢板桩嵌固深度5m，钢管支撑采用609mm，内支撑间距10m。通过对九种基坑支护方案的结构分析、基坑变形及稳定性验算得出：增加嵌固深度对于减小基坑沉降变小的效果要远大于缩小内支撑间距。在对紧邻城市繁忙道路或对变形敏感的基坑进行支护时，应将钢板桩嵌固深度作为关键参数进行基坑支护设计。参考文献：1 何世凤.拉森钢板桩在建筑工程深基坑支护施工中的应用探讨J.工程与建设,2020,34（2）:300-301.2 刘伯洋.深基坑施工拉森钢板桩的受力分析J.施工技术,2009,38（S1）:158-160.3 卢健.拉森钢板桩围堰在紧邻繁忙公路桥梁深基坑中的应用J.建材世界,2022,43（2）:140-143.4 中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑基坑支护技术规程:JGJ 1202012S.北京:中国建筑工业出版社,2012.（上接第119页）4 林旭,陈海涛,徐斌,等.嵌入路线算法的公路桥梁BIM自动化建模研究J.项目管理技术,2022,20（12）:151-157.5 李仲,杨树英,蔡秋婉.BIM正向设计在EPC项目设计管理中的应用研究J.广东土木与建筑,2022,29（12）:5-9.6 黄炎.BIM技术在公路改扩建设计中的应用J.中外公路,2022,42（6）:255-259.7 陈文镪,陈俊涛,胡伟飞,等.基于Revit二次开发的拱坝参数化建模方法J.水电与新能源,2022,36（11）:31-35.8 朱双颖,陈唤.基于BIM技术精细化工程计量管理模式的研究J.价值工程,2022,41（33）:5-8.9 余珍,李瀛,肖金龙,等.交通运输领域BIM知识图谱构建与可视分析C.北京:机械工业出版社,2022:241-242.