船閘圍堰圍堰圍堰設(shè)計(jì)

船閘圍堰圍堰圍堰設(shè)計(jì)

1主導(dǎo)地位-羅馬法和主海區(qū)上海國際客運(yùn)服務(wù)中心項(xiàng)目（以下簡稱“本項(xiàng)目”）位于上海西郊北門外灘涂，上海港國際客運(yùn)中心以東，示范鐵路以西，南臨黃浦江。本項(xiàng)目基地內(nèi)部有東、西2座游艇港池。為滿足港池內(nèi)游艇進(jìn)出黃浦江的需要,擬設(shè)置2座船閘,分別對應(yīng)東、西游艇港池,船閘軸線均垂直于黃浦江布置。根據(jù)總平面布置,本項(xiàng)目船閘跨黃浦江駁岸兩側(cè),故在施工期間,陸域需設(shè)置基坑圍護(hù),水域需設(shè)置水上圍堰。圍堰與圍護(hù)分屬不同的學(xué)科領(lǐng)域:圍堰起擋水作用,屬水運(yùn)工程范圍;圍護(hù)為基坑專用,屬巖土工程范圍。二者設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不同,采用規(guī)范也不同。本項(xiàng)目位于水陸域交界處的船閘將二者緊密結(jié)合起來,不僅是平面交界,而且是空間交錯(cuò)、支撐交錯(cuò),共用立柱,同用降水。如何將圍堰、圍護(hù)形成一體化,共同承擔(dān)船閘施工期間的止水、擋土作用,是本項(xiàng)目施工的關(guān)鍵點(diǎn)。2內(nèi)閘首結(jié)構(gòu)尺度本項(xiàng)目船閘為游艇進(jìn)出的專用船閘,規(guī)模較小,上部結(jié)構(gòu)采用整體式現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。東、西船閘結(jié)構(gòu)相同,周邊條件類似,故本文僅針對西船閘進(jìn)行論述,船閘平面布置見圖1。船閘平面結(jié)構(gòu)尺度為46.5m×42.18m,外閘首結(jié)構(gòu)尺度為43.0m×6.6m,內(nèi)閘首結(jié)構(gòu)尺度為46.5m×7.68m,船閘閘室結(jié)構(gòu)尺度為43.0m×29.0m。船閘內(nèi)閘首頂部高程為7.88~8.30m(吳淞零點(diǎn)基準(zhǔn)),外閘首頂部高程為7.50~8.85m,閘墻頂部高程為7.5m。外閘首門檻頂部高程為-1.50m,內(nèi)閘首門檻頂部高程為4.30m。閘室底板厚2.0m,頂標(biāo)高為-2.10m,底標(biāo)高為-4.10m。船閘基礎(chǔ)采用Φ1000mm鉆孔灌注樁,樁長50.0m,樁底進(jìn)入持力層粉質(zhì)黏土層均不少于2倍樁徑。3基礎(chǔ)防護(hù)設(shè)計(jì)3.1地下監(jiān)測網(wǎng)上可能會增加地下有害生物本船閘基坑有以下3個(gè)難點(diǎn):基坑南側(cè)靠近黃浦江,水源補(bǔ)給充分,對圍護(hù)結(jié)構(gòu)的抗?jié)B性要求較高;基坑北側(cè)緊鄰已建地下通道,圍護(hù)空間有限,基坑開挖階段需注意對地下通道結(jié)構(gòu)的變形保護(hù);在施工過程中,可能會碰到大量的地下障礙物。根據(jù)本工程的特點(diǎn),基坑設(shè)計(jì)時(shí)提出以下工程要點(diǎn)及設(shè)計(jì)思路:1)根據(jù)基坑挖深及周邊環(huán)境條件,基坑采用“板式支護(hù)+內(nèi)支撐”的圍護(hù)形式。2)船閘基坑分陸域圍護(hù)和水域圍堰兩部分,其中:陸域圍護(hù)部分采用“鉆孔灌注樁+二道鋼支撐”的圍護(hù)形式,臨北側(cè)地下通道的圍護(hù)邊,支撐直接撐于地下通道結(jié)構(gòu)頂板上;水域圍堰部分采用“雙側(cè)鋼板樁+二道鋼支撐”的形式。船閘陸域圍護(hù)與水域圍堰銜接處為改建駁岸。3)對圍護(hù)樁連接端頭采用高壓旋噴樁進(jìn)行封閉止水處理。4)部分圍檁及支撐桿件采用植筋及設(shè)置預(yù)埋件的形式與地下通道結(jié)構(gòu)及改建駁岸進(jìn)行連接。3.2基坑與地面標(biāo)高船閘基坑呈長方形,南北向長約44.65m,東西向?qū)捈s46.0m?；涌偯娣e約2053.9m工程場地自然地面標(biāo)高統(tǒng)一采用4.90m,西船閘底板頂面標(biāo)高-2.1m,底板厚2.0m,墊層厚0.2m,坑底標(biāo)高-4.3m,實(shí)際開挖深度9.2m。3.3基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)方案圍護(hù)體的尺寸需確定樁徑和樁長。影響樁徑和樁長的主要因素有開挖深度、基坑規(guī)模、周邊環(huán)境保護(hù)要求、地質(zhì)情況和支撐道數(shù)等。樁徑主要的2個(gè)控制條件為強(qiáng)度和變形。樁長的控制條件較多,有滿足整體穩(wěn)定性、樁底抗隆起穩(wěn)定性、坑底抗隆起穩(wěn)定性、抗傾覆穩(wěn)定性和抗管涌穩(wěn)定性等。這些穩(wěn)定性必須都滿足基坑工程規(guī)范設(shè)計(jì)要求,才能達(dá)到安全可靠。根據(jù)開挖深度以及周邊環(huán)境保護(hù)要求,確定地面超載及附加荷載,計(jì)算求得各段圍護(hù)剖面形式。1)東、西兩側(cè)圍護(hù)。開挖深度為9.2m,采用鉆孔灌注樁板式支護(hù)的圍護(hù)形式,灌注樁直徑為0.9m,樁間距1.1m,灌注樁有效長度21.0m,插入坑底以下13.5m。止水帷幕采用三軸水泥攪拌樁(Φ850@600mm),有效長度為18.0m,進(jìn)入坑底以下8.5m。同時(shí),灌注樁與三軸水泥攪拌樁之間采用Φ800@500mm高壓旋噴樁進(jìn)行封閉,以加強(qiáng)止水效果。東、西兩側(cè)圍護(hù)典型剖面圖見圖2。2)北側(cè)圍護(hù)。北側(cè)地下通道施工時(shí),其結(jié)構(gòu)下方采用Φ700@500mm水泥攪拌樁進(jìn)行加固,深度4.0m,可作為船閘基坑北側(cè)防水和擋土結(jié)構(gòu)。北側(cè)圍護(hù)典型剖面圖見圖3。3)止水。基坑圍護(hù)采用三軸水泥攪拌樁為止水帷幕,同時(shí)保證一定的插入深度,確保止水可靠。對于圍護(hù)樁連接端頭,采用旋噴樁進(jìn)行封閉止水處理,樁長與相鄰三軸水泥攪拌樁相同。4)坑內(nèi)加固。為有效控制坑內(nèi)土體的深層變位,在坑內(nèi)基坑長邊跨中區(qū)域設(shè)置攪拌樁加固暗墩。加固攪拌樁采用Φ850@1800mm三軸水泥攪拌樁加固,水泥摻量為20%。3.3.2地下通道上支撐體系根據(jù)本項(xiàng)目基坑開挖深度和主體結(jié)構(gòu)設(shè)置,在確保圍護(hù)樁強(qiáng)度的前提下,支撐系統(tǒng)采用二道雙榀型鋼支撐?；幽媳毕蛑蔚哪隙俗饔糜谒驀呱?北端作用于后方已建地下通道上部結(jié)構(gòu)上(地下通道結(jié)構(gòu)與后方地下室結(jié)構(gòu)澆注為一體,可視為剛性結(jié)構(gòu))。本基坑形狀較為方正,支撐體系設(shè)計(jì)采用“十字對撐”的形式,局部輔以角撐。其中部分圍檁及支撐桿件采用植筋及設(shè)置預(yù)埋件的形式與地下通道結(jié)構(gòu)及改建駁岸進(jìn)行連接。支撐設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。支撐立柱采用鋼格構(gòu)立柱,下設(shè)Φ700mm鉆孔灌注樁,型鋼格構(gòu)立柱在穿越底板的范圍內(nèi)需設(shè)置止水片。5高壓旋噴樁作為止水主體本工程船閘陸域圍護(hù)與水域圍堰銜接處為改建駁岸,在銜接處的駁岸底板下方設(shè)2排Φ800@500mm高壓旋噴樁作為止水帷幕,與圍護(hù)、圍堰止水形成銜接,確保基坑止水的有效性。圍堰止水系統(tǒng)平面布置見圖5。6土壓力及固結(jié)快剪1)基坑圍護(hù)樁的計(jì)算采用規(guī)范推薦的豎向彈性地基梁法。2)迎土面的壓力考慮水土分算,土壓力取主動土壓力,分別按各層土的c和φ固結(jié)快剪指標(biāo)峰值計(jì)算。地面超載按20kN/m3)支撐體系將支撐與圍檁作為整體,按平面受力的框架進(jìn)行內(nèi)力、變形分析。6.1.2鋼支撐鋪設(shè)及鋪設(shè)第1步:施工坑內(nèi)外圍護(hù)樁、加固樁及立柱樁,開挖至第1道支撐底標(biāo)高;第2步:施工第1道混凝土圍檁及架設(shè)鋼支撐;第3步:混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%后,鋼支撐施加預(yù)應(yīng)力,并開挖至第2道圍檁(支撐)底標(biāo)高;第4步:架設(shè)第2道鋼圍檁及鋼支撐,并施加預(yù)應(yīng)力;第5步:開挖至坑底;第6步:澆筑混凝土墊層,開挖集水井等局部深坑,澆搗混凝土底板及傳力帶;第7步:待底板及傳力帶達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%后,拆除第2道支撐;第8步:澆筑-1.400m標(biāo)高以上側(cè)墻及頂板,混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%后,回填中粗砂;第9步:拆除第1道支撐,基坑回填。6.1.3計(jì)算的設(shè)計(jì)該基坑設(shè)計(jì)總深9.2m,按二級基坑6.1.4完成后的圖像根據(jù)基坑挖土標(biāo)準(zhǔn)工況與施工順序,本基坑圍護(hù)計(jì)算工況圖見圖7。6.1.5計(jì)算6.1.5.1.井底板的抗提升計(jì)算下滑力:1613.1kN/m;抗滑力:3211.3kN/m;安全系數(shù):1.99,大于要求安全系數(shù)1.9。6.1.5.土體內(nèi)聚力及內(nèi)摩擦角坑內(nèi)側(cè)向外9.2m范圍內(nèi)總荷載:3881.2kN/m;驗(yàn)算斷面處土體內(nèi)聚力:15.0kPa;內(nèi)摩擦角:14.0°。地基承載力6.1.5.抗滑力4.3抗傾覆安全系數(shù):2419.1×11.19/(1033.0×10.87+1446.4×9.14)=1.11,大于要求安全系數(shù)1.10?；?圓心(1.90m,-0.00m),半徑:22.97m,起點(diǎn)(-21.07m,0.00m),終點(diǎn)(22.95m,9.20m),拱高比0.813;下滑力:2017.03kN/m;土體(包括攪拌樁和坑底加固土)抗滑力:3119.89kN/m;安全系數(shù):1.55,大于要求安全系數(shù)1.1。6.1.5.粉砂夾層開放系數(shù)抗?jié)B流穩(wěn)定安全系數(shù):[(2.500-1)/(1+1.000)]/[8.70/(1.50×8.70+1.50×2×8.80+1.00×0.85)]=3.47,大于要求安全系數(shù)1.5~2.0,開挖面以下為砂土、砂質(zhì)粉土或黏性土與粉土,有明顯薄層粉砂夾層時(shí)取大值。6.2roboctulal/roboctulalrobot結(jié)構(gòu)計(jì)算根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn),本工程船閘水域圍堰采用“AutodeskRobotStructuralAnalysisProfessional有限元計(jì)算程序(Robot計(jì)算程序)”進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算。6.2.2計(jì)算參數(shù)結(jié)構(gòu)自重:頂板和臨時(shí)防汛墻結(jié)構(gòu)自重;均布荷載:圍堰頂10kN/m6.2.3影響效果的組合作用效應(yīng)組合見表2。6.2.4土體加固工程工況一:拆除圍堰區(qū)域的老碼頭上部結(jié)構(gòu);施打鋼板樁;設(shè)置+1.30m和+4.10m標(biāo)高處鋼圍檁、鋼拉桿及角撐。工況二:在圍堰內(nèi)外側(cè)拋填袋裝土至-1.50m標(biāo)高;圍堰內(nèi)分層回填黏土至+4.40m標(biāo)高;圍堰內(nèi)高壓旋噴樁施工(含與駁岸銜接處的旋噴樁)。工況四:將圍堰內(nèi)側(cè)鋼板樁至駁岸區(qū)域的土體采用高壓旋噴樁進(jìn)行地基加固處理。工況五:進(jìn)行駁岸后方第一次開挖,分層開挖至+2.00m;安裝圍堰內(nèi)側(cè)+3.50m標(biāo)高層鋼圍檁、鋼支撐及角撐。工況六:進(jìn)行駁岸后方第二次開挖,分層開挖至-1.00m;安裝圍堰內(nèi)側(cè)-0.40m標(biāo)高層鋼圍檁、鋼支撐及角撐。工況七:進(jìn)行圍堰內(nèi)第三次開挖,分層開挖至坑底設(shè)計(jì)標(biāo)高,即-4.30m;同步將圍堰外側(cè)清淤至-3.50m標(biāo)高,使圍堰兩側(cè)土體標(biāo)高相差1.0m左右。工況八:坑底澆注200mm厚20素混凝土墊層;船閘底板結(jié)構(gòu)施工;船閘底板澆注完畢后,進(jìn)行圍堰與底板之間素混凝土傳力帶施工。工況九:傳力帶混凝土強(qiáng)度達(dá)到80%后,拆除-0.4m標(biāo)高支撐;澆筑外閘門門墩及門庫。工況十:設(shè)置2.20m標(biāo)高支撐,閘門墩及門庫混凝土強(qiáng)度達(dá)到80%,可拆除3.5m標(biāo)高支撐。工況十一:船閘結(jié)構(gòu)施工完成后,進(jìn)行設(shè)備安裝調(diào)試。工況十二:設(shè)備安裝調(diào)試完成后,拆除圍堰,拔樁時(shí)對樁位進(jìn)行等深度壓密注漿加固處理,以避免土體擾動。6.2.5計(jì)算分別在防汛設(shè)計(jì)高水位(6.00m)和設(shè)計(jì)高水位(4.02m)的情況下,計(jì)算圍堰結(jié)構(gòu)受力,結(jié)果見表3。7設(shè)置圍護(hù)上海國際航運(yùn)服務(wù)中心項(xiàng)目船閘工程屬于跨陸域和水域施工的深基坑項(xiàng)目,在施工期間設(shè)置圍護(hù)是必要的。本文將水域圍堰與陸域圍護(hù)結(jié)合為一體進(jìn)行設(shè)計(jì)研究,以各自的功能和結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ),結(jié)合二者的相同點(diǎn),將圍堰與圍護(hù)的結(jié)構(gòu)支撐和防水銜接融合在一起,實(shí)現(xiàn)了擋土與防滲功能的一體化,為船閘工程的安全施工提供了前提條件和安全保障。3.3.1護(hù)樁設(shè)計(jì)4擋土結(jié)構(gòu)及布置本工程在駁岸線以外的區(qū)域均屬于黃浦江水域范圍,即船閘基坑在駁岸線南側(cè)的區(qū)域應(yīng)設(shè)置水上圍堰。為避免圍堰影響黃浦江航道的正常通航,本船閘圍堰采用直立式圍堰,即采用雙排FSP-ⅥL鋼板樁作為擋土結(jié)構(gòu),樁長均為24.0m;前后排鋼板樁間距6.5m,清除內(nèi)部淤泥至-3.0m標(biāo)高,然后回填黏土,