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承台基坑开挖支护安全专项方案

目录

第一章、编制依据2

第二章、工程概况2

第三章基坑支护方案5

3.1确定总体方案5

3.2支护结构的选型5

3.3地下水控制方法及验算8

3.4承载能力极限状态和正常状态的设计和验算8

3.5支护结构计算和验算10

第四章、钢板桩施工技术措施要求14

4.1、施工工序14

4.2、钢板桩施打方法14

第五章、支护及开挖注意事项15

第六章、基坑监测16

6.1、监测项目16

6.2、监测控制报警值16

6.3、监测要求17

第七章、危害防治17

7.1、渗水或漏水17

7.2、基坑发生渗流或隆起18

7.4、地面沉降18

7.5、安全生产管理体系19

 

武汉市长丰大道(二环线-三环线)工程(K3+968-K5+038)

承台基坑开挖支护安全专项施工方案

第一章编制依据

1.1、武汉市长丰大道(二环线-三环线)工程施工图设计;

1.2、《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-2012);

1.3、《建筑工程安全生产检查标准》(JGJ59-2011);

1.4、《国家建筑工程安全生产管理条例》;

1.5、《建筑施工计算手册》(江正荣编);

1.6、《公路桥涵施工技术规范》JTGTF50-2011;

1.7、《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-2012);

1.8、本工程承台施工方案;

1.9、本公司施工类似工程的经验及现场实际情况。

第二章工程概况

2.1、概述

本工程主线起点为三环线竹叶海立交,终点为二环线常码头立交。

主线由三部分组成:

三环线竹叶海立交、主线高架和二环线常码头立交;其中主线高架设计起点桩号为K1+063,终点桩号为K8+500,长度7.437km。

三环线竹叶海立交方案在硚孝高速立交设计方案基础进行了扩建,本次实施的范围为扩建的6条匝道;二环线常码头立交接现状二环线,本次实施范围为二环线常码头立交4条转向匝道。

沿线区域为汉口西部建成区,道路沿线地势较为平坦,除道路上跨现状京广铁路西线外,现状地面段高程在22.6~24.8米之间(黄海,下同),长丰大道作为汉口西部地区重要的进出城通道之一,现状道路沿线建筑密度较低,主要以住宅和城中村地为主,沿线用地开发强度不高。

本工程2标主体采用“主线高架+地面辅道”方式建设。

主线高架桥采用碗扣脚手架+梁式支架形式,其支架下方部分现状道路需进行路基处理以及浇筑砼道路硬化处理,以达到支撑作用。

现状道路已全部建成,沿线区域为汉口西部建成区,道路沿线地势较为平坦,作为汉口西部地区重要的进出城通道之一,本段现状道路沿线建筑密度较高,主要以住宅和城中村地为主。

为商户区及城中村建筑,设计红线内需全部拆除。

长丰大道工程第2标段中K3+968~K5+038为第二施工段为,该段为主线高架桥的一部分,主线桥混凝土箱梁9联、钢箱梁1联,匝道桥钢箱梁2联。

该段承台共有58座,其中中央承台为:

8*6.8*2.8m工字型,37座;边墩承台为:

8*6.8*2m矩形,9座;匝道承台为:

8*6.8*2m矩形,10座;匝道桥台承台为:

7.5*5.4*1.5m矩形,2座。

2.2、建设条件

(1)地形、地貌

工程场地主要位于硚口区,沿现状长丰大道东西延伸。

现状道路两边分别布有大量的楼房及商铺。

整个现状地形地面较为平坦,标高一般为23.30~24.20m(以勘探孔孔口标高为计),具体详见勘探孔平面位置图。

场地地貌为河流堆积平原地貌,相当于江汉一级阶地。

(2)气候条件

武汉市属于我国东南季风气候区,具有冬寒夏热,春湿秋旱,四季分明,降水充沛冬季少雪等主要气候特点,年平均气温15.9°C,极端最高气温41.3°C,极端最低气温-18°C。

多年平均降水量1261.2mm,降水多集中在6-8月,占全年的41%;最大年降水量2107.1mm,最大日降水量332.6mm,年平均蒸发量为1447.9mm,绝对湿度年平均16.4mb,湿度系数为0.90。

区内4~7月多东南风信风,其余多为北风或东北风,最大风力八级,风速27.9m/s,大气影响深度为3.0m,大气影响急剧深度为1.35m。

(3)水文地质条件

拟建场地主要处于长江北岸I级阶地的平坦状平原区,地表沿线无地表水。

在勘探孔揭穿的深度范围内拟建工程场地地下水主要为上层滞水、第四第孔隙承压水及基岩裂隙水。

上层滞水主要赋存于场地上部人工填土及上部粘性土中,无统一自由水面,主要接受大气降水、城市给、排水管道渗漏及生活用水渗入补给,水位、水量与季节关系密切,水量一般有限。

根据勘探期间的实测,上层滞水静止水位埋深为0.40~3.50m,相当于黄海高程17.12~22.59m。

上层滞水对承台开挖将有一定的影响。

根据室内水质分析结果,场地地下水及地表水对混凝土无结晶类腐蚀、无分解类腐蚀及无结晶分解复合类腐蚀。

地下水对混凝土及混凝土构件中的钢筋均无腐蚀性,对钢结构具弱腐蚀性。

第三章基坑支护方案

3.1确定总体方案

根据承台底部设计标高和道路地面自然标高可知,由于开挖深度在3m~4.5m之间,开挖深度范围地层主要为杂填土、素填土和粘土层,土质松散,再加上道路两边有车辆行驶,因此本工程开挖采用钢板桩支护进行开挖。

由于有箱涵或管线等影响钢板桩无法施工的,采用放坡(放坡系数1:

1.2)坡脚采用编织袋装土堆砌保持坡脚稳定。

排水采取明沟排水。

3.2支护结构的选型

作为保证基坑开挖稳定的支护体系包括挡墙和支撑两部分,其中挡墙的主要作用是挡土,而支撑的作用是保证结构体系的稳定,该支护体系中应当增加支撑构件(或结构)。

因此,本基坑采用钢板桩及钢管配套支撑支护。

3.2.1.挡墙的选型

本工程采用槽钢桩密打,桩与桩之间反向相扣。

  支护体系挡墙的选型,涉及技术因素和经济因素,要从满足施工要求、减少对周围的不利影响、施工方便、工期短、经济效益好等几方面,并经过技术经济比较后方可加以确定,而且支护结构挡墙选型要与支撑选型、地下水位降低、挖土方案等配套研究确定。

3.2.2.支撑结构的选型

  当基坑深度较大,悬臂的挡墙在强度和变形方面不能满足要求时,即需增设支撑系统。

基坑钢板桩支护在破除原有道路结构层后施工。

由于开挖深度在3m~4.5m之间,因此在顺桥方向选用单根长为6米的[25b钢板桩支护,保证钢板桩有1.8米以上的入土深度,钢板桩沿基坑纵向两侧单排密打(中心间距25cm),桩与桩之间正反相扣。

基坑采用直槽结合阶梯的形式进行开挖,开挖时用25t汽车吊将6米长[25b钢板桩吊起,沿开挖边线用振动锤垂直打入基底,两侧钢板桩施工一段后,利用Φ219.1×5螺旋焊钢管横撑和水平[25b槽钢对垂直钢板桩进行支撑,间距各2米。

垂直钢板桩、水平槽钢腰梁及螺旋管横撑之间必须焊接。

25t汽车吊和振动锤预计每个承台施工各4个台班(打入和拔出各2台班)。

基坑支护方案详见下图:

基坑开挖支护平面示意图

[25b钢板桩反向相扣密打示意图

3.3地下水控制方法及验算

地下水控制采取基坑外排水和基坑内集排水。

基坑底的长度和宽度为边轴线外加1.2米作为施工作业面和挖排水沟用。

基底周边设300*300mm的排水边沟,在基坑的一角设φ400mm、深1m的集水井。

这样,自然降水及部分

层土内存水通过上层排水沟排至于集水井,由潜水泵排至城市排水管网,部分

层土内含水和自然雨水及极弱透水层渗水可通过基坑内排水沟和集水坑用潜水泵抽排至基坑外排水沟内,由潜水泵排至城市排水管网。

当基坑涌水量很小,亦可采用人力提水桶将水排出。

3.4承载能力极限状态和正常状态的设计和验算

3.4.1、当基础宽度大于3m或埋置深度大于0.5m时,从荷载试验或其他原位测试、试验值等方法确定的极限状态地基承载力特征值,应按下式修正:

Fa=fak+μbγ(b-3)+μdγm(d-0.5)

=110+0+1.5*3.5*(2.8-0.5)

=122kpa

式中fa——修正后的地基承载力特征值;

Fak——地基承载力特征值。

μb、γd——基础宽度和埋深的地基承载力修正系数,按基地下土的类别查表5.2.4取值;

γ——基础底面以下土的重度,地下水位以下取浮重度;

b——基础底面宽度(m),当基宽小于3m按3m取值,大于6m按6m取值;

γm——基础底面以上土的加权平均重度,地下水位以下取浮重度;

d——基础埋置深度(m),一般自地面标高算起到承台底面。

在填方整平地区,可自填土地面标高算起,但填土在上部结构施工后完成时,应从自然地面标高算起。

土的类别

μb

μd

人工填土е或IL大于等于0.85的粘性土

0

1.0

粘土

含水比αw>0.8

含水比αw≤0.8

0

0.15

1.2

1.4

大面积压实填土

压实系数大于0.95、粘粒含量ρc≥10%的粉土最大干密度大于2.1t/m3的级配砂石

0

0

1.5

2.0

粉土

粘粒含量ρc≥10%的粉土

粘粒含量ρc<10%的粉土

0.3

0.5

1.5

2.0

е及IL均小于0.85的粘性土

粉砂、细砂(不包括很湿与饱和时的稍密状态)

中砂、粗砂、砾砂和碎石土

0.3

2.0

3.0

1.6

3.0

4.4

3.4.2、当偏心距e小于或等于0.033倍基础底面宽度时,根据土的抗剪强度指标确定地基承载力特征值可按下式计算,并应满足变形要求:

Fa=Mbγb+Mdγmd+McCk

=1.1*13*3.3+4.37*3.5*2.8+6.9*1.88=110kpa

式中:

fa——由土的抗剪强度指标确定的地基承载力特征值;

Md、Mb、Mc——承载力系数,按表5.2.5确定

B——基础底面宽度,大于6m时按6m取值,对于砂土小于3m时按3m取值;

Ck——基地下一倍短边宽深度内土的粘聚力标准值。

承载力系数Mb、Md、Mc

土的内摩擦角标准值pk(°)

Mb

Md

Mc

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

32

34

36

38

40

0

0.03

0.06

0.10

0.14

0.18

0.23

0.29

0.36

0.43

0.51

0.61

0.80

1.10

1.40

1.90

2.60

3.40

4.20

5.00

5.80

1.00

1.12

1.25

1.39

1.55

1.73

1.94

2.17

2,43

2.72

3.06

3.44

3.87

4.37

4.93

5.59

6.35

7.21

8.25

9.44

10.84

3.14

3.32

3.51

3.71

3.93

4.17

4.42

4.69

5.00

5.31

5.66

6.04

6.45

6.90

7.40

7.95

8.55

9.22

9.97

10.80

11.73

3.5支护结构计算和验算

经查图纸有关该项目所在区域的地基土的物理力学指标,详细见下表,以此为依据对基坑支护钢板桩进行相关验算。

3.5.1、计算作用于板桩上的土压力强度并绘简图

首先分析钢板桩受力工况,虽然顶层的原有路面和基层力学性能较好,但是偏安全计,仅计算基坑顶面0.7m以下并按照匀质土进行计算,这样便有:

各土层物理力学性质指标表

层序

名称

层厚

(m)

天然重度γ(KN/m3)

承载力标准值fk(Kpa)

压缩模量Es(Mpa)

内摩擦角

Φ°

1

路面和基层

0.6~1.0

2

粉质粘土

1.0~3.6

17.8

110

4.4

11

3

粉质粘土

1.2~4.0

17.2

80

3.2

14

4

粉质砂粘土

1.1~2.8

17.5

100

4.0

10

5

淤泥质粉质粘土

9.8~11.2

17.0

90

3.6

12

已知

、钢板桩入土深度根据经验初定为t=4.0m

、基坑深度依据设计标高,路面0.7m以下H=4-0.7=3.3m

、填土以及河床下粉质粘土的容重取平均值均按17.5KN/m3

、摩擦角φ=13°

所以

3.5.2、计算钢板桩所需的最小入土深度

如果以A点的∑M=0

钢板桩所需的最小入土深度t:

3.5.3、钢板桩长度确定

因为基底以上部分钢板桩需要高度4m,加上1.65为5.65m,为安全计,选用6m钢板桩,入土深度不小于1.8m即可。

3.5.4、钢板桩顶部支撑力计算

若以A点的∑X=0

便可求得A点所推力Ra为:

于是

3.5.5、钢板桩截面选择

先求钢板桩所受最大弯矩Mmax。

最大弯矩处即为剪力等于零处,设剪力等于零处距板桩顶为x,则:

那么

拟采用[25b槽钢作为钢板桩,Wx=289.6cm3

满足要求。

根据现场情况与计算结果,拟采用[25b槽钢(定长为12m,现场加工成6m),钢板桩入土深度1.8m。

外侧设钢围檩双拼[25槽钢1道,(详见附图),并将槽钢与钢板桩断续焊接。

3.5.6、钢围檩断面的选定

由以上计算可知

钢板桩顶端支撑拉力Ra是指每米的拉力,显然对钢围檩受力即均布荷载q=Ra=72.56KN/m

暂定每3m设置一道支撑,并按照简支受力状态,便有如下受力图。

所以

[25b槽钢的抗弯截面系数Wx=289.6cm3;所以

说明选定[25a槽钢双支作为钢围檩抗弯是安全的。

3.5.7、支撑选定

由Ra计算可知,如果每3米设置一道支撑,那么支撑的允许轴力应该满足下面条件

N>3×Ra=3×72.56=217.7KN≈22t

所以选定:

φ15cm×5mm以上钢管即能满足要求。

第四章、钢板桩施工技术措施要求

4.1、施工工序

工程放线定位→钢板桩定位→安装导向钢围檩→打设钢板桩→

拆除导向钢围檩→安装钢围檩及拉杆→填土→钻孔桩施工→凿桩头→承台施工→立柱施工→分解钢围檩、拔除钢板桩→清理填土。

4.2、钢板桩施打方法

采用自行振动式钢板桩专用机械插打。

第一根钢板桩插打:

桩机前臂吊起钢板桩,打开桩机头夹板夹住桩头,垂直后在设计位置通过打桩机的液压振动锤将钢板桩插入至设计深度。

后续钢板桩插打:

第一根桩打插完成以后,后续钢板桩沿前一根桩的边缘插入至设计深度,直至形成封闭钢板桩围护体系。

在钢板桩施工中,打设的允许误差为:

桩顶标高偏差±100mm,钢板桩轴线偏差±100mm,钢板桩垂直度偏差为2%;在施打过程中,应监测是否在允许误差范围内,超出时及时纠正。

第五章支护及开挖注意事项

5.1、围护桩应严格按放线位置施打,施打应整齐、垂直,相邻板桩应正反扣接严密,确保围护桩整体性。

5.2、腰梁、支撑应焊接牢固。

钢板桩与腰梁应靠紧,若有空隙,应采用木楔或钢楔顶紧。

5.3、开挖必须连续作业,一次成型,不宜间断。

并控制好挖土节奏,不得过急,以利于围护结构的应力均匀释放,从而确保安全稳定。

5.4、快到坑底时,留20cm厚度用人工挖土至设计标高。

达到设计标高后立即铺筑碎石垫层,及时浇筑C15砼垫层,保证相对意义上实现“随挖随填”,减少基底土回弹。

并要求碎石和砼垫层满铺,以起到底支撑作用。

5.5、开挖前必须备料充足,准备好中粗砂、混凝土等材料,才能保证“随挖随填”。

5.6、基坑顶面周边1.5m内严禁堆土、堆物,挖土、出土必须在基坑范围内沿纵向后退方式进行。

挖出的土方应及时外运至合适地点。

5.7、挖土时必须勤测勤量,防止超挖而破坏基底土体,导致地基强度减弱。

5.8、挖土时,设专人指挥,严禁机械撞击围护体系。

因挖土机械、运土车辆以及交通的影响,必须设专人维持现场运行秩序,避免因机械操作幅度过大而产生过大的振动影响,不利基坑安全稳定。

5.9、基坑开挖施工期间加强对围护结构的观察,发现异常变形情况必须及时报告,以便及时采取有效措施,确保工程安全顺利进行。

5.10、每一段开挖完成并浇筑基础后,不得长时间暴露和受雨水侵蚀,应尽早安排管道和井身结构施工,以利用结构重量来代替挖去土的重量,防止四周沉降、基底回弹等危害。

5.11、歇工时,挖机远离坑顶。

5.12、拔钢板桩时常易产生破坏作用,主要是拔桩时将部分土体随桩带出,因而形成一道狭长的空隙,原有土体平衡受到破坏。

为达到新的土体平衡,空隙两旁的土体将移向空隙,从而使地面出现沉降,致使受影响区的建筑物,管网遭到破坏。

因此为防止或减少因拔桩而产破坏的措施有:

a、打桩前在钢板桩的表面涂上沥青等润滑剂,避免拔桩时将土带出;

b、拔桩时采用间隔拔出或分组拔出;

c、拔桩出现的空隙,立即用砂回灌;

d、对重要建筑物和粉细砂的地区,必要时先进行注浆,增加土体强度和移动阻力,待桩拔出后,仍用砂回灌。

第六章、基坑监测

为确保围护结构的安全施工,必须对整个基坑施工过程和内部结构施工过程进行施工监测。

对深基坑施工过程进行监测非常重要:

可以验证支护结构设计,指导基坑开挖和支护结构的施工或及时对局部进行加固调整,保证基坑支护结构的安全。

6.1、监测项目

在基坑开挖过程中应密切监测围护结构的变形量,根据变形的发展情况,及时调整施工工艺,实行信息化施工。

本工程基坑监测项目应包括:

钢板桩位移、变形;支撑腰梁位移、变形;坑顶地面裂缝、沉降。

6.2、监测控制报警值

监测控制值参考《建筑地基基础施工质量验收规范》、《基坑工程设计规范》,并根据设计要求、施工现场实际情况及监测单位经验确定。

监测报警值如下:

水平位移为40mm,变形速率连续三天大于4mm/d;

地面沉降为60mm,变形速率连续三天大于5mm/d。

6.3、监测要求

1、首次监测成果是各周期监测的初始值,应具有比各周期监测成果更准确可靠的监测精度,宜采用适当增加测回数措施。

各监测项目在基坑监测施工前测读初始值不应少于三次。

2、监测频率应勤,特别是土方开挖初期,要24小时轮班监测。

3、定期对使用的基准点或工作基点进行稳定性检测,点位稳定后,检测周期可适当延长,当对变形成果发生怀疑时,应进行检测。

4、观测前,对所有的设备必须按有关规定进行检校,作好记录。

5、使用同一仪器和设备、固定观测人员,采用相同监测路线和监测方案。

6、尽可能在基本相同环境和条件下工作。

7、当观测指标超过警戒值或场地条件变化较大,应及时报警并加密观测次数。

8、监测结果必须附数据和图表说明,标明变化速率和累计变位值,发现异常情况必须分析报告。

施工监测过程应持续整个基坑结束。

当监测发出监测报警后,如变形(或内力)继续增加,且变形增加速率有加大的趋势,应采取相应应急措施。

第七章、危害防治

7.1、渗水或漏水

7.1.1、对渗水量较小,不影响施工也不影响周边环境的情况,可利用坑底排水沟排除。

7.1.2、对渗漏水量很大的情况,应查明原因,采取相应的措施:

若漏水位置离地面不深处,可将桩墙背挖至漏水位置下50-100cm,在工程桩后用密实砼进行封堵。

若漏水位置较深,除采取前述方法外,再结合高压注浆等措施加以解决。

7.2、基坑发生渗流或隆起

1、坑底隆起是地基卸荷而改变坑底原始应力状态的反应。

在开挖深度不大时,坑底为弹性隆起,其特征为坑底中部隆起最高,弹性隆起在基坑开挖停止后很快停止,基本不会引起坑外土体向坑内移动;随着开挖深度的增大,坑内外高差所形成的加载和地面各种超载的作用会使围护墙外侧土体向坑内移动,使坑底产生向上的塑性变形,其特征一般为两边大中间小的隆起状态,同时在基坑周围产生较大的塑性区,并引起地面沉降。

2、施工中减少坑底隆起的有效措施是设法减少土体中有效应力的变化,提高土的抗剪强度和刚度。

为此,在基坑开挖过程中和开挖后,应保证降水正常进行,减少坑底暴露时间,尽快铺筑垫层和浇筑砼基础,必要时可考虑加早强剂以提供混凝土的早期强度和缩短后续工序的开工时间。

3、若基坑发生渗流或隆起时,在坑底围护墙内侧一定范围内通过压密注浆进行土体加固。

7.4、地面沉降

基坑开挖深度较深、周边受车辆影响大。

机械交叉作业、运土车产生的动荷载对基坑支护产生一定的影响。

因承台施工在中央12m宽围挡范围内,目前大部分路段可保证双向6车道或8车道通行,因此基坑开挖过程中,可封闭基坑东西两侧各一个机动车道,以减小行驶车辆带来的荷载。

当监测表明地面沉降达到报警值时,应立即停止施工,在基坑内侧底边缘堆码草袋或片石,并压密注浆,同时对底部增设临时钢管支撑。

7.5、安全生产管理体系

7.5.1、认真执行施工方案关于安全的各项措施,如在执行中需修改,必须按有关程序进行审批。

特别要做好有针对性的书面安全技术交底。

遇到生产与安全发生矛盾时,生产必须服从安全。

7.5.2、项目部设立安全专项资金,保证专项资金的投入,不得挪作他用,做好检查和记录。

7.5.3、项目部配备1名专职安全管理人员和4名兼职安全员。

7.5.4、安全生产责任制

建立以项目经理为责任主体的项目管理目标责任制度。

项目经理对整个工程安全负责,分管生产的项目副经理对安全生产负直接领导责任,具体组织实施各项安全措施和安全制度;分管技术的项目工程师负责组织安全技术措施的编制和审核。

工地安全管理人员负责日常安全管理和安全监督;施工员对施工范围内的安全生产负责,贯彻落实各项安全技术措施。

做到各专业人员有岗位职责,操作班组、班长、安全干事以至每个工人都有安全职责。

并履行书面签字手续。

7.5.5、安全教育与培训

(1)对项目部新招聘的人员,由项目部办公室负责,质安科配合安全教育,各专业队、班组进行本专业安全教育及入场教育,合格后方可上岗操作,并建立劳动保护卡,对未经三级教育的人员,班组应拒绝分配工作。

(2)项目经理部使用外包工、临时工,必须经审核,办理有关进场安全教育,符合条件的持劳务公司发放的临时上岗证上岗。

(3)对特种作业人员(电工、焊工、架子工、挖掘机司机、柴油发电机操作工、指挥等),必须经培训考试合格后,持证上岗。

(5)各施工班组每周做好“三上岗、一讲评”记录。

7.5.6、安全教育、检查

(1)项目部每月二次全面安全检查,班组每星期进行一次定期检查,由施工员实施,每个作业班组结合上岗安全交底,每天安全上岗检查。

通过安全检查活动,不断提高和加强职工的安全意识,落实各项安全制度和安全措施,并且通过检查活动发现和解决安全隐患。

(2)项目部每星期召开一次安全生产大会,传达上级有关文件精神,总结前期安全情况,加强对作业人员的安全意识教育,掌握安全生产动态,确保安全生产无事故。

7.5.7、安全交底

施工前,施工员必须对操作班组进行有针对性的书面安全技术交底,履行好会签手续,并于现场进行指导。

凡未经安全技术交底的,班组有权拒绝接受工作。

班组在接到安全技术交底时,必须组织组员认真学习并熟悉,在施工过程中,必须严格按交底要求施工,如因交底错误而发生事故,由交底者负责,如因不按交底要求操作而发生的事故,由操作者负责。

 

安全生产管理体系见下图:

 

附:

主要机械设备数量表

序号

机械设备名称

规格型号

单位

数量

备注

1

打桩机

D32

4

2

全站仪

科力达KTS442

2

3

反铲挖掘机

220

4

4

抽水机

8

5

电焊机

BX100

16

6

切割机

4

7

汽车吊

25T

4

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