北工大桥基坑围堰工程改工字钢版本

辽阳市太子河北工大桥基坑工程钢板桩围堰施工方案编制单位：江苏南通二建集团有限公司编制日期：2010年6月29日辽阳市太子河北工大桥基坑工程钢板桩围堰施工方案一、工程概况北工大桥位于辽宁省辽阳市境内，横跨太子河，连接辽阳市主城区与河东新城，将北工街位于老城区域河东新城的两部分连通。桥位处现状太子河主河道宽度500m，北工大桥为斜桥，斜交角为75°。工程全长844.67m，全线无平曲线。由桥梁、引导两部分组成。北工大桥4～13＃墩均位于主河道中，其中9～13#已于前期完成承台施工，4～8#已完成桩基施工，根据总体工期安排，4～8＃墩必须在2010年8月15日前完成承台施工。前期灌注桩施工时的筑岛面标高为平均19.5m,现太子河水位标高18.5m。4～8＃根据图纸设计标高，4#、5＃墩承台底标高约11.8m，开挖深度接近7m；6＃墩承台底标高13.6m，开挖深度5.9m；7＃墩承台底标高14.1m，开挖深度5.4m；8＃墩承台底标高13.8m，开挖深度5.7m。为了基坑内承台施工安全，我公司经过多种方案对比，最终确定采用钢板桩围堰（图1）二、编制依据2.1《辽阳太子河北工大桥基坑钢板桩围堰支护工程施工图》2.2《北工大桥水中墩布置图》；2.3《公路桥涵施工枝术规范》；2.4国家标准：《建筑基坑支护工程技术规程》；2.5行业标准：《建筑基坑支护技术规程》；2.6国家现行有关技术标准、规程、规范。2.7相关工程经验。三、工程地质条件经钻探揭露，本场地层主要由素填土、粉质粘土，粉砂、卵石组成，现将各地层岩性自下而上描述如下：(1)、素填土：褐色，主要由沙土、粘性土及少量卵石、碎石等组成，成分不均匀，稍湿，结构松散。分布不连续，层厚1.7～1.9m，层底埋深1.7～1(2)、粉质粘土：灰褐色－黄褐色，可塑，饱和。摇震无反应，稍有光泽，干强度中等，韧性中等。夹薄层粉土。分布不连续，层厚1.1～3.5ｍ，层底埋深1.1～3.5ｍ，曾底标高25.6～21.5ｍ。(3)、粉砂：黄褐色，长石、石英质、颗粒大小较均一，稍湿，稍密。夹薄层粉土、细沙。分布不连续，层厚1.3～3.2ｍ，层底埋深1.3～4.0ｍ，层底标高19.6～17.1ｍ。(4)、卵石：由结晶石组成，岩块坚硬。卵砾石含量占总质量的70～80％，向下含量逐渐增多。卵砾石径一般在２０～５０ｍｍ，大者约100mm，个别大漂石可达200mm以上，呈圆形及亚圆形，混砾砂充填，分选不好，密实状态。夹有圆砾薄层。该层最大揭露深度50m，最大揭露厚度50m。四、基坑支护结构简介及主要工程量根据周边环境的特点和土质情况，考虑本工程基坑支护的基本特征，既要满足不同坑壁的支护要求，又要做到安全、经济、便于施工，经综合分析比较后选定支护结构方案，采用钢板连续墙加内支撑的支护型式。为了降低支护难度，拟先将原地面挖除3米后再作支护。原地面挖除3米后，基坑还要开挖4米深。4.1、钢板桩：采用I36c型钢板桩，该钢板桩宽36cm，重71.22kg/m，小锁口，有很好的止水能力和抗弯能力，本工程拟采用4.2、围囹：采用双拼工字钢，设置2道，围囹安装在钢板桩同一水平位置I32工字钢牛腿上。4.3、水平支撑：D426*10mm钢管，支撑水平间距视具体情况在2.7~3.5m之间调整，支撑竖向间距根据基坑深度而定，以上基坑支护具体详见《钢板桩围堰图》（图2~图6）。图-2图-3图-4图-5图-6五、施工方案5.1、钢板桩围堰工艺流程施工准备、测量放线施工准备、测量放线安装第一层围囹、打设钢板桩安装第二层围囹挖土至第二层围囹底50cm围堰内抽水堵漏破桩头、围堰内承台施工内外水压平衡挖土至封底砼底水下砼封底5.2、基坑围堰支护施工准备根据周边环境的特点，考虑本工程基坑支护的基本特征，既要满足不同坑壁的支护要求，又要做到安全、装卸快节、便于周转施工。现场加工布置：在桥墩原位场地平整，作支撑加工、钢板桩堆放，制作台座平整度相差5mm。内支撑加工按设计图严格控制边际以确保整体尺寸。本工程全部采用钢板桩I36c桩长12M。钢板桩，直接用25T吊车配合60KW电动振动锤施打。施工现场总人员配置见下表：项目岗位人数职责备注基坑支护围堰施工专业技术员1负责围堰工程全面专项质量安全负责1负责质量控制、安全生产施工员1工程技术工作测量员2测量、放线、变形监测材料员1材料供应、材质检查工区长1管理各组施工内容、质量、安全基坑挖、填、砼、排、组12围堰、基坑排、抽、各项施工围檩、支撑、钢板桩组10围檩、支撑钢板桩施打的制作、安装拆除配合杂工45.3、施工主要机械设备配置及材序号名称规格及型号数量单位备注1打桩振动锤DZ601台2氧炔割具2套3钢丝绳1批4全站仪TC702（精度2mm+2ppm）1台5水准仪NA2（精度1mm）1台6其它测量配套设备1批7交直流两用电焊机ZC—5004台8吊车QY251台9长臀挖掘机1台10水下灌注砼设备1套11陆上运输车辆20T平板车1辆5.3、施工主要材料序号名称规格及型号数量重量(吨)112MI36c若干若干2围囹45b#工字钢若干若干3支撑D426*10mm钢管若干若干5.4、施工测量5.4.1测量工作内容包括：钢板桩桩位的平面放线测量和围堰过程的监测。5.4.2测量工作程序（1）测量工程师和测量员熟悉测量的资料和图纸；（2）测量员负责现场测量及内业计算；（3）测量工程师负责审核现场测量成果及内业计算成果；（4）对须经业主及监理工程师复测确认的测量工作，应按合同及规范要求将有关资料报业主和监理工程师审核批准。5.4.3测量仪器TC702全站仪1台（精度2mm+2ppm）水准仪1台（精度1mm）其它测量配套设备1批。5.5、钢板桩施工 5.5.1（1）将施工区域控制点标明并经过复核无误后加以有效保护。（2）施工时，根据经验确定打桩顺序、合拢位置布置。 5.5.2（1）吊车采用25T汽车吊将钢板桩送入桩锤的夹口，夹住钢板桩，（2）按测量工程师放好的控制线，将第一根钢板插入地面，开动液压机振动沉桩，检查钢板桩与围檩间隔、垂直度，完成第一根桩的定位施打。（3）同理，夹起第二根桩，对好第一根桩的锁口，桩锤下降，靠锤与桩自重压桩至地面，开动液压机振动沉桩，完成钢板桩施打。（4）按此原理，打完其它支护钢板桩和反拉钢板桩。 5.5.3（1）导向桩打好之后，以槽钢焊接牢固确保导向桩不晃动，以便打桩时提高精确度。（2）钢板桩起吊后人力将桩插入锁口，动作缓慢，防止损坏锁口，插入后可稍松吊绳，使桩凭自重滑入。（3）钢板桩振动插打到小于设计桩顶标高+0.5m（4）埋死扣时，精确计算异形钢板桩的尺寸，确保止水质量。（5）打桩前一般应在锁口内涂以黄油、锯末等混合物，在打完钢板桩后，开始进行钢板桩围堰内的止水处理。5.5.4、在支护墙体的转角部位往往有不同的角度，此外由于板桩墙的长度与钢板桩宽度往往不成整数倍，必然在转角处最后封闭时需用异形板桩，或采取一定技术措施来解决。为了减少打桩累积偏差和使轴线位置正确，可采用缩短流水线长度，但增加了合拢点，采取角部合拢的打法，可保证端面相对距离，不影响墙内围檩支撑的安装精度，对于打桩累积偏差可在转角处作轴线修正。5.5.5、定位---导向---转角固定桩施打---顺水流方向排列施打---合拢5.5.6、单独打入法此法是从一角开始块插打，每块钢板桩自开始打到结束中途不停顿。因此，桩机行走路线短，施工简便，打设速度快。但是，由于单块打入，易向一边倾斜，累计误差不易纠正，壁面平直度难以控制。一般在钢板桩长度不大（小于10m）、工程要求不高时宜采用此法。屏风法，一般也需设置导向架，将10~20块钢板桩组成的施工段沿围檩插入土中一定深度形成较短的屏风墙，先将其两端的两块打入，严格控制其垂直度，打好后用电焊固定在围檩上，然后将其他的板桩顺序以1/2或1/3板桩高度打入。此法可以防止板桩过大的倾斜和扭转，防止误差积累，有利实现封闭合拢，且分段打设，不会影响邻近板桩施工。5.5.7、拔桩方法振动拔桩是利用振动锤对钢板桩施工加振动力，拔动土体，破坏土体与板桩间的摩阻力和吸附力并施工吊升力将桩拔出，这种方法效率高、操作简便，是广泛采用的一种拔桩方法。 拔桩施工要点（1）钢板桩拔除作业前对每个板桩的打入情况，作详细调查，以此判断拔桩作业的难易程度。（2）开挖段施工完成后，进行支撑的切割工作，解除加固系，进行钢板桩的拔除。（3）在拔桩时，采用振动锤进行拔除，拔一根清理一根。并及时运走，以保证场地的清洁。 拔桩注意事项（1）为防止将临近板桩同时拔出，宜将钢板桩和加固的接点逐根割断。（2）拔出的钢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。（3）将钢板桩用振动锤再复打一次，可克服土的黏附力。（4）按与钢板桩施打顺序相反的次序拔桩。5.6、基坑清挖1.基坑清挖要与支护施工密切配合。开挖前要向基坑开挖施工进行支护结构施工方案交底，与其共同制订基坑分层分段及与支护施工顺序相互协调的施工工艺，重点是与内支撑、底层位置施工。2.围堰泥土清挖主要采取长臂挖机施工，挖除位置集中在桩间，尽量控制标高平整。3.当基坑为水下清挖时采取长臂挖机或抓斗施工，潜水员负责水下整平、标高控制。4.基坑清挖时，注意基坑土质变动、隆起、流砂的情况。5．分层清挖的每层高度为1.56.清除的泥土用自卸汽车运到卸泥区排放。5.7、围檩、支撑施5.7.1、1.全面对基坑水深、水文测量、整理资料作施工参考。2.平整筑岛场地，按照测量定位安装导向装置。3.对基坑泥土影响支护围檩安放的提前清挖施工。5.7．2、围檩、支撑安装工艺流程围檩、支撑安装的工艺流程如下：⑴根据各围堰支撑布置图在基坑平面上位置定出围囹轴线。⑵按围囹内轴线设置围囹托架及导架。5.8、围堰封底 水下砼封底施工方案由于本桥围堰水下混凝土所具有的特点，拟对其采取如下施工方案。分仓施工基本方案分仓依次浇注砼。分仓布置一个围堰一般分为4个仓，分仓隔板可用废旧模板进行加工成片后，运至施工平台进行拼装，待水下挖基完成后，由潜水员下放至设计标高并安装加固。浇注顺序及方法先依次浇筑围堰四个角部再浇注围堰中部，封底砼浇注工艺与水下灌注桩相同。砼供应砼生产保障由于封底混凝土方量大，需提前与商品砼厂家商定，保证混凝土的生产能力满足施工要求。砼运输保障配备1台汽车式混凝土输送泵，其泵送能力为90m3/h，同时配备多顶面二次找平（抽水后）封底混凝土水下浇注一般预留30cm砼，待完成、围堰基坑抽干水后，清理封底砼表面泥沙、剔除砼面松散部分，用砼再按设计标高进行二次找平，向四周顺坡，并预留集水坑（四个角）。5.9、抽排水与相关施工施工内容及流程图封底砼完成水下浇注，抽水准备测量监测围堰位移、变形封底砼完成水下浇注，抽水准备测量监测围堰位移、变形抽水至水面下第一层围囹加固围囹抽水至水面下第一层围囹加固围囹及钢板桩之间连接，围堰防渗、堵漏，检查围堰位移、变形情况围堰位移变形小于设计值继续抽水围堰内加固与抽水工作同步进行围堰位移变形小于设计值继续抽水围堰内加固与抽水工作同步进行 围堰内水抽干围堰内水抽干，报告监理申请围堰验收抽水工作完成，抽水设备拆除抽水工作完成，抽水设备拆除5.10抽水与其相关工作设置排水沟与集水井（见图）图19围堰排水沟、集水井布置图抽水与围堰监测及加固封底砼达到设计强度后，方可抽水。每抽水至一层围囹即停止抽水，实施加固该层围囹及其与钢板桩的连接，并展开对围囹的全面监测，待围堰内水全部抽干，即对封底砼顶面进行浮托监测。抽水与变形应急处理整个抽水过程要严密监测围囹和钢板桩的位移和变形，如果超过设计值要立即停止抽水，待查明原因并对变形位置进行加固处理后方可继续抽水。抽水与防渗堵漏4．钢板桩防渗堵漏措施I36c钢板桩防渗能力较差，采取基坑明排的方式降水。采用4台8寸泥浆泵(30kw)抽水，每台泵抽水能力达到320m3六、钢板桩围堰计算书因6~8#墩基坑与5#相似，故本工程计算取4#与5#即可。6.1、计算模型的建立下面是各墩支护的设计图（详细的平面布置图请见设计图纸）：图1支护布置图计算时按施工水位的最大标高取为+18.465米其中静水压力为三角形荷载：，为距离水面的高度；主动土压力根据朗肯土压力理论来进行计算：主动土压力系数为：，，主动土压力为：，为距离河床底的高度。动水压力的计算按《公路桥涵设计通用规范（JTGD-602004）》考虑，式中：——流水压力标准值（kN）；——水的重力密度（kN/m3）；V——设计流速（m/s），计算时V=1m/s；A——桥墩阻水面积（m2），计算至一般冲刷线处；g——重力加速度，g=9.81（m/s2）;K——桥墩形状系数，方形的围堰K=1.5，矩形的围堰K=1.3；流水压力合力的着力点，假定在设计水位线以下的0.3倍深处。图2侧面压力示意图钢板桩的截面尺寸以毫米记，具体规格见《公路桥涵施工手册》137页。在建立计算模型的时候，采用板单元，根据等刚度的原则将以上的钢板桩截面换算为等效的矩形板截面。查得一片0.36米宽的钢板桩截面对重心轴x-x的惯性矩为：I=12629.4cm4，则等效的0.36米宽矩形钢板截面的厚度为：，则在计算模型中的板厚采用15.54cm。图4围堰模型图5支撑围檩构造围堰的支撑的标高见表1，采用的2I45a、2I56a、D426*10的钢表1支护各支撑的标高编号12标高17.56515.065计算采用Midascivil2006，其中钢板桩围堰采用板单元模拟，支撑与围檩采用梁单元模拟。围堰平面尺寸为14.8×14.8m，钢板桩长12米，河堤土层为卵石，γ=25.6KN/m31、最高水位：+18.465m2、钢板桩顶标高：+18.4653、最大开挖标高：6.4654、I36c钢板桩[f]=200Mpa6.2、计算工况（1）基坑开挖到二层围檩高度，第一层围檩已安装，尚未安装第二层围檩（2）第二层围檩已安装，封底混凝土浇筑完毕，围檩内已抽干水6.3、计算结果6.3.1钢板桩强度和稳定性验算（1）工况在侧向压力的作用下，最大变形位于第二层，最大值为2.7mm，如图6所示；钢板桩最大变形为2.4mm，如图7所示。图6支撑变形图7钢板桩变形支撑、围檩的应力计算结果如图8所示，最大值为-72MPa，应力满足要求。图8支撑、围檩的应力如图9所示，钢板桩的最大应力为12.5MPa，在Q325级钢的容许应力范围内，满足强度要求。图9板桩围堰应力结构的屈曲模态计算结果如图10所示，结构的屈曲模态最小的特征值为96.4，结构的整体稳定性能满足要求。图10第一阶屈曲模态因此，结构的应力与稳定性能够满足使用要求。（2）工况2在侧向压力的作用下，最大变形位于第二层，最大值为5.0mm，如图11所示；钢板桩最大变形为5.3mm，如图图11支撑变形图12钢板桩变形支撑、围檩的应力计算结果如图13所示，最大应力位于第二层，最大值为-152MPa，应力满足要求。图13支撑、围檩的应力如图14所示，钢板桩的最大应力为57.8MPa，在Q325级钢的容许应力范围内，满足强度要求。图14板桩围堰应力结构的屈曲模态计算结果如图15所示，结构的屈曲模态最小的特征值为12.4，结构的整体稳定性能满足要求。图15第一阶屈曲模态因此，结构的应力与稳定性能够满足使用要求。6.3.2钢板桩封底计算6.3.3基坑稳定性验算6.3.4支护的竖向承载力验算支护的总重量为：2000KN计算支护在自重作用下其竖向的承载力时，采用桩基础中摩擦桩的计算公式来进行计算：，钢围堰与土接触的周长为：U=14.8×4×2=118.4m，开挖后桩尖至开挖底面的深度为：L=5.3m，钢板桩壁与土的摩阻力偏于安全取为:,则钢板桩的竖向承载力为：，大于支护的自重，支护的竖向承载力能够满足要求。6.3.5建议第一、二层增加的426*10的圆管来增加围堰的稳定性，如布置图所示。6.4、5#墩基坑钢板桩围堰支护工程计算书1、计算模型的建立下面是各墩支护的设计图（详细的平面布置图请见设计图纸）：图1支护布置图计算时按施工水位的最大标高取为+18.5米其中静水压力为三角形荷载：，为距离水面的高度；主动土压力根据朗肯土压力理论来进行计算：主动土压力系数为：，，主动土压力为：，为距离河床底的高度。动水压力的计算按《公路桥涵设计通用规范（JTGD-602004）》考虑，式中：——流水压力标准值（kN）；——水的重力密度（kN/m3）；V——设计流速（m/s），计算时V=1m/s；A——桥墩阻水面积（m2），计算至一般冲刷线处；g——重力加速度，g=9.81（m/s2）;K——桥墩形状系数，方形的围堰K=1.5，矩形的围堰K=1.3；流水压力合力的着力点，假定在设计水位线以下的0.3倍深处。图2侧面压力示意图钢板桩的截面尺寸以毫米记，具体规格见《公路桥涵施工手册》137页。在建立计算模型的时候，采用板单元，根据等刚度的原则将以上的钢板桩