钢筋混凝土灌注桩基坑支护在咸阳北路西河桥穿越工程中的应用.pdf

2 0 1 1 ． N o ． 2 海河水利 ．51． 钢筋混凝 土灌注桩基坑支护 在咸阳北路西河桥穿越工程 中的应用 运新 宝 ， 于 晕 ， 马 洪侠 ( 1 ． 天津市水利勘 测设计院 ， 天 津3 0 0 2 0 4 ； 2 ． 水利部海 河水利委 员会 ， 天津3 0 0 1 7 0 ， 3 ． 天津 市引滦工程 尔王庄 管理 处， 天津3 0 1 8 0 2 ) 摘要 ： 主要论 述钢 筋混凝 土灌注桩 基坑 支护在 天津成 阳北路 西河桥 穿越 工程 中的应 用 ， 结合 工程条 件分析 该 支 护 结构 的设计计 算。 关键词 ： 灌注桩 ； 基坑 支护 ； 工程 应用 中图分类号 ： T V 5 5 1 ．4 2 文献标识码 ： B 文章编号 ：1 0 0 4 — 7 3 2 8 ( 2 0 1 1 ) 0 2 — 0 0 5 1 — 0 3 1 概述 天 津 干线分 流 井至 西 河泵 站输 水 工程 是南 水 北 调 中线 天津 市 内输 配水 工程 的重要 组成 部 分 ，是 实 现 引江 向 中心城 区和新 四区供水 的骨 干工 程 ，是 连 接南 水北 调 天津 干线 和 市 区三 大水 厂 ( 新开 河 水 厂 、 芥 园水 厂 、 凌 庄水 厂 ) 的关 键 性工 程 。工 程起 点 为 天 津 干线 分流 井 闸下 。终 点 为规 划扩 建 的西 河泵 站 调 节池 。线路 沿子 牙 河北 堤外 布 置 ，全 长 8 ． 4 8 k m， 设 计 输 水 能 力 为 2 7 ． 0 m 3 ／ s ，采 用 2孔 3 ． 8 mx 3 ． 8 m 现 浇 混凝 土箱 涵形 式输 水 。西 河桥 穿 越 为本 工程 线 路 上 的一处 关键 穿 越工 程 。 2 支护设计 西 河桥 为咸 阳北 路 跨 越 子 牙河 及 子 牙 河 南 路 、 子牙 河北 路两 条 道路 的立 交 桥 ，总 长度 5 5 3 ． 1 m， 其 中 主 桥 长 度 2 1 1 ． 1 m，宽 4 2 m，采 用 4 8 ． 0 5 + 1 1 5 + 4 8 ． 0 5 m 自锚 式 悬索 桥 ： 两侧 引 桥分 别采 用 预应 力 钢 筋 混 凝 土和 普通 钢 筋 混凝 土连 续 箱 梁 。总长 度 3 4 2 m， 宽 3 4 ～ 3 8 m。 引桥 上无 人 行道 ，主桥 两端 设 置人 行梯 道 桥 引 至子 牙河 南 、 北路 的人 行 道上 。 全桥 共设 人 行梯 道 桥 4座 ， 桥 宽 2 ． 7 5 m， 各设 转 向平 台 1 处 。 2 ． 1 支护 方案 本 穿 越工 程考 虑 了 暗挖 和 明挖两 种施 工 方案 。 ( 1 ) 暗挖 穿 越 方 案 ： 由于箱 涵 覆 土 厚 度 约 为 3 ． 7 m， 覆 土太 薄 ， 无法 顶 进施 工 。若 采用 管 棚 暗挖 法 ， 也 收 稿 日期 ： 2 0 1 0 — 1 1 - 2 0 作者简介 ： 运新宝 ( 1 9 7 8 一) ， 男 ， 工程师 ， 主要从 事水利工程设计工作 。 因覆土太薄 的原因， 形不成卸力土拱 ， 施工难度极大 且 工期 长 、 投资 大 。 因此 ， 确 定 采用 明挖 穿越 方 案 。 ( 2 ) 明挖 穿 越 方 案 ： 明挖 方 案 具有 工期 短 、 投 资 省 、 安全 可 靠 的特点 。 由于 明挖施 工不 具 备放 坡 开挖 条件 且 为确 保公 路桥 群桩 在 箱涵 施工 中不产 生位 移 ，故 需对 基 坑两 侧进 行 支护 处 理 。 由于南 槽铁 路 桥下 净 空仅 为 5 ． 2 m， 大 型 打桩设 备无 法 进场 施工 ．无 法 采用 打设 钢 板桩 和 混凝 土 预 制桩 的支护 方案 ，因此 采用 混凝 土 灌注 桩 的支 护方 案 。 支 护 范 围 从 里 程 K 7 + 9 2 5到 里 程 K 7 + 9 9 5 ， 全 长 7 0 m。为 了保 护人 行 钢梯 ， 支 护 桩 在基 槽 四角 向 基槽 外侧 垂 直方 向各 延 伸 1 0 m。 输 水 箱 涵 从 咸 阳路 立 交 桥 桥 北 第 二 桥 孔 即 1 O 和 l l 桥 桩之 间 垂直 穿 过 ． 桥桩 基 础 为 1 2 0 0混 凝 土灌 注桩 、 群 桩 承 台结构 。 l o } } 桩 基底 高程 一 4 9 ． 8 5 m， 承 台顶 高程 2 ． 0 m： 1 1 桩基 底 高程 一 4 7 ． 1 5 m， 承 台顶 高程 2 ． 5 m。承台宽 5 ． 4 m， 厚 1 ． 5 m。该处路面高程 为 3 ． 5 m， 桥 下 净 空 约 5 ． 2 m。两桥 桩 间距 2 7 ． 6 5 m， 箱涵 边缘 距 离桥 桩边 缘 为 9 ． 2 l ift 。 首先 挖 除桥 墩承 台底 边 以上 的土体 ，使 地 面高 程 降低 为 1 ． 3 5 m。 由于箱 涵 底板 以下 约有 1 ． 6 4 m淤 泥质 粘土 需换 填 。 因此基 槽开 挖 深度 为 7 ． 7 8 m。基槽 宽 1 2 ． 1 m。 经 计 算 ，基 槽 支 护 采 用 1 9 m 长 8 0 0 混凝 土 灌 注 桩支 护 方 案 ． 桩 中心 间距 1 m， 桩 间设 2 道q b 5 0 0钢 管 桩 横 撑 ， 横 撑 排 距 4 m； 桩 外 侧 设 单 排 ． 5 2 ． 运新 宝 ， 于 晕 ， 马洪侠 ： 钢筋混凝土灌注桩基坑支护在成阳北路西河桥穿越工程 中的应用 2 0 1 1 年 4月 1 ． 0 ， 桩间咬合 O ． 5 m， 长 2 1 m高压旋喷桩防渗。 2 ． 2 结构计算 2 ． 2 ． 1 计算方法 ( 1 ) 整体稳定性验算 ， 如图 1 所示 。 y 图 1 整体 稳定性验算简图 整体稳 定性 验算 公式 为 ： ’●1 [ c il i + ( q i b i+ Wi ) C O S 0 it g cp i] =』L ———————～ ( 1 ) ( q i b ) s i n 0 1 1 式 中 ： i 为 土条 i 的重 量 ( k N) ； q 为土 条 上 作用 荷 载的平 均集 度 ( k N ／ m) ； c 、 分别 为土 条 底 端所 在 土层的粘聚力( k P a ) 、 内摩擦角( 。 ) ； f f 、 b 、 Q 含义 ， 如 图 1 所示 。 ( 2 ) 坑底抗隆起验算 ： 坑底抗隆起验算类似于圆 弧面整体稳定验算 ．但圆心取最下一道支撑与挡墙 的交 点 ， 并 且 圆弧 通过 墙底端 ， 最 下一 道支 撑 以下 为 圆弧滑 动面 、 以上 为竖 直直线 ， 如 图 2所 示 。 ，／ ，／ === ==== ＼＼＼ ／ ＼ —／ 、 、一一 图 2 坑底抗隆起验算简图 圆弧面 上 的滑 动力 和抗 滑力 的求法 与瑞 典 条分 法一致 ( 但考虑水平应力 ) ， 竖直滑动面上的抗滑力 计算 公式 为 ： ，日 - F r =I [ o zK a 留 ( ) + c ] d z ( 2 ) 式 中 ： Hi 为 最下 一道 支撑 深度 ( m) ； 为土层 竖 向应 力( k P a ) ； K 为 主动 土压 力 系数 ； 、 C 分 别 为土层 内 摩擦角( 。 ) 、 粘聚力 ( k P a ) 。 ( 3 ) 带支撑抗倾覆验算 ： 稳定安全系数等于最下 一 道支撑 以下围护结构两侧土压力( 图 3中阴影区) 对最 下 一道 支撑 点 的力 矩之 比。 图 3 带支撑抗倾覆验算简图 稳定安全系数计算公式为 ： K = ( 3 ) E a‘I l 式 中 ： 符 号含 义 ， 如 图 3所 示 。 ( 4 ) 抗管涌验算 ： 抗管涌安全系数计算公式为 ： K t = ( 4 ) 式 中： ’ ， 为土体浮重度( k N ／ m ) ； 为水的重度( k N ／ m ) ； h w为 地 下 水 位 埋 深( m) ； H 为 基 坑 开 挖 深 度 ( m) ； D为围护结构人土深度( m) 。 ( 5 ) 土层侧 向基床 比例系数( m) 值 ： 土层侧向基 床 比例系数值 ( 见《 建筑基坑支护技术规程》 ) 的估 算公式为： m=}( o ． 2 ‘p - q ~ + c ) ( 5 ) 式 中 ： ‘ p 为土 的 内摩擦 角 ( 。 ) ； c为土 的 粘聚 力 ( k P a ) ； △为基 坑 挡土结 构位 移量 ( 取 1 0 mm) 。 2 ． 2 ． 2 计算过程 具体 的计算过程 ，本工程采用了同济启明星深 基槽分析计算软件进行 。该软件适用于各种支护结 构且 已在“ 海河堤岸整治” 等工程中得到应用。 2 ． 2 - 3 计算参数选取 计 算 中取西河桥基槽 开挖 总深度为 9 ． 9 3 m， 其 中基 槽 挖 深 7 ． 7 8 m、 地 面 开 挖 深 2 ． 1 5 m。 采 用 ~ b 8 0 0 @1 0 0 0 a m灌注桩围护结构 ，桩长为 1 9 m， 桩 顶标高为 1 ． 3 5 i n 。计算时， 考虑地面超载 2 2 ． 5 k P a 。 基槽开挖分五步完成 ， 计算简图及工况如图 4所示。 共设 两道 支撑 ， 见 表 1 。 表 1 钢管 内支撑参数 中心标 高／ m 刚度／ ( MN． m - 2 ) 1 - 2 ． 5 1 3 3 ． 5 8 1 3 3．5 8 场地地质条件和计算参数 ， 见表 2 。地下水位标 高为 1 ． 2 m。 计算 工况 ， 见 表 3 。工况 简 图 ， 如 图 5所示 。 2 0 1 1 ． N o ． 2 海河水利 5 3 基 丹 灌 注桩 图 4 灌注桩支护计算简 图 表 2 土层计算参数 ／／ 工况编号工况类 型深度／ m 支撑 刚度，( MN m ) 支撑编号 图 5 灌 注桩支护计算 工况 2 ． 2 ． 4 计算结果 经计 算 ， 本 支 护结 构满 足 整体 稳定 、 变形 及结 构 强度要 求 。 计 算 结构 ， 见 表 4 。 灌 注桩 支护 计算 内力 ， 如 图 6 所 示 一 表 4 灌注桩支护结构计算成果 撵 攀 攀撩嚣 内 力 计 算 M 3 5 7 ．2 k N m Q ． ~ = 2 0 1 ． 8 k N 包络 图 ( 水土 分算， 矩形 荷载) 水平位移 ， m m ~／ ( k N m) 剪 力， k N M a x ： 1 0 ． 6 —1 1 2 ． 9 ～ 35 7． 2 —1 1 3 ． 9 —20 1． 8 图 6 灌注桩支护计算 内力 安 全 ． 施工 前在 已建成 的桥 桩上 设 置观 测设 备 ， 观 测 桥 桩 的位 移和 变形 。 根据 观测 结果 ， 判定箱 涵 施工 对 桥 桩 的影 响情 况 ， 必要 时及 时采 取 工程 处理 措施 。 经 实际监测 ，基坑影响范 围内桥桩实际位移及沉降值 均小于设计计算值 ， 完全满足规范要求。 2 ． 4工 程 施 工 基 槽 开挖 采取 分层 分 区方式 ，并按 照先 撑 后挖 的原 则 。 即 内支撑 必须 顶 紧撑 牢后 方可 开挖 。 灌注桩 施工 选用 B R M一 0 8型正反 循环 钻机 造 孑 L ， 泥浆 护壁 。 钢筋 在加 工厂 加工 。 现 场绑扎 成 型 。 施工 中采 用混凝 土 浇筑 机 ， 浇筑 水下 混凝 土 。混凝 土 使用 二 级配 ， 碎 石最大粒径 3 0 m m，水泥选用强度等级 3 2 ． 5的普通 硅酸 盐水 泥 。 旋 喷桩施 工采 用二重 管 法进行 施工 。 当 钻机钻孑 L 至土层 的预定深度后 ， 插入二重注浆管 ， 通 过在 管底 部侧 面的一 个 同轴 双重 喷 嘴 ，同 时喷 出高 压浆 液和 空气 两种介 质 的喷射 流 冲击破 坏土 体 。 3支护效果 本工 程整 个施 工 期 内未 出现 任何 险情 ．完全 满 足主 体工 程施 工 需要 ． 并 且顺 利通 过雨 季施 工 过 程 ： 现 已施工 完毕 ， 支 护效 果很 好 。 一 一 = 呈 黼