承台基坑支护专项技术方案.doc

承台基坑支护专项技术方案 一、工程概况广珠城际轨道交通工程ZH-3标珠海市内的特大桥共有5座，分别为：明珠站特大桥、明珠路特大桥、前山站特大桥、港昌路特大桥和珠海站特大桥。均为城市道路沿线上空高架桥，采用减振型框架板式无碴轨道。桥梁墩台基础采用1.25m钻孔灌注桩基础。设计要求承台埋深为地面以下0.5m，困难地段不低于0.2m，承台基坑开挖深度6.57.0m。桥梁位于道路中央绿化带中，故而设计要求：施工中应采取防护措施保证交通及施工安全，并且在基础施工时利用钢板桩围护，并派专人24小时观察，以确保既有公路安全。二、 工程地质条件桥梁沿明珠路、港昌路架设，场地地面主要为混凝土路面及公路中央绿化带，地势起伏较平缓，本桥地区土层按成因可划分为：1、人工填土层(Qm1)，在场地内均有分布，褐黄、褐红等色，主要由粘性土组成，层厚1.357.50m；2、第四系全新世海陆交互相沉积层(Q4mc)，该层在场地内均有分布。由粘土、淤泥、淤泥质粘土、粗砂、砾砂组成；3、第四系残积层(Qel)，该层在场地内分布较为普遍，按其状态可分为软塑状和硬塑状，以硬塑状为主；4、燕山期(52)侵入花岗岩，青灰、灰白、肉红等色，风化后呈褐黄色，主要矿物成份为长石、石英及黑云母，中粗粒结构，块状构造。场地不良地质作用主要为浅层地基层中存在软弱土层，软土层主要为淤泥、淤泥质粘土，淤泥含水量高、压缩性高、承载力低，工程性能差。在场地内大部分地段均有分布，呈透镜状产出，厚度0.59.90m，该层为场地软弱土层。水文地质特征及评价：根据工点的水质评价结果，结合场地周边经验综合评定，场地环境类别为类。地下水对砼具中等腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋无侵蚀性，对钢结构具弱侵蚀性。根据现场承台基坑实际开挖情况，地面以下埋有较厚流砂、水位较高，且位于市区内施工，承台施工需进行钢板桩围护，方能满足施工安全要求。工程地质条件表时代成因层序号岩土名称状态岩土施工工程分级基本承载力。(KPa)(°)C(kPa)Qml(1)4填筑土松软级普通土Q4mc(2)1黏土软塑硬塑级普通土1302023515(2)2淤泥质粘土流塑级普通土5070242825(3)3粗砂松散稍密级普通土20030350(3)4砾砂松散稍密级普通土200Qel(5)1粉质粘土软塑级普通土150(5)2粉质粘土硬塑级普通土200526花岗岩W4级硬土2507花岗岩W3级软石5008花岗岩W2级次坚石1000 三、钢板桩围护方案承台基坑围护结构采用6m、9m的长拉森式钢板桩，围护内尺寸每边比承台大1.01.5m，打入地下至地面平，然后开挖，在围护上半部（距地表面下70100cm）内侧安装支撑系统，支撑系统采用I30工字钢框架，设置集水井抽水，整平基底，使用C20混凝土封底，封底厚度不小于10厘米，然后在支护中进行承台主体的施工。 承台基坑支护方案施工图(示意)如下：四、钢板桩支护检算以明珠站特大桥3#承台（里程DK108+078.70）为例，该处地面高程为4.12米，承台底高程为-2.178米，开挖最终底面高程为-2.378米。基坑支护时间从开挖基础到承台浇筑完成，历时近25天，开挖深度6.5米，钢板桩使用长度10米。钢板桩使用期间各工序顺序表破除混凝土路面，开挖深度0.3米打桩机打钢板桩钢板桩检修校核基础土方开挖至-1.0m，-4m时焊接钢板桩横向支撑基础土方开挖至标高基坑内排水基底处理、铺垫层C20砼基坑内排水基坑内排水基坑内排水检查标高及其他尺寸 检查垫层标高承台主体施工基坑回填拔除钢板桩基坑内排水 1、设计检算资料H1=4.12m内支撑3.4m2.5m3.0m1.0m地面H3=-2.378最大开挖线钢板桩H2=2.5 1 钢板桩顶高程H1：4.120m 施工水位H2：2.500m 2 地面标高H0：4.120m 开挖底面标高H3：-2.378m 开挖深度H：6.498m 3土的容重加权平均值：18.3KN/m3 算例参数示意图 土浮容重： 10.0KN/m3 内摩擦角加权平均值：20.10°，粘聚力加权平均值c=5.0KPa。 4均布荷q：20.0KN/m2 。 5基坑开挖长a=18.0m 基坑开挖宽b=11.0m2、 外力计算作用于板桩上的土压力强度及压力分布图 ka=tg2(45°-/2)=tg2(45-20.10/2)=0.49 kp=tg2(45°+/2)=tg2(45+20.10/2)=2.05 板桩外侧均布荷载换算填土高度h， h=q/=20.0/18.3=1.09m 桩顶以上土压力强度Pa1 Pa1=×h ×ka =18.3×1.09+0.25 ×0.49=9.77KN/m2 水位土压力强度Pa2 Pa2=×(h+4.12 -2.50 ) ×ka =18.3×(1.09+4.12 -2.50 )× 0.49=24.3KN/m2 开挖面土压力强度Pa3 Pa3=×(h+4.12 -2.50 )+(-w)(2.5 +2.378)× ka =18.3×(1.09+4.12 -2.50 )+(18.3-10) ×(2.5 +2.378) ×0.49 =44.14 KN/m2 开挖面水压力(围堰抽水后)Pa4： Pa4=(2.5+2.378)=10×(2.5+2.378)=48.78KN/m23、 确定内支撑层数及间距 按支撑型钢能承受的最大弯距确定各层支撑的间距和最大允许跨度h: I30工字钢弯曲截面系WZ0=0.001350m3,折减系数=0.7 采用值WZ=WZ0=0.00135×0.70.000945m3 容许抗拉强= 200MPa 由公式=M/Wz得： 最大弯矩M0=Wz×=189.0 KN·m 1假定最上层支撑位置与水位同高，则支点处弯矩 M'=Pa1*(H1-H2)2/2+(Pa2-Pa1)(H1-H2)2/6=21.13KN·m<M0=189.0KN·m 中间计算结果为:(H1-H2)2/2=（4.12-2.5）2/2=1.31 (Pa2-Pa1)=14.53 故，支撑点可设置在水位下。 2根据上式判断可知，内支撑最大允许跨度h0由下式计算M0=Pa1h02/2+ka (H1-H2)2h02(H1-H2)/3/2+(Pa2-Pa1)h0-(H1-H2)2/2+(w+')h0-(H1-H2)3/6 代入数值得：189.0=6.0×h02+4.47×1.21(h0-0.733)+4.916*（h0-1.10）2+3.333（h0-1.10）3 整理得： 3.333 h03+5.921 h02+6.692h0-191.454=0 用牛顿法求解方程得: h0=3.201m 根据实际情况确定支撑位置如图所示 4、钢板桩入土深度及受力检算土压力计算:主动土压力及考虑粘聚力:Ka= tg2（45°-/2）=0.49主动土压力及地面荷载引起侧压力合力的斜率:=（h+q）Ka/h=(18.3×6.5+20)/6.5×0.49=10.47被动土压力按朗金土压力公式的压力系数:Kp=1/tg2（45°-/2）=2.04被动土压力: ep=x Kp+2cKp=18.3×x×2.042×5×1.43 = 37.3x+14.3,其中Ax+B为被动土压力减去静止土压力（x）之值：A=37.3,B=14.3顶面设一内撑,开挖到4.0m,此时k=1,hok=4.0m ,hkk=h1k=3.0,NK =N1,由多支点支撑排桩计算 公式1 求入土深度xm 1/3×37.3xm3-1/2×（10.47×4-14.3-37.3×3）xm2-（10.47×4-14.3）×3xm-1/2×10.47×42×3-1/6×10.47×43=0整理得：12.43 xm3-（-42.16）xm2-82.74xm-139.6=012.43 xm3+42.16xm2-82.74xm-139.6=0牛顿法解得xm=2.1472.15m 应用多支点支撑排桩计算公式2求N1 N1=1/2×10.47×42+10.47×4×2.1-14.3×2.1-1/2×37.3×2.12 =171.71-112.28=59.43 KNM1=10.47×12/2×1/3=1.745 KN·mM2=（10.47×42）/2×4/3-59.43×3=-66.61 KN·m设第二道内横撑后继续开挖至6.5m,已知：为k=2, Ni=N1=59.43 hok=6.5m,h1k=5.5m ,hkk= h2k=2.5,Nk=N2,求xm如下1/3×37.3xm3-1/2（10.47×6.5-14.3-37.3×2.5）xm2-（10.47×6.5-14.3）×2.5xm-59.43×5.5-2.5×59.431/2×10.47×2.5×6.52-1/6×10.47×6.53=0整理得12.43xm3-（-19.75）xm2-134.39xm-252.02=012.43xm3+19.75xm2-134.39xm-252.02=0牛顿法解得:xm=3.382m3.4m由公式2得 N2N2=1/2×10.47×6.5210.47×6.5×3.4-59.43-14.3×3.4-1/2×37.3×3.42=221.1231.39-59.43-48.62-215.59=128.93 KN已知M1=1.75 KN· m , M2 = -66.61 KN· m M3=（10.47×6.52）/2×6.5/3-59.43×5.5-128.93×2.5=-169.97 KN·m5、基坑底部的隆起验算 由普朗特尔公式计算地基承载力系数： Nq=etgtg2(45+/2)=6.463 Nc=(Nq-1)/tg=14.929 坑外各层土的天然容重加权1=18.3 KN/m3 坑内各层土的天然容重加权2=18.2 KN/m3 土的粘聚c=5.0KPa 故抗隆起安全系数Ks=(2TNq+cNc)/(1(H+T)+q )=2.36 >1.3=Kl 满足要求基底隆起计算图如下7、 构造要求1为防止接缝处漏水，在沉桩前应在锁口处嵌填黄油、沥青或其他密封止水材料。2在基坑转角出的支护钢板桩，应根据转角的平面形状做成相应的异形转角板桩，且转角桩和定位桩宜加长1m。五、施工方法1、施工准备：将新旧钢板桩运到工地后，详细对其检查、丈量、分类、编号，同时对两侧锁口用一块同型号长23m的短桩作通过试验，以23人拉动通过为宜，或采用卷扬机拖拉，锁口通不过或桩身有弯曲、扭曲、死弯等缺陷，采用冷弯，热敲（温度不超过8001000），焊补、铆补、割除、接长等方法加以整修。同时接头强度与其它断面相等，接长焊接时，用坚固夹具夹平，以免变形，在焊接时，先对焊，再焊接加固板，对新桩或接长桩、在桩端制作吊桩孔。在采用组桩插打时，每隔45m设有一道夹板，夹木在板桩起吊前夹好，插打时，逐付拆除，周转使用。组桩及单桩的锁口内，涂以黄油混合物油膏（重量配合比为：黄油：沥青：干锯末：干粘土=2：2：2：1），以减少插打时的摩阻力，并加强防渗性能。2、导框安装与插打方法 进行安装导框时，先进行定位测量。导框的安装，一般是先打定位桩。导框在现场分段制作组装，固定在定位桩上：待插打入少量钢板桩后，逐渐将导框固定到钢板桩上。3、钢板桩的吊运插打与合拢钢板桩检查合格后，运至作业现场，按插桩顺序堆码最多允许堆放四层，每层用垫木隔开高差不得大于10mm，上下层垫木中线要在同一垂直线上。安插钢板桩使用吊机对钢板桩进行水平和垂直运输，将钢板桩吊至指定位置，使钢板桩成垂直状态，移向安插位置，插入已就位的钢板桩锁口中。起吊前，锁口内嵌填黄油沥青混合料。箍紧钢板用的弧度卡箍，待插入锁口时逐个解除。4、抽水堵漏钢板桩插打完，即可开挖。在地表面下70100cm处设置支撑，并检查各节点是否顶紧，防止因抽水而出现事故。开挖至地下水位以下后，要设置集水井抽水，但抽水速度不能过快，且要随时观察支护的变化情况。当锁口不紧密漏水时，用棉絮、麻袋等在内侧嵌塞，在桩脚漏水处用砼封底堵漏。5、拔桩钢板桩拔桩前，先将围护内的支撑，从下到上陆续拆除，用原开挖土分层回填基坑，分层厚度不大于40cm，小型冲击夯机配合人工夯实。对于含砂率较大的回填土可浇水后人工夯实。回填至接近地面时，选择一组或一块较易拔除的钢板桩，先略锤击振动各拔高12m，然后挨次将所有钢板桩均拔高12m，使其松动后，再从一侧顺序拔除，对桩尖打卷及锁口变形的桩，可加大拔桩设备的能力，将相邻的桩一齐拔出，必要时进行切割。施 工 工 艺 流 程施工准备定位测量导框安装钢板桩吊运就位插打钢板桩围堰内清基安装模板基础、墩身砼灌注砼养护拆除模板拔出钢板桩六、机械设备配置打钢板桩时选用履带自行式液压冲击打桩机。主要机械设备明细表序号机械设备名称规格型号单位数量备注1打桩机D32台1275KW发电机TZH2504台13震动拔桩锤台14汽车吊5T台15抽水机台126电焊机台37切割机台18汽车4.5 T自卸辆1七、质量控制1、在拼接钢板桩时，两端钢板桩要对正顶紧夹持于牢固的夹具内施焊，要求两钢板桩端头间缝隙不大于3mm，断面上的错位不大于2mm，使用新钢板桩时，要有其机械性能和化学成份的出厂证明文件，并详细丈量尺寸，检验是否符合要求。2、对组拼的钢板桩两端要平齐，误差不大于3mm，钢板桩组上下一致，误差不大于30mm，全部的锁口均要涂防水混合材料，使锁口嵌缝严密。3、为保证插桩在转角处的顺利合拢，要求桩身垂直，并且周边的钢板数要均分，为保证桩身垂直，于第一组钢板桩设固定于作业面支撑上的导向木，顺导向木下插，使第一组钢板桩桩身垂直，由于钢板桩上下宽度不完全一致，锁口间隙也不完全一致，桩身仍有可能倾斜，在施工中加强测量工作，发现倾斜，及时调整，使每组钢板桩在顺支护周边方向及其垂直方向的倾斜度均不大于5，同时为了使支护周边能为钢板桩数所均分，事先在地面或导梁上按钢板桩的实际宽度画出各组钢板桩的位置，使宽度误差分散，并在插桩时，据此调整钢板桩的平面位置，使误差不大于±15mm，当仍有困难时，在悬挂状态下进行调整。在无法顺利合拢时，则根据合拢口的实际尺寸制造异形钢板桩合拢。但要控制异形钢板桩上下宽度之差不超过桩长的2%。4、在使用拼接接长的钢板桩时，钢板桩的拼接接头不能在支护的同一断面上，而且相邻桩的接头上下错开至少2m。所以，在组拼钢板桩时要预先配桩，在运输、存放时，按插桩顺序堆码，插桩时按规定的顺序吊插。5、在进行钢板桩的插打时，当钢板桩的垂直度较好，一次将桩打到要求深度，当垂直度较差时，要分两次进行施打，即先将所有的桩打入约一半深度后，再第二次打到要求的深度。6、打桩时必须在桩顶安装桩帽，以免桩顶破坏，切忌锤击过猛，以免桩尖弯卷，造成拔桩困难。7、钢板桩支护在使用过程中，在基坑内抽水时，围护漏水可用板条、麻布等楔入锁口内嵌缝。应经常检查各层支撑梁处与钢板桩之间的缝隙，并用木楔楔紧，使导梁受力均匀。8、围护基坑回填后，拔除钢板桩前，首先将钢板桩与支撑梁焊接处切除，然后再选择一组或一块较易拔除的钢板桩，先略锤击振动后拔高12m，然后挨次将所有钢板均拔高12m，使都松动后，再挨次拔除。最好是以打入顺序的反方向挨次拔出。八、安全保证措施 为确保施工中的安全，在进行钢板桩围护施工时，必须将安全工作放在首位，预防为主。1、对操作人员进行安全思想教育，提高安全意识，实行持证上岗制度，不经培训或无证者，不得进行上岗操作。2、设专人负责日常检查和养护工作，吊机、桩机等在作业时设专人给信号，避免人多时乱指挥，出现安全事故。4、对打桩机大臂及连接杆件、销轴等，要按规定经常检查、检修。防止桩架摇晃严重发现意外事故。5、地面辅助作业人员，必须戴好安全帽。严禁人员在吊装作业面下站立或行走。严禁人员进入打桩机回转范围内，并靠近打桩机工作部位。7、拔桩时要先震动12分钟，再慢慢启动卷扬机拔桩。在有松动后再边震边拔，防止蛮干。8、对所有机械设备的制动及外露的液压软管、接头每天进行检查，存在摩损，损坏的要及时维修、更换。九、环境监测1、确定监测对象：调查基坑周围相当于基坑开挖深度的23倍范围内地上的建筑物、高耸塔杆、输电线缆、古建文物、道路桥梁，以及地下管线（应区别其属压力的或非压力的）、人防等设施和障碍物。如发现既有建筑物等已有裂损倾斜等情况，同时收集其详细资料，并在必要处做出标记或摄像、绘图等。然后对调查对象承受地基变形的性能做出分析鉴定，确定应加监护方法。2、监测方式与方法1） 地面沉降、水平位移在观测部位按观测要求埋设观测桩，并作好观测前原始数据记录和观测点位附近地形、建筑物的平面位置图、立面图。沉降观测使用精密水准仪和铟合金水准尺。位移观测使用全站仪。在这里要注意的是,要使用相同的仪器,在相同的位置上,由同一观测者按同一方案施测。而且测量观测点要安全,其位置不要设在变形、位移区内。      2）围护结构侧土压力此项的监测选用DKY512型振弦读数仪。（1）土压力计的安装      测量侧压力时,土压力计的安置如图1所示,在围护结构的外面钻孔埋设土压力计,并在孔中注入与土体性质基本一致的物质,填实空隙。（2）土压力计的工作原理      土压力计使用双膜钢弦式。工作原理跟钢筋计基本相同,其接触面对变化不大的土压力较为敏感,受力时引起钢弦振动或应变片变形,弦的自振频率也发生变化。利用脉冲激励,使钢弦起振,并接收其频率。按事先标定的“压力-频率”关系曲线,即得出作用在土压力计上的压力值。3、监测人员   针对本工程监测的特点,成立了由3人组成的专业监测小组,其中2人具备测量、土力学、结构力学、计算机等方面的知识。组长负责工程监测计划、组织及监测的质量审核。十、ZH-3标（珠海段）承台型号图及钢板桩支护工程数量见下表：序号实用墩号规格型号使用图号结构尺寸（cm）简图数量钢板桩支护面积（m2）钢板桩支护重量（t）钢板桩水平支护重量（t）一、明珠站特大桥4213253.402054.28303.081、0#、17#F型通桥-III-07下台750*1080*250+上台600*320*1002766.8118.8514.902、1#本图施桥41-01-17下台800*940*250+上台540*350*100136957.207.293、9-16#无570*900*250245097.6790.13147.664、2#-8#、18-25#本图施桥41-01-18下台800*1500*300+上锥台650*330*2001570201088.10133.23二、明珠路特大桥1、0、3、8、11-35、38-49、52、60、63-79#F型通桥-III-07下台750*1080*250+上台600*320*1005922620.63506.19439.672、1-2#、50-51#G型通桥-III-08下台800*1500*300+上锥台540*310*20041872290.1635.533、4、7、9、10、84、87#本图施图桥-42-1-30下台750*1080*250+上台650*330*10062322359.9145.064、5、6、36、37、80、83、85、86本图施图桥-42-1-31下台800*1500*300+上锥台650*330*20083744580.3271.055、81、82#本图施图桥-42-1-33下台960*1460*300+上锥台800*410*2002990153.4519.066、53-59#E型通桥-III-06570*900*25071512234.3643.987、61、62H型通桥-III-10下台1040*1440*300+上锥台590*310*20021008156.2419.64三、港昌路特大桥571、0-5、8、11-18、21、29、32、38、41、49、52-54#F型通桥-III-07下台750*1080*250+上台600*320*100249201.61426.25178.852、9、10#H型通桥-III-10下台1040*1440*300+上锥台590*310*20021008156.2419.643、19-20、30-31、39-40、50-51G型通桥-III-08下台800*1500*300+上锥台540*310*20083744580.3271.054、22-28、33-37、42-48、55-56E型通桥-III-06570*900*250214536703.08131.935、6-7#无下台800*940*250+上台600*350*1002756117.1814.88备注车站桥以明珠站特大桥为代表合计2867982112372.261696.50承台基坑钢板桩围护施工方案设计简图见附页