公路大橋主塔承臺(tái)單側(cè)鋼板樁施工方案計(jì)算書(shū)

石首長(zhǎng)江大橋SS-2標(biāo)103#主塔承臺(tái)單側(cè)鋼板樁施工方案計(jì)算書(shū)石首長(zhǎng)江大橋SS-2標(biāo)103#主塔承臺(tái)單側(cè)鋼板樁施工方案計(jì)算書(shū)編制依據(jù)：石首長(zhǎng)江公路大橋施工圖設(shè)計(jì)；石首長(zhǎng)江公路大橋SS-2標(biāo)施工組織設(shè)計(jì)；石首長(zhǎng)江公路大橋SS-2標(biāo)103#承臺(tái)主墩施工方案；石首長(zhǎng)江公路大橋工程地質(zhì)勘察報(bào)告；建筑深基坑工程施工安全技術(shù)規(guī)范(JGJ311-2013)；建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程（JGJ120-2012）；本地區(qū)氣候特征、水文地質(zhì)條件及相關(guān)資料；現(xiàn)場(chǎng)及對(duì)周?chē)h(huán)境調(diào)查所獲得的資料；PLAXIS巖土工程軟件使用指南；MidasGTS操作指南；理正深基坑計(jì)算軟件操作說(shuō)明。概況：1、總體情況：石首長(zhǎng)江公路大橋主橋?yàn)殡p塔單側(cè)混合梁斜拉橋，主橋橋跨布置為(75+75+75)m+820m+(300+100)m;混凝土主梁和鋼主梁均采用分離式雙邊箱的PK梁斷面；索塔采用收腿的倒Y型造型，主橋立面及平面布置圖如2.1和2.2所示：103#主墩采用58根直徑2.5m鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，圓端矩形承臺(tái)，承臺(tái)分兩級(jí)布置，承臺(tái)底、頂高程分別為23.025m和32.525m，一級(jí)承臺(tái)平面尺寸67.5m×35.75m，厚度為7m，二級(jí)承臺(tái)厚2.5m，底面平面尺寸為51m×23m，頂面為46m×18m，103#墩基礎(chǔ)布置見(jiàn)圖2.3所示：2、地形地質(zhì)：2．1地形主橋位于長(zhǎng)江河床，勘察期間水面寬約1100m，靠北岸約有320m寬的深水區(qū)，為長(zhǎng)江主航道，呈“V”形，最低標(biāo)高約6m，兩側(cè)標(biāo)高約22m，最大坡度達(dá)30%，北岸護(hù)坡上為混凝土塊的軟體排，并拋填有大量塊石；中南部河床為淺水區(qū)，地形較平緩，江底標(biāo)高一般22.5?26.7m，總體向北岸傾斜，坡度約0.58%。2.2地層巖性據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料、工程地質(zhì)調(diào)繪及勘探成果，橋址區(qū)地層結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，主要為第四系全新統(tǒng)沖積層（Q4al)黏土、粉質(zhì)黏土、粉土、粉細(xì)砂及第四系上更新統(tǒng)沖洪積層（Q3al+pl)粉細(xì)砂、黏土、粉質(zhì)黏土、卵礫石。表2.1工程地質(zhì)層特征一覽表時(shí)代成因因?qū)犹?hào)巖土層埋藏條條件(m))巖性描述與分分布頂板埋深頂板標(biāo)高地層厚度Q/最小值?最大大值（平均均值）Q3al+ppl①2030.07??35.220（333.14）0.50?99.00（2.770）粉質(zhì)黏土：灰灰黃色，軟軟塑，土質(zhì)質(zhì)不均，稍稍有光澤，韌韌性、干強(qiáng)強(qiáng)度中等。表表層含植物物根系。該該層主要分分布于長(zhǎng)江江南岸漫灘灘。②0.70?44.25（3.001）30.79??32.882（331.733）1.80?44.50（2.883）粉土：灰黃、灰灰色，濕，稍稍密，夾粉粉質(zhì)黏土薄薄層，無(wú)光光澤，搖振振反應(yīng)中等等，干強(qiáng)度度及韌性低低。該層主主要分布于于長(zhǎng)江北岸岸。③0.00?99.20（2.881）22.44??33.889（228.066）0.70?77.20（4.333）粉細(xì)砂：灰黃黃色，飽和和，松散，級(jí)級(jí)配良好，成成分以石英英、長(zhǎng)石為為主，見(jiàn)云云母，局部部夾薄層（淤淤泥質(zhì)）粉粉質(zhì)黏土。該層橋位位區(qū)均有分分布。③11.40?88.00（4.228）25.26??28.774（227.333）1.00?33.60（1.886）淤泥質(zhì)黏土：：灰黃色，流流塑，含腐腐殖質(zhì)，局局部夾粉砂砂薄層，有有光澤，韌韌性、干強(qiáng)強(qiáng)度高。該該層主要分分布于長(zhǎng)江江南岸漫灘樁號(hào)K65++635??K65++755、KK65+8861.99?K66++066..9段。④1.90?114.000（7..25）18.30??28.889（223.633）3.50?112.800（7..19）粉細(xì)砂：灰??灰黃色，飽飽和，稍密密，級(jí)配良良好，含云云母片，成成分為石英英、長(zhǎng)石。該該層橋位區(qū)區(qū)均有分布布。⑤10.20??19.660（114.433）5.95?223.022（166.44）8.70?222.300（155.73）粉細(xì)砂：灰黃黃色，飽和和，中密，級(jí)級(jí)配良好，含含云母片，成成分為石英英、長(zhǎng)石。局局部夾薄層層粉質(zhì)黏土土。該層橋橋位區(qū)均有有分布。⑤123.10??25.000（224.200）-2.56??0.533（-11.01）0.60?33.10（1.447）黏土：灰色，硬硬塑，局部部夾含細(xì)砂砂薄層，切切面有光澤澤，干強(qiáng)度度及韌性高高。該層呈呈透鏡體狀狀分布于⑤⑤層中。2.3巖土層特征與評(píng)價(jià)103#主墩位于長(zhǎng)江北岸岸坡邊，坡邊地面較平坦，地面標(biāo)高為35.3m，該位置上部7.5m左右地層為黏土、粉土，其下以灰黃、青灰色粉細(xì)砂為主，粉細(xì)砂中間夾有黏土層，厚度均小于4.0m。地層情況見(jiàn)圖2.4:圖2.4103#墩工程地質(zhì)橫斷面圖層號(hào)地層名稱(chēng)密度或狀態(tài)承載力基本容容許值鉆孔樁樁端土土承載力容容許值鉆孔樁樁側(cè)側(cè)土摩阻力力標(biāo)準(zhǔn)值沉樁樁端土承承載力標(biāo)準(zhǔn)值值沉樁樁側(cè)土摩摩阻力標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)值土石工程等級(jí)級(jí)[fa0]qrqikqrkqik(kPa)(kPa)(kPa)(kPa)(kPa)①1黏土可塑1404045I①2粉質(zhì)黏土軟塑1003540I②粉土稍密1253540I③粉細(xì)砂松散1003035I③1淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏黏土流塑802025I④粉細(xì)砂稍密1354550I⑤粉細(xì)砂中密1755055I⑥粉細(xì)砂密實(shí)2306065I⑥1粉質(zhì)黏土可塑1805560I⑦粉細(xì)砂密實(shí)240105065600070I⑦1粉質(zhì)黏土可塑20060160065II⑦2圓礫密實(shí)45021001307000140II⑦3卵石密實(shí)60027501808000200II⑧1黏土可~硬塑250150070250075II⑧2卵石密實(shí)80027502008000220II⑧粉細(xì)砂密實(shí)250105065650070I⑨黏土硬塑26015007075II⑩粉細(xì)砂密實(shí)26011007075I⑩1黏土硬塑3007580II⑾黏土硬塑33075⑿粉細(xì)砂密實(shí)30075勘察報(bào)告提交的承臺(tái)圍堰地質(zhì)參數(shù)取值：層號(hào)含水量天然重度直剪快剪固結(jié)快剪滲透系數(shù)休止角內(nèi)聚力內(nèi)摩擦角內(nèi)聚力內(nèi)摩擦角垂直水平水上水下WγCqΦqCcqΦcqK20VK20hαmαc%kN/m3kPa°kPa°cm/s(°)①128.219.0299.83413.53.45××10-77①232.918.7195.52213.02.57××10-77②28.718.91227.31128.97.47××10-662.06××10-55③21.517.5731.41132.02.26×110-3(1..5×100-2)3729③142.518.1122.11511.2④23.819.4730.6531.62.26×110-3(1..5×100-2)3729注：表中抗剪強(qiáng)度批標(biāo)采用標(biāo)準(zhǔn)值，其它指標(biāo)采用平均值。括號(hào)內(nèi)為地方經(jīng)驗(yàn)推薦值。3、水文資料：3.1地表水橋位區(qū)地表水主要為長(zhǎng)江水體，水流流向自西向東，歷年汛期最大水砂流量46300m3/s，非汛期最小水砂流量2650m3/s。近年來(lái)最大洪水位標(biāo)高達(dá)36m以上，枯水期水位25m以下，水位變化幅度達(dá)11m以上。歷年汛期江面最寬達(dá)2.2km，最窄約lkm。汛期兩岸漫灘被淹，對(duì)施工有較大影響。橋位處設(shè)計(jì)洪水頻率和設(shè)計(jì)水位關(guān)系表頻率0.33%1%5%10%設(shè)計(jì)洪峰流量量（m3/s)49800453004530045300設(shè)計(jì)洪水位（m)38.0537.7837.7837.78橋位處2004年至2013年逐月高低水位表年份水位1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月2004最高25.0124.8226.3627.7330.3932.6433.8632.9836.1631.4228.6128.15最低23.9723.9224.5025.3127.1030.0431.6031.2130.8828.6127.3925.402005最高25.9925.9126.0928.0231.8032.9834.6535.2935.3532.5429.6326.85最低25.1524.7025.3425.8327.0730.9331.4132.2530.77729.5026.8524.732006最高25.5026.0827.7428.0630.7830.8732.7530.3930.0628.3528.2426.51最低24.6724.2625.7025.6126.3228.1430.3927.0527.0926.3525.3724.252007最高24.4724.7925.2827.7628.6534.0336.0335.9933.8230.6628.3425.46最低24.1624.2524.7724.8326.2328.1931.3331.4930.66628.0225.4624.572008最高24.9924.8326.3329.6429.5931.6633.3534.4134.1231.6332.3427.89最低24.5024.5224.5526.3027.8929.0530.4431.8031.5526.0927.4924.952009最高25.3026.5226.5129.8030.7031.1333.4034.4032.80028.8427.3025.26最低25.0224.9825.4125.3429.0329.3431.1232.4328.82226.4425.1024.702010最高24.8625.0425.1127.1530.5533.3136.0835.1533.52230.0928.4725.58最低24.6824.6224.6124.7326.4929.9732.9331.9630.09927.1125.5824.722011最高26.2625.9126.4526.5728.0332.7432.3232.0230.3828.4729.6526.06最低25.2424.9625.0225.3625.4427.9330.3528.6427.6526.1925.9324.632012最高25.2825.2425.6526.8532.3532.6336.4236.3332.48830.8428.4826.10最低24.7324.8424.8924.9026.8529.9731.4731.1230.00027.3725.4724.912013最高26.1025.1725.6726.9531.4032.5933.5632.8530.76630.3026.3725.12最低24.9024.8924.8325.4825.9429.3030.6029.6628.73325.7024.6624.43橋位處逐月平均水位和最高水位匯總表月份1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月平均水位（mm)25.5325.1725.6026.9729.2531.0033.5032.7932.3730.6128.4526.54最高水位（mm)26.1026.0827.7429.8032.3533.3136.4236.3336.1632.5432.3428.15石首大橋逐月最高水位和平均水位圖3.2地下水：橋位區(qū)第四系松散層厚度大，巖性以粉細(xì)砂為主，間夾有黏性土及卵礫石層，其中粉細(xì)砂及卵礫石層結(jié)構(gòu)松散，孔隙較發(fā)育，成為孔隙水運(yùn)動(dòng)和儲(chǔ)存的場(chǎng)所，未見(jiàn)有明顯的隔水層。根據(jù)場(chǎng)地地下水賦存條件、水力特征，地下水主要為松散巖類(lèi)孔隙潛水，賦水性和透水性良好，潛水位埋深變化較大。受季節(jié)及氣候影響，主要接受大氣降水和長(zhǎng)江水體的側(cè)向入滲補(bǔ)給，以蒸發(fā)和側(cè)向徑流為主要排泄方式。北岸地下水位埋深一般為5.20?5.90m，標(biāo)高27.45?28.74m，地下水水位隨江水位而變化。橋位區(qū)附近未見(jiàn)有污染地下、地表水體的污染源。4、施工計(jì)劃安排：103#主墩承臺(tái)施工計(jì)劃2016年2月1日開(kāi)工，2016年5月29日結(jié)束，施工時(shí)間為119天，各工序安排時(shí)間如下橫道圖所示：施工內(nèi)容2J3J4,5J51015202529510152025315101520253051015202531平臺(tái)坼眸2場(chǎng)地開(kāi)挖3柄板樁施工4圍堰開(kāi)挖5圍堰支護(hù)6墓底窘理及封封底7封底混凝土養(yǎng)養(yǎng)生油8割護(hù)筒、鑿樁樁頭9一級(jí)承臺(tái)一一層柄筋施工10模板施工11一級(jí)承臺(tái)二層柄筋施工12模板施工13二級(jí)承臺(tái)柄筋施工14模扳施工圖5.10工期安排5、總體思路：石首長(zhǎng)江大橋103#主塔承臺(tái)采用鋼板樁圍堰進(jìn)行支護(hù)開(kāi)挖；鋼板樁材料有兩個(gè)主要功能，一是提供開(kāi)挖的支撐；二是作為開(kāi)挖的一道止水帷幕；一般情況下，鋼板樁的兩個(gè)功能都需要利用；特殊情況下利用鋼板樁的一項(xiàng)功能；鑒于本項(xiàng)目樁基完工時(shí)間在枯水期，承臺(tái)施工時(shí)具備明挖條件，故鋼板樁圍堰設(shè)計(jì)可以考慮只作為止水帷幕，鋼板樁本身不設(shè)支撐，由土體自然放坡來(lái)保障?？紤]到103#承臺(tái)開(kāi)挖后主要地層為粉細(xì)砂，江側(cè)水位處于一個(gè)上升階段，為確保基坑明挖，需要進(jìn)行滲流計(jì)算，岸坡自然穩(wěn)定計(jì)算，鋼板樁內(nèi)力計(jì)算，封底厚度計(jì)算。施工方案：由施工單位自行編制。計(jì)算書(shū)：4.1滲流計(jì)算按照長(zhǎng)江歷年水位情況以及實(shí)際施工進(jìn)度計(jì)劃，預(yù)計(jì)基坑開(kāi)始施工時(shí)（1月）的長(zhǎng)江水位為24m，施工結(jié)束時(shí)（5月）的長(zhǎng)江水位為30m。滲流計(jì)算采用有限元法，先通過(guò)穩(wěn)態(tài)分析得到初始滲流場(chǎng)，再通過(guò)瞬態(tài)分析計(jì)算在水位上升過(guò)程中的瞬時(shí)滲流場(chǎng)。邊坡計(jì)算邊坡計(jì)算采用施工階段模擬方式，先計(jì)算開(kāi)挖前地基初始重力應(yīng)力場(chǎng)，再計(jì)算開(kāi)挖后的土體應(yīng)力場(chǎng)，同時(shí)采用強(qiáng)度折減法計(jì)算整個(gè)基坑及其周邊范圍內(nèi)的邊坡穩(wěn)定性系數(shù)。計(jì)算模型模型尺寸及網(wǎng)格劃分FigureSEQFigure\*ARABIC1模型尺寸及網(wǎng)格劃分依照實(shí)際地形建立二維模型，土層單位采用二維平面應(yīng)變單元，鋼板樁按照等效剛度法將其轉(zhuǎn)換為矩形梁?jiǎn)卧簩?.4m，梁高0.11m。模型如圖所示，水平方向?qū)?64m，垂直方向模型底標(biāo)高-54m。模型上部網(wǎng)格尺寸0.3m，下部網(wǎng)格尺寸1m。參數(shù)取值按照地勘報(bào)告中給定的各物理力學(xué)參數(shù)建議值，模型的參數(shù)取值如下：指標(biāo)粉土粉細(xì)砂Q295（鋼鋼板樁）模型類(lèi)型各向同性修正摩爾-庫(kù)庫(kù)倫各向同性修正摩爾-庫(kù)庫(kù)倫各項(xiàng)同性彈性加載彈性模量量Mpa7.2214.212060000卸載彈性模量量Mpa21.6642.63泊松比0.30.30.3參考?jí)簭?qiáng)98.198.1靜止土壓力系系數(shù)0.5410.488容重KN/mm318.5419.6276.98飽和容重KNN/m318.8519.93初始孔隙比0.8430.627滲透系數(shù)100-9m/s74.710000粘聚力127內(nèi)摩擦角27.330.8說(shuō)明：為了更好的模擬基坑開(kāi)挖過(guò)程，土體本構(gòu)模型選擇修正摩爾庫(kù)倫準(zhǔn)則。地勘報(bào)告中僅給出壓縮模量取值，依據(jù)分析手冊(cè)內(nèi)的參數(shù)建議取值，修正摩爾庫(kù)倫準(zhǔn)則中加載彈性模量取值與壓縮模量相同，卸載彈性木梁取壓縮彈性模量的三倍。飽和容重按照地勘報(bào)告中給出的參數(shù)按照以下公式計(jì)算：γ粉土層滲透系數(shù)取地勘報(bào)告中的建議取值，粉細(xì)砂滲透系數(shù)地勘報(bào)告中未給定，此處參考經(jīng)驗(yàn)取值（《基坑工程手冊(cè)》P239）。邊界條件滲流邊界初始穩(wěn)態(tài)滲流分析采用定水頭邊界條件：在河床面設(shè)置總水頭邊界條件，總水頭高24m；水位上漲過(guò)程中的瞬態(tài)滲流分析邊界條件依照實(shí)際情況分別設(shè)置定水頭邊界條件及定流量邊界條件：在河床面設(shè)置定水頭邊界條件，總水頭按照水位上漲情況設(shè)置水位函數(shù)FigureSEQFigure\*ARABIC2水位上漲函數(shù)在基坑底部封底范圍設(shè)置定流量邊界條件，流量為0。FigureSEQFigure\*ARABIC3封底范圍設(shè)置定流量邊界條件在基坑內(nèi)兩側(cè)邊坡上設(shè)置滲流面邊界條件（通過(guò)反復(fù)試算來(lái)確定土體內(nèi)水流的滲出面）。FigureSEQFigure\*ARABIC4基坑兩側(cè)設(shè)置滲流面邊界條件應(yīng)力邊界應(yīng)力計(jì)算邊界條件通過(guò)軟件自動(dòng)設(shè)定：在模型邊界的垂直面固定水平方向位移，底面固定水平方向及垂直方向位移。計(jì)算荷載計(jì)算荷載僅考慮自重作用及水壓力作用。滲流計(jì)算初始穩(wěn)態(tài)滲流分析FigureSEQFigure\*ARABIC5初始狀態(tài)總水頭FigureSEQFigure\*ARABIC6初始狀態(tài)壓力水頭（孔隙水壓力）水位上升過(guò)程中瞬態(tài)滲流分析FigureSEQFigure\*ARABIC7水位標(biāo)高30m（150day）時(shí)總水頭FigureSEQFigure\*ARABIC8水位標(biāo)高30m（150day）時(shí)壓力水頭（孔隙水壓力）FigureSEQFigure\*ARABIC9水位標(biāo)高30m（150day）時(shí)流徑圖滲流量計(jì)算FigureSEQFigure\*ARABIC10水位標(biāo)高30m（150day）時(shí)外滲量FigureSEQFigure\*ARABIC11遠(yuǎn)河道側(cè)坡面滲流量細(xì)部FigureSEQFigure\*ARABIC12遠(yuǎn)河岸側(cè)坡面滲流量（每延米）FigureSEQFigure\*ARABIC13近河岸側(cè)坡面滲流量細(xì)部FigureSEQFigure\*ARABIC14近河岸側(cè)坡面滲流量（每延米）如圖所示，遠(yuǎn)河岸側(cè)坡面每延米滲流量1.416m3/day，近河岸側(cè)每延米滲流量為1.828m3/day，基坑長(zhǎng)95m，即遠(yuǎn)河岸側(cè)基坑內(nèi)坡面滲水量為134.52m3/day，近河岸側(cè)基坑內(nèi)坡面滲水量為173.66m3/day。基坑四周設(shè)置排水溝，斷面擬設(shè)置為寬*高=400*500mm，設(shè)計(jì)過(guò)水面高度300mm，溝底縱坡0.5%，排水溝表面采用混凝土抹面。計(jì)算排水溝流量：過(guò)水?dāng)嗝婷娣eω=0.4?0.3=0.12排水溝水力半徑查表R=0.12m粗糙系數(shù)查表n=0.013流速系數(shù)查表C=55.8則明溝流速v=C明溝流量Q=ω?v=0.264可以滿(mǎn)足排出坡面滲水的需要。4.2封底底水壓力計(jì)算FigureSEQFigure\*ARABIC15封底底面水壓力變化曲線如圖所示，封底混凝土底面承受最大水壓力為21.1kpa。設(shè)計(jì)封底混凝土厚度1m，則即封底底面自重荷載24kpa，不考慮封底混凝土與樁的粘結(jié)力，將其作為安全儲(chǔ)備，抗?jié)B安全系數(shù)：Kf=24/21.1=1.13>1.14.3邊坡穩(wěn)定性計(jì)算第一階段：原地面重力場(chǎng)分析為了消除基坑開(kāi)挖計(jì)算過(guò)程中重力場(chǎng)對(duì)位移沉降的影響，先進(jìn)行原地面重力場(chǎng)分項(xiàng)，并將計(jì)算結(jié)果中位移及應(yīng)變清零。第二階段：基基坑開(kāi)挖應(yīng)力計(jì)算FigureeSEQFigure\*ARABIC