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一、工程概况
大桥主6#墩位于长江南岸岸边台地，地势平坦开阔，主墩区原地面标高为20.506~21.139m。主墩基础钻孔灌注桩桩基承台结构。承台平面尺寸为42m×23.25m。承台顶标高21.0m,底面标高13.0m。根据现场地形、土质和环境条件，主6#墩承台施工拟采用大开挖基坑方案，基坑底面平面尺寸为45m×26.25m，坑底标高为12.6m，基坑深度约为8.4m。岸侧基坑边坡按1:2放坡，江侧按1:1.5放坡。拟在临江侧距承台边16.5m处，陆上施打一排钢板桩，由于设计高水位为19.65m，因此板桩顶标高设在+21.0m，板桩底标高拟定为+2.0m，长度约为80m，主要用作止水墙，兼作侧墙。基坑顶和底分别设截水沟和排水沟，以利基坑排水。根据施工进度安排，基坑于5~6月份开挖，7月开始浇注承台。基坑平面图和断面图如图1、2所示。![]()
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2. 设计条件
3. 设计依据
3.1《XX长江公路大桥施工图阶段长江大桥主桥工程地质说明书》3.3《建筑工程基坑支护规范》（JGJ120-99）4. 地质资料
根据南塔塔基区布设的9个钻探孔揭露情况来看,覆盖层厚度为36.5~38.6m，基岩面较平坦，基岩为灰色、灰褐色泥质粉砂岩、砂岩，砾岩和紫褐色安山岩。地层岩性及指标分层描述如下：①-1亚粘土（Q4 a1）：灰褐色、黄褐色，稍湿~饱和，局部夹薄层亚粘土、粉砂，表层0.3m为耕植土，含大量植物根系，软塑状态，层厚28.3~39.3米，主要物理力学性质指标：①-2细砂（Q4 a1）：灰色，饱和，中密，局部夹薄层亚粘土，成分主要为石英、云母等，层厚<8.0米，呈透镜体状，仅在两孔中可见。主要物理力学性质指标：②-1弱风化灰色、灰褐色、紫褐色泥灰质粉砂岩：砂质结构，层状构造，泥质胶结，裂隙发育，倾角分别为45o及85o两组，方解石脉充填，层厚>28.7米。②-2弱、微风化灰褐色、褐色砾岩、含砾砂岩、粗砂岩：砂质结构，层状构造，主要矿物成分为石英、长石等，含有5~10%的砾石，砾径1~5mm，局部夹薄层泥质粉砂岩，节理裂隙稍发育，方解石充填，岩质坚硬，呈透镜体状分布于砂岩之中，层厚>8.7m。基坑处于①-1亚粘土层，基坑开挖深度和钢管板桩入土深度内的土层单一，为软塑状态的亚粘土，其物理力学指标见①-1。依据抽水试验、室内试验及经验值，鄂东长江公路大桥覆盖层渗透系数见下表![]()
5. 基坑边坡稳定性验算
基坑边坡稳定性验算方法采用条分法，土的抗剪强度指标采用快剪值，根据项目部提供的七个断面，采用Slip程序进行边坡稳定验算。岸侧基坑按1:1.5放坡，地下水位为+17.0m，亚粘土的渗透系数K=5.14×10-7m/s，细砂的渗透系数K=3×10-5 m/s。开挖后岸坡如下图所示。![]()
基坑开挖后在江侧形成了一个坝体，土坡稳定按坝内和坝外分别计算。坝顶高程为+18米，坝外水位按19.65m考虑，在计算过程中考虑了板桩的作用。岸坡开挖如下图所示：![]()
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经计算岸侧和江侧最小抗力分项系数均大于1.1，满足规范要求。为保证施工期间基坑边坡的稳定，应采取适当的基坑开挖安全技术和基坑边坡防雨渗透等保护措施。6. 钢板桩墙验算
板桩上所承受的压力与江水水位的涨落及墙后回填土有着密切的关系。基坑开挖前板桩两侧土压力保持平衡，为静止土压力。由于基坑开挖及江水的上涨，板桩上所承受的土压力不再平衡，墙背侧（基坑侧）土压力向被动土压力发展，江侧的土压力向主动土压力发展。6.1板桩墙位置的设定
板桩墙位置的设定以墙后土体能承受被动土压力为原则。基坑开挖后，江侧高水位时，墙后土体应承受被动土压力。为了使基坑底面以上土体能承受被动土压力，在基坑顶引直线与水平面成45o-φ/2角，与基坑底面线相交处即为板桩的位置。![]()
6.2基坑开挖前板桩入土深度计算
6.2.1墙后土压力计算
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此时墙后土压力为主动土压力。为了简化计算，以板桩与边坡的交点作为假想地面Nn，Nn以上作为超载计算。以坡顶距板桩的距离的中点m’为起点，引直线m’n’与水平线成45o+φ/2角，交板桩于n’，n’点以上不考虑均布超载的作用，其主动土压力只是由于土体的自重所引起，土压力强度分布图形为EBO。n’点以下考虑均布超载的作用，其主动土压力强度分布图形为ABCD，其总主动土压力强度图形为ABOnDC。超载：q=γH2=18×2.28=41.04kN/m2![]()
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墙前土压力为被动土压力，以O点向边坡引线OO’， 引线OO’与水平线成45o-φ/2角，引直线O’P交板桩于P。O’P以下考虑被动土压力。土压力强度分布图形为POP’。![]()
6.3 桩身强度的计算
基坑开挖前（大约4月底）将钢板桩施打到位，由相关资料可知四月平均水位约在12.91m，为了使板桩墙能抵抗坡外水位差产生的压力，而不承受较大的荷载，墙内与坝体间应回填土，回填土的量应依水位上涨的速度而定，江水水位上涨后回填土，并夯实。江水应高于回填土，但高差不大于2米。坝顶标高为18米，洪水位按19.65米考虑，板桩顶标高21.0米，底标高2.0米。详见下图。板桩采用M法按弹性地基梁进行强度计算。根据土层不同，水平地基反力系数亦不同。回填土（12.6m~18m标高）：m取为2000kN/m4;原状土-亚粘土（标高<12.6m），0.5< IL<1，m取为3000kN/m4。![]()
6.3.1钢板桩截面特性
拉森IV钢板桩：截面面积：236cm2/延米
板桩壁惯性矩：36000 cm4/m
6.3.2荷载计算
基坑水位高程线处：外侧水压力：
每米钢板桩所受水压力为：q=70.5kN/m
按弹性地基梁计算，计算图式：
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6.3.3计算结果
通过MIDAS程序计算得出：
钢板桩的最大应力为20Mpa
钢板桩的最大变形为2.4cm，边坡顶处钢管桩的变形为1.7cm
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6.4 渗流稳定计算
计算渗流断面图如下：
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流入基坑的渗透量总量为5.2×10-4m3/s，即每小时1.87立方的渗水。6.6 板桩入土深度的确定
由6.3.3板桩变形图可见，桩底的位移量仅为1毫米，基本可视为稳定。因此板桩的选型，无论是强度还是入土深度都能满足设计要求。注：文中部分文字图片素材来源于网络编辑整理，版权归原作者所有，侵删！点个“在看”，我们一起共同学习。
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