納潮河特大橋起訖里程為dk3+031.6~dk4+862.1,孔跨布置為18-32m+(13+20+13)m+11-32m+45m預應力混凝土梁+128m系杆拱+45m+11-32m+(13+20+13)m+6-32m預應力混凝土梁,全長1830.
5m。納潮河特大橋為雙線直線橋,既有遷曹鐵路為右線,預留左線,線間距為4公尺。
納潮河特大橋深基坑共有12個,其橋墩承臺尺寸有8×13.1×3.8m、9.
3×12.5×4.15m兩種形式,承台基坑開挖深度11.
3~12.4m不等。承台基坑開挖位於既有線曹鐵路預留線路基之上,東側為防浪牆及6公尺寬特大橋施工便道,西側為鐵路施工過渡便線,承臺東西兩側邊緣距離鐵路施工過渡便線及防浪牆距離較近,承臺東側邊緣距防浪牆最大距離8公尺,最小距離4.
5公尺,承臺西側邊緣距施工過渡便線最大距離9.7公尺,最小距離6.2公尺,納潮河特大橋橋右線距西側鐵路施工過渡便線近,兩線中心距只為12.
9m;因此承台基坑不能採用放坡開挖的方式進行施工,必須採用垂直開挖法施工,除128m系杆拱兩橋墩承台基坑便線側採用24公尺d梁對鐵路過渡便線進行防護外,其餘基坑開挖時均採用插打拉森鋼板樁的支護方式。開挖支護的穩定對鐵路施工過渡便線列車行駛及特大橋施工便道的裝置進出場、土方、材料運輸、混凝土施工均有較大影響。
本區地層以海相、海陸交互相沉積層為主,岩性主要有黏土、粉質黏土、粉土、粉砂、細砂組成,按地層的沉積年代,成因型別、沉積韻律及工程特性等劃分工程地質層組,其代號按時代從新到老,地層從上到下順序排列共分7各大層。
納潮河特大橋承台基坑開挖土層分布如下表所示:
場地岩土工程地質特徵表
地表水為海水,水深2~3公尺。地下水為潛水,地下水位埋深3.5~4m,含水層主要為粉細砂層。
20m以上的含水層補給**為海水補給,途徑短,水量豐富;下部粉細砂由於黏性土的隔水層作用,水量相對較小。
深基坑承台基坑採用垂直開挖法施工,土方開挖時,承台基坑採用2層矩形支護結構。深基坑圍梁由三扣型號為40c工字鋼組成;斜撐和連線撐由雙扣型號為200h型鋼組成。
深基坑承台基坑施工地點位於海域,地下水為潛水,且水量較為豐富,所以承台基坑開挖採用插打18公尺長拉森-ⅳ型止水鋼板樁進行支護,使止水鋼板樁沿承臺四周形成封閉的支護結構。
(1)基坑支護方案
納潮河特大橋深基坑承台基坑採用垂直開挖法施工。承台基坑沿承臺設計平面尺寸各放寬1.5公尺。採用18公尺長的拉森-ⅳ型止水鋼板樁組成閉合的基坑支護結構。
承台基坑採用2層矩形支護結構。深基坑圍梁由三扣型號為40c工字鋼組成;斜撐和連線撐由雙扣型號為200h型鋼組成。為保證既有線行車安全,防止路基土方坍塌,靠近線路側(承臺西側)鋼板樁樁頂高程提高1公尺。
如下圖所示。
深基坑支撐平面示意圖
(2)力學驗算
①已知條件:(以最深的39號基坑為例)
地面高程:3.1m,開挖底面高程:-6.93m;
開挖深度:10m;
土的容重加權平均值γ:19kn/m3;
內摩擦角加權平均值ф:22°;
均布荷載q:10.0kn/m2;
黏聚力c:=24kpa;
基坑開挖長a=15.5m 基坑開挖寬b=10.4m;
②外力計算:
作用於板樁上的土壓力強度及壓力分布圖見圖1所示:
ka=tg2(45°-φ/2)=tg2(45-22.0/2)=0.455
kp=tg2(45°+φ/2)=tg2(45+22.0/2)=2.198
板樁外側均布荷載換算填土高度hq,hq=q/r=10.0/19=0.526m
鋼板樁長18公尺,入土深度設為8.0公尺:
主動土壓力ea
ea=【0.526+(9.5+8.5)/2】×(9.5+8.5)×19×0.455=1482.4kn/m2
被動土壓力ep
ep=(19×8.52×2.198)/2=1508.7kn/m2
ep>ea 滿足要求
鋼板樁埋入深度為8公尺,為安全起見,埋深為1.2×8公尺=9.6公尺。
③基坑底的隆起驗算
在軟土中開挖較深的基坑,當鋼板樁背後的土柱重量超過基坑底面以下地基土的承載力時,地基的平衡狀態受到破壞,常會發生坑壁流動,坑頂下陷,坑底隆起的現象。為避免這種現象的發生,施工前,須對地基進行穩定性驗算,驗算如下:
k=(2×3.14×c)/(q+γh)=(2×3.14×24)/(10+19×9.5)=0.79
式中k-抗隆起安全係數;
γ-土的容重加權平均值
ф-內摩擦角加權平均值
q-均布荷載
c-黏聚力=24kpa;
④基坑底的管湧驗算
t=【kh′γw-γ′h′】/2γ′
=【1.5×(9.5-1)×10-(19-10)×(9.5-1)】/2×(19-10)
=2.83<8.5m(鋼板樁入土深度)
故不會發生管湧現象。
式中:t-板樁的入土深度;
k-抗管湧安全係數,取1.5;
h′-地下水位至坑底的距離,地下水位距地面1公尺;
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