漩流井纠偏及封底处理的研究与应用

[12-11 16:59:52]   来源:http://www.tmgc8.com  建筑设计   阅读:3438

式中 QSK为单桩总极限侧阻力标准值;
     QPK:单桩总极限端阻力标准值;
     U:桩身周长;
Qsik:桩侧第i层土的极限侧阻力标准值;
li:桩穿越第i层土的厚度;
Qpk:极限端阻力标准值;
AP:桩端面积
则Quk =UΣQsikli+QpkAP
=3.14*0.6*(40*3.62+4.99*60+70*1.2)+3500*3.14*0.3*0.3
=995.13+989=1984.1KN
通过计算知,单根桩可承受力为1984.1KN,本漩流井外筒重约12500KN,摩阻力11782KN,按简支梁受力状态,则每根桩需承受359KN<1984.1KN,满足桩基承载力对漩流井稳定的要求。
     3.4简支梁设计方案
    (1)漩流井简支梁受力顺序分析
    从漩流井观测部位看,1#和7#观测点基本处于同一水平面上,且该两点沉降比较均匀,3#点与5#点高差也不大,因此在1#、7#点和3#、5#点分别安装一条C40钢筋混凝土(混凝土内掺加早强剂)简支梁作为阻止漩流井下沉支撑系统(见图四),两条简支梁安装面标高初步定在同一平面上,根据漩流井6月15日至6月21日每天下沉数值及规律,预制简支梁在安装时要低于漩流井设计标高-14.5m以下300mm左右,确保简支梁顺利安装到预定标高,防止漩流井在简支梁在安装前超沉至设计标高以下。从观测点实测标高及沉降规律,因8#观测点标高比4#观测点低475mm,即先安装1#、7#点预制简支梁,预制简支梁端部再与钻孔灌注桩头预留插筋现浇C40钢筋混凝土见图六中①大样图所示,从漩流井下沉趋势及受力情况来看,漩流井在受到1#和7#观测点安装的简支梁支撑力而停止下沉,然后在4#点放置50t钢锭下压此高点处,同时在3#、4#、5#较高点漩流井刃脚底清土,此时漩流井在2#点~6#点将继续下沉直至3#、5#点与1#、7#点基本一至时,在3#和5#点安装预制简支梁,并将预制简支梁端部再与钻孔灌注桩头预留插筋现浇C40钢筋混凝土见图六中①大样图所示,此3#、5#点处受到简支梁向上支撑力而进入受力状态停止下沉,因两条简支梁处于同一标高面,漩流井与简支梁接触点在下沉过程中始终受到简支梁向上支撑力,直至整个井体受到简支梁支撑而平衡,平衡后整个漩流井高差将基本控制在100mm左右,达到纠偏效果。 (2)简支梁的结构计算
1)计算参数
a、设计依据
《混凝土结构设计规范》 GB50010-2002
b、几何参数
(a)几何参数
截面类型: 矩形
 截面宽度: b=550mm
 截面高度: h=1000mm
(b)材料信息
混凝土等级: C30  
混凝土轴心抗压强度设计值:fc=14.3N/mm2 
混凝土轴心抗拉强度设计值:ft=1.43N/mm2
 HRB335钢筋抗拉强度设计值:fy=300N/mm2
最小配筋率: ρmin=0.200%
(c) 设计参数
结构重要性系数: γo=1.0
(d)悬挑梁的计算跨度: lo=750mm
(e)集中荷载作用点至支座或节点边缘的距离:a=750mm
2)简支段9500mm深梁纵向受拉钢筋面积计算
a、计算过程
(a)弯矩设计值: M=450.000kN*m
(b)纵筋合力点至近边距离: as=35mm
(c) 计算截面有效高度: ho=h-as=1000-35=965mm
(d)计算相对界限受压区高度
ξb=β1/(1+fy/(Es*εcu))          
=0.80/(1+210/(2.1*105*0.0033))=0.614
式中:ξb--相对界限受压区高度;
εcu--正截面处于非均匀受压的混凝土极限压应变取0.0033;
Es--钢筋弹性模量;
βl—矩形应力图受压区高度与中和轴高度(中和轴到受压区边缘的距离)的比值;
fy --普通钢筋的抗拉;
(e)确定计算系数
αs=γo*M/(α1*fc*b*ho*ho)
=1.0*450.000*106/(1.0*14.3*550*965*965)=0.061
式中:α1--受压区混凝土矩形应力图的应力值与混凝土轴心抗压强度设计值的比值取1.0;www.tmgc8.com
fc--混凝土轴心抗压强度设计值
(f)计算相对受压区高度
ξ=1-sqrt(1-2αs)
=1-sqrt(1-2*0.061)=0.063≤ξb=0.614 满足要求。
    式中:sqrt—表示开方
(g)计算纵向受拉筋面积
As=α1*fc*b*ho*ξ/fy
=1.0*14.3*550*965*0.063/210=2293mm2
8根25AS=3927。
(h)验算最小配筋率
ρ=As/(b*h)
=2293/(550*1000)=0.417%
 ρ=0.417%≥ρmin=0.200%, 满足最小配筋率要求。
3)悬挑750mm深梁纵向受拉钢筋面积计算
(a)荷载信息: M=450.000kN*m
(b)纵筋合力点至近边距离: as=0.2h=0.2*1000=200mm
(c)判断深受弯构件类型
lo/h=750/1000=0.750≤2, 属于深梁。
(d)计算梁截面有效高度:ho=h-as=1000-200=800mm
(e)计算内力臂长度:  z=0.6*lo=0.6*750=450.00mm    
(f)计算纵向受拉钢筋
As=M/(fy*z)*γo
=450.000*106/(300*450.00)*1.0=3333mm2
        As (8根25)=3925mm2                  
ρ=As/(b*h)=3333/(550*1000)=0.606%≥ρmin=0.200% 满足要求
式中:z--纵向受拉钢筋合力至混凝土受压区合力点之间的距离;
    4)深梁箍筋按构造配筋
    (3)简支梁的配筋方式
    因桩基与漩流井壁相当近,从受力点剪力及弯矩分析来年,此时简支梁悬挑端主要承受剪力,为了保守起见,现取每个梁端承受来自漩流井集中力为60t来确定简支梁配筋,梁端配筋按牛腿方式布置,计算简图(见图五),简支梁(见图六、图七))。
    4  漩流井封底处理方案
    按照近段时间对漩流井下降速度及超沉深度预计,漩流井在简支梁及桩基作业下保持稳定的刃脚底标高很可能保持在设计标高-20m,漩流井超沉深度2.5m。从5月20日到6月15日,期间对漩流井采取水泥浆固化技术处理后清过三次底,在清底过程中井底仍有土往井内涌。漩流井稳定后,为防止井底土层在清底过程中涌入,拟取消刃脚部分素砼部分,从原设计漩流井标高-15.5m开始分二次分层封底,厚度分别为2m,1m(见图八)。
    第一层:采用水下封底技术措施,砼强度为C20。水下封底砼承受的荷载应按施工中最不利的情况考虑,即在钢筋混凝土底板施工前时,封底砼可能产生的向上最大水压力作用,以此荷载(即为地下水头高度减去封底砼的重量)作为计算值。漩流井按周边简支支承的圆板计算,承受均布荷载是,板中心的变矩,按下式计算:Mmax=0.198pr2=0.198*145*5.5*5.5=868KN.m   (1)
式中:p为静水压力形成的荷载(KN/m),水位高度按17m,则P=17*10-1*25=145KN/m  R为圆板的计算半径(m),即r为5.5m。
又根据封底砼厚度计算公式: Bfcth2+Asfyh=3.5k*M                              (2)
式中:h为封底砼厚度(mm)
K为安全系数,按抗拉强度计算的受压,受压构件为2.65
M板的最大弯矩
B为板宽,一般取1000mm;
fct为混凝土抗拉强度设计值,1.1*103kN/m2;
As为抗拉钢筋面积,按12φ25计算
fy为钢筋抗拉强度,300*103kN/m2;
代入公式计算得h=2m
第二层:钢筋砼,在封底砼底板上浇筑1m厚C30抗渗砼,配筋同原底板配筋,使底标高与设计标高相一致。
    5  漩流井封底后的抗浮稳定性验算
    漩流井封底后,整个漩流井受到被排除地下水向上浮力的作用,如漩流井自重不足于平衡地下水的浮力,漩流井的安全性会受到影响。为此,漩流井封底后应进行抗浮稳定性验算。
    漩流井外有回填土,需要计算井壁与侧面土反摩擦力的作用,抗浮稳定性计算公式为:www.tmgc8.com
K = (G+T)/F≥1.1
式中:G——漩流井自重力(kN)
     F——地下水向上的浮力(kN)
验算条件:
漩流井自重为井壁和封底混凝土重量:   G=G1+G2=12500+2375=14875 kN
井壁与侧面土反摩擦力11782KN,地下水向上浮力:由地质勘察资料得知,拟建场地的地下水位标高为-0.57~0.98m,漩流井封底底标高为-18m,故验算浮力的地下水深度按17m考虑,
则:F = 3.14×6.252×10×17 =20851kN
K = (14875+11782)/20851 = 1.28
    根据上述计算可知,漩流井封底后,漩流井自重及井壁与侧面土反摩擦力基本能够抵抗地下水的浮力。因此,漩流井封底后可继续施工内筒,不需要做任何措施。
    6  结束语
    通过该沉井的施工,我们取得了一些经验和教训,供大家共同参考研究。沉井施工前,摸清沉井所在位置地质情况至关重要,不可忽视。在漩流井井底持力层一部分进入全风化花岗岩层,一部分仍是粉质粘土层而进一步下沉的情况下,采取在井内1#点、7#点、5#点、3#点附近浇注四根钻孔灌注桩(见图二),灌注桩钻孔深度达到入岩条件后通过在桩上浇筑简支梁的办法稳定整个漩流井下沉。可有效纠正偏斜。确保封底质量,也保证了整个工程质量,这是一个在层土体比较湿,处于可塑状态,属高压缩性,局部承载强度低的状态下防止沉井突沉、偏斜、防水和涌土的综合性措施。其安全、经济、可靠,可以广泛地推广和应用。对降低工程建设成本有重大意义,社会效益显著。

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