船閘圍堰圍堰圍堰設計

船閘圍堰圍堰圍堰設計

1主導地位-羅馬法和主海區(qū)上海國際客運服務中心項目（以下簡稱“本項目”）位于上海西郊北門外灘涂，上海港國際客運中心以東，示范鐵路以西，南臨黃浦江。本項目基地內(nèi)部有東、西2座游艇港池。為滿足港池內(nèi)游艇進出黃浦江的需要,擬設置2座船閘,分別對應東、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,本項目船閘跨黃浦江駁岸兩側,故在施工期間,陸域需設置基坑圍護,水域需設置水上圍堰。圍堰與圍護分屬不同的學科領域:圍堰起擋水作用,屬水運工程范圍;圍護為基坑專用,屬巖土工程范圍。二者設計標準不同,采用規(guī)范也不同。本項目位于水陸域交界處的船閘將二者緊密結合起來,不僅是平面交界,而且是空間交錯、支撐交錯,共用立柱,同用降水。如何將圍堰、圍護形成一體化,共同承擔船閘施工期間的止水、擋土作用,是本項目施工的關鍵點。2內(nèi)閘首結構尺度本項目船閘為游艇進出的專用船閘,規(guī)模較小,上部結構采用整體式現(xiàn)澆鋼筋混凝土結構。東、西船閘結構相同,周邊條件類似,故本文僅針對西船閘進行論述,船閘平面布置見圖1。船閘平面結構尺度為46.5m×42.18m,外閘首結構尺度為43.0m×6.6m,內(nèi)閘首結構尺度為46.5m×7.68m,船閘閘室結構尺度為43.0m×29.0m。船閘內(nèi)閘首頂部高程為7.88~8.30m(吳淞零點基準),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,頂標高為-2.10m,底標高為-4.10m。船閘基礎采用Φ1000mm鉆孔灌注樁,樁長50.0m,樁底進入持力層粉質黏土層均不少于2倍樁徑。3基礎防護設計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個難點:基坑南側靠近黃浦江,水源補給充分,對圍護結構的抗?jié)B性要求較高;基坑北側緊鄰已建地下通道,圍護空間有限,基坑開挖階段需注意對地下通道結構的變形保護;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,基坑設計時提出以下工程要點及設計思路:1)根據(jù)基坑挖深及周邊環(huán)境條件,基坑采用“板式支護+內(nèi)支撐”的圍護形式。2)船閘基坑分陸域圍護和水域圍堰兩部分,其中:陸域圍護部分采用“鉆孔灌注樁+二道鋼支撐”的圍護形式,臨北側地下通道的圍護邊,支撐直接撐于地下通道結構頂板上;水域圍堰部分采用“雙側鋼板樁+二道鋼支撐”的形式。船閘陸域圍護與水域圍堰銜接處為改建駁岸。3)對圍護樁連接端頭采用高壓旋噴樁進行封閉止水處理。4)部分圍檁及支撐桿件采用植筋及設置預埋件的形式與地下通道結構及改建駁岸進行連接。3.2基坑與地面標高船閘基坑呈長方形,南北向長約44.65m,東西向寬約46.0m?；涌偯娣e約2053.9m工程場地自然地面標高統(tǒng)一采用4.90m,西船閘底板頂面標高-2.1m,底板厚2.0m,墊層厚0.2m,坑底標高-4.3m,實際開挖深度9.2m。3.3基坑圍護設計方案圍護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)境保護要求、地質情況和支撐道數(shù)等。樁徑主要的2個控制條件為強度和變形。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)范設計要求,才能達到安全可靠。根據(jù)開挖深度以及周邊環(huán)境保護要求,確定地面超載及附加荷載,計算求得各段圍護剖面形式。1)東、西兩側圍護。開挖深度為9.2m,采用鉆孔灌注樁板式支護的圍護形式,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,進入坑底以下8.5m。同時,灌注樁與三軸水泥攪拌樁之間采用Φ800@500mm高壓旋噴樁進行封閉,以加強止水效果。東、西兩側圍護典型剖面圖見圖2。2)北側圍護。北側地下通道施工時,其結構下方采用Φ700@500mm水泥攪拌樁進行加固,深度4.0m,可作為船閘基坑北側防水和擋土結構。北側圍護典型剖面圖見圖3。3)止水。基坑圍護采用三軸水泥攪拌樁為止水帷幕,同時保證一定的插入深度,確保止水可靠。對于圍護樁連接端頭,采用旋噴樁進行封閉止水處理,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)本項目基坑開挖深度和主體結構設置,在確保圍護樁強度的前提下,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構上(地下通道結構與后方地下室結構澆注為一體,可視為剛性結構)。本基坑形狀較為方正,支撐體系設計采用“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置預埋件的形式與地下通道結構及改建駁岸進行連接。支撐設計參數(shù)見表1。支撐立柱采用鋼格構立柱,下設Φ700mm鉆孔灌注樁,型鋼格構立柱在穿越底板的范圍內(nèi)需設置止水片。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2排Φ800@500mm高壓旋噴樁作為止水帷幕,與圍護、圍堰止水形成銜接,確?；又顾挠行?。圍堰止水系統(tǒng)平面布置見圖5。6土壓力及固結快剪1)基坑圍護樁的計算采用規(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固結快剪指標峰值計算。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行內(nèi)力、變形分析。6.1.2鋼支撐鋪設及鋪設第1步:施工坑內(nèi)外圍護樁、加固樁及立柱樁,開挖至第1道支撐底標高;第2步:施工第1道混凝土圍檁及架設鋼支撐;第3步:混凝土強度達到設計強度的80%后,鋼支撐施加預應力,并開挖至第2道圍檁(支撐)底標高;第4步:架設第2道鋼圍檁及鋼支撐,并施加預應力;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:待底板及傳力帶達到設計強度的80%后,拆除第2道支撐;第8步:澆筑-1.400m標高以上側墻及頂板,混凝土強度達到設計強度的80%后,回填中粗砂;第9步:拆除第1道支撐,基坑回填。6.1.3計算的設計該基坑設計總深9.2m,按二級基坑6.1.4完成后的圖像根據(jù)基坑挖土標準工況與施工順序,本基坑圍護計算工況圖見圖7。6.1.5計算6.1.5.1.井底板的抗提升計算下滑力: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)側向外9.2m范圍內(nèi)總荷載:3881.2kN/m;驗算斷面處土體內(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(-21.07m,0.00m),終點(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、砂質粉土或黏性土與粉土,有明顯薄層粉砂夾層時取大值。6.2roboctulal/roboctulalrobot結構計算根據(jù)結構特點,本工程船閘水域圍堰采用“AutodeskRobotStructuralAnalysisProfessional有限元計算程序(Robot計算程序)”進行結構計算。6.2.2計算參數(shù)結構自重:頂板和臨時防汛墻結構自重;均布荷載:圍堰頂10kN/m6.2.3影響效果的組合作用效應組合見表2。6.2.4土體加固工程工況一:拆除圍堰區(qū)域的老碼頭上部結構;施打鋼板樁;設置+1.30m和+4.10m標高處鋼圍檁、鋼拉桿及角撐。工況二:在圍堰內(nèi)外側拋填袋裝土至-1.50m標高;圍堰內(nèi)分層回填黏土至+4.40m標高;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)側鋼板樁至駁岸區(qū)域的土體采用高壓旋噴樁進行地基加固處理。工況五:進行駁岸后方第一次開挖,分層開挖至+2.00m;安裝圍堰內(nèi)側+3.50m標高層鋼圍檁、鋼支撐及角撐。工況六:進行駁岸后方第二次開挖,分層開挖至-1.00m;安裝圍堰內(nèi)側-0.40m標高層鋼圍檁、鋼支撐及角撐。工況七:進行圍堰內(nèi)第三次開挖,分層開挖至坑底設計標高,即-4.30m;同步將圍堰外側清淤至-3.50m標高,使圍堰兩側土體標高相差1.0m左右。工況八:坑底澆注200mm厚20素混凝土墊層;船閘底板結構施工;船閘底板澆注完畢后,進行圍堰與底板之間素混凝土傳力帶施工。工況九:傳力帶混凝土強度達到80%后,拆除-0.4m標高支撐;澆筑外閘門門墩及門庫。工況十:設置2.20m標高支撐,閘門墩及門庫混凝土強度達到80%,可拆除3.5m標高支撐。工況十一:船閘結構施工完成后,進行設備安裝調(diào)試。工況十二:設備安裝調(diào)試完成后,拆除圍堰,拔樁時對樁位進行等深度壓密注漿加固處理,以避免土體擾動。6.2.5計算分別在防汛設計高水位(6.00m)和設計高水位(4.02m)的情況下,計算圍堰結構受力,結果見表3。7設置圍護上海國際航運服務中心項目船閘工程屬于跨陸域和水域施工的深基坑項目,在施工期間設置圍護是必要的。本文將水域圍堰與陸域圍護結合為一體進行設計研究,以各自的功能和結構為基礎,結合二者的相同點,將圍堰與圍護的結構支撐和防水銜接融合在一起,實現(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護樁設計4擋土結構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的區(qū)域應設置水上圍堰。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鋼板樁作為擋土結構,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標高,然后回填黏土,