钢板桩施工组织方案.docx
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钢板桩施工组织方案
武汉天兴洲大桥铁路引桥及相关配套工程部分站前线下工程TZQ－1标
钢板桩围堰施工方案
编制：
复核：
审批：
中铁七局集团武汉工程指挥部第三项目分部
二OO五年八月
1.工程概况
1.1施工情况
滠口左线引桥1#桥、滠口右线桥、谌家矶左线引桥多次跨越府环河下游的朱家河、新斗马河、滠水河西支。
滠口左线引桥1#桥8#～9#墩、滠口右线桥15#～16#墩，谌家矶左线引桥101#～102#墩位于滠水河道中。
滠口右线桥24#～28#墩由于规划河槽，加深开挖，承台底面距地面（水面）在9m~16m之间。
滠口左线引桥1#桥8#墩、9#墩位于滠水西支，枯水期水位为18.13m，河床底面标高分别为16.14m、14.07m，承台底面标高分别为11.72m、11.43m，承台底深度分别为6.5m、6.7m（距水面）。
承台均在粘土层中，粘土层直至承台底以下分别为3.5m、6.2m，然后到砂、砾石层。
其中，8#墩承台底以下0.3米有一层厚为2m的夹砂层，为避免发生管涌现象需要封底。
滠口右线桥15＃墩、16＃墩位于滠水河河道，枯水期水位为15.60m，河床底面标高分别为14.74m、15.77m，承台底标高分别为11.55m、11.25m，承台底深度分别为4.1m、4.5m（距水面）。
承台均在粘土层中，粘土层直至承台底以下分别为0.3m、3m，然后到砾石层。
其中，15#墩承台底以下0.3米为层厚3m的夹砂层，为避免发生管涌现象需要封底。
16＃墩不需要封底。
24＃墩～28＃墩横跨汉北河，其中，25＃墩、26＃墩为水中墩。
汉北河枯水期水位为17.05m，25＃、26＃墩河床底面标高分别为17.94m、17.6m，承台底面标高分别为5.76m、6.08m，承台底深度分别为11.3m、11m（距水面）。
25＃墩承台在粘土层与夹砂层中间，底部为粘土层，26＃墩承台位于粘土层中。
粘土层直至承台底以下分别为5.3m、5.4m，然后到砾石层。
24＃、27＃、28＃墩地面标高分别为20.5m、22.3m、22.37m。
承台底标高分别为11.63m、6.31m、11.6m，承台底深度分别为9m、16m、11m（距地面）。
承台均在粘土层中，粘土层直至承台底以下分别为0.7m、4m、8.5m，然后到砾石层。
其中，24#墩承台底以下0.7米为层厚2m的夹砂层，为避免发生管涌现象需要封底。
谌家矶左线引桥100#墩～102#墩位于滠水西支，枯水期水位为20.67m，河床底面标高分别为17.64m、16.36m、14.86m，承台底面标高分别为14.57m、12.3m、12.05m，承台底深度分别为6.1m、8.4m、8.6m（距水面）。
承台均在粘土层中，粘土层直至承台底以下分别为1.5m、0.5m、1.5m，然后到夹砂层。
为避免发生管涌现象均需要封底。
1.2工期情况
枯水季节时间为2005年10月1日～2006年5月1日。
由于竣工日期为2006年11月30日，而2006年5月～2006年10月为汛期，河漫滩内墩位无法进行施工，所以只能压缩在该枯水期施工，以滠口右线桥25＃墩为例，基坑埋深11.3m，枯水期一到，即要进行场地平整、临时便桥、临时便道、电力铺架等大临工程施工，然后再进行水上作业平台的搭设，设备进场，设备就位，准备工作需要30天。
再进行钻孔桩施工，需要10天。
钢板桩设备进场至承台施工需要50天。
再进行承台施工，墩身施工，悬臂施工等完毕才能拔除钢板桩。
工期紧迫，钢板桩不能进行周转，水中墩及深埋墩施工需要同步进行。
2.总体施工方案
㈠、钢板桩围堰施工方案
滠口左线引桥1＃桥、滠口右线桥、谌家矶左线引桥水中墩及深埋墩采用拉森钢板桩做施工围堰的方法进行施工。
其施工工艺流程如下：
拉森型钢板如下图所示（尺寸所示为拉森Ⅴ型钢板）：
现以滠口右线桥25#墩为例：
钢板桩的平面结构形式采用矩形，钢板桩采用拉森Ⅴ型，高度为18m。
钢板桩打入基坑底深度为5m。
钢板桩围堰尺寸为：
13.5m×14m。
围堰内部设置H型钢矩形支撑（加设角撑）。
施工准备：
将新旧钢板桩运到工地后，详细对其检查、丈量、分类、编号，同时对两侧锁口用一块同型号长2～3m的短桩采用检查小车进行检验。
锁口通不过或桩身有弯曲、扭曲、死弯等缺陷，采用冷弯，热敲（温度不超过800～1000℃），焊补、铆补、割除、接长等方法加以整修。
同时确保接头强度与其它断面相等，接长焊接时，用坚固夹具夹平，以免变形，在焊接时，先对焊，再焊接加固板，对新桩或接长桩、在桩端制作吊桩孔。
检查小车示意图
在采用组桩插打时，每隔4～5m设有一道夹木，夹木在板桩起吊前夹好，插打时，逐付拆除，周转使用。
组桩及单桩的锁口内，涂以黄油混合物油膏（重量配合比为：
黄油：
沥青：
干锯末：
干粘土=2：
2：
2：
1），以减少插打时的摩阻力，并加强防渗性能。
钢板桩的吊运插打与合拢：
钢板桩检查合格后，由两组平车运至墩位，按插桩顺序堆码最多允许堆放四层，每层用垫木隔开高差不得大于10mm，上下层垫木中线要在同一垂直线上，允许误差不得大于20mm。
安插钢板桩使用高架索道对钢板桩进行水平和垂直运输，将钢板桩运至指定位置，然后运用两个吊钩的吊起和放下，使钢板桩成垂直状态，脱出小钩，移向安插位置，插入已就位的钢板桩锁口中。
起吊前，锁口内嵌填黄油沥青混合料。
箍紧钢板用的弧度卡箍，待插入锁口时逐个解除。
钢板桩逐块（组）插打到底，先插合拢后，再逐块（组）打入，本工程钢板桩拟先插上游边，在下游合拢。
抽水堵漏：
钢板桩插打完，利用抓斗取土，当坑内积水到一定深度时即可抽水，然后继续开挖。
抽水深度大于支撑高度时，要加设支撑然后才能继续进行往下开挖，严禁设置支撑前超挖。
在加设支撑时要检查各节点是否顶紧，防止因抽水而出现事故。
抽水速度不能过快，且要随时观察围堰的变化情况。
当锁口不紧密漏水时，用棉絮等在内侧嵌塞，同时在漏缝处撒大量木屑或谷糠，使其由水夹带至漏水处自行堵塞。
若为有水开挖，利用高压射水泵及吸泥机进行水下开挖，当挖至基坑底一下1.5m时，进行混凝土封底处理，封底混凝土采用C25标号，封底厚度为1.5m。
封底后进行抽水、并设置支撑。
直至基坑底。
拔桩：
在钢板桩插打前，对插入土层内部的钢板桩内外两侧涂刷沥青，减少拔桩的摩擦力。
钢板桩拔桩前，先将围堰内的支撑，从下到上陆续拆除，并陆续灌水至高出围堰外地下水位1～1.5m，使内外水压平衡，使板桩挤压力消失，并与部分砼脱离（指有水下砼封底部份）。
再在下游选择一组或一块较易拔除的钢板桩，先略锤击振动各拔高1～2m，然后依次将所有钢板桩均拔高1～2m，使其松动后，再从下游开始分两侧向上游挨次拔除，对桩尖打卷及锁口变形的桩，可加大拔桩设备的能力，将相邻的桩一齐拔出，必要时进行水下切割。
滠口左线引桥1＃桥、滠口右线桥、谌家矶左线引桥水中墩及深埋墩所用钢板桩型号、数量、埋深及振拔机型号见附图。
㈡、钢管桩围堰施工方案
滠口左线引桥1＃桥、滠口右线桥、谌家矶左线引桥水中墩及深埋墩采用螺旋卷制钢管桩做施工围堰的方法进行施工。
其施工工艺流程与钢板桩施工相同。
钢管示意图如下所示（钢管选用φ508壁厚10mm螺旋钢板卷制）：
滠口左线引桥1＃桥、滠口右线桥、谌家矶左线引桥水中墩及深埋墩所用钢管桩型号、数量、埋深及振拔机型号见附图。
㈢、钢板桩、钢管桩围堰费用比较
按照市场行情，钢板桩的打拔、租用共计2000元/吨；钢管桩购买、焊接、打拔费用共计6000元/吨。
钢板桩、钢管桩使用数量如下表：
序号
单位工程名称
墩号
位置描述
承台尺寸
围堰尺寸
深度
埋深
围堰规格、型号
材料数量（根）
围堰长度
材料数量（T）
m
m
m
m
钢板桩
钢管桩（10mm）
钢板桩
钢管桩
m
钢板桩
钢管桩围堰
钢管桩
山型钢
T型钢
钢板
堵水钢板
1
滠口左线引桥1＃桥
8
水中
9×9×2.5
12.5×12.5
6.5
6
拉森Ⅳ
φ508mm
125
84
12
111
105
26
14
13
16
2
9
水中
9×9×2.5
12.5×12.5
6.7
3
拉森Ⅳ
φ508mm
125
84
（10）12
（93）111
105
21
12
11
13
3
滠口右线桥
15
水中
7.1×7.4×2.5
10.5×11
4.1
8
拉森Ⅳ
φ508mm
108
72
12
96
108
22
12
11
13
4
16
水中
7.1×7.4×2.5
10.5×11
4.5
8
拉森Ⅳ
φ508mm
108
72
12
96
108
22
12
11
13
5
24
深埋
6.4×9.0×2.5
10×12.5
9
4
拉森Ⅳ
φ508mm
114
75
（13）12
（110）102
122
25
14
12
15
6
25
水中
9.8×10.6×3
13.5×14
11.3
5
拉森Ⅴ
φ508mm
132
92
18
238
207
42
23
21
26
7
26
水中
9.8×10.6×3
13.5×14
11
5
拉森Ⅴ
φ508mm
132
92
16
212
184
37
21
18
23
8
27
深埋
6.4×9.0×2.5
10×12.5
14
6
拉森Ⅴ
φ508mm
108
75
20
216
188
38
21
19
23
9
28
深埋
7.1×7.4×2.5
10.5×11
11
5
拉森Ⅴ
φ508mm
104
72
16
167
144
29
16
14
18
10
谌家矶左线引桥
100
水中
6.4×9.0×2.5
10×12.5
6.1
6
拉森Ⅳ
φ508mm
108
75
12
96
144
23
13
11
14
11
101
水中
9.5×9.5×2.5
13×13
8.4
7
拉森Ⅳ
φ508mm
124
88
15
138
165
34
19
17
21
12
102
水中
9.5×9.5×2.5
13×13
8.6
7
拉森Ⅳ
φ508mm
124
88
15
138
165
34
19
17
21
合计
（1711）1721
1745
353
196
175
216
2685
注：
表中括号内数据为非定尺桩的需要量，括号外为定尺钢板桩数量。
山型钢、T型钢、钢板及堵水钢板（可用沥青替代）见上页钢管桩示意图。
滠口左线引桥1＃桥、滠口右线桥、谌家矶左线引桥水中墩及深埋墩所需钢板桩共计1721T。
钢板桩费用为2000元/吨×1721吨＝344.2万元。
同理经计算得滠口左线引桥1＃桥、滠口右线桥、谌家矶左线引桥水中墩及深埋墩所需钢管桩共计2685T。
钢管桩费用为6000元/吨×2685吨＝1611万元。
综上，使用钢板桩围堰成本较钢管桩经济。
3.等弯矩布置水平支撑平面、立面图
①、水平支撑立面图（标示钢板桩弯矩及支撑反力）
②、水平支撑平面图（最大受力处支撑弯矩图）
4.围堰、支撑及地基检算
以滠口右线桥25＃墩为例，25#墩位于滠水河河道中，枯水期水位标高为17.05m，由于该处位于规划河槽河道，承台底设计标高为5.76m，既有地面标高为17.55m，承台尺寸为：
10.6m×9.8m×3m。
桩基为8φ150梅花布置钻孔桩。
地质分布为17.55m～8.35m为粘土，8.35m～5.34m为夹砂层，5.34m～0.46m为粘土，0.46m～-6.76m为砂砾层。
（详见滠口右线桥24＃墩～28＃墩立面图）
根据以上工程概况，采用矩形钢板桩围堰施工（围堰尺寸为：
13.5m×14m）。
使用18m长拉森Ⅴ型钢板制作，（如下图所示）
钢板桩围堰立面图
钢板桩围堰平面图
经计算，需要拉森Ⅴ型钢板桩238T，132根。
㈠、受力检算
①、基坑底稳定性检算
根据地质情况判断：
承台底地质土层均匀，为粘土。
如下图所示：
钢板桩深入承台底面5m，即：
围堰底口标高为0.76m，位于粘土层。
转动力矩：
Mov＝G×X/2＝（q+rh）×X2/2
q为上部荷载，该检算上部荷载q取值为0
即：
Mov＝rh×X2/2
稳定力矩：
Mτ＝X×τf×X2
均匀土层，Mτ＝π×τf×X2
τf为地基土不排水剪切的抗剪强度，τ＝σtgφ+c
τf＝c
则：
抗隆起安全系数K＝Mτ/Mov
当K≥1.2时地基土稳定
即：
K＝2πc/（rh）≥1.2
r为土的重度，18KN/m3
h为水位至基坑底高差，25＃墩根据计算h＝17.05-5.76＝11.29m。
基坑土为粘性土，粘聚力c取值20KN/m2
则K＝（2×π×20）/（18×11.29）＝0.62＜1.2不符合要求。
需要增大土的粘聚力c值，若有水开挖利用混凝土封底施工，若无水开挖，需要旋喷桩加固地基，使地基土的粘聚力达到40KN/m2。
②、支撑布置计算
根据等弯矩布置原则，使钢板桩承受最大允许荷载【f】＝200Mpa。
钢板桩顶部悬臂部分的最大允许跨度为：
h＝3√（6×【f】×W/rKa）
r为土的重度，取18KN/m3。
W为拉森Ⅴ型钢板桩截面抵抗矩，取值为3000cm3。
Ka＝tg2（45°-φ/2）
φ为粘土的内摩擦角，查表得φ＝20°
所以计算得Ka＝0.5
代入公式求得h＝342cm＝3.42m
h1＝1.1h＝3.76m
h2＝0.88h＝3m
h3＝0.77h＝2.6m
h4＝0.7h＝2.4m
支撑布置如右图：
③、根据板桩受力检算最小埋深t
采用盾恩近似法，经简化的土压力分布如下图所示：
假定作用在板桩FB’段上的荷载FGN’B’，一半传至F点上，另一半由坑底土压力MB’R’承受，由图中几何关系可得：
rKaH（L5+x）/2＝r（Kp－Ka）x2/2
简约后的公式为：
KaH（L5+x）＝（Kp－Ka）x2
L5＝1.3mH＝11.3mKa＝0.5Kp＝2.04（计算得）
则代入公式有：
0.5×11.3×（1.3+x）＝（2.04-0.5）x2
1.54x2-5.65x-7.345＝0
x＝【5.65±√（5.652+4×1.54×7.345）】/（2×1.54）
x＝4.7m
只要埋深达到4.7m，则满足钢板桩受力要求，该方案中对x取值5m。
④、基坑底管涌验算
地表与基底水头差h＝17.05-5.76＝11.3m
钢板桩埋入基底深度为t＝5m
基底下的土的有效重度为r土-r水＝18KN/m3-10KN/m3＝8KN/m3
要避免出现管涌现象，需要r1＝r土-r水≥K×j
K为抗管涌安全系数
当K≥1.5即不会发生管涌
j为最大渗流力（动水压力）
j＝i×rw
i为水头梯度即i＝h/（h+2t）
rw为地下水的重度，取值10KN/m3
则j＝rw×h/（h+2t）＝11.3×10/（11.3+2×5）＝5.3KN/m3
K＝r1/j＝8/5.3＝1.51≥1.5
符合要求，即：
钢板桩打入基坑底5m，不会发生管涌现象。
⑤、涌水量计算
涌水量Q为基坑底控制渗水量（单位：
m3/d）
Q＝K×A×i
K为土的综合渗透系数，粘土层一般取值为0.05～0.1，在本检算中，K取0.1m/d。
A为基坑底面积（单位：
m2），i为水头梯度（i＝h/（h+2t））
则：
Q＝0.1×13.5×14×11.3/（11.3+2×5）＝10.03m3/d＝0.44m3/h。
根据以上计算数据，用水泵（一般功率）可以满足现场排水功能。
⑥、根据等弯矩布置支撑及支撑反力计算
钢板桩所受弯矩如下图所示：
视板桩为承受三角荷载的连续梁计算：
如右图所示：
h1＝3m，h2＝3m，h3＝2m，h4＝2m，h5＝1.3m
支撑所受的荷载为：
q1＝rKa×H1×（h1+h2）/2
q1＝18×0.5×3×（3+3）/2＝81KN/m
q2＝rKa×H2×（h2+h3）/2
q2＝18×0.5×6×（3+2）/2＝135KN/m
q3＝rKa×H3×（h3+h4）/2
q3＝18×0.5×8×（2+2）/2＝144KN/m
q4＝rKa×H4×（h4+h5）/2
q4＝18×0.5×10×（2+1.3）/2＝148.5KN/m
支撑布置如下：
支撑受力如下图所示：
根据三不等跨梁的内力计算，系数n＝7m/3m＝2.333
取最大受力层，即q＝q4＝148.5KN/m
l为3m
则：
MB＝-0.4375×q×l2＝-3.94×q＝－585.09KN·m
MAB＝0.0019×q×l2＝0.017×q＝2.53KN·m
MBC＝0.3437×q×l2＝3.093×q＝459.3KN·m
VB左＝-0.9375×q×l＝-2.81×q＝－417.3KN
VB右＝1.25×q×l＝3.75×q＝556.9KN
根据以上数据，取受力、受弯最大处，即MB、VB右
采用700mm×300mmH型钢支撑，其受弯方向的截面抵抗矩为5760cm3。
则：
σ＝M/W＝585.09×106/（5760×103）＝102MPa＜【σ】＝200MPa
符合受力要求。
角撑受力如右图：
角撑所受压力值为√2×F
即BC撑压力值为：
787.6KN
则支撑选用700mm×300mmH型钢
共计268m。
⑦、钢板桩所受弯矩计算
根据支撑布置和土压力分配，可计算钢板桩所承受的弯矩值。
由h1＝3m，h2＝3m，h3＝2m，h4＝2m，h5＝1.3m
得σ1＝135MPa
σ2＝177MPa
σ3＝189MPa
σ4＝195MPa
钢板桩受力满足强度要求。
5.基坑开挖及封底方案
㈠、无水开挖
根据渗水量计算，根据渗水量大小可以将开挖分为有水开挖和无水开挖，无水开挖要根据地基稳定性有两种开挖方法。
①、地基不需加固
根据地基稳定性检算，粘土层的粘聚力必须达到40KN/m2。
根据开挖取土后检测，若土的粘聚力达到了40KN/m2，则开挖至基坑底。
根据渗水量，只需要在基底开挖水槽，使用相应功率的水泵抽水即可满足施工要求。
②、地基需要加固
若根据检测发现基坑底土质粘聚力不能达到40KN/m2，则地基需要加固，采用旋喷止水帏幕，钢板桩插打完毕，基坑开挖前在承台与围堰之间打入旋喷桩，旋喷桩采用C25混凝土，桩径为0.5m，旋喷桩间距为2m，最终目的是增大土的粘聚力，以满足地基稳定性要求，使基坑开挖后围堰稳定。
㈡、有水开挖
若根据计算，渗水量较大，水泵不能满足抽水要求，需要采用混凝土封底方案。
即：
围堰插打完毕后，进行基坑开挖，根据支撑布置，防止超挖，及时进行支撑布置。
遇水后，支撑布置工序暂停，使用高压射水泵进行水下基坑开挖，使用吸泥机吸泥，但是要保证基坑内水位要保持在最下一层支撑之上。
基坑开挖至承台底部标高以下1.8m后，即进行水下混凝土封底，混凝土采用C25强度，封底厚度不得小于1.5m。
封底后，再进行抽水，根据支撑布置，要边抽水边设置支撑，严禁抽水过深，要随时观察围堰变化情况，有问题及时处理。
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