基坑支护职称论文.docx

基坑支护职称论文.docx

《基坑支护职称论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基坑支护职称论文.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

基坑支护职称论文

深基坑支护在老厂房改造中的应用

一、工程概况

宝钢2030冷轧脱脂机组三电及公辅设施改造工程新建脱脂机组位于原冷轧主厂房2C～2D轴线、201～204轴线之间。

厂房结构为重型钢结构，跨度42m，柱距18m，跨内设有63t吊车，施工过程中不停用。

原柱基础为桩承重钢筋混凝土独立基础，基础底部标高－3.400m。

紧靠2C轴线为原电气室，电气室底部标高为－1.8m，靠近204轴线与电缆隧道相连部分与电缆隧道一样底部标高为－3.400m，电缆隧道局部有桩。

设备基础外边线距2C轴线仅4.3m，距2D轴线13m左右，紧靠204轴线处电缆隧道侧壁。

见附图一“设备基础外边线平面示意图”。

新建设备基础埋设较深，靠近2C轴线和204轴线电缆隧道处开挖为5.1m，靠近201轴线山墙处开挖深度为4.1m，2D轴线一侧201至202轴线之间开挖深度为4.1m，202至203轴线间开挖深度为7.1m，基坑中部局部开挖深度达9.1m。

见附图二“设备基础标高示意图”。

二、基坑围护方案选择

目前在上海软土地区常用的深基坑围护方案主要有地下连续墙、钻孔灌注桩柱列式挡墙加支撑、SMW工法、水泥搅拌桩重力式挡墙、沉井等多种方法。

考虑采用何种基坑围护方式必须综合考虑基坑的安全可靠性和经济性。

常用的基坑围护方案比较如下：

类型

经济深度

费用

抗渗性

设备

泥浆管理

进度

刚度

挖土

地下连续墙

10－15m

高

好

复杂

严格

慢

一般

一般

钻孔灌注桩

6－10m

一般

差

一般

要

一般

一般

一般

SMW工法

6－10m

一般

好

简单

无

快

较大

较方便

水泥搅拌桩

6m以内

低

好

简单

无

一般

一般

方便

根据本工程的实际情况，基坑开挖深度普遍为4、5、6、7m，局部小范围为9m，基坑长方向达55m左右、短方向最长达25m左右。

结合现场的实际情况，采用：

1、靠近2D轴线一侧开挖深度7.1m处采用SMW工法进行施工。

2、与电缆隧道相邻处采用在土内插入槽钢的方式进行围护。

3、其余部分采用重力式挡墙。

见附图三“围护结构平面示意图”。

三、基坑围护设计

1、SMW工法设计

靠近2D轴线开挖深度7.1m处采用SMW工法进行围护。

原钢筋混凝土钢卷承重地坪为800mm厚，破除后地面标高为－1.00m左右，为了减少水泥搅拌桩的长度，搅拌桩桩顶标高设计为－2.00m，施工时将搅拌桩后面的土挖至－2.00米，则搅拌桩围护高度实际为5m，此时，围护桩后的地坪由原钢管桩支撑，地面超载可以不计。

搅拌桩选用双排，搭接200mm，长度9m，采用32.5#水泥，掺入量为湿土重量的15％，另加0.2％的木质素磺酸钙作为分散剂。

H型钢选用500×200×16×16mm，长度为9.2m，每隔1m在搅拌桩的结合部设置一根，上部伸入压顶梁200mm，和压顶梁浇筑在一起。

该处压顶梁配置一定数量的钢筋，浇筑时留出拉接钢筋，土方开挖前将拉接筋与其后的地坪桩连接。

2、水泥搅拌桩设计

除上述采用SMW工法的部位及电缆隧道处无法施工搅拌桩的部位以外均采用水泥搅拌桩重力式挡墙进行围护。

区别在于根据不同的围护深度采用不同的搅拌桩宽度。

考虑到本区域在使用荷载的作用下已有十几年的固结，其力学物理指标相对原土有一定的增强，基坑开挖深度5.1m处采用3排搅拌桩，桩长9m，单桩直径700mm，桩间搭接200mm，则3排搅拌桩的宽度为1.7m。

基坑开挖深度4.1m处采用2排桩，桩长8m，单桩直径700mm，桩间搭接200mm，则2排桩的宽度为1.2m。

局部开挖9.1m处靠近基础边一侧采用隔栅状搅拌桩重力式挡墙进行围护，桩顶标高-5.000m，桩长7m。

沿搅拌桩通长间隔1米在搅拌桩内打设Φ25钢筋，然后在搅拌桩顶设置与搅拌桩同宽、厚200mm的混凝土压顶梁，将整个搅拌桩连成整体。

由于在厂房内施工，上海又属于高地下水位地区，为防止基坑土体隆起，地下水对基坑造成破坏，采取在基坑底部设计3m厚的压密注浆，封闭地下水，使基坑作业在干燥状态下施工。

见附图四“围护结构断面示意图”。

四、围护计算

1参数选定

因为本工程未提供工程地质勘察报告，本计算参数的选定主要依据地基基础设计规范及我公司长期施工宝钢地区工程的施工经验。

根据上海市地基基础设计规范附录A和附录B，本工程基坑底部主要位于③、④层土，土的力学指标取用直剪固快的峰值的平均值。

本工程选用指标如下：

C=15KPa，Φ=20°，γ=18Kn/m3。

2计算

2.1重力式挡墙计算

2.1.1A-A断面计算

因该处围护桩后面设计有埋深1.5m左右的设备基础，该部分的土体可以在基坑开挖前予以卸除，该处实际计算开挖深度按3.5m考虑。

2.1.1.1土压力计算

主动土压力按计算eak=∑（γiHi）Ka-2CKa1/2计算

式中：

Ka=tan2（45°-Φ/2）

=tan2（45°-20°/2）=0.49

γi=18Kn/m32C

Hi=7.5m

C=15Kpa

则：

eak=∑（γiHi）Ka-2CKa1/2

=18*7.5*0.49-2*15*0.491/2

=45.8Kn/m2

被动土压力按计算epk=∑（γiHi）Kp+2CKph1/2计算

式中：

Kp=cos2Φ/【1-〖（sinΦ+δ）sinΦ/cosδ〗1/2】2

Kph=cos2Φ*cos2δ/【1-（sinΦ+δ）】2

δ为计算点处地基土与围护墙面的摩擦角，当无基坑内降水措施时δ=0，本工程不降水，δ=0。

则：

Kp=cos220/【1-〖（sin20+0）sin20/cos0〗1/2】2

=2.04

Kph=cos220*cos20/【1-（sin20+0）】2

=2.04

epk=∑（γiHi）Kp+2CKph1/2

=18*4*2.04+2*15*2.041/2

=146.88+42.8

=189.7Kn/m2

取1m长围护桩进行计算

则：

Ea=45.2*7.5*1/2=169Kn，

其作用点距围护桩底部距离为7.5/3=2.5m。

Ep=（42.8+189.7）*4/2

=465Kn

作用点距围护桩底部距离为=（42.8*4*2+146.88*4*4*1/2*1/3）/465

=1.58m

见右图：

2.1.1.2抗倾覆验算

根据上海市地基基础设计规范，抗倾覆验算应满足下式：

γ0γlMEk≤MGK+MPK/γRQ

式中：

γ0表示围护安全重要性系数，取1.1

γlM表示侧压力分项系数，取1.1

MEk表示主动土压力绕墙底前趾的稳定力矩标准值

MEk=169*2.5=422.5KN.m

MGK表示墙自重绕墙底前趾的稳定力矩标准值

MGK=1.7*1*9*18*0.85=234.15KN.m

MPK表示被动土压力绕墙底前趾的稳定力矩标准值，为安全起见，对被动区的土压力进行折算，折算系数取0.64，则：

MPK=465*1.58*0.64=470.2KN.m

γRQ表示抗倾覆力分项系数，取1.05

则：

γ0γlMEk=1.1*1.1*422.5=511.2KN.m

MGK+MPK/γRQ=（234.1+470.2）/1.05=670.8KN.m

满足要求。

2.1.1.3、抗滑移验算

抗滑移验算需满足下式要求：

γ0γlEK≤（GktanΦ+BC+EPK）/γRK

式中：

B表示围护墙宽度

γRK表示滑移抗力分项系数，取1.1。

则：

γ0γlEK=1.1*1.1*169

=204.5KN

（GktanΦ+BC+EPK）/γRK

=（1.7*1*9*18*tan20+15*1.7+465*0.64）/1.1

=384.9KN

满足要求。

2.1.1.4桩身强度验算

根据水泥搅拌桩的水泥掺入量及我公司以往施工水泥搅拌桩的经验，取水泥搅拌桩30天养护的无侧限抗压强度为1.2Mpa，抗拉强度取150～250Kpa。

桩身强度验算应满足下式要求：

∑G/A+M/W≤1.2Mpa

取1m进行计算，

G表示水泥搅拌桩坑底以上部分的重量=1.7*1*18*5=153KN

M表示坑底以上部分侧压力产生的弯矩

=（18*3.5*0.49-2*15*0.7）*3.5*3.5/6

=20.2KN.m

W表示截面抵抗矩=Bh2/6

=1.7*1.7/6=0.48

则：

∑G/A+M/W=153/1.7+20.2/0.48

=131.9KPa≤1.2Mpa，满足要求。

∑G/A-M/W=153/1.7+20.2/0.48

=47.9KPa≤150Kpa

2.1.1.5位移估算

δ=Lh02/DB

ζ表示影响系数，取大值0.2

L表示围护桩长度，本工程取为20m

D表示入土长度，本工程为4m

B表示墙宽，本工程为1.7m

h0表示坑底以上部分桩长，本工程为3.5m

则：

δ=20*3.5*3.5/4*1.7

=7.2cm。

2.1.2C-C断面验算

因该部分地坪普遍厚度800mm，地坪有桩支撑，该部分的重量可以不计入土压力计算，即该处计算围护深度可以取为3m。

2.1.2.1土压力计算

具体公式见上面A-A断面计算。

eak=18*7*0.49-2*15*0.7

=40.7Kn/m2

epk=18*4*2.04+2*15*0.7

=189.7Kn/m2

取1m进行计算，则：

Ea=40.74*7*1/2=142.6KN

作用点距桩底距离为7/3=2.33m

Ep=465KN，作用点距桩底距离为1.58m（见A-A断面计算）。

2.1.2.2抗倾覆验算

MEk=142.6*2.33=332.3KN.m

MGK=1.2*1*8*18*0.6=103.68KN.m

MPK=465*1.58*0.64=470.2KN.m

γ0γlMEk=1.1*1.1*332.3=402.1KN.m

MGK+MPK/γRQ=（103.68+470.2）/1.05=546.6KN.m

满足要求

2.1.2.3抗滑移验算

γ0γlEK=1.1*1.1*142.6=172.5KN

（GktanΦ+BC+EPK）/γRK

=（1.2*1*8*18*tan20+15*1.2+465*0.64）/1.1

=327.7KN

满足要求

2.1.2.4桩身强度验算

∑G/A+M/W

=1.2*4*18/1.2+〖（18*3*0.49-2*15*0.7）*3*3/6〗*6/1.2*1.2

=72+34.12Kpa

=106.12Kpa≤1.2Mpa满足要求

∑G/A-M/W

=1.2*4*18/1.2-〖（18*3*0.49-2*15*0.7）*3*3/6〗*6/1.2*1.2

=72-34.12

=37.88Kpa≤150Kpa

满足要求。

2.1.2.5位移验算

δ=20*3*3/4*1.2

=7.5cm

2.2SMW工法计算

在SMW工法中，围护结构的内力主要由H型钢承担，搅拌桩仅作为防止其翼缘和腹板失稳的填充材料。

因此，本次计算按单撑板桩的模式进行计算。

2.2.1土压力计算

该处开挖深度7m，因有将近1m的钢筋混凝土地坪有桩支撑，该部分的重量在计算土压力时不考虑，按开挖6m进行计算。

按上面的计算公式可以求得：

Ea=336KN/m

Ep=465KN/m

为安全起见，将被动土压力按0.64的系数进行折算，则：

Ep=465*0.64

=297.7KN/m

2.2.2桩身应力计算

2.2.2.1桩顶水平拉力计算

取1m进行计算，根据水平方向力的平衡关系，顶部支撑拉力为：

336-297.7=38.3KN

2.2.2.3求剪力为0的点

设剪力为0的点距顶部距离为X，则有：

Q=38.3-（18*X*0.49-2*15*0.7）*X/2=0

推出X=4.1m

2.2.2.4求最大弯矩

根据结构力学理论，剪力为0的点弯矩最大，则：

Mmax=38.3*4.1-（18*4.1*0.49-2*15*0.7）*4.1*4.1/6

=157.03-42.5=114.6KN.m

2.2.2.5H型钢截面验算

（1）截面惯性矩计算：

I1=I3=bh3/12=1.33*105mm4

I2=bh3/12=1.33*107mm4

a1=a3=110mm

则截面惯性矩I=1.33*107mm4+2*（1.33*105mm4+1102*200*20）

=1.10*10-4m4

截面抵抗矩W=Iy/2=1.10*10-4/0.11=9.09*10-4m4

σ=M/W=114.6*103/9.09*10-4

=12.6*107Pa

=126Mpa≤〔σ〕=170Mpa，满足要求。

五、效果

本工程从2002年5月开始施工，基坑采用水泥搅拌桩加SMW工法进行支护措施，在长达55天的基坑中基础施工效果来看，止水挡土效果良好，有效减少了基坑的变形，使基坑四周位移量小于设计要求，原厂房位移量小于5mm。

而采用了压密注浆封底的措施不降水开挖的方法，使基坑施工时基坑内无积水，基坑内无土体隆起现象且加快了工程进度，从而按期完成宝钢2030冷轧厂脱脂机组改造工程施工。

本工程施工中的不足，由于前期施工为节省施工措施费用，仅考虑用水泥搅拌桩支护，而由于场地原因又不能采用重力式挡土墙，在基坑开挖至-4.0左右后发现基坑位移量较大，采取回填土方防止基坑继续变形，重新进行基坑支护设计，采取水泥搅拌桩加部分SMW工法后并按照4～6m间距加600钢管支撑后，本工程顺利实施完毕，为以后类似工程积累了宝贵的施工经验。