鄧 敏,劉 勇
(1.湖北地礦建設(shè)勘察有限公司,湖北 武漢 430072;2.武漢地質(zhì)勘察基礎(chǔ)工程有限公司海南分公司,海南 ???570100)
某新建泵站截污工程,線路長約330 m,其中1處污水提升泵站、6處污水檢查井和40 m污水管道涉及基坑開挖支護(hù)。該項目位于某省會城市,截污工程沿線穿越兩條現(xiàn)狀道路,周邊地下管線豐富,附近分布有地鐵站點(diǎn)、高架橋及廣場。
工程場平標(biāo)高23.1 m,泵站底板標(biāo)高13.5 m,開挖深度9.6 m,平面尺寸6.5 m×6.5 m;檢查井底板標(biāo)高16.9 m,開挖深度6.2 m,平面尺寸3.9 m×3.9 m;管道基礎(chǔ)標(biāo)高18.9 m,開挖深度4.2 m,長40 m,寬2.8 m。
工程沿線場地地貌單元屬長江沖積一級階地,地勢起伏小,場地地層自上而下劃分為三個單元層。
1)雜填土(Qml),雜色,稍濕~飽和,土質(zhì)不均,由一般黏性土和碎石、塊石等混合構(gòu)成,硬物質(zhì)含量約20%~30%,結(jié)構(gòu)松散雜亂,堆積年限少于10年。場地跨越兩條現(xiàn)狀道路,部分位置表面覆蓋有1層30 cm瀝青及混凝土面層。
根據(jù)埋藏條件和含水層性質(zhì)分析,地下水主要表現(xiàn)為上層滯水和孔隙承壓水。上層滯水主要賦存于1)雜填土中,水量有限且分布不連續(xù),依靠大氣降水及地表散水垂直下滲補(bǔ)給,對本工程建設(shè)有一定影響。孔隙承壓水主要賦存于2)黏性土、砂土過渡層及3)粉砂層,水量較豐富;承壓水水位受長江水位影響較大,據(jù)地下水長期觀測資料,承壓水頭標(biāo)高在17~21 m左右。
1)泵站基坑和檢查井基坑平面為正方形,管道基坑平面為長條形,局部存在轉(zhuǎn)角;基坑開挖深度4.2~9.6 m,支護(hù)面積15.21~112 m2;總體而言基坑規(guī)模小,局部挖深較大。
2)工程沿線穿越兩條現(xiàn)狀道路,地下管線豐富,且附近分布有地鐵站點(diǎn)、高架橋及廣場,周邊環(huán)境較復(fù)雜。
3)基坑側(cè)壁地層工程性質(zhì)一般,且地下水對基坑開挖影響大,基坑側(cè)壁地層物理力學(xué)參數(shù)建議值見表1。
表1 基坑側(cè)壁地層物理力學(xué)參數(shù)
綜合確定泵站基坑重要性等級[1]為二級,檢查井及管道基坑重要性等級為三級。
1)樁撐支護(hù)。檢查井和管道基坑采用鉆孔灌注樁支護(hù),泵站基坑采用鉆孔灌注樁+混凝土內(nèi)支撐支護(hù)。優(yōu)點(diǎn):支護(hù)剛度大,邊坡變形小,可有效保護(hù)基坑周邊建筑物和地下管線安全。缺點(diǎn):鉆孔灌注樁和混凝土內(nèi)支撐施工、養(yǎng)護(hù)周期相對較長,且工程造價較高。
2)雙排樁支護(hù)。檢查井和管道基坑采用鉆孔灌注樁支護(hù),泵站基坑采用雙排鉆孔灌注樁支護(hù)。優(yōu)點(diǎn):門架式支護(hù)結(jié)構(gòu),剛度大變形小,且利于坑內(nèi)土方挖運(yùn)和基礎(chǔ)施工。缺點(diǎn):需要較大施工空間,工程造價高。
3)鋼板樁鋼撐支護(hù)。泵站和檢查井等方形基坑采用拉森鋼板樁[3]+角撐支護(hù),管道狹長基坑采用拉森鋼板樁+對撐支護(hù)。優(yōu)點(diǎn):可快速施工,工程造價低。缺點(diǎn):柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)剛度有限,抵抗變形能力不強(qiáng)。
該項目基坑開挖施工過程中,還需進(jìn)行地下水止水和降水處理。樁撐和雙排樁方案均需在樁后或樁間布置止水帷幕進(jìn)行隔水,但鋼板樁方案不需要。
根據(jù)以上分析,從工程安全、施工可行性、造價投資等方面綜合考慮,不難判斷鋼板樁鋼撐方案更勝一籌。
拉森鋼板樁均采用FSP-Ⅳ型,壁厚為15.5 mm,單片截面面積96.99 cm2,慣性矩4 670 cm4,截面模量362 cm3;每延米截面面積242.5 cm2,慣性矩38 600 cm4,截面模量2 270 cm3。設(shè)計泵站基坑采用長15 m拉森鋼板樁+三道角撐支護(hù),樁頂卸土1.5 m高,坡比1∶1,坡面采用掛網(wǎng)噴混凝土支護(hù),平臺寬2 m;檢查井基坑采用長12 m拉森鋼板樁+兩道角撐支護(hù);管道基坑采用長12 m拉森鋼板樁+一道對撐支護(hù)?;又ёo(hù)設(shè)計計算采用天漢(V2015)軟件,鋼板樁樁身最大彎矩、剪力、位移及最小被動區(qū)彈性抗力安全系數(shù)[1]等計算參數(shù)統(tǒng)計結(jié)果見表2。
表2 鋼板樁計算參數(shù)結(jié)果統(tǒng)計
圍檁、支撐選用兩根25b工字鋼雙拼組成,中心距20 cm,截面面積A=107.08 cm2,截面慣性矩Ix=10560 cm4,Iy=11326 cm4,截面抵抗矩Wx=846 cm3,Wy=712.327 cm3,截面半面積矩Sx=495.8 cm3,Sy=535.4 cm3。
鋼支撐體系內(nèi)力計算結(jié)果見表3。
表3 鋼支撐體系內(nèi)力計算結(jié)果統(tǒng)計
根據(jù)計算結(jié)果進(jìn)行鋼板樁鋼撐結(jié)構(gòu)強(qiáng)度驗算。
鋼板樁強(qiáng)度驗算:
鋼圍檁強(qiáng)度驗算:
鋼支撐強(qiáng)度驗算:
各項設(shè)計指標(biāo)均滿足相關(guān)規(guī)范要求。
本文結(jié)合富水砂層小型深基坑工程實例,闡述鋼板樁結(jié)合鋼撐支護(hù)方案,不僅能節(jié)約工程造價投資,還能有效縮短施工工期,具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。目前在國內(nèi),鋼板樁多用于開挖深度10 m以內(nèi)的中小型基坑,資料顯示,國外已有鋼板樁用于開挖深度20 m的深基坑工程實例,由此可見鋼板樁具有廣闊的市場前景,對其施工工藝、技術(shù)的深入研究,將有助于其進(jìn)一步推廣使用。
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