深基坑井点降水结合钢板桩围堰综合防护技术Word文档下载推荐.doc

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5.3.1计算参数 9

5.3.2验算工况 10

5.3.3有限元模型 11

5.3.4计算结果分析 12

6围堰施工 16

6.1总体施工方案 16

6.2施工工艺流程图 16

6.3井点降水施工 17

6.3.1深井井点施工流程 17

6.3.2降水井结构要求 18

6.3.3成井施工质量控制标准 18

6.3.4试运行 18

6.3.5降水运行 18

6.3.6降水监测 19

6.4钢板桩及内支撑施工 19

6.5高压射水泵送吸砂开挖基坑 20

7施工优点及创新点 20

7.1井点降水结合钢板桩围堰施工优点 20

7.1.1围堰安全性高 21

7.1.2施工方便且工期缩短 21

7.1.3较好的经济效益 22

7.2创新点 22

19

深基坑井点降水结合钢板桩围堰

综合防护技术

1技术分析与研究必要性

深基坑施工手段繁多，涉及到基坑围护、基坑支护、开挖及封底等各个方面的工艺，施工难度和风险大。

有许多失败的先例，特别是在地下水作用下，深基坑施工难度更大，在工程施工过程中时有安全事故发生。

深基坑施工过程中常遇到的堵水难、抗渗难、支护难、开挖难、封底难及局部坍塌造成基坑底隆起等诸多困难，特别是深基坑施工过程中因水头压力对钢板桩造成安全性、可靠性隐患的难题，所以要保证基坑开挖施工安全，除采取必要安全可靠的技术措施和应急安全预案外，还需要合理的安排施工工序，加强管理使基坑支护及基坑开挖形成有效的流水施工作业是十分必要的。

同时正确认识各种土体渗透规律、恰当选择合理降水方法，科学设计止水结构、支护结构及开挖方法，确保隔渗效果、支护效果及开挖效果。

因此在特定的地理环境和施工条件下对深基坑施工过程中井点降水技术、钢板桩围堰支护技术与高压射水泵送吸砂开挖技术的综合运用的总结和分析是十分必要的。

2工程概况

2.1设计概况

曹娥江特大桥主跨96#墩位于曹娥江西岸滩地，紧靠主河道，距离10m～15m，设计为低桩承台，承台尺寸为16.2m×

22.25m×

6m，滩地顶面标高为+6.5m，承台底标高-6.5m，埋深达13m。

2.2工程地质

2.2.1所处地质

承台范围内地质为：

（1）1-粉土层，灰黄色～灰色，稍密～中密，潮湿～饱和，厚约11.0m；

（1）2-粉砂层，褐灰色，稍密，局部为中密，饱和,厚约5.0m。

承台下伏地质为

（1）3-淤泥质（粉质）黏土，灰色、深灰色，流塑，厚约12m。

2.2.2土层力学参数

表1土层力学参数　　　　

时代成因

地层代号

土名

状态

钻孔桩地层状态

快剪

压缩模量

基本承载力

内摩擦角（度）

凝聚力

（kPa）

（MPa）

Q4al+m

（1）1

粉土

中密，潮湿

19.95

6

5.94

100

（1）2

粉砂

稍密，饱和

90

（1）3

淤泥质（粉质）黏土

流塑

5.14

8.1

3.09

50

2.2.3地质特点

承台所处地质为第四系冲海积成因的粉土层〔

（1）1〕、粉砂层〔

（1）2〕属可液化土层，透水性较好，液化情况下容易发生流砂，为本区主要的不良地质；

如下图1所示。

图1粉土、粉砂层在水浸泡下液化，土质变成流塑状态淤泥

承台下伏地质为第四系冲海积成因的淤泥质粉质黏土（

（1）3）具高压缩、高灵敏度、低强度等特性，且为欠固结土，是本区特殊岩土；

其主要物理力学指标统计成果见下表2。

表2软土物理力学指标统计成果一览表

名称

%

kN/m3

kPa

°

41.44

17.8

1.18

2.3地下水

滩地粉土粉砂层含水层为孔隙潜水，水位埋深0m～3.5m，为浅层地下水，96#墩墩位处水位埋深约2m。

3方案比选及选定

方案一：

采用传统的钢板桩围堰+水下封底封底混凝土法；

因承台基坑开挖深度h=（6.5+6.5）+2.5（封底厚道）=15.5m；

并且土层地质较差，土层内摩擦角很小，经计算则需设计钢板桩长度不小于24m，同时还需设置四道内支撑；

对钢板桩围堰施工提出非常高的难度。

技术上此种方案比较成熟计算明了可行，经济上需要较长钢板桩同时内支撑需要四道，封底混凝土较厚，因此材料要求较多，物资投入较多不够节约，施工过程中因钢板桩较长同时内支撑较多，施工机械及人工投入较多，同时施工周期过长等缺点。

因深基坑施工特性要求短而快原则，时间越长安全隐患越大。

方案二：

采用钢筋混凝土沉井围堰，同样设置2.5m厚封底混凝土；

承台开挖深度h=15.5m；

则需设置围堰高度16m左右；

开挖深度这么深、混凝土围堰下沉到位提出很高的难度。

技术上此方案也是比较成熟的国内有很多成功先例可以效仿；

经济上因基坑较深，对钢筋混凝土围堰截面刚度要求高，因此需要沉井壁较厚并且钢筋配置较多，同时材料不可回收利用。

承台墩柱施工结束后，因后期河道泄洪、通航需要，此位置需要切滩，钢筋混凝土围堰还要爆破拆除，需消耗大量人工费用、机械费用；

施工工艺要求上存在很多不确定性，钢筋混凝土围堰自身施工要求定位精确、下沉要均匀，工序循环较多若遇孤石处理难度较大；

钢筋混凝土沉井围堰需分节施工，每节一般为4-6m，每节围堰施工完需要等待混凝土强度养生期，因此施工周期较长；

钢筋混凝土沉井围堰安全可靠性较好。

方案三：

采用井点降水、钢板桩围堰与高压射水吸砂开挖施工方法。

其做法是在钢板桩围堰外围设置较深的降水井点，通过围堰内外均降水至封底混凝土底面；

这样使得钢板桩围堰不受水压力只受土压力，大大减少围堰的外侧压力；

同时由于水位的下降，水压力大大减小，围堰外围土体有一定固结沉降，土体更加稳定减少对钢板桩侧向压力。

因此技术上井点降水、钢板桩围堰及高压射水泵送吸砂都分别是独立成熟的技术，同时把三者融为一体施工，在技术上比较有利，经济上钢板桩长度可减少6m、减少开挖深度，内支撑减少一道，使用三道即可，垫层混凝土厚度只需50cm较常规钢板桩围堰减少了200cm，节约混凝土量约900多立方，人工、材料、机械费用节约了很多，比较安全经济可行；

施工中各道工序合理安排，都是一些常规工艺方案可行；

安全可靠性方面经过精确理论计算及现场实测数据计算此方案安全性可靠。

通过以上三种方案比选，井点降水、钢板桩围堰与高压射水吸砂开挖施工方法中有诸多优势同时还可减少工期，最终我们选择第三种方案。

4关键技术分析

4.1井点降水技术

4.1.1渗透系数确定

确定恰当的地基渗透系数对井点降水是至关重要的，需要现场试验综合确定选取系数，计算出总排水量，对井点布设及井的口径选取有直接指导作用。

井点布置原则能使围堰内外水位均降至基底开挖底面以下；

4.1.2井的成孔及井管间距布置

井的成孔机具选择、井管间距布设及井底处理对最终降水效果有非常大的影响处理不当就会前功尽弃。

4.2钢板桩施工技术

钢板桩导向框定位直接影响围堰的最终成型效果，钢板桩的打设是否垂直，桩与桩间是否咬合直接影响档土效果，内支撑设置合理及安装效果直接影响围堰的整体安全性和稳定性。

4.3高压射水泵送吸砂技术

高压射水泵送吸砂技术是一项人工机械组合操作的技术需要根据现场合理安排提高工效。

4.4井点降水、钢板桩围堰及泵送吸砂工序安排与衔接技术

制定恰当的施工工序首先要理解工艺流程，同时还要会根据现场实施调整施工步骤，这对结构安全性、稳定性及工期保证性有着直接作用。

5井点降水结合钢板桩围堰设计

5.1围堰总设计

围堰采用拉森Ⅳ型钢板桩，平面尺寸24.8×

18.8m，长度为18m，垫层混凝土厚度0.5m，设置3道内支撑；

围檩采用双拼焊接H型钢HN488×

300×

11×

18mm，支撑钢管采用φ600×

16mm，内撑竖向联结采用φ273×

6mm螺旋焊钢管；

降水井点沿钢板桩外侧1.5m处布置一圈，即长边设置6个降水点，短边设置4个降水点，间距为4-5m,总共设置降水井点20个，埋深19.5m，采用DN200-UPVC管。

围堰具体平立面布置如下图2、3所示。

图2围堰平面布置图

图3围堰立面布置图

5.2井点降水计算

5.2.1渗透系数计算

本基坑土体渗透系数采用现场做抽水试验确定，如下图4示意；

具体做法如下：

首先在基坑位置打设一个抽水井，贯穿到整个粉土层，并距抽水井=2.5m与=6m处各设一个观测孔，然后用水泵匀速抽水，当抽水井的水面及观测孔的水位大体上呈稳定状态时，根据所抽水的水量按下式计算得渗透系数=1.23。

图4渗透系数计算实验示意图

5.2.2基坑总涌水量计算

本基坑采用潜水（无压）非完整井理论，如下图5示意；

总涌水量Q按下列公式计算得基坑总涌水量为1807.5m3。

式中：

Q—基坑涌水量（m³

/d）

K—水的渗透系数（1.23m/d）

H—潜水（无压）含水层厚度（20m）

S—基坑水位降深（19.5m）

D—基坑中心距河岸距离（15m）。

—基坑等效半径（13.8m）

图5基坑总涌水量计算模型图

5.2.3降水井点总数量及间距计算

（1）单井出水量计算：

（2）井点数量计算:

（3）井点管的平均间距计算:

5.2.4井点管的埋置深度计算

（1）井点管的埋置深度按下式计算：

5.3围堰安全检算

5.3.1计算参数

（1）材料参数

表4材料容许应力

应力类型

Q235（围囹、内支撑、立柱）

16Mn（钢板桩）

轴向应力（MPa）

170

260

弯曲应力（MPa）

180

273

剪应力（MPa）

110

156

Ⅳ型钢板桩的规格以及截面特性见表。

表5Ⅳ型钢板桩

规格（mm）

每延米截面特性

宽度b

高度h

腹板厚t

单位重（kg）

惯性矩Ix（cm4）

截面模量Wx（cm³

）

400

15.5

192.58

31950

2200

（2）土层参数

粉土粉砂层在井点降水固结后，内摩擦角φ=19.94°

，容重r=1.87t/m3，黏聚力C=12Kpa；

主动及被动土压力系数分别如下：

5.3.2验算工况

钢板桩围堰的剖面形式见图，按照施工顺序，验算工况如表所示。

在围堰周边150cm平台范围内设置井点降水，开挖前降水至钢板桩底以下，标高-14.5m。

图6钢板桩围堰

表7验算工况

工况号

工况说明

1

抽水开挖至标高+2.70m，围堰内水位+3.20m

2

安装第1道围囹及内支撑，标