闸站钢管桩施工围堰专项方案.docx

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闸站钢管桩施工围堰专项方案

XXXX闸站及河道整治工程

围

堰

专

项

施

工

方

案

编制：

______________________

审核：

______________________

审批：

：

______________________

第一章、工程概况

1、工程概述

XXX河位于XXX老城区南片区，河道为东西走向，西起新闸北路，东至盐河。

XXX闸站为规划排涝泵站之一，拟建于XXX与盐河交叉口处，主要功能为排除京杭大运河与盐河之间、振兴东路一线以南区域的涝水，并挡里下河高水位，同时考虑与城市道路、景观要求等相结合，对XXX文游南路以东河道进行疏浚整治，对河道两岸红线范围内约0.806km2（包括水面积）进行景观打造，并新建XXX市城市排水泵站管理与控制中心，逐步实现市区范围内主要排水泵站的总调度控制。

XXX闸站位于XXX与盐河交叉口，采用闸站结合的布置形式。

中孔为排水孔，闸孔净宽6.0m，闸门为6m×2m平板直升式钢闸门。

两侧为泵室，每侧各设置一台水泵，泵室每孔净宽3.5m。

泵站顶部布置净宽8.0m的防汛道路，路面高程▽5.1m（中心处）。

闸室顺水流方向长19m，垂直水流向宽16.2m。

XXX闸站抽排流量总计为6.0m3/s，两侧每个泵室各布置1台1000QZ-160潜水轴流泵，单泵设计流量3.0m3/s，出口断流方式采用拍门断流。

闸站内河侧河底高程为▽-0.5m，外河侧河底高程为▽-2.5m，河道两岸新建翼墙与现状驳岸和河道衔接。

闸站内河侧（XXX侧）河底设钢筋砼铺盖长6.5m，其后接15cm厚砼护底长10.0m，设直径5@100冒水孔；闸站外河侧（盐河侧）河底设10m长消力池，后接15cm厚砼护底长10m。

2、工程地质

据地基土的组成、特性及埋藏条件，并结合工程特点，地基土体自上而下分描述如下：

第1层（Q4ml）：

人工堆土，为灰黄色重粉质壤土杂砂壤土，杂碎砖瓦、垃圾和植物根茎等杂物，土质不均，场地普遍分布，层厚0.3~5.1m，平均层厚1.7m，容许承载力[R]=70kPa。

第1-1层（Q4al+pl）：

壤土，局部分布，层厚1.5~3.0m，平均层厚2.3m，[R]=70kPa。

第2层（Q3al）：

灰黄色重粉质壤土、粉质粘土，层厚4.6~7.8m，平均层厚6.3m，仅在孔D001处缺失，[R]=220kPa。

第3层（Q3al）：

灰黄色重粉质壤土，层厚1.2~3.8m，平均层厚1.9m，场地普遍分布，[R]=160kPa。

第4层（Q3al）：

灰黄色粉土、粉砂夹重粉质砂壤土，含云母，层厚2.8~4.3m，平均层厚3.5m，场地普遍分布，[R]=180kPa。

第5层（Q3al）：

灰黄杂灰白色重粉质壤土、粉质粘土，含铁锰质结核，砂礓，场地仅部分孔揭示该层，层厚7.5m，[R]=240kPa。

第6层（Q3al）：

灰黄杂灰白色重粉质壤土，仅孔D001揭示该层，层厚6.6m，[R]=160kPa。

第7层（Q3al）：

灰黄杂灰白色壤土，含铁锰质结核，本次勘察未穿透该层，最大揭示厚度3.4m，[R]=200kPa。

第二章围堰方案

1、围堰设计的原则

1）围堰顶宜高出施工期间最高水位50~70cm；

2）围堰内要适应基础施工的尺寸要求，堰身尺寸断面要保证有足够的强度和稳定性，保证基坑开挖后，围堰不发生破裂、滑动或倾覆；

3）采取措施防止或减少渗漏，减少排水工作，对围堰外围边坡的冲刷和筑围堰后引河道冲刷必须进行防护。

2、围堰型式设计

盐河XXX段具有输水及通航等多重需要，施工期5年一遇水位▽1.5m，,根据水利水电施工组织设计规范（SL303-2004）要求，围堰设计顶高程不低于2.0m，考虑到XXX闸站建设位于盐河口，因航道限制，故盐河侧围堰型式采用双排钢围堰（XXX侧为直径500钢管桩，壁厚d=9mm。

盐河侧为I400a工字钢，宽度B=0.15m，高度h=400mm，厚度d=10.5mm）内侧填土型式，钢管桩顶高程▽2.0m，河床高程▽-3.0m，桩底高程▽-8.0m，堰体用粘土填筑，水上部分压实度0.90，顶高程▽2.0m，内宽8.0m,中间粘土回填。

围堰形成后XXX侧采用1：

2覆土回填，土方压实度0.91，顶高程为▽2.0m，底高程为▽-3.0m。

安全起见，围堰顶不考虑施工期交通要求。

围堰平面图

围堰断面图

3、围堰受力计算

分钢管桩围堰及工字钢围堰两种型式分别计算。

围堰为双排结构，两排之间通过连接钢筋联系，计算采用单排桩基坑支护受力计算，并考虑两排桩之间的钢筋连接（简化为锚杆）

3.1钢管支护围堰受力计算

[基本信息]

规范与规程

《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012

内力计算方法

增量法

支护结构安全等级

二级

支护结构重要性系数γ0

1.00

基坑深度H（m）

5.000

嵌固深度（m）

4.000

桩顶标高（m）

0.000

桩材料类型

型钢

├钢材牌号

Q235

└截面参数

无缝钢管φ500×9.0

└抗拉、抗压和抗弯f（Mpa）

215

└抗剪fv（Mpa）

215

└截面塑性发展系数

1.05

桩间距（m）

0.900

有无冠梁

无

放坡级数

0

超载个数

0

支护结构上的水平集中力

0

[土层信息]

土层数

1

坑内加固土

否

内侧降水最终深度（m）

5.000

外侧水位深度（m）

2.500

内侧水位是否随开挖过程变化

否

内侧水位距开挖面距离（m）

---

弹性计算方法按土层指定

ㄨ

弹性法计算方法

m法

基坑外侧土压力计算方法

主动

[支锚信息]

支锚

支锚类型

水平间距

竖向间距

入射角

总长

道号

（m）

（m）

（°）

（m）

1

锚杆

0.900

0.500

0.00

8.0

[土压力模型及系数调整]

弹性法土压力模型:

经典法土压力模型:

[设计结果]各工况：

内力位移包络图：

地表沉降图：

[截面计算]

[截面参数]

弯矩折减系数

0.85

剪力折减系数

1.00

荷载分项系数

1.25

[内力取值]

段

内力类型

弹性法

经典法

内力

内力

号

计算值

计算值

设计值

实用值

基坑内侧最大弯矩（kN.m）

43.25

14.15

45.95

45.95

1

基坑外侧最大弯矩（kN.m）

3.57

2.72

3.79

3.79

最大剪力（kN）

24.30

22.92

30.38

30.38

[截面验算]

基坑内侧抗弯验算（不考虑轴力）

σnei=Mn/（γ*Wx）

=45.951/（1.050*1674.420*10-6）

=26.136（MPa）满足

基坑外侧抗弯验算（不考虑轴力）

σwai=Mw/（γ*Wx）

=3.791/（1.050*1674.420*10-6）

=2.156（MPa）满足

式中:

σwai———基坑外侧最大弯矩处的正应力（Mpa）;

σnei———基坑内侧最大弯矩处的正应力（Mpa）;

Mw———基坑外侧最大弯矩设计值（kN.m）;

Mn———基坑内侧最大弯矩设计值（kN.m）;

Wx———钢材对x轴的净截面模量（m3）;

f———钢材的抗弯强度设计值（Mpa）;

γ———型钢截面塑性发展系数;

[锚杆计算]

[锚杆轴向内力]

支锚道号

最大内力

最大内力

内力

内力

弹性法（kN）

经典法（kN）

标准值（kN）

设计值（kN）

1

13.69

5.21

13.69

17.11

支锚道号

支锚类型

钢筋或

自由段长度

锚固段长度

实配[计算]面积

锚杆刚度

钢绞线配筋

实用值（m）

实用值（m）

（mm2）

（MN/m）

1

锚杆

1E8

5.5

6.0

50[48]

1.37

[整体稳定验算]

计算方法：

瑞典条分法

应力状态：

有效应力法

条分法中的土条宽度:

1.00m

滑裂面数据

整体稳定安全系数Ks=3.466

圆弧半径（m）R=10.223

圆心坐标X（m）X=-0.657

圆心坐标Y（m）Y=6.157

[抗倾覆稳定性验算]

抗倾覆安全系数:

Mp——被动土压力及支点力对桩底的抗倾覆弯矩,对于内支撑支点力由内支撑抗压力

决定;对于锚杆或锚索，支点力为锚杆或锚索的锚固力和抗拉力的较小值。

Ma——主动土压力对桩底的倾覆弯矩。

注意：

锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算。

工况1：

序号支锚类型材料抗力（kN/m）锚固力（kN/m）

1锚杆0.0000.000

Ks=20.458>=1.200,满足规范要求。

工况2：

序号支锚类型材料抗力（kN/m）锚固力（kN/m）

1锚杆22.34025.133

Ks=20.873>=1.200,满足规范要求。

工况3：

序号支锚类型材料抗力（kN/m）锚固力（kN/m）

1锚杆22.34025.133

Ks=3.310>=1.200,满足规范要求。

安全系数最小的工况号：

工况3。

最小安全Ks=3.310>=1.200,满足规范要求。

[抗隆起验算]

1）从支护底部开始，逐层验算抗隆起稳定性，结果如下：

支护底部，验算抗隆起：

Ks=4.847≥1.600，抗隆起稳定性满足。

2）坑底抗隆起按以最下层支点为转动轴心的圆弧条分法计算，结果如下：

Ks=3.919≥1.900，坑底抗隆起稳定性满足。

[流土稳定性验算]

其中:

K———流土稳定性计算安全系数；

Kf———流土稳定性安全系数；安全等级为一、二、三级的基坑支护，流土稳定性

安全系数分别不应小于1.6、1.5、1.4；

ld———截水帷幕在基坑底面以下的长度（m）；

D1———潜水水面或承压水含水层顶面至基坑底面的垂直距离（m）；

γ'———土的浮重度（kN/m3）；

Δh———基坑内外的水头差（m）；

γw———地下水重度（kN/m3）；

K=（2.00*2.00+0.80*2.50）*9.70/2.50*10.00

K=2.328>=1.5,满足规范要求。

[嵌固深度计算]

嵌固深度计算参数：

是否考虑坑底隆起稳定性

√

是否考虑最下层支点为轴心的圆弧稳定性

√

嵌固深度计算过程：

当地层不够时，软件是自动加深最后地层厚度（最多延伸100m）得到的结果。

1）嵌固深度构造要求：

依据《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012,

嵌固深度对于单支点支护结构ld不宜小于0.3h。

嵌固深度构造长度ld：

1.500m。

2）嵌固深度满足抗倾覆要求：

按《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012单支点结构计算嵌固深度ld：

1）ld按公式：

符合要求

[嵌固段基坑内侧土反力验算]

工况1：

Ps=239.145≤Ep=2153.673，土反力满足要求。

工况2：

Ps=239.145≤Ep=2153.673，土反力满足要求。

工况3：

Ps=100.324≤Ep=587.777，土反力满足要求。

式中：

Ps为作用在挡土构件嵌固段上的基坑内侧土反力合力（kN）；

Ep为作用在挡土构件嵌固段上的被动土压力合力（kN）。

3.2工字钢支护围堰受力计算

[基本信息]

规范与规程

《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012

内力计算方法

增量法

支护结构安全等级

二级

支护结构重要性系数γ0

1.00

基坑深度H（m）

5.000

嵌固深度（m）

4.000

桩顶标高（m）

0.000

桩材料类型

型钢

├钢材牌号

Q235

└截面参数

普通工字钢I40a

└抗拉、抗压和抗弯f（Mpa）

215

└抗剪fv（Mpa）

215

└截面塑性发展系数

1.05

桩间距（m）

0.500

有无冠梁

无

放坡级数

0

超载个数

0

支护结构上的水平集中力

0

水平力

作用类型

水平力值

作用深度

是否参与

是否参与

序号

（kN）

（m）

倾覆稳定

整体稳定

土层数

1

坑内加固土

否

内侧降水最终深度（m）

5.000

外侧水位深度（m）

2.500

内侧水位是否随开挖过程变化

否

内侧水位距开挖面距离（m）

---

弹性计算方法按土层指定

ㄨ

弹性法计算方法

m法

基坑外侧土压力计算方法

主动

[设计结果]各工况：

内力位移包络图：

地表沉降图：

[截面参数]

弯矩折减系数

0.85

剪力折减系数

1.00

荷载分项系数

1.25

[内力取值]

段

内力类型

弹性法

经典法

内力

内力

号

计算值

计算值

设计值

实用值

基坑内侧最大弯矩（kN.m）

23.71

7.86

25.19

25.19

1

基坑外侧最大弯矩（kN.m）

2.15

1.51

2.29

2.29

最大剪力（kN）

13.54

12.73

16.92

16.92

[截面验算]

基坑内侧抗弯验算（不考虑轴力）

σnei=Mn/（γ*Wx）

=25.190/（1.050*1090.000*10-6）

=22.010（MPa）

基坑外侧抗弯验算（不考虑轴力）

σwai=Mw/（γ*Wx）

=2.288/（1.050*1090.000*10-6）

=1.999（MPa）

抗剪验算

τ=V*Sx/（I*tw）

=16.919*0.631*10-3/（21699.999*10-8*1.050*10-2）

=4.687（MPa）

式中:

σwai———基坑外侧最大弯矩处的正应力（Mpa）;

σnei———基坑内侧最大弯矩处的正应力（Mpa）;

Mw———基坑外侧最大弯矩设计值（kN.m）;

Mn———基坑内侧最大弯矩设计值（kN.m）;

Wx———钢材对x轴的净截面模量（m3）;

f———钢材的抗弯强度设计值（Mpa）;

τ———基坑最大剪力处的剪应力（Mpa）

V———基坑最大剪力设计值（kN）;

Sx———计算剪应力处以上毛截面对中和轴的面积矩（m2）;

I———毛截面惯性矩（m4）;

tw———钢材腹板厚度（m）;

fv———钢材的抗剪强度设计值（Mpa）;

γ———型钢截面塑性发展系数;

[锚杆计算]

[锚杆水平方向内力]

支锚道号

最大内力

最大内力

内力

内力

弹性法（kN）

经典法（kN）

标准值（kN）

设计值（kN）

1

7.52

2.89

7.52

9.40

[锚杆轴向内力]

支锚道号

最大内力

最大内力

内力

内力

弹性法（kN）

经典法（kN）

标准值（kN）

设计值（kN）

1

7.52

2.89

7.52

9.40

支锚道号

支锚类型

钢筋或

自由段长度

锚固段长度

实配[计算]面积

锚杆刚度

钢绞线配筋

实用值（m）

实用值（m）

（mm2）

（MN/m）

1

锚杆

1E6

5.5

6.0

28[26]

0.80

[整体稳定验算]

计算方法：

瑞典条分法

应力状态：

有效应力法

条分法中的土条宽度:

1.00m

滑裂面数据

整体稳定安全系数Ks=3.468

圆弧半径（m）R=10.223

圆心坐标X（m）X=-0.757

圆心坐标Y（m）Y=6.157

[抗倾覆稳定性验算]

抗倾覆安全系数:

Mp——被动土压力及支点力对桩底的抗倾覆弯矩,对于内支撑支点力由内支撑抗压力

决定;对于锚杆或锚索，支点力为锚杆或锚索的锚固力和抗拉力的较小值。

Ma——主动土压力对桩底的倾覆弯矩。

注意：

锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算。

工况1：

序号支锚类型材料抗力（kN/m）锚固力（kN/m）

1锚杆0.0000.000

Ks=20.458>=1.200,满足规范要求。

工况2：

序号支锚类型材料抗力（kN/m）锚固力（kN/m）

1锚杆22.61945.239

Ks=20.879>=1.200,满足规范要求。

工况3：

序号支锚类型材料抗力（kN/m）锚固力（kN/m）

1锚杆22.61945.239

Ks=3.315>=1.200,满足规范要求。

安全系数最小的工况号：

工况3。

最小安全Ks=3.315>=1.200,满足规范要求。

[抗隆起验算]

1）从支护底部开始，逐层验算抗隆起稳定性，结果如下：

支护底部，验算抗隆起：

Ks=4.847≥1.600，抗隆起稳定性满足。

2）坑底抗隆起按以最下层支点为转动轴心的圆弧条分法计算，结果如下：

Ks=3.929≥1.900，坑底抗隆起稳定性满足。

[流土稳定性验算]

其中:

K———流土稳定性计算安全系数；

Kf———流土稳定性安全系数；安全等级为一、二、三级的基坑支护，流土稳定性

安全系数分别不应小于1.6、1.5、1.4；

ld———截水帷幕在基坑底面以下的长度（m）；

D1———潜水水面或承压水含水层顶面至基坑底面的垂直距离（m）；

γ'———土的浮重度（kN/m3）；

Δh———基坑内外的水头差（m）；

γw———地下水重度（kN/m3）；

K=（2.00*2.00+0.80*2.50）*9.70/2.50*10.00

K=2.328>=1.5,满足规范要求。

[嵌固深度计算]

嵌固深度计算参数：

是否考虑坑底隆起稳定性

√

是否考虑最下层支点为轴心的圆弧稳定性

√

嵌固深度计算过程：

当地层不够时，软件是自动加深最后地层厚度（最多延伸100m）得到的结果。

1）嵌固深度构造要求：

依据《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012,

嵌固深度对于单支点支护结构ld不宜小于0.3h。

嵌固深度构造长度ld：

1.500m。

2）嵌固深度满足抗倾覆要求：

按《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012单支点结构计算嵌固深度ld：

1）ld按公式：

嵌固深度符合要求。

[嵌固段基坑内侧土反力验算]

工况1：

Ps=73.810≤Ep=1196.485，土反力满足要求。

工况2：

Ps=73.810≤Ep=1196.485，土反力满足要求。

工况3：

Ps=46.681≤Ep=326.543，土反力满足要求。

式中：

Ps为作用在挡土构件嵌固段上的基坑内侧土反力合力（kN）；

Ep为作用在挡土构件嵌固段上的被动土压力合力（kN）。

4、围堰施工

4.1围堰施工流程

放线定位→岸坡、底部清杂→钢管桩施打→钢板铺设→围囹施工→内侧土填筑→围堰内侧覆土加固。

4.2打钢管桩施工

4.2.1、首先工程测放组测放围堰填筑的位置，做出明显的标志，挖掘清除堤坡及基础中的杂物等，以利于钢管桩的施打。

4.2.2、施工设备

设备名称

型号

数量

工作内容

产权

备注

打桩船

400t、90kw

1

打桩、拔桩

租赁

运输船

300t

1

运输钢管、工字钢、钢板等

租赁

警戒船

1

航道安全

租赁

交通艇

2

人员调动

租赁

挖机

小松200

2

翻运、回填、压实土方

租赁

全站仪

2

定位

自购

水准仪

1

测高程

自购

4.2.3、钢管桩施工方法

4.2.3.1钢管桩打入总体施工流程

钢管桩从围堰内侧中心开始打入第一片钢管桩，然后逐步向两边插打，在河下游合龙，最初的一、二块钢管桩的打设位置和方向要确保精度，以起到样板的作用。

每完成3米测量校正1次，确保在同一直线上。

每根钢管桩施打完毕后，即与I400a工字钢焊接牢固。

根据起吊能力确定逐根插打到稳定的深度，一般为2-3m，待全部插打完毕后再依次打到设计标高。

4.2.3.2钢管桩打入施工工艺

（1）打桩船停在离打桩点就近的水面，侧向施工，便于测量人员观察。

挂上振动锤，升高，理顺油管及电缆。

（2）锤下降，开液压口，拉一根桩至打桩锤下，锁口抹上润滑油，起锤。

（3）待钢管桩尖离开水面30cm时，停止上升。

锤下降，使桩至夹口中，开动液压机，夹紧桩。

上升锤与桩，至打桩地点。

（4）对准桩与定位桩的锁口，锤下降，靠锤与桩自重压桩至淤泥以下一定深度不能下降为止。

（5）试开打桩锤30秒左右，停止振动，利用锤惯性打桩至坚实土层，开动振动锤打桩下降，控制打桩锤下降的速度，尽可能的使桩保持竖直，以便锁口能顺利咬合，提高止水能力。

（6）板桩至设计高度前40cm时，停止振动，振动锤因惯性继续转动一定时间，打桩至设计高度。

（7）松开液压夹口，锤上升，打第二根桩，以上类推至打完所有桩。

　4.2.4、钢板铺设施工

用打桩船吊放钢板，从-3.0至+2.0，桩内侧满铺高5.0m,宽1.5m，厚1cm的钢板。

　4.2.5、围囹、对拉连接杆施工

围囹施工步骤为：

在支撑位置施焊三角限位钢板（牛腿）→安装围框、支撑→设上限位钢板→围囹与钢管桩加焊。

在水面以上部分高程为▽1.5米处设围囹一道。

围囹采用I400a工字钢顺围堰轴线方向，连接各钢管桩形成一个整体、内外侧钢管桩采用Φ18的钢筋连接杆件焊接。

按设计高程预先焊好槽钢牛腿作为临时支撑，待各围囹安