福州市连坂污水厂厂外管网深基坑施工方案

福州市连坂污水处理厂厂外管网工程（LG-05标段工程）深基坑支护及安全施工方案神州建设有限公司29年4月1日一、工程概况福州市连坂污水处理厂厂外管网工程LG-05标段工程位于福州市仓山区福峡路，北起城门黄山、南至乌龙江。在本工程中采用明开槽施工、顶管施工、拉管施工二、地质水文情况根据现场钻探揭露的地层和现场开始初步开挖的现场情况来看，本工程坑底主要由以下几个土层组成：⑴杂填土：灰黄、褐黄色，松散-可塑，湿，含少量耕土、房屋拆迁后的钢筋混凝1土块、基础条石、钢筋砼基础梁、碎石块、路面水泥块等硬杂质，含量约25%，多为新近堆填，性质不均。本层在勘察线路上分布广泛，层厚一般约在0.9—2.7m；⑵粘土：局部为粉质粘土。褐黄色，可塑，湿，粘性较强，含铁锰结核，捻面较光滑，有光泽，无摇震反应，干强度与韧性中等。本层在多数钻孔场地位置有揭示，层厚度较小，一般约在0.4—2。0m.在ZK31-34#（K4+470—4+740之间）该层厚度较大，一般约在4.0—10。0m；⑶淤泥：深灰色，流塑，饱和，含腐植物，局部含少量粉砂，有腐腥味，捻面较光滑，有光泽，摇震反应慢，干强度与韧性中等。本层广泛分布于拟建场地，层厚度较大,一般约在2。5—7.2m。该层在部分地段未揭示，在少数钻孔中未揭穿；⑷粉质粘土：浅黄、褐黄色，可塑，很湿，粘性较强，含少量云母片，部分含少量砾石颗粒，捻面较光滑，有光泽,无摇震反应，干强度与韧性中等.本层在多数钻孔场地位置有揭示，但多未揭穿，控制层一般约在2。1-6。0m.⑸淤泥质粘土：灰色，软塑,饱和，含腐植物，有腐腥味，捻面较光滑，有光泽,摇震反应慢，干强度与韧性中等。本层只在个别钻孔中有揭示，揭示层厚度约4.0m；⑹中砂：浅灰色，松散-稍密，饱和，局部含泥，该层只在个别钻孔场地有揭示,控制层厚度约1。5-11。0m；⑺残积砂质粘性土：灰白，灰黄，可塑一硬塑，稍湿，含粗中粒石英颗粒，长石、白云母片，为花岗岩母岩经风化残积而成。该层较广泛分布于拟建场地，在少数钻孔中有揭穿，层厚度约4.0-10.0m，在多数部分钻孔中未揭穿，揭示厚度约2.0—18.3m;⑻强风化花岗岩：灰白、褐黄，硬塑，很湿，含细中粒石英颗粒，岩芯用手可掰断，钻进较快。岩石坚硬程度等级属软岩，岩体完整性等级属破碎，岩体基本质量等级属V类，岩性主要为花岗岩.⑼中风化花岗岩：浅黄、褐黄色，坚硬，湿，含粗中粒石英颗粒、长石、云母片，上部岩芯较多破碎，呈短柱状，裂隙较发育，岩性主要属花岗岩类，风化程度为中风化，岩石坚硬程度等级属较硬岩，岩体完整性等级属较破碎，岩体基本质量等级属IV类。根据上述地层来看，拟建场地地层在水平及垂直向变化均较大，均匀性较差。根据上述地层来看，场地土主要为冲洪积、淤积成因。场地地震效应：本工程所在区域为地震基本烈度7度近震区，根据场地条件和地基复杂程度分类，属于II类建筑场地。三、钢板桩支护的设计、计算方法通过对钢板桩支护的受力分析，基坑支护计算方法及步骤：1主要计算内容钢板桩支护设计中主要进行以下计算：钢板桩内力计算。支撑系统内力计算。稳定性验算.变形估算。各项计算内容又包含多个子项，下面逐个阐述其计算方法及步骤。2计算方法及步骤2。1钢板桩内力计算对钢板桩进行内力分析的方法很多，设计时应根据支护的构造形式选择合适的分析方法，本文仅对等值梁法进行介绍，计算步骤如下。计算反弯点位置。假定钢板桩上土压力为零的点为反弯点，设其位于开挖面以下)处，则有：整理得：(1)式中，，--坑内外土层的容重加权平均值；H—基坑开挖深度；Ka——主动土压力系数；Kp.——放大后的被动土压力系数。按简支梁计算等值梁的最大弯矩和支点反力.等值梁法计算简图如图1所示。计算钢板桩的最小人土深度.由等值梁BG求算板桩的人土深度，取，则由上式求得(2)如桩端为一般的土质条件，则应乘以系数1.1~1。2，即t=(1.1〜1.2)t0对于多层支点的支护体系，常采用等弯矩布置的形式以充分利用钢板桩的抗弯强度，减少支护体系的投人量.其计算步骤为：a.根据所选钢板桩型号由以下公式确定最大悬臂长度h.(4)式中，f——钢板桩抗弯强度设计值；W截面抗弯模量；、Ka——同前b.根据表1确定各支撑跨度2。2支撑系统内力计算桩的最小人土深度：t0=y+x⑶多层支撑点布置见图2支撑内计算主要是分析围檩和撑杆(或拉锚)的内力，围檩为受均布荷载作用的连续梁，均布荷载的大小可按下式计算：(5)式中，qk——第k层围凛承受的荷载；H-围檩至墙顶的距离；-一相临两跨度值。撑杆按偏心受压构件计算其内力即可，作用力为：(6)式中，一-相临两支撑间距。2.3稳定性验算支护体系的稳定性验算是基坑工程设计计算的重要环节，主要包括整体稳定性分析、抗倾覆或踢脚稳定性分析、基底抗隆起稳定分析和抗管涌验算等.(1)整体稳定性分析。整体稳定性验算一般采用土层的圆弧滑动面计算，不同于边坡验算的是，由于受支撑或锚杆的影响，圆心位于坑壁面上方，靠坑内侧附近。考虑支撑作用时，可不进行整体稳定性验算，当无支撑或者不考虑支撑作用时，可通过下式计算：⑺式中，匕一一第i条土的粘聚力；li——第i条土的圆弧长度；qi——第i条土的地面荷载；-—第i条土的重力密度，水面以下取浮容重；bi第i条土的宽度；hi第i条土的高度；—-第i条土弧线中心点切线与水平线的夹角；li—-第i条土的内摩擦角；K——抗滑稳定安全系数，依规范及地区经验取值，一般1.1〜1。5。抗倾覆稳定性分析。抗倾覆稳定性又称踢脚稳定性，是验算最下道支撑以下的主动、被动土压力绕支撑点的转动力矩是否平衡,按下式计算：(8)式中，一一抗倾覆安全系数，根据基坑重要性取值；——抗倾覆力矩，取开挖面以下钢板桩内侧人土深度范围内的土压力，对最下一道支撑点的力矩；-—倾覆力矩，取最下一道支撑点以下钢板桩外侧人土压力支撑点的力矩.基底抗隆起稳定性分析。基底抗隆起稳定性验算的方法较多，本文仅介绍“同时考虑c、①的抗隆起验算法"。结构底平面作为求极限承载力的基准面，可由以下公式求抗隆起安全系数：(9)式中，，-一坑内、外土层的容重加权平均值；c——桩底处地基土粘聚力；q--坑外地面荷载；H——基坑开挖深度；t钢板桩入土深度；、—-地基承载力系数；一一桩底处地基土内摩擦角-一抗隆起安全系数,根据基坑重要性取值(10)抗管涌验算。地下水位较高的地区，开挖后会形成水头差，产生渗流，当渗流力较大时，有可能造成底部管涌稳定性破坏，因此，验算管涌稳定性也是十分必要的，可通过下式对其进行验算：(11)式中ic临界水力坡度，ic=(p-1)/(e+1)p—-坑底土体相对密度；e—坑底土体天然孔隙比；i渗流水力坡度，i=hw/L；hw坑内外水头差；L-一最短渗流流线长度；Kg——抗渗流安全系数，一般取1.5〜2。0，砂土、粉土时取大值。2。4变形估算当基坑附近有建筑物和地下管线线时，必须对支护进行变形估算，以确保建筑物及管线的安全,变形包括支护周围土体变形和地基回弹变形两部分，对于中小基坑地基回弹变形可不进行估算。基坑周围土体的变形应根据土质、支护情况及当地经验采用合适的估算方法，本文采用以下公式计算：(12)式中，匕一一修正系数，对于钢板桩k1=1.0;h--基坑开挖深度；a——地表沉降量与基坑开挖深度之比(%),可参照图3查得3构件设计3。1钢板桩设计计算出最大弯矩Mmax后，可根据下式对钢板桩进行选型：(13)式中，一一桩身最大应力(KN/m2);Mmax—-桩身最大弯矩值(KN.m)W--钢板桩截面抵抗矩；0——抵抗矩折减系数，对于小企钢板桩，当设有整体围擦和冠梁时，。取1.0;不设冠梁或围檩分段设置时，。取0。7。3.2围檩设计围檩示实际情况按连续梁或简支梁计算其最大弯矩Mmax，一般采用工字钢或方钢材料，可根据下式进行选型：(14)式中各参数意义同前.3。3支撑设计支撑按偏心受压构件计算.偏心弯矩除竖向荷载产生的弯矩外，还应考虑轴向力对构件初始偏心距的附加弯矩.初始偏心距可根据《钢结构设计规范》相关规定计算。同时，考虑到支撑预压力和温度的影响，验算时轴力宜乘以1.1〜1。2的增大系数。构件型号可根据下式确定：(15)式中，N-一轴心、压力(KN);A—-构件毛截面面积(m2)-一稳定系数，根据《钢结构设计规范》相关规定取值4构造要求为防止接缝处漏水，在沉桩前应在锁处嵌填黄油、沥青或其他密封止水材料,必要时可在沉桩后坑外注浆防渗或另施工挡水帷幕.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。5本工程实际分析及验算本工程市政道路两侧排水管基坑开挖，以桩号k4+933处为例，具体工程情况和详细计算过程如6下.基坑开挖示意图如图4所示。5.1设计资料桩顶高程H1：8.292m,施工水位H2：5。4m以下。地面标高H0：8。542m；开挖基坑底面标高H3：3.30m；开挖深度约为H=5。25m。坑内、外土的天然容重加全平均值，均为：20KN/m3;内摩擦角加全平均值①：20°;粘聚力加全平均值c：22;孔隙比e：0。89。地面超载q=20。0KN/m2。基坑开挖宽b=1.5m。拟设置单层支撑，撑杆每隔1。5m一道.5。2内力计算作用于板桩上的土压力强度及压力分布见图5.板桩外侧均布荷载换算填土高度h。，h=q/r=20。0/20=1。0m。0根据式(1):按简支梁计算上部钢板桩，其受力简图如图6所示.由得：解得：R=114.7KN/mQ=(12。25+61。25)x5/2+61。25^1。106/2-114。7=102.9kN/mb设最大弯矩处距桩顶距离为X,则有：R=12.25x+(61.25—12.25)X2/5/2解得x=3。747m所以，Mmax=Ra(x-1)—12.25X2/2-0.5(61。25-12。25)x3/5/3=143。2kN-m计算钢板桩的最小入土深度.根据式⑵得：由式(3)得：最小入土深度t=1.106+3。338)=4。45m(应选用工字型钢，上部的土方需要进行放坡处理)5.3支撑系统计算围檩。因本工程为单层支撑，围檩所受荷载qk=Ra=114.7kN/m。撑杆.由式⑹得：R=0.5x114.7x(5+5)=573.5kN。5。4稳定性验算(1)整体稳定性分析。因本工程设置了支撑，故未进行整体性验算。(2)抗倾覆稳定性分析。内侧土压力对支撑点的力矩:外侧土压力对支撑点的力矩:由式(8)得：>1。2,满足规范要求。基底抗隆起稳定性分析。由式(10)得：由式(9)得：抗管涌验算。临界水力梯度；渗流水力梯度根据式(11)得：5。5变形估算本工程按一般地层，根据式(12)和系数表得最大变形：5。6构件设计钢板桩设计采用工字型工25a钢板桩，W=4020x103mm3，折减系数取，由式(13)得：Omax=Mmax/0W=143.2x106/0。7x4020x103=50.9〈【f】=2Mpa围檩设计选用工25a字钢(250x116x8)，W=4020x1033。按简支梁计算，最大弯矩Mmax=ql2/8=114。7x52/8=358.4kN-mo根据式(14)得：Omax=Mmax/0W=358.4x106/4020x103=89。15<【f】=2Mpa支撑设计选用①1钢管(D=1mm，t=2。5mm),W=364.21x103mm3，A=7.6582,根据长细比，查《钢结构设计规范》附表得稳定系数。自重弯矩M=ql2/8=l2/8=2。05Kn-mmax根据式(15)得：Omax=N/,A+Mmax/0W=573。5/0。904x7。658+2.05x106/364.21x103=88.47<[f]=2Mpa6结论当开挖面以下土质较好，钢板桩入土深度不大时，单层支撑可简化成简支梁模型，多层支撑可简化成连续梁模型，以方便计算。当地下水位较高，需考虑水压力影响，土的容重应以浮容重计，同时计入水压力，文中有关公式应做相应变更。开挖基坑时，地面通常存在超载，计算时应注意计入超载的影响。四、施工工艺及技术要求81、施工工艺1、钢板桩施工的一般要求钢板桩的设置位置要符合设计要求，便于基坑基础施工，即在基础最突出的边缘外留有支模、拆模的余地.基坑护壁钢板桩的平面布置形状应尽量平直整齐，避免不规则的转角，以便标准钢板桩的利用和支撑设置，各周边尺寸尽量符合板桩模数。整个基础施工期间，在挖土、吊运、扎钢筋、浇筑混凝土等施工作业中，严禁碰撞支撑，禁止任意拆除支撑，禁止在支撑上任意切割、电焊，也不应在支撑上搁置重物.2、钢板桩施工的顺序(1)钢板桩位置的定位放线挖沟槽安装导梁(4)施打钢板桩拆除导梁清理锚杆处标高的土方挖土排污管、渠箱施工回填石屑拔除钢板桩3、钢板桩的检验、吊装、堆放钢板桩的检验对钢板桩,一般有材质检验和外观检验，以便对不合要求的钢板桩进行矫正，以减少打桩过程中的困难。外观检验：包括表面缺陷、长度、宽度、厚度、高度、端部矩形比、平直度和锁形状等项内容。检查中要注意：a)对打入钢板桩有影响的焊接件应予以割除；b)割孔、断面缺损的应予以补强；c)若钢板桩有严重锈蚀，应测量其实际断面厚度。原则上要对全部钢板桩进行外观检查。材质检验：对钢板桩母材的化学成分及机械性能进行全面试验.包括钢材的化学成分分析，构件的拉伸、弯曲试验，锁强度试验和延伸率试验等项内容。每一种规格的钢板桩至少进行一个拉伸、弯曲试验。每20-50t重的钢板桩应进行两个试件试验。钢板桩吊运装卸钢板桩宜采用两点吊.吊运时，每次起吊的钢板桩根数不宜过多，并应注意保护锁免受损伤.吊运方式有成捆起吊和单根起吊。成捆起吊通常采用钢索捆扎，而单根吊运常用专用的吊具。钢板桩堆放:钢板桩堆放的地点，要选择在不会因压重而发生较大沉陷变形的平坦而坚固的场地上，并便于运往打桩施工现场。堆放时应注意：堆放的顺序、位置、方向和平面布置等应考虑到以后的施工方便；钢板桩要按型号、规格、长度分别堆放，并在堆放处设置标牌说明；钢板桩应分层堆放，每层堆放数量一般不超过5根，各层间要垫枕木，垫木间距一般为3—4米，且上、下层垫木应在同一垂直线上，堆放的总高度不宜超过2米.4、导架的安装在钢板桩施工中，为保证沉桩轴线位置的正确和桩的竖直，控制桩的打入精度，防止板桩的屈曲变形和提高桩的贯入能力，一般都需要设置一定刚度的、坚固的导架，亦称“施工围檩”。导架采用单层双面形式，通常由导梁和围檩桩等组成，围檩桩的间距一般为2.5~3.5米，双面围擦之间的间距不宜过大，一般略比板桩墙厚度大8~15mm。安装导架时应注意以下几点：采用经纬仪和水平仪控制和调整导梁的位置。导梁的高度要适宜，要有利于控制钢板桩的施工高度和提高施工工效.导梁不能随着钢板桩的打设而产生下沉和变形。导梁的位置应尽量垂直，并不能与钢板桩碰撞。5、钢板桩施打钢板桩施工关系到施工止水和安全，是本工程施工最关键的工序之一，在施工中要注意以下施工有关要求：全线采用III型6.0米长拉森钢板桩。拉森钢板桩采用履带式挖土机(带震动锤机)施打,施打前一定要熟悉地下管线、构筑物的情况，认真放出准确的支护桩中线.打桩前，对钢板桩逐根检查，剔除连接锁锈蚀、变形严重的钢板桩，不合格者待修整后才可使用。打桩前，在钢板桩的锁内涂油脂，以方便打入拔出。(4)在插打过程中随时测量监控每块桩的斜度不超过2%，当偏斜过大不能用拉齐方法调正时，拔起重打。钢板桩施打通常将两端的一组钢板桩打至设计标高或一定深度，并严格控制垂直度，用电焊固定在围檩上，然后在中间按顺序分1/3或1/2板桩高度打入。施打顺序对板桩垂直度、位移、轴线方向的伸缩、板桩墙的凹凸及打桩效率有直接影响。因此，施打顺序是板桩施工工艺的关键之一。总之，施工中应根据具体情况变化施打顺序，采用一种或多种施打顺序，逐步将板桩打至设计标高，一次打入的深度一般为0.5-3.0米.钢板桩打设的公差标准如下表所示。钢板桩打设公差标准项目允许公差板桩轴线偏差土10Cm桩顶标高土10CC板桩垂直度土1%10（6）保证开挖后入土不小于2米，保证钢板桩顺利合拢；特别是工作井的四个角要使用转角钢板桩，若没有此类钢板桩，则用旧轮胎或烂布塞缝等辅助措施密封。（7）打入桩后，及时进行桩体的闭水性检查，对漏水处进行焊接修补，每天派专人进行检查桩体。（8）内支撑架设经过计算钢板桩支护可采用一道内支撑。6、钢板桩的拔除基坑回填后，要拔除钢板桩，以便重复使用.拔除钢板桩前，应仔细研究拔桩方法顺序和拔桩时间及土孔处理.否则，由于拔桩的振动影响，以及拔桩带土过多会引起地面沉降和位移，会给己施工的地下结构带来危害，并影响临近原有建筑物、构筑物或底下管线的安全。设法减少拔桩带土十分重要，目前主要采用灌水、灌砂措施。（1）拔桩方法本工程拔桩采用振动锤拔桩：利用振动锤产生的强迫振动，扰动土质，破坏钢板桩周围土的粘聚力以克服拔桩阻力，依靠附加起吊力的作用将桩拔除.（2）拔桩时应注意事项拔桩起点和顺序:对封闭式钢板桩墙，拔桩起点应离开角桩5根以上。可根据沉桩时的情况确定拔桩起点，必要时也可用跳拔的方法。拔桩的顺序最好与打桩时相反。振打与振拔:拔桩时，可先用振动锤将板桩锁振活以减小土的粘附，然后边振边拔。对较难拔除的板桩可先用柴油锤将桩振下1-3mm，再与振动锤交替振打、振拔。有时，为及时回填拔桩后的土孔，当把板桩拔至比基础底板略高时暂停引拔，用振动锤振动几分钟，尽量让土孔填实一部分。起重机应随振动锤的启动而逐渐加荷，起吊力一般略小于减振器弹簧的压缩极限。供振动锤使用的电源为振动锤本身额定功率的1.2—2.0倍。对引拔阻力较大的钢板桩，采用间歇振动的方法，每次振动15min，振动锤连续不超过1.5h。7、钢板桩土孔处理对拔桩后留下的桩孔，必须及时回填处理。回填的方法采用填入法。填入法所用材料为石屑。2、施工方案及安全措施【一】我司施工的LG—05标段工程，有部分沟槽基坑开挖深度达5。5皿以上，开挖2米以下为淤泥层，为确保施工安全和施工质量，根据本工程的环境特点和地质状况，为合理组织施工经过综合分析，对本工程深基坑采取施工方案如下：根据设计图纸，沟槽钢板桩以上的开挖宽度为2米左右；但现场施工时，部分设计埋管深度超高5米以上，挖掘机必须在钢板桩上侧边平台施工方可挖至坑底标高；由于挖掘机（2型）本身宽度为3.0米，长度4.8米；挖槽操作时还需转动机身操作，所以原设计图纸SS—S—58中单槽开挖断面（三）中沟槽的钢板桩上部开挖平台宽度5不足机械操作，现沟槽开挖时上部坡度适当放大，直槽上两边留台应从设计0.5米改为1.5米，确保机械下槽挖移土方时能转动施工;若1.5米宽施工平台出现淤泥层，必须用砖渣、混凝土渣夯实后方可进行挖掘机施工。11详见以下开挖施工图:原地面钢板桩旋臂长

度（m）对应的打入深

度（m）h<2m淤泥1515管内底标高钢板桩、80B380.详见以下开挖施工图:原地面钢板桩旋臂长

度（m）对应的打入深

度（m）h<2m淤泥1515管内底标高钢板桩、80B380.H(m)1。52.02.53。0t(m)4。54.03。53.0注：深度超过5.0米，必须使用工字钢密撑挖槽放坡（m值）h(m)h<11<h<22<h<33<h<44<h<55<h<66<h<7m无淤泥时0。20.20。20。20.50.751有淤泥时0。30。330.50.511.52B3(mm)4.0m<Ht<6.0m挖槽宽度管径（mm）34568备注双壁波纹管1011131518Ht开挖深度【二】采用二台挖掘机开挖首先开挖至打钢板桩高程平台位置，为减小沟槽两侧土压力，一台挖掘机在前面开挖，后面一台挖掘机外移土方，并及时用汽车外运以确保施工安全。机械开始打6米钢板桩，其中开挖深度H<3m，钢板支撑密度按单侧3根/米；当H值大于3米时，应加横梁和横撑，横撑用①1mm钢管，每隔1。5米一根，横梁规格同钢板桩；当H值大于5米时，必须使用工字型钢进行密打（或按密度5根/米同时加横梁和横撑），钢板桩应埋入槽底。当一部挖掘机进入沟槽中平台位置，操作挖直槽土方移到槽边原地面上，另一台挖掘机应及时将土方外移到远离槽边安全地带，淤泥应用及时外运弃土，减轻槽边的压力确保安装管道和砌井人员的安全。沟槽基坑验收合格后，及时施工管底垫层，校正好管道的高程按规范要求抄平砂石垫层，铺设管道、按设计要求回填砂和三类土，压实度应达到设计要求.【三】技术安全措施①管槽开挖时应随时注意边坡稳定，施工过程中应采用相应的降水及排水措施保持好土的原状结构，避免扰动或超挖基底，应做到基槽同时挖除基底土层，一旦基底土壤已受到扰动或超挖必须予以12夯填碎石