资源描述
目 录
1、计算依据 2
2、工程概况 2
3、地质情况 2
4、设计施工方案概述 3
5、围护结构计算 5
5.1设计计算参数 5
5.1.1 材料设计指标 5
5.1.2 内支撑支撑刚度 5
5.1.3 内支撑材料抗力 5
5.1.4 设计安全等级 6
5.2 9.91m深大基坑围护结构设计分析 6
5.2.1 设计荷载计算 6
5.2.2 开挖过程结构分析 6
5.2.2.1 排水开挖单元计算分析结果 6
工况（一）基坑开至9.91m 6
工况（二）浇筑封底混凝土拆除第三层临时支撑 21
5.2.2.2 注水开挖单元计算分析结果 23
工况（一）基坑开挖至8.5m 23
工况（二）带水开挖8.5m～9.91m（保持基坑内水位标高+13.06m以上） 25
工况（三）水下混凝土封底后抽水至基坑底 26
5.2.2.3 C25封底混凝土计算 26
5.2.3 支撑体系设计计算 28
5.2.3.1建立力学受力模型 31
5.2.3.2弯曲应力分析 32
5.2.3.3变形分析 33
5.2.3.4剪应力分析 35
5.2.3.5支撑稳定性验算 36
1、计算依据
1.1 《蚌埠至固镇公路改造工程》；
1.2 《建筑施工计算手册》；
1.3 《钢结构设计规范》（GB500017-2003）；
1.4 理正深基坑软件说明书；
1.5《公路桥涵地基与基础设计规范》JTG D63-2007
1.6《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）
1.7《建筑基坑工程技术规范》（YB9258-97）
1.8 理正深基坑6.01软件，Midas Civil软件
2、工程概况
蚌固公路南起G36宁洛高速公路与S101交叉处（蚌埠北互通立交处），下穿京沪铁路及G36宁洛高速公路后，向北顺原S101进行布线，跨北淝河，经曹老集后，在磨盘张北偏离老路改走新线，下穿京沪高铁后，跨怀洪新河，沿固镇经济开发区东布线，在大门东处跨浍河，经固镇县城东、宋店，在十二里庙子南下穿京沪高铁后，经董庄、核树，终于任桥镇南，顺接上原S101，全长53.0公里。
本标段为蚌埠至固镇公路改造工程路基工程LJ-03标段，起讫桩号K29+000.0～K36+600.0，全长7.6公里。浍河大桥为跨浍河而设计，浍河为IV级航道，通航衔接尺寸为底宽90m，顶宽81m，侧高5m，十年一遇最高通航水位18.23m，百年一遇设计水位19.4m。
浍河大桥起讫里程K30+607～K31+583,全长976米。全桥共7联：4×30+5×30+（60+100+60）+4×30+4×30+4×30+4×30m；引桥上部结构采用预应力砼小箱梁，先简支后连续。下部结构采用柱式墩、柱式台，墩台采用桩基础；主桥上部结构采用变截面预应力砼连续梁，下部结构采用圆端形实体墩，承台群桩基础。
根据现场施工技术调查，桥位处水域宽约230m，主航道水深约5m，连续梁P10、P11主墩分别位于浍河主航道南北两侧。P10墩位处水深1.1m～1.4m，承台边距主航道约12m；P11墩位处水深2.2～3.1m；P8、P9墩位处水深0.35m；P7墩位于水岸交接处。南岸水中墩位处河床较平坦，局部有少许淤泥或无淤泥，北岸P11墩位处距主航道较近，河床坡度较大，淤泥深0.8m左右。
3、地质情况
根据工程地质勘测报告，桩基的地质情况如下表。
[ 土层参数 ]
----------------------------------------------------------------------
层号
土类名称
层厚
重度
浮重度
粘聚力
内摩擦角
(m)
(kN/m3)
(kN/m3)
(kPa)
(度)
1
素填土
3.05
18.8
8.8
38.00
17.40
2
淤泥质土
8.00
17.8
7.0
21.00
9.10
3
粉砂
5.40
19.7
9.7
---
---
4
粘性土
5.70
19.7
9.7
---
---
层号
与锚固体摩
粘聚力
内摩擦角
水土
计算方法
m,c,K值
抗剪强度
擦阻力(kPa)
水下(kPa)
水下(度)
(kPa)
1
30.0
33.00
14.40
分算
m法
8.12
---
2
20.0
16.20
6.10
分算
m法
2.85
---
3
10.0
0.00
29.60
分算
m法
2.38
---
4
75.0
60.30
10.40
合算
m法
4.12
---
4、设计施工方案概述
根据各水中墩的基坑开挖深度及桥位处地质水文情况，水中墩P10-P11墩基坑均采用NSP-Ⅳw型钢板桩支护， P10、P11墩围堰平面尺寸25.3m×13.1m，基坑开挖深度10.4m，采用18mNSP-Ⅳw钢板桩及两层围囹及内支撑。围囹采用HW400×400mm型钢、600×600×16mm箱型梁，对口撑采用600×600×16mm箱型梁、角撑采用φ609×16mm圆管。钢板桩围堰具体尺寸详见附图。
.第一层围囹
第二层围囹
图4.1 P10、P11墩钢板桩围堰平面示意图
图4.2 P10、P11墩钢板桩围堰断面示意图
5、围护结构计算
5.1设计计算参数
5.1.1 材料设计指标
围囹及内支撑力学特性指标：
钢材设计强度值（N/mm2）
钢材
抗拉、抗压、抗弯
抗剪
承压
序号
材料名称
1
Q235
145
85
325
2
焊接用热压延钢板桩JIS A 5523(SYW295)
295
说明：设计按容许应力法取值。
5.1.2 内支撑支撑刚度
P10、P11墩
内支撑体系中，上层围囹采用HW400×400mm，二层围囹采用600×600×16mm箱型梁，对口撑采用600×600×16mm箱型梁，斜撑采用φ609×16mm圆管。
计算内支撑刚度取最长自由长度，则
第一层内支撑刚度
第二层内支撑刚度
式中：为支撑结构刚度系数；为支撑松弛系数，取0.8~1；E为弹性模量(N/mm2) ;A为支撑断面积(mm2)；L为杆件受压计算长度（m）。
5.1.3 内支撑材料抗力
φ609×16mm圆管：
HW400×400mm型钢：
600×600×16mm箱型梁：
T为支撑材料抗力(kN)；A为支撑断面积(mm2);fy为抗压强度设计值(N/mm2); 为与长细比有关调整系数；ξ为工程形式有关的调整系数(通常对称支撑取1.0)。
5.1.4 设计安全等级
基坑为二级基坑，安全系数为1.0。
5.2 9.91m深大基坑围护结构设计分析
支护结构和支撑体系变形与内力采用理正深基坑支护结构设计软件整体计算进行分析；支护结构的抗倾覆稳定性、抗隆起、抗管涌、嵌固深度采用理正深基坑支护结构设计软件单元设计进行分析；利用单元计算的支撑反力作为荷载施加于围囹上，对支撑体系承载力验算采用Midas Civil进行分析。
5.2.1 设计荷载计算
按安徽省《建筑基坑工程技术规程》（DB33/T1008-2000）规定，无建筑的基坑周边地面应考虑20kPa的超载。
5.2.2 开挖过程结构分析
采用理正深基坑支护结构设计软件6.01版进行分析。
在进行基坑设计时，如果因地质断面差异变化大，钢板桩底部未完全伸入粘土层，未出现出现基底涌水时，排水开挖至坑底；若出现基坑涌水时，将暂停排水开挖，进行基坑注水后采用高压水枪配合吸泥机进行清淤，取消第三道临时支撑，水下封底砼。相应地，基坑支护结构按取消第三道临时支撑、带水开挖进行验算，具体步骤如下：
（1）在保持18m钢板桩长度不变的前提下，考虑基坑底砂性土影响，计算出满足抗渗透稳定条件的钢板桩嵌固深度，以及对应的基坑无水开挖深度。（2）计算出继续进行基坑带水开挖时基坑内的需保持的水面高度，在计算时需考虑以下两件条件：①平衡基底土层抗渗透稳定条件的影响；②开挖至基底时，第二层支撑以下钢板桩的应力要求。（3）封底达到规定强度后抽水，封底砼按基底加固土考虑，再计算此时的基坑受力情况。
经试算，如果存在基底涌水，满足钢板桩锚固深度的排水开挖深度不大于8.5m。
综合上述因素，分为排水开挖与注水开挖两种单元分析。
排水开挖分两个工况进行验算：
工况（一）：基坑直接排水开挖至9.91m处。
工况（二）：浇筑封底混凝土拆除第三层临时支撑。
注水开挖经试算后分三种工况进行验算：
工况（一）：基坑直接排水开挖至8.5m处。
工况（二）：基坑注水至标高+13.06m位置处，水下吸泥开挖至+9.91m（基底标高+5.56m）。
工况（三）：等封底混凝土达到设计强度达到75%后，基坑抽水至基坑底。
5.2.2.1 排水开挖单元计算分析结果
工况（一）基坑开至9.91m
----------------------------------------------------------------------
[ 支护方案 ]
----------------------------------------------------------------------
连续墙支护
----------------------------------------------------------------------
[ 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 120-99
基坑等级
二级
基坑侧壁重要性系数γ0
1.00
基坑深度H(m)
9.910
嵌固深度(m)
8.090
墙顶标高(m)
0.000
连续墙类型
钢板桩
├每延米板桩截面面积A(cm2)
225.50
├每延米板桩壁惯性矩I(cm4)
56700.00
└每延米板桩抗弯模量W(cm3)
2700.00
有无冠梁
无
放坡级数
0
超载个数
2
支护结构上的水平集中力
0
----------------------------------------------------------------------
[ 超载信息 ]
----------------------------------------------------------------------
超载
类型
超载值
作用深度
作用宽度
距坑边距
形式
长度
序号
(kPa,kN/m)
(m)
(m)
(m)
(m)
1
20.000
0.000
5.000
0.000
---
---
2
35.000
0.000
3.000
1.000
---
---
----------------------------------------------------------------------
[ 附加水平力信息 ]
----------------------------------------------------------------------
水平力
作用类型
水平力值
作用深度
是否参与
是否参与
序号
(kN)
(m)
倾覆稳定
整体稳定
----------------------------------------------------------------------
[ 土层信息 ]
----------------------------------------------------------------------
土层数
4
坑内加固土
否
内侧降水最终深度(m)
9.910
外侧水位深度(m)
1.000
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
弹性计算方法按土层指定
ㄨ
弹性法计算方法
m法
----------------------------------------------------------------------
[ 土层参数 ]
----------------------------------------------------------------------
层号
土类名称
层厚
重度
浮重度
粘聚力
内摩擦角
(m)
(kN/m3)
(kN/m3)
(kPa)
(度)
1
素填土
2.85
18.8
8.8
38.00
17.40
2
淤泥质土
8.20
17.8
7.8
21.00
9.10
3
粉砂
5.40
19.7
9.7
---
---
4
粘性土
5.70
19.7
9.7
---
---
层号
与锚固体摩
粘聚力
内摩擦角
水土
计算方法
m,c,K值
抗剪强度
擦阻力(kPa)
水下(kPa)
水下(度)
(kPa)
1
30.0
33.00
14.40
分算
m法
8.12
---
2
20.0
16.20
6.10
分算
m法
2.85
---
3
10.0
0.00
29.60
分算
m法
2.38
---
4
75.0
60.30
10.40
合算
m法
4.12
---
----------------------------------------------------------------------
[ 支锚信息 ]
----------------------------------------------------------------------
支锚道数
3
支锚
支锚类型
水平间距
竖向间距
入射角
总长
锚固段
道号
(m)
(m)
(°)
(m)
长度(m)
1
内撑
4.500
0.500
---
---
---
2
内撑
4.500
4.200
---
---
---
3
内撑
5.800
3.500
---
---
---
支锚
预加力
支锚刚度
锚固体
工况
锚固力
材料抗力
材料抗力
道号
(kN)
(MN/m)
直径(mm)
号
调整系数
(kN)
调整系数
1
0.00
1726.00
---
2～
---
3889.00
1.00
2
0.00
1939.00
---
4～
---
3889.00
1.00
3
0.00
1416.00
---
6～
---
3889.00
1.00
----------------------------------------------------------------------
[ 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:
层号
土类名称
水土
水压力
主动土压力
被动土压力
被动土压力
调整系数
调整系数
调整系数
最大值(kPa)
1
素填土
分算
1.000
1.000
1.000
10000.000
2
淤泥质土
分算
1.000
1.000
1.000
10000.000
3
粉砂
分算
1.000
1.000
1.000
10000.000
4
粘性土
合算
1.000
1.000
1.000
10000.000
----------------------------------------------------------------------
[ 工况信息 ]
----------------------------------------------------------------------
工况
工况
深度
支锚
号
类型
(m)
道号
1
开挖
1.000
---
2
加撑
---
1.内撑
3
开挖
5.200
---
4
加撑
---
2.内撑
5
开挖
8.700
---
6
加撑
---
3.内撑
7
开挖
9.910
---
----------------------------------------------------------------------
[ 设计结果 ]
----------------------------------------------------------------------
----------------------------------------------------------------------
[ 结构计算 ]
----------------------------------------------------------------------
各工况：
内力位移包络图：
地表沉降图：
----------------------------------------------------------------------
[ 整体稳定验算 ]
----------------------------------------------------------------------
计算方法：瑞典条分法
应力状态：总应力法
条分法中的土条宽度: 0.40m
滑裂面数据
整体稳定安全系数 Ks = 3.033
圆弧半径(m) R = 18.250
圆心坐标X(m) X = -2.638
圆心坐标Y(m) Y = 7.139
----------------------------------------------------------------------
[ 抗倾覆稳定性验算 ]
----------------------------------------------------------------------
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：
注意：锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算。
序号 支锚类型 材料抗力(kN/m) 锚固力(kN/m)
1 内撑 0.000 ---
2 内撑 0.000 ---
3 内撑 0.000 ---
Ks = 3.045 >= 1.200, 满足规范要求。
工况2：
注意：锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算。
序号 支锚类型 材料抗力(kN/m) 锚固力(kN/m)
1 内撑 864.222 ---
2 内撑 0.000 ---
3 内撑 0.000 ---
Ks = 4.771 >= 1.200, 满足规范要求。
工况3：
注意：锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算。
序号 支锚类型 材料抗力(kN/m) 锚固力(kN/m)
1 内撑 864.222 ---
2 内撑 0.000 ---
3 内撑 0.000 ---
Ks = 2.543 >= 1.200, 满足规范要求。
工况4：
注意：锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算。
序号 支锚类型 材料抗力(kN/m) 锚固力(kN/m)
1 内撑 864.222 ---
2 内撑 864.222 ---
3 内撑 0.000 ---
Ks = 3.622 >= 1.200, 满足规范要求。
工况5：
注意：锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算。
序号 支锚类型 材料抗力(kN/m) 锚固力(kN/m)
1 内撑 864.222 ---
2 内撑 864.222 ---
3 内撑 0.000 ---
Ks = 2.722 >= 1.200, 满足规范要求。
工况6：
注意：锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算。
序号 支锚类型 材料抗力(kN/m) 锚固力(kN/m)
1 内撑 864.222 ---
2 内撑 864.222 ---
3 内撑 670.517 ---
Ks = 3.284 >= 1.200, 满足规范要求。
工况7：
注意：锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算。
序号 支锚类型 材料抗力(kN/m) 锚固力(kN/m)
1 内撑 864.222 ---
2 内撑 864.222 ---
3 内撑 670.517 ---
Ks = 3.090 >= 1.200, 满足规范要求。
----------------------------------------------
安全系数最小的工况号：工况3。
最小安全Ks = 2.543 >= 1.200, 满足规范要求。
----------------------------------------------------------------------
[ 抗隆起验算 ]
----------------------------------------------------------------------
Prandtl(普朗德尔)公式(Ks >= 1.1～1.2)，注：安全系数取自《建筑基坑工程技术规范》YB 9258-97(冶金部):
Ks = 2.490 >= 1.1, 满足规范要求。
Terzaghi(太沙基)公式(Ks >= 1.15～1.25)，注：安全系数取自《建筑基坑工程技术规范》YB 9258-97(冶金部):
Ks = 2.806 >= 1.15, 满足规范要求。
[ 隆起量的计算 ]
注意：按以下公式计算的隆起量，如果为负值，按0处理!
式中 δ———基坑底面向上位移(mm);
n———从基坑顶面到基坑底面处的土层层数;
ri———第i层土的重度(kN/m3)；
地下水位以上取土的天然重度(kN/m3)；地下水位以下取土的饱和重度(kN/m3);
hi———第i层土的厚度(m);
q———基坑顶面的地面超载(kPa);
D———桩(墙)的嵌入长度(m);
H———基坑的开挖深度(m);
c———桩(墙)底面处土层的粘聚力(kPa);
φ———桩(墙)底面处土层的内摩擦角(度);
r———桩(墙)顶面到底处各土层的加权平均重度(kN/m3);
δ = 64(mm)
----------------------------------------------------------------------
[ 抗管涌验算 ]
----------------------------------------------------------------------
抗管涌稳定安全系数(K >= 1.5):
式中 γ0———侧壁重要性系数;
γ'———土的有效重度(kN/m3);
γw———地下水重度(kN/m3);
h'———地下水位至基坑底的距离(m);
D———桩(墙)入土深度(m);
K = 2.656 >= 1.5, 满足规范要求。
----------------------------------------------------------------------
[ 承压水验算 ]
----------------------------------------------------------------------
式中 Pcz———基坑开挖面以下至承压水层顶板间覆盖土的自重压力(kN/m2);
Pwy———承压水层的水头压力(kN/m2);
Ky———抗承压水头(突涌)稳定性安全系数，规范要求取大于1.050。
Ky = 37.23/30.00 = 1.24 >= 1.05
基坑底部土抗承压水头稳定!
----------------------------------------------------------------------
[ 嵌固深度计算 ]
----------------------------------------------------------------------
嵌固深度计算参数：
抗渗嵌固系数
1.200
整体稳定分项系数
1.300
圆弧滑动简单条分法嵌固系数
1.100
嵌固深度考虑支撑作用
ㄨ
嵌固深度计算过程：
按《建筑基坑支护技术规程》 JGJ 120-99圆弧滑动简单条分法计算嵌固深度：
圆心(-4.910，7.187)，半径=12.217m，对应的安全系数Ks = 1.384 ≥ 1.300
嵌固深度计算值 h0 = 4.000m
嵌固深度设计值 hd = αh0
= 1.100×4.000
= 4.400m
嵌固深度采用值 ld = 8.090m
工况（二）浇筑封底混凝土拆除第三层临时支撑
----------------------------------------------------------------------
[ 支护方案 ]
----------------------------------------------------------------------
连续墙支护
[ 加固土参数 ]
----------------------------------------------------------------------
土类名称
宽度
层厚
重度
浮重度
粘聚力
内摩擦角
(m)
(m)
(kN/m3)
(kN/m3)
(kPa)
(度)
人工加固土
5.0
1.000
22.000
12.000
650.000
40.000
土类名称
粘聚力
内摩擦角
计算方法
m,C,K值
抗剪强度
水下(kPa)
水下(度)
(kPa)
人工加固土
650.000
40.000
m法
93.000
50.00
----------------------------------------------------------------------
[ 支锚信息 ]
----------------------------------------------------------------------
支锚道数
2
支锚
支锚类型
水平间距
竖向间距
入射角
总长
锚固段
道号
(m)
(m)
(°)
(m)
长度(m)
1
内撑
4.500
0.500
---
---
---
2
内撑
4.500
4.200
---
---
---
支锚
预加力
支锚刚度
锚固体
工况
锚固力
材料抗力
材料抗力
道号
(kN)
(MN/m)
直径(mm)
号
调整系数
(kN)
调整系数
1
0.00
1726.00
---
2～
---
3889.00
1.00
2
0.00
1939.00
---
4～
---
3889.00
1.00
----------------------------------------------------------------------
[ 结构计算 ]
----------------------------------------------------------------------
内力位移包络图：
----------------------------------------------------------------------
[ 抗倾覆稳定性验算 ]
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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5：
注意：锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算。
序号 支锚类型 材料抗力(kN/m) 锚固力(kN/m)
1 内撑 864.222 ---
2 内撑 864.222 ---
Ks = 4.755 >= 1.200, 满足规范要求。
5.2.2.2 注水开挖单元计算分析结果
工况（一）基坑开挖至8.5m
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[ 支护方案 ]
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连续墙支护
[ 结构计算 ]
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内力位移包络图：
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[ 嵌固深度计算 ]
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嵌固深度计算参数：
抗渗嵌固系数
1.200
整体稳定分项系数
1.300
圆弧滑动简单条分法嵌固系数
1.100
嵌固深度考虑支撑作用
ㄨ
嵌固深度计算过程：
① 按《建筑基坑支护技术规程》 JGJ 120-99圆弧滑动简单条分法计算嵌固深度：
圆心(-4.280，5.744)，半径=10.643m，对应的安全系数Ks = 1.361 ≥ 1.300
嵌固深度计算值 h0 = 4.000m
嵌固深度设计值 hd = αh0
= 1.100×4.000
= 4.400m
嵌固深度采用值 ld = 9.300m＞4.400m（满足要求）
②渗透稳定条件验算
依据《建筑基坑支护技术规程》 JGJ 120-99,
当基坑底为碎石土及砂土、基坑内排水且作用有渗透水压力时，
侧向截水的排桩、地下连续墙嵌固深度设计值尚应满足抗渗透稳定条件:
hd >= K * γ0 * (h - hw)
(按规范K=1.2，交互值K=1.20)
嵌固深度计算值为：9m＜9.500m（满足要求）
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