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1、目录1、计算依据12、工程概况23、地质情况24、设计施工方案概述35、围护结构计算45.1 设计计算参数45.1.1 材料设计指标45.1.2 内支撑支撑刚度45.1.3 内支撑材料抗力55.1.4 设计平安等级55.2 9.9Im深大基坑围护结构设计分析55.2.1 设计荷载计算55.2.2 开挖过程结构分析55.2.2.1 排水开挖单元计算分析结果6工况（一）基坑开至9.91m6工况（二）浇筑封底混凝土撤除第三层临时支撑115.2.2.2 注水开挖单元计算分析结果12工况（一）基坑开挖至8.5ml2工况（二）带水开挖8.5m9.9Im（保持基坑内水位标高+13.06m以上）13工况（三）
2、水下混凝土封底后抽水至基坑底135.2.2.3 C25封底混凝土计算13支撑体系设计计算14建立力学受力模型I5弯曲应力分析15变形分析15剪应力分析15支撑稳定性验算161、计算依据1.1 蚌埠至固镇公路改造工程;1.2 建筑施工计算手册；1.3 钢结构设计标准(GB500017-2003)；1.4 理正深基坑软件说明书；1.5 公路桥涵地基与根底设计标准JTGD63-20071.6 建筑基坑支护技术规程(JGJl20-99)1.7 建筑基坑工程技术标准(YB925897)1.8 理正深基坑6.01软件，MidaSCiVil软件2、工程概况蚌固公路南起G36宁洛高速公路与SlOl交叉处(蚌埠
3、北互通立交处)，下穿京沪铁路及G36宁洛富速公路后，向北顺原SlOl进行布线，跨北沈河，经曹老集后，在磨盘张北偏离老路改走新线，下穿京沪高铁后，跨怀洪新河，沿固镇经济开发区东布线，在大门东处跨法河，经固镇县城东、宋店，在十二里庙子南下穿京沪高铁后，经董庄、核树，终于任桥镇南，顺接上原SlOl,全长53.0公里。本标段为蚌埠至固镇公路改造工程路基工程LJ-03标段，起讫桩号K29+000.0K36+600.0,全长7.6公里。汾河大桥为跨汾河而设计，汾河为IV级航道，通航衔接尺寸为底宽90m,顶宽81m,侧高5m,十年一遇最高通航水位18.23m,百年一遇设计水位19.4m。汾河大桥起讫里程K3
4、0+607K31+583,全长976米。全桥共7联：430+5X30+(60+100+60)+430+430+4X30+430m：引桥上部结构采用预应力碎小箱梁，先简支后连续。下部结构采用柱式墩、柱式台，墩台采用桩根底；主桥上部结构采用变截面预应力碎连续梁，下部结构采用圆端形实体墩，承台群桩根底。根据现场施工技术调查，桥位处水域宽约230m,主航道水深约5m,连续梁PIO、PII主墩分别位于汾河主航道南北两侧。PlO墩位处水深Llm1.4m,承台边距主航道约12m；PIl墩位处水深2.23.1m：P8、P9墩位处水深0.35m；P7墩位于水岸交接处。南岸水中墩位处河床较平坦，局部有少许淤泥或无
5、淤泥，北岸Pll墩位处距主航道较近，河床坡度较大，淤泥深0.8m左右。3、地质情况根据工程地质勘测报告，桩基的地质情况如下表。土层参数层号土类名称层厚(m)重度(kNmi)浮重度(kNml)粘聚力(kPa)内摩擦角(度)1素填土3.0518.88.838.0017.402淤泥质土8.0017.87.021.009.103粉砂5.4019.79.74粘性土5.7019.79.7层号与锚固体摩擦阻力(kPa)粘聚力水下(kPa)内摩擦角水下(度)水土计算方法m,c,K值抗剪强度(kPa)130.033.0014.40分算m法8.12220.016.206.10分算m法2.85310.00.0029
6、.60分算In法2.38-475.060.30IIO40合算InI法4.124、设计施工方案概述根据各水中墩的基坑开挖深度及桥位处地质水文情况，水中墩Pio-Pll墩基坑均采用NSP-IVw型钢板桩支护，PIO.Pll墩围堰平面尺寸25.3mX13.lm,基坑开挖深度10.4m,采用18mNSP-IVw钢板桩及两层围囹及内支撑。围囹采用HW400400mm型钢、60060016mm箱型梁，对口撑采用600X600X16mm箱型梁、角撑采用609X16mm圆管。钢板桩围堰具体尺寸详见附图。6609X16Inm钢管角支撑.第一层围囹第二层围囹图4.1P10、PIl墩钢板桩围堰平面示意图图4.2P1
7、0、PIl墩钢板桩围堰断面示意图5、围护结构计算5.1 设计计算参数材料设计指标围囹及内支撑力学特性指标:钢材设计强度值(NZmm2)钢材抗拉、抗压、抗弯抗剪承压序号材料名称1Q235145853252焊接用热压延钢板桩JISA5523(SYW295)295说明：设计按容许应力法取值。内支撑支撑刚度P1OPll墩内支撑体系中，上层围囹采用HW400400mm,二层围囹采用600X600XI6mm箱型梁，对口撑采用60060016mm箱型梁，斜撑采用60916mm圆管。计算内支撑刚度取最长自由长度，那么第一层内支撑刚度第二层内支撑刚度式中：我门为支撑结构刚度系数；。为支撑松弛系数，取0.8l;E
8、为弹性模量（Nmm2）;A为支撑断面积（mm2）；L为杆件受压计算长度（m）。内支撑材料抗力609l6mm圆管：7；=fy=l0.929807I45103=3889KTVHW400X400mm型钢：T2=fy=l0.921454145103=2799X7V600X600X16mm箱型梁：T3=10.937376145IO-3=4877KNT为支撑材料抗力（kN）；A为支撑断面积（mm%fy为抗压强度设计值（N/mn?）;。为与长细比有关调整系数；为工程形式有关的调整系数（通常对称支撑取1.0）o设计平安等级基坑为二级基坑，平安系数为1.0。5.2 9.9Im深大基坑围护结构设计分析支护结构和支
9、撑体系变形与内力采用理正深基坑支护结构设计软件整体计算进行分析；支护结构的抗倾覆稳定性、抗隆起、抗管涌、嵌固深度采用理正深基坑支护结构设计软件单元设计进行分析；利用单元计算的支撑反力作为荷载施加于围囹上，对支撑体系承载力验算采用MidaSeiVil进行分析。设计荷载计算按安徽省建筑基坑工程技术规程（DB33/T1008-2000）规定，无建筑的基坑周边地面应考虑20kPa的超载。开挖过程结构分析采用理正深基坑支护结构设计软件6.01版进行分析。在进行基坑设计时，如果因地质断面差异变化大，钢板桩底部未完全伸入粘土层，未出现出现基底涌水时，排水开挖至坑底；假设出现基坑涌水时，将暂停排水开挖，进行基
10、坑注水后采用高压水枪配合吸泥机进行清淤，取消第三道临时支撑，水下封底碎。相应地,基坑支护结构按取消第三道临时支撑、带水开挖进行验算，具体步骤如下：（1）在保持18m钢板桩长度不变的前提下，考虑基坑底砂性土影响，计算出满足抗渗透稳定条件的钢板桩嵌固深度，以及对应的基坑无水开挖深度。（2）计算出继续进行基坑带水开挖时基坑内的需保持的水面高度，在计算时需考虑以下两件条件：平衡基底土层抗渗透稳定条件的影响；开挖至基底时，第二层支撑以下钢板桩的应力要求。（3）封底到达规定强度后抽水，封底碎按基底加固土考虑，再计算此时的基坑受力情况。经试算，如果存在基底涌水，满足钢板桩锚固深度的排水开挖深度不大于8.5m
11、。综合上述因素，分为排水开挖与注水开挖两种单元分析。排水开挖分两个工况进行验算：工况（一）：基坑直接排水开挖至9.91m处。工况（二）：浇筑封底混凝土撤除第三层临时支撑。注水开挖经试算后分三种工况进行验算：工况(一)：基坑直接排水开挖至8.5m处。工况(二)：基坑注水至标高+13.06m位置处，水下吸泥开挖至+9.9Im(基底标高+5.56m)o工况(三等封底混凝土到达设计强度到达75%后，基坑抽水至基坑底。.1排水开挖单元计算分析结果工况一基坑开至9.91m支护方案连续墙支护根本信息内力计算方法增量法标准与规程建筑基坑支护技术规程JGJ120-99基坑等级二级基坑侧壁重要性系数YO1.00基
12、坑深度H(m)9.910嵌固深度(111)8.090墙顶标高(m)0.000连续墙类型钢板桩卜每延米板桩截面面积A(cm2)225.50卜每延米板桩壁惯性矩1(cm4)56700.00L每延米板桩抗弯模量W(cm3)2700.00有无冠梁无放坡级数0超载个数2支护结构上的水平集中力0超载信息超载序号类型超载值(kPa,kNm)作用深度(In)作用宽度(m)距坑边距(m)形式长度(m)120.0000.0005.0000.000235.0000.0003.0001.000附加水平力信息水平力作用类型水平力值作用深度是否参与是否参与I序号II(kN)I(IiI)I倾覆稳定I整体稳定I土层信息土层数
13、4坑内加固土否内侧降水最终深度(In)9.910外侧水位深度(m)1.000内侧水位是否随开挖过程变化是内侧水位距开挖面距离(Dl)0.000弹性计算方法按土层指定乂弹性法计算方法m法土层参数层号土类名称层厚(m)重度(kNmi)浮重度(kNm3)粘聚力(kPa)内摩擦角(度)1素填土2.8518.88.838.0017.402淤泥质土8.2017.87.821.009.103粉砂5.4019.79.74粘性土5.7019.79.7层号与锚固体摩擦阻力(kPa)粘聚力水下(kPa)内摩擦角水下(度)水土计算方法m,c,K值抗剪强度(kPa)130.033.0014.40分算m法8.12220.
14、016.206.10分算m法2.85310.00.0029.60分算m法2.38475.060.3010.40合算In法4.12支锚信息支锚道数3支锚道号支锚类型水平间距(m)竖向间距(m)入射角()总长(m)锚固段长度(m)1内撑4.5000.5002内撑4.5004.2003内撑5.8003.500支锚道号预加力(kN)支锚刚度(MNm)锚固体直径(nm)工况号锚固力调整系数材料抗力(kN)材料抗力调整系数10.001726.0023889.001.0020.001939.004*xz3889.001.0030.001416.0063889.001.00土压力模型及系数调整弹性法土压力模型
15、：经典法土压力模型:层号土类名称水土水压力调整系数主动土压力调整系数被动土压力调整系数被动土压力最大值(kPa)1素填土分算1.0001.0001.00010000.0002淤泥质土分算1.0001.0001.00010000.0003粉砂分算1.0001.0001.00010000.0004粘性土合算1.0001.0001.00010000.000工况信息工况号工况类型深度(m)支锚道号1开挖1.0002加撑1.内撑3开挖5.2004加撑2.内撑5开挖8.7006加撑3.内撑7开挖9.910设计结果结构计算各工况：内力位移包络图:地表沉降图：整体稳定验算计算方法：瑞典条分法应力状态：总应力法
16、条分法中的土条宽度：0.4Om滑裂面数据整体稳定平安系数K8=3.033圆弧半径(In)R=18.250圆心坐标X(In)X=-2.638圆心坐标Y(m)Y=7.139抗倾覆稳定性验算抗倾覆平安系数：MP被动土压力及支点力对桩底的抗倾覆弯矩，对于内支撑支点力由内支撑抗压力决定;对于锚杆或锚索，支点力为锚杆或锚索的锚固力和抗拉力的较小值。M主动土压力对桩底的倾覆弯矩。注意：锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算。工况1：注意：锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算。序号支锚类型材料抗力(kNm)锚固力(kWm)1内撑0.0002内撑0.0003内撑0.000=3.045=1.200,满足标准要求。工况2
17、：注意：锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算。序号支锚类型材料抗力(kNm)锚固力(kNm)1内撑864.2222内撑0.0003内撑0.000K8=4.771=1.200,满足标准要求。工况3：注意：锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算。序号支锚类型材料抗力(kNm)锚固力(kNm)1内撑864.2222内撑0.0003内撑0.000Ks=2.543=1.200,满足标准要求。工况4：注意：锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算。序号支锚类型材料抗力(kNm)锚固力(kNm)1内撑864.2222内撑864.2223内撑0.000Ks=3.622=1.200,满足标准要求。工况5：注意：锚固力计算依
18、据锚杆实际锚固长度计算。序号支锚类型材料抗力(kNm)锚固力(kNm)1内撑864.2222内撑864.2223内撑0.000K8=2.722=1.200,满足标准要求。工况6：注意：锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算。序号支锚类型材料抗力(kNm)锚固力(kNm)1内撑864.2222内撑864.2223内撑670.517K8=3.284=1.200,满足标准要求。工况7：注意：锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算。序号支锚类型材料抗力(kNm)锚固力(kNm)1内撑864.2222内撑864.2223内撑670.517K8=3.090=1.200,满足标准要求。平安系数最小的工况号：工况3。
19、最小平安KS=2,543=1.200,满足标准要求。抗隆起验算PrandtI(普朗德尔)公式(L=L1-1.2),注：平安系数取自建筑基坑工程技术标准YB9258-97(冶金部)：K8=2.490=1.1,满足标准要求。TerZaghi(太沙基)公式(=1.15L25),注：平安系数取自建筑基坑工程技术标准YB9258-97(冶金部)：K8=2.806=1.15,满足标准要求。隆起量的计算注意：按以下公式计算的隆起量，如果为负值，按0处理！式中6基坑底面向上位移(mm);n从基坑顶面到基坑底面处的土层层数；ri第i层土的重度(kNr113)；地下水位以上取土的天然重度(kNm3)；地下水位以下
20、取土的饱和重度(kNm3);hi第i层土的厚度加)；q基坑顶面的地面超载(kPa);D桩(墙)的嵌入长度(m);H基坑的开挖深度(m)；c桩(墙)底面处土层的粘聚力(kPa);桩(墙)底面处土层的内摩擦角(度)；r桩(墙)顶面到底处各土层的加权平均重度(kN/m3);=64(mm)抗管涌验算抗管涌稳定平安系数(K=1.5):式中Yo侧壁重要性系数；Y土的有效重度(kNm3);YU地下水重度(kNm3)；h,地下水位至基坑底的距离(m);D桩(墙)入土深度(m);K=2.656=1.5,满足标准要求。承压水验算式中Pez基坑开挖面以下至承压水层顶板间覆盖土的自重压力(kN112)；Pny承压水层
21、的水头压力(kN/)；Ky抗承压水头(突涌)稳定性平安系数，标准要求取大于L050oKy:37.23/30.00=1.24=1.05基坑底部土抗承压水头稳定！嵌固深度计算嵌固深度计算参数:抗渗嵌固系数1.200整体稳定分项系数1.300圆弧滑动简单条分法嵌固系数1.100嵌固深度考虑支撑作用乂嵌固深度计算过程：按建筑基坑支护技术规程JGJ120-99圆弧滑动简单条分法计算嵌固深度:圆心(-4.910,7.187),半径=12.217m,对应的平安系数KS=1.384N1.300嵌固深度计算值ho=4.OOOm嵌固深度设计值hd=ho=1.100X4.000=4.400m嵌固深度采用值Id=8.
22、090m工况二浇筑封底混凝土撤除第三层临时支撑支护方案连续墙支护加固土参数土类名称宽度(m)层厚(m)重度(kNm3)浮重度(kNm3)粘聚力(kPa)内摩擦角(度)人工加固土5.01.00022.00012.000650.00040.000土类名称粘聚力水下(kPa)内摩擦角水下(度)计算方法m,C,K值抗剪强度(kPa)人工加固土650.00040.000m法93.00050.00支锚信息支锚道数2支锚道号支锚类型水平间距(m)竖向间距(m)入射角()总长(m)锚固段长度(m)1内撑4.5000.5002内撑4.5004.200支锚道号预加力(kN)支锚刚度(MN/m)锚固体直径(mm)工
23、况号锚固力调整系数材料抗力(kN)材料抗力调整系数10.001726.0023889.001.0020.001939.004*z3889.001.00结构计算内力位移包络图:抗倾覆稳定性验算抗倾覆平安系数：MP被动土压力及支点力对桩底的抗倾覆弯矩，对于内支撑支点力由内支撑抗压力决定;对于锚杆或锚索，支点力为锚杆或锚索的锚固力和抗拉力的较小值。M主动土压力对桩底的倾覆弯矩。注意：锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算。工况5：注意：锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算。序号支锚类型材料抗力(kNm)锚固力(kNm)1 内撑864.2222 内撑864.222K8=4.755=1.200,满足标准要求。
24、.2注水开挖单元计算分析结果工况一基坑开挖至&5m支护方案连续墙支护结构计算内力位移包络图:嵌固深度计算嵌固深度计算参数:抗渗嵌固系数1.200整体稳定分项系数1.300圆弧滑动简单条分法嵌固系数1.100嵌固深度考虑支撑作用乂嵌固深度计算过程：按建筑基坑支护技术规程JGJ120-99圆弧滑动简单条分法计算嵌固深度:圆心(-4.280,5.744),半径=10.643m,对应的平安系数KS=1.3611.300嵌固深度计算值ho=4.OOOm嵌固深度设计值hd=ho=1.1004.000=4.400m嵌固深度采用值Id=9.300m4.400m(满足要求)渗透稳定条件验算依据建筑基坑支护技术规
25、程JGJ120-99,当基坑底为碎石土及砂土、基坑内排水且作用有渗透水压力时，侧向截水的排桩、地下连续墙嵌固深度设计值尚应满足抗渗透稳定条件：hd=K*0*(h-hi（按标准K=L2,交互值K=L20）嵌固深度计算值为：9m3.300（满足要求）渗透稳定条件验算依据建筑基坑支护技术规程JGJ120-99,当基坑底为碎石土及砂土、基坑内排水且作用有渗透水压力时，侧向截水的排桩、地下连续墙嵌固深度设计值尚应满足抗渗透稳定条件：hd=K*0*（h-hj本基坑实行注水7.5m开挖折算深度为2.41m（按标准K=L2,交互值K=L20）嵌固深度计算值为：L692m8,09m（满足要求）工况三水下混凝土封
26、底后抽水至基坑底工况同排水开挖浇筑封底混凝土撤除第三道临时支撑工况。计算书（略）5.2.2.3C25封底混凝土计算（1）荷载计算水下封底混凝土承受的荷载按施工中最不利的情况考虑，即在围堰封底以后，围堰内的水被排干,封底素混凝土将受到可能产生的向上水压力的作用，现以此荷载(即为水头高度减去封底混凝土的重量)作为计算值。采用Im厚C25混凝土封底，水面至承台底的高度h=14.47-6.062=8.408m,混凝土主要受静水压力及自重作用。封底混凝土底面压强为：P=Pgh=94,08KNm2(2)材料力学性能参数及指标力学模型(4)承载力计算剪应力图变形量图有上图可得：rmax=0.17MPar=2
27、.315MPa,合格；2400/max=01mm1式中：封底混凝土受力G=混凝土自重+混凝土与围堰及钢护筒间的粘结力、F为箱底浮力。混凝土自重(=(13.125.31-O.82118)24=7086XTTV钻孔桩与封底碎之间的粘聚力根据以往施工经验一般为040.5MPa,出于偏平安考虑，本工程以0.3MPa计，混凝土与围堰粘聚力不计。总粘聚力七.力=万l.6ll8O.3l6io-3+2.5()3=30372KTV箱底浮力=lxl3lOx9.4O8l3.1x25.3=31181KN,G险+G粘聚力=37458KNFn=31181KN稳定性满足要求。支撑体系设计计算对于钢结构的围囹、内支撑和钢板桩
28、进行承载力验算，对支撑体系承载力验算采用MidaSCiVil进行分析。内支撑体系中，第一层围囹采用HW4()040()MM,第二层围囹采用600X600X16mm箱型梁，对口撑采用60060016mm箱型梁，斜撑采用60916mm圆管。由单元计算控制工况排水开挖至坑底、封底混凝土封底撤除第三道临时支撑；注水开挖一、二、三工况所有包络图(见下列图)可知：(一)排水开挖：(二)注水开挖：(1)由上图可知钢板桩的最大弯矩为336.44KMm,那么钢板桩的弯矩应力为33644max=124.6MPa=295M，合格(2)围囹内支撑钢板桩围堰施加到第一层围囹的荷载为钢板桩围堰施加到第二层围囹的荷载为钢板
29、桩围堰施加到第三层围囹的荷载为根据第一层、第二层、第三层围囹所受到的荷载以及围囹本身结构比照分析，需对控制工况的各层围囹进行详细的分析，对各层围囹支撑进行长细比验算。.1建立力学受力模型第一层围囹受力模型第二层围囹受力模型第三层围囹受力模型.2弯曲应力分析经midas计算知，弯曲应力图如下：第一层弯曲应力图第二层弯曲应力图第三层弯曲应力图由以上弯曲应力图可知：max=70.8MPa=145MPa,max=12532MPa=145MPa,max=132.26MPa=145MPa满足要求。.3变形分析经midas计算知，第一层围囹支撑体系最大变形1.06mm,第二层围囹支撑体系最大变形4.42mm
30、,第三层围囹支撑体系最大变形2.18mm满足要求。第一层围囹变形量图第二层围囹变形量图第三层围囹变形量图.4剪应力分析剪应力图如下：第一层围囹剪应力图第二层围囹剪应力图第三层围囹剪应力图由以上剪应力图可知：CmaX=55.05MPa=85MPa,rmax=60.IlMPa=85MPa,max=51.28MPa=85MPa满足要求。.5支撑稳定性验算轴应力图如下：第层围囹轴应力图第二层围囹轴应力图第三层围囹轴应力图由于围囹内部各支撑主要受压，故需要对其稳定性进行分析。支撑稳定性验算-第一层围囹对口撑的自由长度为4.8m,对口撑的轴力32.51KN；角支撑的自由长度6.9m；角支撑的轴力17.6K
31、N；对对口撑、角支撑进行稳定性验算。经midas计算得箱型600600X16、圆管的惯性矩1二f迎=202vi50,4=1=$则=32.9150,查路桥施工计算手册附录三得i238.5=i209.7受压杆件纵向弯曲系数，族=09=0.9max=32.5MPa=0.9215=193.5MPa,符合要求。第二层围囹对口撑的自由长度为4.3m,对口撑的轴力132.65KN；角支撑的自由长度6.1m；角支撑的轴力76KN：对对口撑、角支撑进行稳定性验算。经midas计算得箱型600X6(M)XI6、圆管的惯性矩iy=、q=238.5mmiy=J上=209.7mm进而得弱轴回转半径为：VAVA4=1=f
32、迎=i8150,4=!二包叫=29.1150,查路桥施工计算手册附录三得受i238.5i209.7压杆件纵向弯曲系数，族=094=0.9max=132,65MPa=0.9215=193.SMPa,符合要求。第三层围囹对口撑的自由长度为6.1m,对口撑的轴力84.7KN；角支撑的自由长度8.6m：角支撑的轴力38.3KN：对对口撑、角支撑进行稳定性验算。经midas计算得箱型60060016.圆管的惯性矩进而得弱轴回转半径为:g = 238.5mm iy =1=6100=256150Z=1=理”=41150,查路桥施工计算手册附录三得受“i238.5相i209.7压杆件纵向弯曲系数，a=094=0.867max=84.7MPa=0.867X215=186.4MPa,符合要求。
