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浅谈复合钢桩连续墙在引补水基坑工程中的应用

2024-11-05 60 上传者：管理员

摘要：龙江片区河道由长江分支夹江循环引补水工程，运用“先净后用”的整治理念，服务于民生[1]。作为水环境提升改造政府民生工程项目，在河道开挖过程中，更注重于施工绿色环保及其快速施工。本文以南京市龙江片区大循环引补水工程为例,谈复合钢桩连续墙在大循环引补水基坑工程中的应用。

关键词：
先净后用
基坑工程
复合钢桩连续墙
引补水
水环境提升
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1、工程概况

1.1工程概况

拟建项目场区位于南京市河西新城区,江东门北街以南交汇处。拟建加药间及泥浆处理间位于下圩河南侧。其基坑开挖面积约395 m2，支护周长102 m。出水池基坑开挖面积约190 m2，支护周长56 m。基坑支护结果施工前,基坑周边场地需卸土或整平至设计标高。泥浆处理间及加药间基坑周边场地整平标高为+5.10m，底板垫层底标高为-0.62 m，基坑挖深为5.72 m。出水池基坑周边场地整平标高为+5.21 m，出水池底板垫层底标高为+1.18 m，基坑挖深为4.03 m。加药间及泥浆处理间南侧为下圩河岸堤及下埋一废水管,北侧为下圩河。其余两侧现状为河堤，地势较平坦。出水池南侧为下圩河岸,其余三侧现状为河堤,地势较平坦。

1.2基坑周边环境

本项目周边均为在建基坑群，工况、协调因素众多。项目北侧是在建基坑（苏宁檀悦项目）及道路（江东门北街），侧墙离道路约3.0 m；项目南侧为苏宁檀悦、睿城在建基坑，侧墙离苏宁支护桩约7.5 m；基坑西侧为南京市鼓楼区清河路；基坑东侧为苏宁檀悦、睿城在建基坑，详见图1。

图1 施工过程中位置航拍示意图

1.3水文地质条件

根据《岩土工程勘察规范》，各土层详细信息描述如下：(1)层杂填土：杂色,松散,由建筑垃圾和粘性土组成,局部为沥青路面,路面厚20 cm～50 cm不等，路面下部为碎石垫层。下圩河底部为大约0.5 m的抛石，其下为淤泥质填土，该层成分杂,填龄小于5年，场区普遍分布。(2)-1层淤泥质粉质粘土：灰褐色～灰色，主要是流塑状态，软塑存在局部，土切面稍有光泽，中等干强度，中等韧性，无摇振反应。高压缩性，本层偶夹薄层粉土，整个场区均有分布。(2)-2层粉质黏土夹粉土：灰色，流塑状态为主，局部软塑，层理不明显，粉土在粉质粘土中分布无规律，呈薄层状局部互层状，单层厚度5 mm～20 mm不等，粉土含量约为15%，见少量云母片。土切面稍有光泽，干强度、韧性低～中等，无摇振反应，本层局部夹薄层粉细砂，整个场区均有分布。(3)层粉细砂：青灰色,灰色，饱和，密实状态为主，局部中密，含云母片，主要矿物成份为石英，颗粒呈次磨圆状，级配一般。偶夹薄层粉土及粉质粘土，该层未钻穿，见图2。

图2 场地标准地质剖面图

拟建场地内各地基土层其富水性、透水性各不相同，根据钻探揭示的地层结构特征，场地地下水类型为孔隙潜水、微承压水。潜水：储存于场地(1)层杂填土及(2)-2层淤泥质粉质粘土及(2)-3层粉质粘土夹粉土中，(1)层杂填土结构松散，孔隙大，是赋存和排泄地下水的良好空间和通道，(2)-2层属弱透水层，给水性差，但赋水性较好，(2)-3层属弱透水层，但由于其中夹粉土、粉细砂，造成透水性不均匀，孔隙潜水的补给来源主要为大气降水补给，以蒸发和侧向迳流为主要排泄方式。承压水与本项目无关。

1.4本基坑特点及难点

见表1

2、设计方案[2]

2.1基坑设计参数

见表2

2.2支护方案

本基坑项目设计安全等级为二级，重要性系数取1.0。设备间和拦水坝采用复合钢桩连续墙加一道组合平移钢支撑支护形式，护岸挡墙支护采用拉森钢板桩，在复合钢桩连续墙（FH-800-300）植入后，采用预留的复合注浆管对扰动土体进行加固，见图3。

表1 基坑重难点

表2 基坑支护设计参数

3、支护效果

3.1计算包络图

本设计充分考虑到各岩土层的不透水性或透水性以及本项目场地的其它岩土工程勘察设计条件，在进行土压力计算分析时，采用“朗肯”土压力公式“分层”计算，基坑面下主动土压力采用“三角形”分布模式，粘性土采用水土合算，粉砂采用水土分算。计算时不考虑桩间土摩擦作用，也不对主、被动土压力进行调整。

在采用多支点支护体系时，按照整体稳定性的要求确定支护桩长度，再根据桩身最大弯矩进行支护桩配筋设计，止水桩长按抗渗、抗管涌要求确定，本项目将支护桩和止水进行整体设计，达到节约造价和缩短工期的效果。在进行支撑结构设计时要分工况：严格按照实际施工工况计算每一种施工工况下的支护结构内力以及位移变形，保证支撑结构在每一种工况下的安全，见图4、图5。

图3 基坑支护剖面图

图4 支护结构内力位移包络图

图5 支护结构地表沉降图

3.2钢支撑验算

取最不利情况，最大支撑轴力T1=138.05 k N，支撑间距5 m,θ=90°。支撑计算长度8.8 m。选用HW400×400型钢，Q235钢。HW400×400型钢（H400×400×13×21）截面特性：A=21950 mm2;m=172 kg/m;Wx=3340 cm3;Ix=66900 cm4;ix=175mm;Wy=1120 cm3;Iy=22400 cm4;iy=101 mm。

3.2.1支撑轴力的计算

Nmax=1.25 γ0·T1·L1/sinθ=949.09 k N；考虑温度应力10%,N0=1044 k N；支撑梁轴力N=1044 k N

3.2.2支撑弯矩计算

(1）单根支撑梁自重产生的荷载。q=1.25×172×8.8/103=1.90 k N/m;(2）支撑梁上施工荷载产生的荷载取。q=2 k N/m；则M1=1/10×（2+1.90）×8.82=30.2 k N·m;(3）支撑安装偏心产生的弯矩。M2=1044×8.8×2.0‰=18.37 k N·m；则单根支撑弯矩为：M=M1+M2=48.57 k N·m

3.2.3强度验算

σ=N/A+M/W=(1 0 4 4×1 03）/2 1 9 5 0+(48.57×106）/3340000=62.10 N/mm2<[f]=235 N/mm2

故满足要求！

3.2.4稳定性验算

(1）弯矩作用面内的稳定性

其中：N—所计算构件段范围内的轴心压力；N′EX—参数，N′EX=(π2EA)/(1.1λ2)；根据《钢结构设计规范》（GB50017-2014）以及《钢结构设计手册》得：E=206×103N/mm2;A=21950 mm2；λx=L/ix=8800/175=50.29，查表得：ψx=0.855

故：NE X=(π2E A)/(1.1λ2)=（π2×2.0 6×1 05×2 1 9 5 0）/（1.1×5 0.2 92)=1.6×107；ψx—弯矩作用平面内的轴心受压构件稳定系数[7];Mx—所计算构件段范围内的最大弯矩[7];γx—截面塑性发展系数，γx=1.05[7];W1x—在弯矩作用平面内对较大受压纤维的毛截面模量，W1x=Wx=3340cm3;βmx—等效弯矩系数[7]；根据《钢结构设计规范》（GB50017-2014）得βmx=1.0。

计算得：

故满足要求！

(2）弯矩作用平面外的稳定性。

N/(φyA)+η(βtxMx)/(φbW1x)≤f

组合构件的惯性矩I=22400 cm4；组合构件的回转半径i=10.1 cm；则λy=L/iy=8.8/0.101=87.13，查表得：φ=0.640。其中：N—所计算构件段范围内的轴心压力[7]；ψy—弯矩作用平面外的轴心受压构件稳定系数[7]；ψb—均匀弯曲的受弯构件整体稳定系数[7]，根据《钢结构设计规范》（GB50017-2014）得ψb=1.0;W1x—在弯矩作用平面内对较大受压纤维的毛截面模量，W1x=1120 cm3;Mx—所计算构件段范围内的最大弯矩；η—截面影响系数，根据《钢结构设计规范》（GB50017-2014）得η=0.7;βtx—等效弯矩系数；根据《钢结构设计规范》（GB50017-2014）得βtx=1.0。计算得：N/(φyA)+η (βtxMx)/(φbW1x)=(1044×103)/(0.64×21950)+(1.0×48.57×106)/(1.0×1120×103)=104.67≤[f]=235 N/mm2,故满足要求！

通过计算，该项目复合连续钢桩桩侧最大变形位于28.84 mm，内力和位移均满足规范要求[3～6]，钢支撑验算也满足要求[7]，本基坑工程设计满足对周边环境保护的功能需求，验证了设计方案的合理性。

4、结语

本文以南京市鼓楼区龙江片区大循环引补水工程为例，分析在周边环境情况复杂的情况下，创新性提出运用复合钢桩连续墙支护，抗变形能力强。在整个基坑施工过程中，运营状况良好，监测数据均未超过报警值，满足周边环境的保护要求，有效地降低施工成本，减少混凝土用量，并加快了施工工期,实现绿色环保施工,对后续类型工程项目提供极大的指导意义。

参考文献:

[1]刘清泉,张瑞斌,奚道国,王乐阳,祖白玉.南京市鼓楼龙江片区河道循环引补水工程设计研究[J].给水排水,2022,(48):216-225.

[2]南京东大岩土工程勘察设计研究院有限公司.南京市鼓楼区河西北部龙江片区大循环引补水工程综合岩土工程设计文件[R].南京:南京东大岩土工程勘察设计研究院有限公司,2019.

[3]建筑基坑支护技术规程.JGJ/T 120-2012.

[4]南京地区建筑地基基础设计规范.DGJ32/J12-2005.

[5]建筑地基基础设计规范.GB50007-2011.

[6]混凝土结构设计规范.GB50010-2010.

[7]钢结构设计标准.GB50017-2017.

文章来源:崔招娣,余巍,杨波.浅谈复合钢桩连续墙在引补水基坑工程中的应用[J].石材,2024,(11):90-92.