钢管桩施工工艺.docx

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钢管桩施工工艺

深基础施工支护工艺的探索

——锁口钢管桩围堰施工工艺

关键词：

管桩内支撑钢管桩围堰

2009年初我段承揽了曹妃甸一号公路垮纳潮河大桥基坑支护施工任务，由于地质、水文、设计承载等方面的原因采用了钢管桩围堰的施工工艺，较好的完成了施工任务，并且在陆地深基坑施工中开辟出了一项新的工艺，便于在以后施工中借鉴经验。

一、工程概况

纳潮河大桥工程位于连接工业区与陆域的一号路上，是因规划纳潮河引起的改建工程。

本工程北起大桥北岸落地点K3+300，南至大桥南岸落地点K5+000，由桥梁和引线工程组成，工程范围全长1700m，其中桥梁长1297m，引线路基403m。

共设64个承台基础需要开挖。

我项目主要完成5#-17#围堰基坑的施工，其中5#-15#基础分左右两幅基坑，16#、17#基础为一体设置。

5#基坑设计尺寸开挖深度为4.3m；6#—16#基坑开挖深度为8.6m；17#围堰开挖深度为11.3m。

二、施工工艺选择

工程地质分布情况：

1、人工填土，主要是碎石层，一般深度为8m左右；2、人工吹填粉细砂，密度比较高；3、粉细砂夹淤泥质亚粘土。

由于人工填筑碎石的存在加大了施工难度，必须采用冲击钻穿透碎石层方可进行下一步的工作。

在此基础上比较了钢管桩围堰与钢板桩围堰施工工艺上优劣比较，最终选择了钢管桩围堰。

钢管桩围堰同钢板桩围堰相比主要存在以下几个方面的优点：

1、钢管桩围堰承载力大。

从力学角度上了讲，施工中采用的Ø820mm钢管的截面抗弯性能远大于钢板桩的抗弯性能，并且管桩打入土中之后，土体进入管桩内部与管桩共同起到抗弯的作用，大大增强了围堰的抗弯性能，提高了作业的安全系数。

由于管桩的抗弯性能的增强，减少了围堰内支撑的设置数量，这样就大大加快了施工进展的速度，为抢工期起到了决定性的条件。

2、管桩易于施工。

由于基坑开挖深度达到8.6米，并且存在人工碎石层，虽然锤击钻引孔，解决了碎石层的问题，但由于碎石层不稳定，易于掉落在引好的孔中，增加施工的难度，钢板桩难以穿碎，并且由于打入深度较深，又采用120振动锤，钢板桩自身都不宜承受这么大的振动力；同钢板桩相比，由于管桩中空，所以易于避开掉落的石块，并且管桩壁厚为12mm，不管是双夹的还是单夹的振动锤都能满足受力要求，并且易于施工操作。

3、钢管桩围堰易于合拢。

在本次施工中，采用了锁口式的工字钢与管桩的穿插方案（在工艺流程中有详细说明），Ø219mm钢管自身内径的自由性比较大，易于控制施工中的合拢距离，使得合拢顺利，大大加快了施工的进展速度。

4、钢管桩围堰施工速度快。

由于施工中选用的材料为Ø820mm钢管、Ø219mm钢管与I20b工字钢，这三者焊接在一起构成一根管桩，在围堰施工中可以提供1.15m左右的有效距离（所谓有效距离是指围堰完成后，管桩与管桩中心之间的距离），同钢板桩相比，大大加快了施工的速度。

三、施工工艺流程介绍

施工工艺流程图：

1、钢管桩加工。

加工过程中特别注意小钢管与大钢管之间的焊接，因为两者之间有缝隙所以需要填充光圆钢筋，保证焊接的质量；另外还要控制好平桩、角桩的角度以便于施工操作。

管桩加工平台

锁口放大图

2、管桩施打。

管桩施打前，首先按照设计好的基坑尺寸进行放线，挖好基坑开挖线，冲击钻引孔穿透碎石层；然后由角桩开始进行插打（从角桩插打便于控制管桩的垂直度），管桩尽量按照基坑开挖线布置，避免内支撑与管桩之间产生缝隙，因而影响受力状态。

合拢口一般放置在离角桩四五米处，在施打最后一排管桩时控制管桩穿插的自由度便于围堰合拢。

3、开挖内支撑安装。

边开挖边支撑，注意处理管桩与内支撑之间的缝隙，采用刚对刚材料填塞，例如工字钢、槽钢等。

在开挖的过程中要观察好围堰管桩的受力情况，更不要出现超挖的情况，尤其是本项目左幅围堰离铁路很近，以免发生危险。

4、基础、墩柱施工。

5、基坑回填、支撑拆除。

支撑拆除后应及时回填，避免管桩受力弯曲，影响管桩的循环使用。

6、管桩拔除。

采用50t履带吊、120振动锤配合拔桩，管桩拔除时，易从合拢桩开始，并且要处理好地基，防止发生危险。

利用25t汽车吊配合履带吊拔桩，进行放桩，可以加快施工的进展速度。

四、钢管桩围堰受力计算书

以17#围堰为例，进行介绍：

1、计算方式

采用MIDAS/Civil结构分析软件按照“荷载—结构”方式建模分析计算。

2、荷载

荷载考虑土压力和水压力。

其计算公式为

式中：

——土和水的最大压力，

；

——土的重度，

；

——水的重度，

；

——开挖深度，

；

——地下水位深度，

；

——土的内摩擦角，

；

17号墩基坑开挖深度为11.3m，开挖范围的土层大部分为人工填筑碎石土和粉细砂，地下水位较浅，根据与类似工程比较，取土的重度为

，内摩擦角为

，地下水位深度取0.0m，即水位与地面齐平。

按上式计算得出最大压力为

。

对于靠近铁路一侧的钢管桩，铁路荷载按1200KN考虑，换算土柱高度2.1m。

3、计算模型

钢管桩用梁单元，底部取竖向约束，横向取弹性支撑，用于考虑桩周土体的约束作用，土体弹性支承的参数：

地基系数

，沿深度的分布按m法假定。

内侧围檩用梁单元，转角连接处为铰接。

内支撑用桁架单元。

4、钢管桩

基坑支护的钢管桩内力

基坑支护的钢管桩的最大弯矩为484KN.m，其弯曲应力为84MPa；剪力为381KN，其剪应力26.4MPa，可见钢管桩的强度满足要求。

5、围檩（第二层）

基坑支护围楞及内支撑的内力图

基坑支护（四）围楞的最大轴力2683KN，最大弯矩298KN.m，最大剪力402KN。

最大组合应力（轴力+弯矩）126.8MPa，最大剪应力41.5MPa。

可见围楞的强度满足要求。

3、内支撑

基坑支护的内支撑（钢管）的最大内力为3393KN，其应力为114.2MPa；斜撑（2C28a槽钢）的内力1380KN，其应力为93MPa，转角处斜撑（2C40a槽钢）的内力1815KN，其应力为122.2MPa，其强度是满足要求的。

4、变形

基坑支护的变形

最大位移为11mm。

五、施工中注意的几个问题

17#围堰设计平面尺寸为30.2m*30.2m；开挖深度为11.3m，内支撑设计两道支撑，支撑管采用Ø820mm钢管，围囹采用H482*300型钢，斜撑采用[40槽钢双扣。

施工中为避免支撑管的安装冲突，每道支撑采用两层焊接；为保证支撑管的连接质量，支撑管在加工场整体加工好后再焊接到围囹上，利用两台履带吊共同协调作业；为避免支撑管因自重下挠，支撑管端焊接钢板，在与围囹焊接时管桩上移形成偏压来抵消支撑管的自重。

支撑安装过程中，开挖后要及时进行安装，避免因受力管桩变形造成危险；当完成两道支撑的安装后在进行开挖。

在17#围堰施工过程中，由于土石方开挖非我方负责，开挖过程中先后出现局部大面积快速下降造成管桩受力急聚变化；开挖面不能均匀下降，靠近铁路线一角出现管桩脱槽，造成施工现场非常危险。

开挖过程中，切实观察管桩的变形情况，整改围堰内的开挖面基本在一个平面上，避免局部开挖深度过大，造成管桩受力集中，出现土体的位移；同时开挖面要均匀下降，避免局部出现管桩工字钢与小无缝钢管的脱槽造成渗水，冲刷围堰外围土体，造成危险，无法施工。

在7#—15#围堰施工过程中，由于地质情况发生变化，密实粉细砂层厚度达3m多，管桩无法穿透，达不到设计管桩长度15m的要求，施工难度加大，由于缺乏这方面的施工经验，一直没有敢改变管桩的长度，经过施工的探索，管桩的入土深度（承台底）达到3.5m以上，即可满足施工的要求，并且可以避免翻砂。

六、钢管装围堰存在的缺点

1、材料量投入大，资金需求大。

由于基坑支护属于配属性工程，如果施工初期缺少这方面的资金，很难保证材料的供应，而且一般来讲施工初期，资金都不宽裕，难度比较大。

2、加工焊接量大，一次性投入大。

施工过程中，钢管桩的加工需要短期内完成，对加工的速度要求高，如果不能满足施工进度需要对后续施工造成很大的影响。

3、钢管桩围堰施工适合粘性土、亚粘土、亚砂土、密实度不高的粉细砂，对于密度高的粉细砂，管桩很难穿透，并且会造成无缝钢管开裂，导致不能循环利用。

4、钢管桩施工完毕后再利用比较困难，适用范围比较窄，容易造成浪费。

由于钢管桩围堰这种施工工艺属于首次接触，缺少这方面的施工经验，资料也缺乏，加之技术能力有限，很难做到全面，有不当之处，还请更正。