拉森钢板桩施工工法.docx
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拉森钢板桩施工工法
拉森钢板桩施工工法
中铁二局股份有限公司城通公司
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一!
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在城市修建地铁时,需要对基坑采用较好的围护结构,以保证基坑开挖和主体结构施工期间的安全,选择支护类型时应根据基坑深度选择较为合理的支护体系,这不仅满足施工要求,也能够提高工作效率,降低施工成本。
在施工广州市轨道二/八号线延长线工程盾构6标【大洲停车场岀入段线】吊出井明挖段围护结构时,根据基坑深度、支护要求和土质情况。
选择了拉森钢板桩作为明挖敞开段支护结构,取得了较好的技术和经济效益。
2.工法特点
2.1高强度,轻型,隔水性良好,施工简单,工期缩短、耐久性良好。
2.2建设费用较低、互换性良好,可重复使用20〜50次。
2.3施工具有显著的环保效果,大量减少了取土量和混凝土的使用量,有效地保护了土地资源。
2.4救灾抢险的时效性较强,如防洪、塌方、塌陷、流沙等。
3.适用范围
3.1钢板桩适用于埋深较浅的支护结构
3.2钢板桩沉桩适用粘性土、砂土、淤泥等软弱地层
4.工艺原理
在地铁浅基坑开挖前,根据地质条件和开挖深度采用钢板桩进行支护,并结合地质情况和钢桩受力特点选择钢板桩型号,使之形成一个稳定可靠的围护体系,承受基坑开挖期间的土体侧向压力。
拉森钢板桩的适用深度,要根据钢板桩的规格,经过计算而定。
下面举例计算:
已知土质饱和重度丫二20KN/H13,内摩擦角0=2Oo,不考虑内聚力,基
坑深度H=12.5mo卸载深度h=7m,支护净深Hl=5.5mo土压力如下图示。
1)取计算单位宽为lm。
Ka=tg2(45°-20°/2)=0.49;Kp=tg2(45°+20°/2)=2.04;yd二3.0*tg(45°+20/2)=4.3mo
Eal=yKaH沱/2二20*0.49*5.52/2=148.2KNEa2=yKah(Hi-
yd)/2=20*0.49*7*1.2=82・3KN
el=YKaH=20*0.49*12.5=122.5KN
2)经初步计算,在・8m处设一道支撑,求土压力为0处反弯点0。
t0=yKaH/[y*(KB*Kp-KaJ](KB为被动土压力修正系数,查规范取1.6)
=20*12.5*0.49(20*(1.6*2.04-0.49]]=2.2m。
则Ea3=el*t0/2=122.5*2.2/2=134.8KN。
Ea=Eal+Ea2+Ea3=365.3KN。
3)0点弯矩MC=0,
则:
5.2N二(5・5/3+2・2]*Eal+(1.2/2+2.2)*Ea2+(2.2*2/3]*Ea3
N=(597.7+230.4+197.7]/5.2=197.3KN。
4)求钳固深度Hd及桩长。
0点剪力:
Q0=Ea-N=365.3-197.3=168KN。
由M0二0,得E2=3Q,即:
Y(KB*Kp・Ka)tl2/2=3QO
20*(1.6*2.04-0.49)tl2/2二2*3*168,tl=4.26m。
Hd=l.l*(tl+tO)=1.1*(2.2+4.26]=7.1m。
桩长:
5.5+7.1=12.6,未考虑土的内聚力,偏于安全,选用12m桩。
5)钢板桩选用与验算。
选用拉森式V型钢板桩,规格为500*200*19.5,每延米截面矩见拉森V型,取W=3000cm3/mo求钢板桩最大弯矩Mmaxo
设P点剪力为0,由YKah(y-4.3]+YKay2/2=N。
得20*0.49*7*(y・4.3)+20*0.49y2/2二197.3y二5.23m。
Mmax=197.3*(5.23-2.5)・20*0.49*5・233/6・20*7*0・49*0・932/2=275・3KN・m
贝iJ?
=Mmax/W=275.3*103/3000=91.8Mpa
91.8Mpa<0.5[?
]=105Mpa(满足要求)
5.施工工艺流程及操作要点
5・1施工工艺流程施工准备T测量定位T安装导架T平整场地T板桩调至插桩点T将钢板桩打设至设计标高T土方开挖(并做施工监测)T主体结构施工T拔除钢板桩T灌浆回填。
5.2操作要点
5.2.1钢板桩施工的一般要求
1、钢板桩沉桩施工先试桩,试桩数量不小于10根
2、钢板桩放线施工,桩头就位必须正确、垂直、沉桩过程中,随时检测,发现问题,及时得理。
3、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。
4、整个施工期间,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。
5.2.2钢板桩使用前的准备工作
1、钢板桩的检验及处理
1)钢板桩运到工地后,对桩体外观表面缺陷、长度、宽度、厚度、高度、端头矩形比、平直度和锁口形状等进行检验。
2)对桩身影响打设的焊接件进行割除(有割孔,断面缺损应补强)。
有严重锈蚀,需量测断面实际厚度,予以折减。
3)锁口润滑及防渗措施,对于检查合格的钢板桩,为保证钢板桩在施工过程中能顺利插拔,并增加钢板桩在使用时防渗性能。
每片钢板桩锁口都须均匀涂以混合油,其体积配合比为黄油:
干膨润土:
干锯沫=5:
5:
3。
2、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,并应注意保护锁口免受损伤。
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。
3、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:
1)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
3)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。
附图5.2.2-1
钢板桩标准堆放图
图5.2.2-1钢板桩标准堆放图
5.2.3安装导架
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、坚固的导向架,亦称“施工围標”。
导向架采用单层双而形式,通常由导梁和导桩等组成,导桩的间距一般为2.5〜3.5m,双面导梁之间的间距不宜过大,一般略比板桩墙厚度大8〜15mmo
安装导向架时应注意以下几点:
1、采用经纬仪和水平仪控制和调整导梁的位置。
2、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。
3、导梁不能随着钢板桩的打设而产生下沉和变形。
4、导梁的位置应尽量垂直,并不能与钢板桩碰撞。
5.2.4钢板桩打设
根据现场施工条件,拟采用屏风式打入法。
此法是将10根钢板桩成排插入导架内,呈屏风状,施打时,先将导架两端的钢板桩打至设计深度,作为定位板桩,然后在中间按顺序呈阶梯状分批施打。
这种打桩方法的优点是可以减少倾斜误差积累,防止过大的倾斜,能保证施工质量。
1、先由测量人员定出钢板桩的轴线,每隔一定距离设置导向架。
2、准备桩帽及送桩:
先用吊车将钢板桩吊至插桩点处进行插桩,插桩时锁口对准,每插入一块即套上桩帽轻轻加以锤击,在打桩过程中,为保证钢板桩的垂直度,用两台经纬仪在两个方向加以控制。
为防止锁口中心线平面垂直度平面位移,可在打桩进行方向的钢板桩锁口处设卡板,阻止板桩位移。
同时在围標上预先算出每块的位置,以便随时检查。
3、钢板桩分几次打入,如第一次由12m高打至10m,第二次则打至8m,第三次打至导梁高度,待导梁拆除后第四次打至设计标高。
打桩时,开始打设的第一,二块钢板桩的打入位置和方向要确保精度,它可以起样板导向作用,一般每打入lm应测量一次。
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。
5、钢板桩的转角和封闭:
钢板桩墙的设计长度有时不是钢板桩标准宽度的整数倍,或
者板桩墙的轴线较复杂,钢板桩的制作和打设也有误差,这些都会给钢板桩墙的最终封闭合
拢带来困难。
对不能闭合的钢板桩在接缝处应做好防水处理。
附钢板桩现场施工
图5.2.4-3施工完成后效果图图5.2.4-4打入预定深度后桩面特写
5.2.5钢板桩打设中常见问题的原因及处理
表5.2.5钢板桩打设中常见问题的原因及处理表
现彖
产生原因
处理方法
被打桩与邻桩锁口间
施工中用仪器随时检查、控制、纠正;发生倾斜
倾斜
距阻力较大,而打桩
时用钢丝绳拉住桩身,边拉边打,逐步纠正,对
行进方向的贯入阻力
先打的板桩适度预留偏差。
小
扭转
锁口是较式连接
在打桩行进方向用卡板锁住板桩的前锁口;在钢板桩与围標之间的两边空隙内,设滑轮支架,制止板桩下沉中的转动;在两块板桩锁口扣搭处的两边,用垫铁填实。
打板桩时和已打入
钢板桩倾斜弯曲,
发生板桩倾斜及时纠正;把相邻己打好的桩用角
的邻桩一起下沉
使槽口阻力增加
铁电焊临时固定。
5.2.6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,应仔细研究拔桩顺序和拔桩时间,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。
吊出井钢板桩采用振动拔桩,先用打拔桩机夹住钢板桩头部振动lmin〜2min,使钢板桩周围的土松动,产生“液化”,减少土对桩的摩阻力,然后慢慢的往上振拔。
拔桩时注意桩机的负荷情况,发现上拔困难或拔不上来时,应停止拔桩,可先行往下施打少许,再往上拨,如此反复可将桩拔出来。
拔桩时应注意事项:
1、拔桩前拆除、改移高空障碍物,平整夯实作业场地。
修筑临时运输道路,架设动力及照明线路,清除桩头附近堆土,检修机械设备。
2、拔桩选用振动拔桩机、吊车配合,并符合下列规定:
1)拔桩前用拔桩机卡头卡紧桩头,使起拔线与桩中心线重合。
2)拔桩开始略松吊钧,当振动机振1-1.5min后,随振幅加大拉紧吊钧,并缓慢提升。
3)钢板桩起到可用吊车直接吊起时,停振。
钢板桩同时振起几根时,用落锤打散。
4)振出的钢桩及时吊出,起吊点必须在桩长1/3以上部位。
5)拔桩过程中,随时观察吊机尾部翘起情况,防止倾覆。
6)钢板桩逐根试拔,易拔桩先拔出。
起拔时用落锤向下振动少许,待锁口松动后再拔起。
7)钢板拔出后桩孔及时砂填实。
3、拔桩中,操作方法正确、拔桩机振幅达到最大负荷、振动30min时仍不能拔起,停止振动,采取其他措施。
4、在地下管线附近拔桩时,必须对地下管线进行保护,机械不得在上面作业。
5、拔出的钢桩进行修整,并用冷弯法调直后待用。
5.3劳动力组织
表5.3劳动力组织情况表
序号
职务
人数
备注
1
管理人员
2
2
技术人员
1
3
施工人员
3
4
后勤杂工
2
6.材料与设备
本工法无需特别说明的材料,采用的机具设备见表6o
表6材料设备情况表
序号
设备名称
单位
数量
备注
1
拉森钢板桩
根
根据围护结构尺寸确定
2
打桩机
ft
根据工程情况确定
3
拔桩机
根据工程情况确定
4
钢丝绳
根
根据工程情况确定
5
电焊机
fr
根据工程情况确定
7.质量控制
7.1钢板桩的检验
钢板桩运到工地后,进行外观检验,对不符合形状要求的的钢板桩进行矫正,清除锁口内杂物(如电焊瘤渣、废填充物等),对缺陷部位加以整修,以减少打桩过程中的困难。
1、锁口检查的方法:
用一块长约2米的同类型、同规格的钢板桩作标准,将所有同型号的钢板桩做锁口通过检查。
检查采用卷扬机拉动标准钢板桩平车,从桩头至桩尾作锁口通过检查。
对于检查出的锁口扭曲及“死弯”进行校正。
2、为确保每片钢板桩的两侧锁口平行。
同时,尽可能使钢板桩的宽度都在同一宽度规格内。
需要进行宽度检查,方法是:
对于每片钢板桩分为上中下三部分用钢尺测量其宽度,使每片桩的宽度在同一尺寸内,每片相邻数差值以小于1为宜。
对于肉眼看到的局部变形可进行加密测量。
对于超出偏差的钢板桩应尽量不用。
3、钢板桩的其它检查,对于桩身残缺、残迹、不整洁、锈皮、卷曲等都要做全面检查,并采取相应措施,以确保正常使用。
4、锁口润滑及防渗措施,对于检查合格的钢板桩,为保证钢板桩在施工过程中能顺利插拔,并增加钢板桩在使用时防渗性能。
7.2重复适用的钢板桩检验标准
表7.2拉森钢板桩重复使用检验标准一览表
序号
检查项目
允许偏差
检查方法
单位
数值
1
桩垂直度
%
<1
钢尺量
2
桩身弯曲度
<2%L
L为桩长,钢尺量
3
齿槽平直度及光滑度
无电焊渣或毛刺
lm长桩段作通过试验
4
桩长度
不小于设计长度
钢尺量
7.3质量保证措施
7.3.1钢板桩施工前须进行选材,对有变形的进行矫正;施工时每支钢板桩必须扣好企口,防止漏水。
7.3.2施工过程中须保证钢板桩垂直度,钢板桩打入深度不能低于设计值。
7.3.3沉设围护桩的施工中,严格按照沉桩规范施工,基坑四角必需采用角桩,最大程度的提高小齿口拉森桩防漏性能,保证下道工序顺利进行。
8.安全措施
8.1为提高深基坑围护的安全可靠性对拉森桩的入土深度,进行理论数据的计算,并对围护桩的强度及稳定性进行验证,确保深基坑施工的可靠性。
8.2严格按照基坑施工规范实施每道工艺的施工,开挖坑土堆放至10m〜15m(1倍桩长)以外,坑土堆放要平整最大程度的减小堆土对围护桩的侧压力,增强围护的安全系数,及时对坑内的积水进行抽排。
8.3在对基层实施挖土时,挖土机械严格按照规范操作,最大程度的减小挖土机械单位受力面积,杜绝冲击荷载,对围护桩的破坏,确保基坑安全。
9.环保措施
9.1工地建筑垃圾随时清理,当天运走,不用的料具和机械及时清退岀场,保持场内清洁。
生活区设置垃圾箱,每日专人清运。
9.2施工场界噪声控制按《建筑施工场界噪声限值》(GB12523-90)要求。
9.3基坑内、施工场地、运输道路定时洒水降尘。
9.4严禁在工地燃烧各种垃圾废弃物。
9.5工程完工后,按要求及时拆除所有工地围蔽、安全防护设施和其他临时设施,并将主地及周围环境清理整洁,做到工完、料清、场地净。
10.效益分析
本工法在施工过程中,降低了劳动力,加快了施工进度,与钻孔灌注桩相比,减少了钻孔、碗浇筑期间的泥浆排放,对周围环境未受到污染,也加快了后续工程的施工进度,取得了较好的经济效益。
11•施工实例
11.1工程概况
广州市轨道交通二、八号线延长线工程盾构6标段【大洲停车场岀入段线】盾构区间土建工程包含一个盾构区间,两个明挖区间段,位于广州市番禺区钟村镇大洲村与石壁三村范围内,东起拟建广州新客站,北止于大洲停车场。
吊出井明挖段隧道平而形状为不规则形状,明挖段基坑深度最深为10.2米,敞开段基坑深度为0〜5mo根据明挖段基坑深度变化,在里程CDK1+582.000〜633.000,RDK1+558.507〜609.560,基坑开挖深度3〜5m的范围处采用钢板桩作为浅基坑支护结构。
该处施工范围基坑地质主要为vl>、v2・2>、v2・3>、v5・2>,属于淤泥质软土和粉质粘土层。
附图吊出井钢板桩施工平面图:
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图吊出井钢板桩施工平面图
11.2施工情况
钢板桩施工里程为CDK1+582.000〜633.000,RDK1+558.507〜609.560,总长约为
102m,采用国产拉森式V型钢板桩,宽度500mm,计划使用204根,采用振动锤打设,
屏风式打入法,钢板桩深度为10m。
附基坑钢板桩支护施工图:
图11.2・2基坑钢板桩支护施工
11.3工程监测与结果评价
在吊出井敞开段基坑施工中,根据基坑监测情况,最大沉降值为12mm。
拉森钢板桩施工施工周期短,对环境污染小,防水效果好,在埋深较浅的支护结构中足以保证基坑的开挖安全,施工完后经各方实地现场观摩后得到了各方的好评。