桥墩基坑钢板桩支护设计--毕业论文.doc

摘摘 要要 的具体工程特点、地质资料等情况，分析了钢板桩的基本资料，以及施工 工况的划分，应用专业设计软件建立了有限元分析模型，进行了内支架焊缝强 度验算和基坑稳定性验算，确定了钢板桩施工方案以及工艺流程。在此基础上 确定了劳动力组织和工期进度计划。本文主要工作为有限元模型分析以及相关 计算，以求对类似工程有借鉴意义。 关键词：关键词： 基坑 钢板桩 有限元模型 施工方案 Togical data, analyzes the basic data of steel sheet piles, and the division of construction condition, the finite element analysis model is established by using the professional design software, the stent weld strength checking and foundation pit stability calculation, determine the construction scheme of steel sheet pile and process flow. On the basis of labor organization and time schedule to determine. The main work of this paper is the analysis of finite element model and the related calculation, for similar project reference。 Key word：of foundation pit steel sheet pile The finite element model construction scheme 1 目录目录 1. 选题背景.3 2. 选题的目的与意义.3 3. 国内外研究现状.3 4. 研究内容.4 4.4、工程概况.5 4.4.1、桥型和结构.5 4.4.2、水文资料.5 4.4.3、气象资料.6 4.4.4、通航资料.6 4.4.5、工程地质.6 4.5 钢板桩及支撑系统内力计算6 4.5.1、基本资料.6 4.5.1.1） 、钢板桩围堰设计与施工条件6 4.5.1.2）河床底土层性能指标.7 4.5.1.3）土压力系数.7 4.5.1.4）水流压力.7 4.5.1.5）拉森钢板桩 FS型的技术参数 7 4.5.1.6）钢板桩支护基本结构尺寸.8 4.5.2、施工流程.8 4.5.3、围堰施工阶段工况计算.9 4.5.3.1）计算参数.9 4.5.3.2）计算荷载.9 4.5.3.3）静水压力.9 4.5.4 流水压力 .10 4.5.5 波浪力 .10 4.5.6 建模思路及边界条件 .10 4.5.6.1 计算工况的确定 .10 4.5.6.2 计算结果 .11 4.5.7、内支撑焊缝强度验算16 4.6、基坑底稳定性验算17 4.6.1 基坑底管涌验算 .17 4.6.2、C30 封底混凝土强度验算 17 4.6.3、围堰抗浮稳定性验算18 4.7 钢板桩施工方案.19 4.7.1 施工工艺流程 .19 4.7.2、施工方案20 4.7.2.1 施工准备 .20 4.7.2.2 测量放样 .20 4.7.2.3 钢板桩的插打 .21 4.7.2.4 钢板桩围堰合拢措施保证 .21 4.7.2.5、围堰内抽水、吸砂石、安装内支撑及水下封底22 2 4.7.3、劳力组织23 4.7.4、主要机械设备配置及材料投入24 4.7.5、工期安排24 4.7.6、安全保证措施26 4.7.6.1、组织机构26 4.7.6.2、安全目标26 4.7.6.3、安全保证措施26 4.7.6.4、教育与培训26 4.7.6.5、现场管理27 4.7.6.6、安全用电27 4.7.6.7、防火、防爆27 4.7.6.8、高空作业27 4.7.6.9、吊装作业28 4.8、结论28 参考文献.29 3 1. 选题背景 随着经济的发展、城市化进程的加快、人民生活水平的不断提高，运输需 求显得越来越旺盛，既有的运输能力已表现出明显的不足，特别是铁路运输已 经不能适应国民经济的发展需要，成为制约我国经济发展的“瓶颈” 。为满足国 民经济快速发展的要求，我国制定了中长期铁路网规划 ，加快我国铁路网建 设，2012 年，我国铁路建设投资力度明显加大，全国铁路基建投资计划经过了 四次调整，由年初的 4060 亿元一再追加到 5160 亿元，增加超千亿元。据悉， 2013 年的铁路基建投资达 5200 亿元，铁路投资或将迎来新的春天。我国是世 界高铁运营里程最长的国家，其高铁科技水平具有世界先进的标志性和代表性。 通过前期技术研究以及秦沈客运专线的设计、施工、运营实践，中国铁路综合 技术水平得到大幅度提高，为中国铁路客运高速化的进程奠定了坚实的基础。 近年，京沪高铁、京广高铁、哈大客专及京津城际、宁杭城际等陆续建成通车， 进一步完善了路网结构，极大提高了铁路运力，改善了人们的出行条件。 2. 选题的目的与意义 我国铁路工作者对高速铁路的建设经过多年的不断研究和探索，通过高速 铁路的建设，取得了丰富的高速铁路建设经验，极大地提高了我国高速铁路建 设技术水平。为满足高速铁路运行安全及舒适度等要求，高速铁路的坡度、弯 曲半径、线路沉降等技术指标均高于普通铁路技术要求，为适应技术要求，综 合考虑建设成本等因素，在高速铁路中桥梁占线路的比重较大，京沪高铁建设 中这个比例达到了 80%以上。目前，高速铁路桥梁建设已形成一套比较完善的 技术标准，上部结构大量采用工厂化、标准化施工作业，更好地保障了施工建 设质量，提高了施工生产效率。随着科学技术的发展、人们对环境保护的更加 重视、劳动力成本的提高，未来桥梁设计将更加精细，更多地考虑美学因素， 并促进新技术、新工艺、新材料、新装备的研发应用；桥梁施工将进一步向工 厂化、标准化发展，不断提高劳动生产效率，新的施工方案、工艺、机具设备 将得到开发应用，装备将更加高效、智能化。 4 3. 国内外研究现状 基坑支护是古老而又具有很强时代特点的岩土工程课题。远古时代人们就 己经运用了简易本桩围护和放坡开挖技术,之后人类进行的土木工程活动又促进 了基坑工程的发展到了近代,随着大量的地下工程和高层建筑的不断增多,对基 坑工程的要求越来越高,使得工程技术人员以发展的眼光重新去看待基坑工程这 一古老的课题,许多新的理论经验以及研究方法不断出现、并得以发展和完善。 20 世纪 30 年代初,Terzaghi 等人己经开始研究基坑工程中存在的岩土问题, 40 年代,Terzaghi 和 Peck 等人提出了预估挖方稳定程度和支撑荷载大小的总应 力法,50 年代 Bjermm 和 Eide 提出了深基坑底板隆起的分析方法7-9。自 1958 年德国 Bauer 公司利用钻孔注衆技术在深基础施工中施工土层錨杆取得成功以 来,各国工程技术界就广泛重视锚杆技术的应用,并在地下厂房、隧洞、水坝加 固、基坑护壁和边坡加固等工程中大量应用并先后制定了适合本国的有关锚杆 的规范。60 年代,仪器监测在奥斯陆和墨西哥城软土深基坑中开始使用,70 年代 起, 又陆续出现了指导基坑开挖的法规。我国基坑的发展比国外的发展较晚。1984 年,孙更生、郑大同教授主编的软土地基与地下工程才全面介绍了软土地区 的基础工程和地下工程的实践经验;到 1990、 1999 年由陈仲颐、叶书麟主编的 基础工程学和陈忠汉和程丽萍主编的深基坑工程才全面反映了我国在 基础工程领域实践经验。九十年代后期,基坑工程手册,深基坑支护结构 实用内力计算手册,深基坑工程实用技术 、 深基坑支护结构工程实例等 国家行业标准的有关法规也相继出台,对我国的基坑工程的发展产生了重大的影 响和推动。 随着开挖深度的增加,由于放坡面空间受到限制,基坑工程由早期的放坡开 挖发展到支护开挖,已有了数十种支护形式。如悬臂支护、内支撑或拉锚支护、 组合型支护等。最早的支护结构常采用木桩,现在常采用土钉墙、地下连续墙钢 板桩等形式。随着人们对地下空间的开发和利用的不断增加以及超高层建筑的 不断增多,基坑工程不仅数量增多,而且向更大更深方向发展,支护理论的发展以 及施工技术和监测技术的进步不断加快。 另外,土与结构相互作用及土与结构变形的正确估算在支护结构设计中更受人们 5 重视考虑,建立实用反演数学模型、开挖性态反演分析及信息化施工、开挖机械 中的新方法和新设备在基坑工程设计、施工组织中发挥更大作用。 4. 研究内容 4.1研究背景 随着大量的地下工程和高层建筑的不断增多,对基坑工程的要求越来越高,使得 工程技术人员以发展的眼光重新去看待基坑工程这一课题,许多新的理论经验以 及研究方法不断出现、并得以发展和完善 4.2研究意义 通过研究牌头浦阳江特大桥 188#桥墩具体施工方案进行比较和学习从而了解桥梁江河中施 工的难点和解决办法，工程地质对桥墩造成的影响，以及桥梁在水中如何更好的安排施工 组织.劳力分配 机械使用 和工期安排等问题 4.3研究内容 4.3.1钢板桩及支撑系统内力计算部分，研究确定相关技术参数，确定钢板桩支护基本 结构尺寸，围堰施工阶段划分和工况计算，建立有限元模型、相关强度验算。 4.3.2基坑稳定性验算部分：重点验算坑底混凝土强度验算、管涌验算、围堰抗浮稳定 性相关验算。 4.3.3钢板桩施工方案部分：重点确定施工工艺、施工流程、施工方案、劳动力组织、 工期安排、安全保证措施等内容。 4.44.4、工程概况、工程概况 4.4.14.4.1、桥型和结构、桥型和结构 牌头浦阳江特大桥桥址位于诸暨市境内,大桥起点到终点的里程为： DK74+858.77-DK84+155.55，桥全长 9296.78m，大桥中心里程为: DK79+507.31，共 278 跨。跨浦阳江采用（48+380+48）m 连续梁+5-32m 简支 梁通过，从 184#墩194#墩，其中 186#192#墩位于江中。连续梁主墩为 185#188#墩。 6 4.4.24.4.2、水文资料、水文资料 本桥于 DK81+035.83 处跨越浦阳江，线路法线与水流方向夹角为 12。，汇 水面积 F=1099km2,流量 Q1%=2102km3/s,水位 H1%=17.85m,流速 V1%=3.0m/s，施 工水位 H=14.2m，经现场踏勘调查，测时水位 11.5 米，涨水季节洪水水位为 13.0 米。 根据现场调查情况，目前水位为 11.5 米，也是雨季最高水位，通过了解当 地村民及采砂的人员，目前水位是一年中最高的，最近几年最高水位比现在也 不会超过 1 米。在该桥向诸暨方向（即下游方向）2 千多米处设有一混凝土拦 水坝,即小砚石堰（详见附图），目前坝顶标高为 10.94 米，涨水直接排泄，水 位不会升很高。 4.4.34.4.3、气象资料、气象资料 桥区属于亚热带季风气候，受海洋性气候影响，气候特征为温和湿润，雨 量丰沛，光照充足、四季分明。多年年平均气温 17.718.6，多年平均降水 1537.0mm。本桥区常风向为东南西北，每年 10 月至次年 2 月盛行北及西北风， 68 月盛行偏南风，35 月和 9 月为夏季风转换期，风向不定。 4.4.44.4.4、通航资料、通航资料 桥位处浦阳江地方规划为级航道，设计通航净高为 5.0m,侧高为 3.5m,航 道净宽为 40m,上底宽为 32m.桥址处设计最高通航水位为：H10%=15.63m。 根据现场实际调查：此处浦阳江通航量较少，实际通航船只为附近河道采 砂船只通航。桥址穿越此处上下游 1 公里江面较宽，水流平稳，附近无桥梁码 头等。 4.4.54.4.5、工程地质、工程地质 牌头浦阳江特大桥 186#-192#桥墩位于江中，均为钻孔桩基础，钻孔桩穿 过地层依次为 6 / 32 粉土、细圆砾土(Q4al)，泥质粉砂岩、砂岩、含砾砂岩强 风化、弱风化。 7 4.54.5 钢板桩及支撑系统内力计算钢板桩及支撑系统内力计算 4.5.14.5.1、基本资料、基本资料 4.5.1.14.5.1.1）、钢板桩围堰设计与施工条件、钢板桩围堰设计与施工条件 1）、钢板桩顶面标高：+12.5m 2）、设计水位：+11.5m 3）、承台顶标高：+5.192m 4）、承台底标高+2.692m 5）、封底混凝土底标高+0.692m 6）、水流力：1.5m/s 7）、水重度：w=10KN/m3 8）、钢材重度：78.5KN/m3 9）、混凝土重度：24KN/m3 10）、混凝土与钢的粘结力：f=150Ka 11）、封底混凝土：厚度 t封底=2.5m，C30 素砼抗拉强度设计值 MPaftd43 . 1 12）、Q235 钢材的允许应力：=188.5Ma，允许剪应力=110.5Ma 13）、拉森钢板桩 FS型的允许应力：= 273Ma，允许剪应力 =156Ma 4.5.1.24.5.1.2）河床底土层性能指标河床底土层性能指标 河床底自上至下土层的指标如下： 细圆砺土（标高 2.4m7.0m）,中密，III 级：1=20.5KN/m3, 1=30, c1=2KN/m2, h1=4.6m，弹性模量 E1=100Ma; 风化岩层（岩层顶面标高 2.4m）: 2=23KN/m3, 2=35, c2=100KN/m2 弹性模量 E2=300Ma; 4.5.1.34.5.1.3）土压力系数土压力系数 根据库伦理论，主动土压力系数： 细圆砺土:33. 0) 2 30 45(tan) 2 45(tan 22 1 a K 风化岩层: 27 . 0 ) 2 35 45(tan) 2 45(tan 22 2 a K 被动土压力系数： 细圆砺土:0.03) 2 30 45(tan) 2 45(tan 22 1 p K 风化岩层: 96 . 3) 2 35 45(tan) 2 45(tan 22 2 p K 8 4.5.1.44.5.1.4）水流压力水流压力 考虑河流水流压力： g KF W W 2 2 其中 w=10KN/m3，=1.5m/s，g=9.81KN/Kg，矩形墩形状系数 K=1.3。 2 22 KN/m49. 1 81. 92 5 . 110 3 . 1 2 g KF W W 故： 取 FW=1.5KN/m2，计算水位可取标高+11.5m。 4.5.1.54.5.1.5）拉森钢板桩拉森钢板桩 FSFS型的技术参数型的技术参数 本工程围堰支护桩采用 16m 长密扣式拉森钢板桩 FS型，拉森钢板桩 FS型的技术参数如下： 1）一根桩钢板桩：宽度 B=400mm、高度 h=170mm、厚度 t=15.5mm、截面积 A=96.99cm2、重量 W=76.1Kg/m、惯性矩 Ix=4670cm4、截面模量 Wx=362cm3。 2）一延米钢板桩技术参数：重量 W=190Kg/m、惯性矩 Ix=38600cm4、截面 模量 WxW=2270cm3、半截面面积矩 S x=96.99(4670362)5040 =1564cm3 4.5.1.64.5.1.6）钢板桩支护基本结构尺寸钢板桩支护基本结构尺寸 如下图所示： 图 2.1钢板桩支护基本结构 9 4.5.24.5.2、施工流程、施工流程 、当承台内所有桩基础检测合格后(超声波检测)，拆除桩基础施工平台， 用船只吊振打 16m 长密扣拉森钢板桩型，形成一个钢板桩围堰。 、在低水位+9.5m 处迎水面设一个直径为 25cm 带法兰连通孔，利用每天 河流两次涨退潮低水位时，安装第一道内支撑。 、当第一道内支撑安装调试完毕后，用抽水泵将围堰内积水抽到标高 +7.0m 处，安装第二道内支撑（标高+7.5m） 。 、当第二道内支撑安装调试完毕后，打开+9.5m 处导流管法兰，让河水 回流到围堰内，当围堰内外水位持平后，开始带水开挖围堰内土方至+0.692m， 并用 C35 混凝土封底。 、当封底混凝土强度达到设计要求后，用抽水泵将围堰内积水抽到封底 混凝土顶面+2.692m 处，开始进行主墩承台施工。 、当承台混凝土浇筑并达到设计强度后，在围堰与承台间空隙回填中砂 并灌水压实至+5.2m（承台顶） ，施工主墩柱至+7.0m。 、当主墩分次浇筑至并拆模后，往围堰内回灌水至标高+7.0m，同时拆掉 第二道内支撑（标高+7.5m） ，进行主墩标高+7.0+10.5m 段施工。 、当主墩分次浇筑至标高为+10.5m 处并拆模后，往围堰内回灌水至标高 +10m，同时拆掉第一道内支撑（标高+11.0m） ，进行主墩+10.5m 以上节段施工。 、钢板桩振拔 当主墩柱墩身高过水面并搭设完毕墩柱工作平台后可用船吊振拔钢板桩。 4.5.34.5.3、围堰施工阶段工况计算、围堰施工阶段工况计算 4.5.34.5.3. .1 1）计算参数计算参数 Q235 钢材的弹性模量 E=2.06105 Ma，容重为 76.98KN/m3，泊松比为 0.3 C30 混凝土的弹性模量 E=3104 Ma，容重为 25KN/m3，泊松比为 0.2 细圆砺土（标高 2.4m7.0m）,中密，III 级：1=20.5KN/m3, 1=30, c1=2KN/m2, h1=4.6m，弹性模量 E1=100Ma, 泊松比为 0.3; 风化岩层（岩层顶面标高 2.4m）: 2=23KN/m3, 2=35, c2=100KN/m2 弹性模量 E2=300Ma, 泊松比为 0.25; 10 4.5.34.5.3. .2 2）计算荷载计算荷载 自重采用 MIDAS-CIVIL 中的自重自动加载。重力加速度值为 9.806m/s2。 4.5.34.5.3. .3 3）静水压力静水压力 取计算水位高程为+11.50m。静水压力的计算公式为： 其中： 水的重力密度，取 1103 kg/m3； G 重力加速度值，取 9.806m/s2； h 计算点水深。该围堰取水压计算起点为+11.50m，终点水深为 -3.5m。 计算可得在计算模型最底端的静水压力为 150Ka。 主动土压力 根据库伦理论，主动土压力系数： 细圆砺土: 33. 0) 2 30 45(tan) 2 45(tan 22 1 a K 风化岩层: 27 . 0 ) 2 35 45(tan) 2 45(tan 22 2 a K 4.5.44.5.4 流水压力流水压力 流水压力数值相对于静水压力而言比较小，本工程中不予考虑。 4.5.54.5.5 波浪力波浪力 波浪力按=15 Ka，浪高 3m 计算。 4.5.64.5.6 建模思路及边界条件建模思路及边界条件 该双壁钢围堰采用 MIDAS-CIVIL 三维结构软件建立空间整体模型进行分 析计算。计算模型中，钢板桩按照每延米的惯性矩等效为矩形截面的钢板，用 4 节点板单元模拟，钢围檩、水平斜杆和横撑梁单元模拟，而围堰内河床底的 土层、封底混凝土采用实体单元进行模拟。 结合工程实际情况并参考其他类似工程是计算模型，在模型最下方壁板单 元节点上添加固定铰约束。 11 钢板桩围堰的整体模型围堰内支撑体系模型 图 2.2 围堰模型 4.5.6.14.5.6.1计算工况的确定计算工况的确定 为了详细考虑围堰各施工阶段不同受力状态下，结构的刚度、强度以及稳 定性是否满足施工要求，对围堰进行以下工况的分析： 工况 1：用抽水泵将围堰内积水抽到标高+10.5m 处，安装第一道内支撑 （标高+11.0m） 。 工况 2： 当第一道内支撑安装调试完毕后，用抽水泵将围堰内积水抽到标 高+7.0m 处，安装第二道内支撑（标高+7.5m） 。 工况 3：当第二道内支撑安装调试完毕后，让河水回流到围堰内，当围堰 内外水位持平后，开始带水开挖围堰内土方至+0.692m，并用 C35 混凝土封底。 工况 4：当封底混凝土强度达到设计要求后，用抽水泵将围堰内积水抽到 封底混凝土顶面+2.692m 处。 工况 5：当主墩分次浇筑至标高为+7.0m 处并拆模后，往围堰内回填砂至标 高+7.0m，同时拆掉第二道内支撑（标高+7.5m） 。 工况 6：当主墩分次浇筑至标高为+10.5m 处并拆模后，往围堰内回填砂至 标高+10m，同时拆掉第一道内支撑（标高+11.0m） 。 12 4.5.6.24.5.6.2计算结果计算结果 本次围堰的支护方案为钢板桩+2 道内支撑，钢板桩长 16m 的密扣式拉森 FS型钢板，钢围檩、角斜撑均采用 2I36a 的工字钢组合梁，横撑采用 529 钢 筒支撑梁。各种工况对每种工况结构的变形、钢板桩的弯矩、支撑内力，如下 图所示。 结构变形云图钢板桩弯矩云图 工况 1 结构变形云图钢板桩弯矩云图 13 第一道支撑体系受到的轴压力第一道支撑体系的应力云图 工况 2 结构变形云图钢板桩弯矩云图 第一道支撑体系受到的轴压力第一道支撑体系的应力云图 14 第二道支撑体系受到的轴压力第二道支撑体系的应力云图 工况 3 结构变形云图钢板桩弯矩云图 第一道支撑体系受到的轴压力第一道支撑体系的应力云图 15 第二道支撑体系受到的轴压力第二道支撑体系的应力云图 工况 4 结构变形云图钢板桩弯矩云图 第一道支撑体系受到的轴压力第一道支撑体系的应力云图 工况 5 16 结构变形云图钢板桩弯矩云图 工况 6 图 2.3 各种工况图 17 对计算结果进行汇总，见下表：附表 2-1 表 2-1 计算结果汇总表 方案设计控制指标最大值出现的工况 结构变形 75mm 工况 6 钢板桩弯矩 422kNm 工况 5 支撑的最大轴压力 1446kN 工况 4 支撑的最大轴拉力 170kN 工况 4 钢围檩最大应力 218Ma 工况 5 按照设计的构件尺寸以及钢材的力学性能，钢板桩每延米的极限弯矩是 600 kNm，支撑的极限轴力为 2876kN。则 钢板桩的抗弯安全系数：42 . 1 422 600 钢支撑的安全系数：99 . 1 1446 2876 从计算云图可以看到，钢围檩只是在与支撑的节点处应力才出现局部增大 的现象，其他部位钢围檩的应力大小基本在几十到一百兆帕之间，由于节点都 有加强措施，故允许应力可以增大为 1.2 倍，则.因MPaMPa226 5 . 1882 . 1218 此，钢围檩的应力满足要求。 4.5.74.5.7、内支撑焊缝强度验算、内支撑焊缝强度验算 根据公路桥涵钢结构及木结构设计规范第 1.3.6 及第 1.3.12 条规定： 2I36a 工字钢组合内斜撑梁与 2I36a 工字钢组合围檩 B（A）的连接采用焊 接，为主要受力构件，采用单面直角连续焊缝，取焊脚尺寸 hf=10mm、焊缝长 度 l=1516mm（不采用引弧板） ，计算焊缝长度取 lw= =1516-20=1496mm。 故有焊缝所受与主焊缝长度方向平行的轴心力 F=RB=1446KN ，安全。故有 焊接 188.5MPa 1 . 138 101496107 . 0 101446 lh F 6 3 we MPa 18 4.64.6、基坑底稳定性验算、基坑底稳定性验算 4.6.14.6.1基坑底管涌验算基坑底管涌验算 根据不发生管涌条件： 5 . 1 )2( w h th K ,t=3.7m h=11.3m 3 / 5 . 1010 5 . 20mkN w 5 . 173 . 1 101.31 5 . 107 . 32 3 . 11)2( ）（ 则： w h th K 故该围堰不会发生管涌。 4.6.24.6.2、C30C30 封底混凝土强度验算封底混凝土强度验算 封底混凝土采用 C30 混凝土，厚度采用 250cm，有效厚度为 h200cm， 顶面以上考虑 8.8m 水压，则封底混凝土顶面压力为1=88Ka，底面以上考虑 11.3m 水压，则封底混凝土顶面压力为2=113Ka；当封底混凝土强度达到设计要 求后，用抽水泵将围堰内积水抽到标高+2.7m 处， max=RE=549.4KN/m，则封底 混凝土顶面压力为3= max=549.4KN/m。故封底混凝土所受压力取549.4 KN/m。 封底砼为矩型，考虑承台内桩基对封底砼的锚固约束力，取 4 条桩基础之 间的封底混凝土（L1L2=450450cm）按四边简支矩形双向板计算。计算如 下： 19 图 3.1 四边简支矩形双向板计算 封底砼按四边简支支承的双向板计算，跨中弯矩 M1、M2可按下式计 算： ， 2 111 lpaM = 2 222 lpaM= /=4.54.5=1 1 l 2 l ：弯矩系数，可查简明施工计算手册（第二版）表 5-68 得: a 0.0368, 0.0368 1 a 2 a : 作用在封底板的反力，=641.6 KN/m M1=0.0368 L12 =0.0368549.44.52 =409.4KN.m M2=0.00368 L22 =0.00368549.46.52 =409.4KN.m mKNMMM 4 . 409 21max mmD fb MK h td 1856300 57 . 1 1000 104 .40965 . 2 5 . 35 . 3 6 max D 为混渗厚度，因钢板桩围堰封底前由潜水员检平高差不得超过 100mm， 故 D 可取 300mm。 封底砼厚度取 2.5m 符合要求。 4.6.34.6.3、围堰抗浮稳定性验算、围堰抗浮稳定性验算 在围堰内抽干水，承台砼未浇筑情况下，封底砼能克服水的浮力而不上浮， 20 不计钢板桩与河床土层的摩擦力。 计算公式：G1+G2+G3h水（S-6S） 其中：G1 钢板桩围堰自重 G1=200t G2 封底砼重量 =t砼（S-6S） G3封底砼与桩钢护筒的粘着力 S 为套箱底面积 S=14.712=176.4m2 S为护筒的截面积(直径 2m) S3.14123.14 m2 G2=2.42.5(176.463.14)945.36t G3=6Dtf=63.1422.515=1413t G=G1G2G3200+945.36+1413=2558.36t 浮力 F=111.3（14.71263.14）=1780.4t1.0 故封底砼抗浮是安全的。 4.74.7 钢板桩施工方案钢板桩施工方案 根据设计资料，河床地质资料为：表层约为 0.8 米厚粉细沙层，其下为 35 米厚的粗圆砾土，下伏强风化泥质砂岩、弱风化泥质砂岩，岩面顶标高为 0 米左右，而承台底标高为 2 米左右，根据这种情况承台开挖可优先采用型 防水拉森钢板桩进行围护开挖方案，拉森钢板桩长度为 12 米，振动锤振动钢板 桩入岩，施做围檩，开挖到位后进行水下混凝土封底，然后抽干水，施做承台 墩身。 4.7.14.7.1施工工艺流程施工工艺流程 施工准备 测量放样 插打钢板桩 水下混凝土封底 21 图 4 施工工艺流程图 4.7.24.7.2、施工方案、施工方案 4.7.2.14.7.2.1施工准备施工准备 每个墩钻孔桩完成后，移走钻机，清理钻孔平台。 对河床进行清理，在桩基施工完成后，对围堰范围内的河床进行清理， 避免在钢板桩插打位置遇到障碍物。 钢板桩变形检查，因钢板桩在装卸运输过程中会出现撞伤弯曲及锁口变 形等现象，因此钢板桩插打前必须进行变形检查，对变形严重的钢板进行校正 并做锁口通过检查。锁口检查方法是用一块长 2 米同类型、同规格的钢板桩做 标准，采用卷扬机拉动标准钢板桩平车，从桩头至桩尾做通过检查。其他检查： 剔除钢板桩前期使用后表面因焊接钢板、钢筋遗留下来的残渣瘤。 涂刷黄油混合物油膏，为减少插打时锁口之间的摩擦和减少钢板桩之间 的渗漏，在钢板桩锁口内涂抹黄油混合物油膏。 4.7.2.24.7.2.2测量放样测量放样 该工程测量选用 TOCON 电子全站仪一台，2“级经纬仪两台，DS3 水准仪两 台，50m 钢卷尺两把。激光铅直仪一台。测量工作的组织与管理施工测量管理 工作由项目部主任工程师负责，测量技术员负责具体实施，由测量班进行操作。 每次放完线后，由质检人员进行验线。各级人员均要遵守各自的岗位责任制， 互相监督。按照设计承台尺寸进行放样，每边放宽不少于 1 米。严格按照图纸 要求进行测量放线必须达到规定设计要求。对于处理好的钢板桩，在堆放过程 承台墩柱施工 围堰的拆除 22 中，要避免碰撞，防止弯曲变形。钢板桩采用吊机起吊，船只运输。 4.7.2.34.7.2.3钢板桩的插打钢板桩的插打 钢板桩的插打采用专用打桩设备（DZ90 型震动打桩机）进行插打 安装钢板桩插打导向：钢板桩插打之前在钻孔桩钢护筒上焊接牛腿，安 装第一道支撑圈梁，作为钢板桩插打时的导向架，以控制钢板桩的平面位置和 垂直度。 为了第一片钢板桩插打准确，第一片钢板桩是插打关键，第一片钢板桩 的位置选择在上游或下游中心位置，插打时导向架上设限位装置，大小比钢板 桩每边放宽 1cm，插打时钢板桩桩背紧靠导向架，边插边将导向钩缓缓放下， 这时在相互垂直的两个方向用锤球进行观测，以确保钢板桩插直插正。 通过检测，确定第一片钢板桩插打合格后，然后以第一根钢板桩为基准， 再向两边对称同时插打至设计位置。整个施工过程中，要用锤球始终控制每片 桩的垂直度，及时调整。 每一片钢板桩先利用自重下插，当自重不能下插时，才进行加压或采用 高压水射水下沉方式进行。 插打过程中严格遵循“插桩正直，分散即纠，调整合拢”的施工要点。 4.7.2.44.7.2.4钢板桩围堰合拢措施保证钢板桩围堰合拢措施保证 钢板桩围堰在施工中应选择河床较低处为合拢面，插打至合拢面时，应精 确丈量尺寸，考虑到钢板桩锁口的间隙和钢板桩本身的性能，合拢面尺寸应大 于理论尺寸 15-20 厘米为宜，避免合拢口尺寸过小的出现：同时与合拢口相邻 的 10-15 片（组）钢板桩采取先插至桩的稳定标高，主要是有利于钢板桩的调 整，并且合拢口两侧钢板桩具有高差，便于插桩，待合拢后，再将桩打至设计 标高。合拢口解决措施如下： 钢板状合拢口尺寸上下都大时：当尺寸上大下小时，在合拢口两侧钢 板桩上下平行吊耳，位置根据尺寸大小的差值而定，利用倒链或转向滑轮进行 23 对位，直至符合要求合拢为止。其优点是：钢板桩对向平行受拉能保证桩的两 侧锁口在同一平面内，通过对拉，使两侧钢板桩连接有利于稳定，便于插桩合 拢。当尺寸下大上小时，钢板桩上设置的吊耳，应尽量向桩的下部安置，必要 时可安放在水下对位，直至合拢。 合拢口尺寸上下都小时：此时应将合拢口的位置设置在合拢面一侧的 角桩附近。用千斤顶在钢板桩顶端顶推和设置吊耳，将合拢口向两侧张拉，调 整上下尺寸，但要采取保证两侧钢板桩锁口在同一平面内，一般是在桩内外安 置活动导向，迫使钢板桩在导梁平面内移动。 拔出的板桩应及时清除土砂，涂以油脂。变形较大的板桩需调直。完整 的板桩要及时运出工地，堆置在平整的场地上。 4.7.2.54.7.2.5、围堰内抽水、吸砂石、安装内支撑及水下封底、围堰内抽水、吸砂石、安装内支撑及水下封底 钢板桩插打完毕后，先用长臂挖机配合抽水至+11.0 米标高处，安装第 一道支撑。 继续用长臂挖机配合抽水，至+7.5 米标高处，安装第二道支撑； 第二道支撑安装完成后，向围堰内加水至围堰外水位，保持该水位，同 时利用砂石泵将砂石抽出至设计标高处。 达到封底混凝土标高后，即可进行水下混凝土浇筑： 导管的选择与布置 采用 C25 水下混凝土，封底厚度为 1.5 米，导管采用 30cm 直径，长度为 12 米，导管使用前要做水密性试验，导管下部悬空 30-50cm，每根导管的作业 半径按 5 米考虑，则需布置 5 套导管。 封底混凝土浇筑 封底混凝土需一次浇筑完成，混凝土采用拌合站集中拌合，混凝土罐车运 至现场，并通过汽车泵送。首批混凝土灌注时，先用一大集料斗储料，待储料 斗满后，拔球浇筑首批混凝土，首批混凝土浇筑后保证导管埋入深度不小于 0.6-0.8 米，混凝土浇筑前，每处小导管设一门架，在门架上挂上导链。混凝 土浇筑过程中，导管随混凝土面上升而提升，导管的提升由导链控制。 封底混凝土浇筑顺序：先低处后高处，先将低处混凝土灌高，避免高处混 凝土向低处流，使导管底口脱空而进水或导管埋深过浅，混凝土浇筑应先四周 24 后中间，并确保混凝土顶面大致水平。 在混凝土浇筑过程中，由技术人员负责测量混凝土浇筑高度和混凝土的扩 展情况，正确指挥施工人员调整导管埋深，并及时与实验室联系，控制混凝土 的坍落度。 混凝土浇筑浇筑将近结束时，重点对导管与导管的中心处，护筒四周及钢 板桩壁等部位进行高程测量，确保混凝土面的标高达到设计要求。 由于浇筑水下混凝土时，混凝土表面无法达到比较平整的要求，所以在浇 筑混凝土时，将混凝土顶面标高控制 20cm 左右，待混凝土达到强度，围堰内抽 水后，再补浇 20cm 厚混凝土垫层。 待水下混凝土达到设计强度后，抽出围堰内的水，浇筑混凝土垫层，并 在围堰四周做积水坑，在钢围堰抽水过程中，设置专人观察钢围堰变形情况。 4.7.34.7.3、劳力组织、劳力组织 根据大桥水中墩钢板桩围堰施工工期安排和现场实际情况，劳力组织按钢 板桩施工用工集中的情况下配置，见附表（4-1） 钢板桩围堰施工劳力组织表 ： 表 4-1 主墩钢板桩围堰施工劳力组织表主墩钢板桩围堰施工劳力组织表 序号劳动力内容人数备 注 1项 目 经 理1 2技 术 主 管1 3浮吊起重工3 4打 桩 工4 5测 量3 6电 焊 工4 7电 工1 8安 全 员1 9材 料 员1 10机动舟司机1 25 11后勤人员3 12合 计24可根据实际情况调整 4.7.44.7.4、主要机械设备配置及材料投入、主要机械设备配置及材料投入 表 4-2 机 械 设 备 配 置 及 材 料 投 入 序号设备或材料 规 格单位数量备 注 1高架浮吊10T台1现场拼组 2运输船50T艘1现场拼组 3振动锤D90台1 4机动舟994台1 5钢板桩L=16.0M片180拉森型 6角桩L=16.0M根4拉森型 7浮箱20t米1 8卷扬机5t片4 9电焊机30KW台2 10气割设备氧气乙炔套1 11吸泥泵AS55-4CB台1 12水准仪 DSC432 自动安平水准 仪 台2 13 索佳全站 仪 SET2000台2 4.7.54.7.5、工期安排、工期安排 26 表 4-3 一 个 主 墩 围 堰 工 期 安 排 计划天数计划天数 序号序号 工作内容工作内容 施工施工 时间时间102030405060708090100110120130 1 器材进场2 2 浮吊拼组5 3 钻孔平台施工10 4 钻孔桩施工45 5 钻孔平台拆除5 6 测量定位，打定位桩，焊接牛腿及导向架2 7 打钢板桩8 8 焊接第一道内支撑2 9 抽水堵漏至第二道支撑下 0.5 米1 10 焊接第二道内支撑2 11 抽水堵漏吸泥至第三道支撑下 0.5 米1 12 焊接第三道内支撑2 13 抽水堵漏吸泥至第四道支撑下 0.5 米1 14 焊接第四道内支撑2 15 抽水吸泥至承台底1 16 破除桩头2 17 承台垫层混凝土1 18 承台模板及钢筋3 19 承台混凝土2 20 墩身脚手架、模板及钢筋5 21 墩身混凝土3 22 混凝土养护4 23 拆除模板及脚手架2 24 分层灌水拆除内支撑4 25 拔钢板桩6 27 4.7.64.7.6、安全保证措施、安全保证措施 4.7.6.14.7.6.1、组织机构、组织机构 为全面实现本工程的工期、质量、安全、环保等要求，本着“组织机构精干高效、 施工队伍专业精炼、机械设备装备精良、现场布置管理有序、生产资源优化配置”的 原则组织施工。为此，组建了大桥项目经理部，全权负责本工程施工组织管理、成本 控制，现场施工协调、环境保护、文明施工、施工技术、安全质量的指导和检查。项 目部下设三部一施工队，分别为工程部、安质部、计财部、钢板桩围堰施工队 4.7.6.24.7.6.2、安全目标、安全目标 1)杜绝因工死亡事故，避免重伤事故，轻伤率控制在 5以内。 2)无机械行车和道路交通责任事故，无淹溺事故，无等级火灾事故。 3)抓安全管理工作，做到管防结合，创造条件，努力达到安全目标的要求。 本工程实行项目经理部、专业施工队二级安全管理体系，在明确项目经理对安全 负责的前提下，按照“管生产必须管安全”和“谁主管谁负责”的原则，制定各级各 类人员的安全责任、奖惩标准，并逐级签订安全包保目标责任，确保安全生产贯穿于 施工生产全过程。 4.7.6.34.7.6.3、安全保证措施、安全保证措施 严格贯彻执行国家和当地劳动卫生工作的有关政策和规定，杜绝和减少事故伤 害，实现安全生产，确保职工健康和安全。 建立安全生产岗位责任制，执行谁主管谁负责安全的原则。定期开展安全活动 和定期进行安全教育。安检专（兼）职工程师和班组长坚持工人岗前作业安全交底。 严格执行安全生产检查制度，定期进行综合检查和不定期专项检查，通过检查， 发现隐患，及进整改，杜绝事故。 严格遵守“安全操作规程” ，特种作业人员必须持证上岗，做到管理人员不违章 指挥，作业人员不违章操作，工人不违反劳动纪律。 4.7.6.44.7.6.4、教育与培训、教育与培训 1)凡从事电器、起重等特殊技术工种的工人，必须接受特种作业安全培训，通 过考试取得“特种作业安全操作证”者才能上岗操作。 2)从事一般工种作业的人员，必须认真学习本工种的安全技术操作规程和