深基坑钢板桩支护及土方开挖施工方案.docx
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深基坑钢板桩支护及土方开挖施工方案
深基坑钢板桩支护及土方开挖
施
工
方
案
年月
1工程概况
1.1工程概况
某连铸机设备基础主要位于主厂房轴线方向A～E跨内、列线方向位于8～9线之间。
连铸机设备基础主要包括：
连铸机基础，中间罐维修平台基础，扇形段维修倾翻台基础，结晶器倾翻台基础，中间罐过跨车轨道基础，烘烤器基础，冲渣沟等。
其中冲渣沟接旋流井段，最深底板标高为-8.9m，因土方开挖放坡较大，影响周围主厂房柱基础，故冲渣沟基础采用拉森Ⅳ型钢板桩支护，中间采用型钢对撑。
本基坑大体呈矩形（8m×18m），基坑周长32m，面积78平米。
基坑支护采用2.0m自然放坡与15m长Ⅳ型拉森钢板桩设两道钢支撑相结合，自然放坡部分边坡采用喷射砼护坡，支撑围檩采用对撑采用ø609×16圆管支撑（第二道双拼），支撑中心标高分别为-1.200m、-5.200m；立柱采用H400×400型钢立柱，长度15m。
基坑降水采用井点降水与深井降水相结合。
1.2工程地质条件
根据《工程岩土工程勘察报告》，本工程场地自上而下的土层依次为：
①杂填土；②粉土；③淤泥质粉质粘土；④粉土夹粉砂。
地下水属于潜水类型，受大气降水和地表水渗透补给，地下水受季节性变化而变动，年变化幅度在1.00m左右，常年地下水位埋深0.85～1.50m。
本地为湿润气候区，地下水位高，基础处于湿的弱透水层中，场地环境类型为Ⅱ类。
地基土分层描述一览表
层
（亚）
号
岩土
名称
颜
色
状
态
层
理
特征描述
层顶高程（m）
厚度
（m）
最小～最大
最小～最大
①A
杂填土
灰黑
稍～中密
湿～很湿，极不均质，成分杂，一般以粉土、粉质粘土混建筑垃圾、碳渣堆填。
填龄为5年以内。
5.58
～
12.08
0.50
～
3.80
①
填土
黄～
灰
稍密
无
湿～很湿，不均质，以粉土、粉质黏土为主，局部地表为耕植土，见少量植物根茎；切面稍有光泽，干强度、韧性低，摇振反应不明显。
3.58
～
11.34
0.50
～
3.40
②
粉土与粉质粘土互层
灰
稍～中密
很发育
湿～很湿，不均质，含少量腐植物，局部以粘性土为主；切面稍有光泽，干强度、韧性低，具轻微摇振反应。
3.64
～
8.35
1.90
～
6.80
③
粉土
灰
稍～中密
具层理
湿～很湿，不均质，夹粉质粘土、粉砂薄层；切面较粗糙，干强度、韧性低，摇振反应迅速。
-0.46
～
4.34
1.50
～
7.80
④
粉质粘土
灰褐
软塑
很发育
夹粉土，不均质。
含植物腐烂物碎屑，粉土为稍密状；切面欠光滑，干强度、韧性低，具轻微摇振反应。
-4.02
～
-2.66
0.70
～
2.00
⑤1
粉土夹粉砂
灰
稍密～中密
发育
很湿～饱和，不均质，夹少量粉质粘土薄层；切面粗糙，干强度、韧性低，摇振反应迅速。
-5.35
～
-0.18
3.10
～
5.00
⑤2
粉砂夹粉土
灰
中密
较发育
饱和，稍均质，砂粒主要为石英质，颗粒级配及磨圆度较好，含云母碎屑及少量泥质。
-10.02
～
0.47
3.50
～
10.30
⑤3
粉质黏土夹粉土
灰
软～可塑
较发育
不均质，切面稍有光泽，干强度、韧性中低，具轻微摇振反应。
-14.87
～
-6.76
1.80
～
6.50
⑥
粉砂夹粉土
灰
中密～密实
较发育
饱和，稍均质，局部夹薄层粉质粘土，砂粒主要为石英质，颗粒级配及磨圆度较好，含云母碎屑及泥质。
-17.34
～
-10.86
20.90
～
31.60
⑥A
粉土
灰
稍密
发育
很湿，不均质，夹较多粉质黏土及粉砂薄层；切面稍有光泽，干强度、韧性低，摇振反应迅速。
-25.95
～
-20.23
0.60
～
5.40
⑦
粉土
灰
稍密
发育
湿～很湿，不均质，夹薄层粉质黏土；切面稍有光泽，干强度、韧性低，摇振反应迅速。
-46.67
～
-37.46
6.70
～
15.00
⑧
粉细砂
青灰
密实
发育
饱和，稍均质，局部夹中砂，砂粒主要为石英质，颗粒级配及磨圆度较好，含云母碎屑及泥质。
-53.37
～
-49.45
最大揭示
7.40m
1.3工程特点
1.3.1工期短，工程地下水位较高，需要采取有效降水措施方可施工。
1.3.2工期要求紧，附近又有打桩班组作业，施工场地狭小。
1.3.3需精心安排施工顺序，降低施工难度，合理控制施工成本。
2编制依据
1）连铸机设备基础施工图纸
2）国家现行法律法规、建筑、安装工程施工质量验收规范;
（1）《工程测量规范》GB50026-2007
（2）《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012
（3）《施工现场临时用电安全技术规范》JGJ46—2005
（4）《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GBJ50202-2013
（5）《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011
（6）《地下工程防水技术规范》GB50108-2008
（7）《建筑施工安全检查标准》JGJ59-2011
（8）《建筑深基坑工程施工安全技术规范》JGJ311-2013
（9）《建筑工程施工质量验收统一标准》GB50300-2013
（10）《国家工程建设标准强制性条文》建标（2000）85号
（11）《建筑施工安全检查标准》JGJ59-2011
（12）《建筑机械使用安全技术规程》JGJ33-2012
（13）《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012
（14）《建筑基坑工程监测技术规范》GB50497-2009
（15）《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008
（16）《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2012
（17）《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2002（2011年版）
3）我公司以往相似的施工经验。
3施工计划及布署
3.1施工计划
深井降水：
2015年11月25日～2016年01月30日
钢板桩施工：
2015年12月28日～2015年12月29日
基础土方开挖及钢板桩支撑施工：
2016年01月05日～2016年01月11日
冲渣沟基础施工：
2016年01月12日～2016年01月19日
土方回填及钢板桩拔除：
2016年01月26日～2016年01月28日
3.1.1安全目标
本工程安全目标：
（1）无工亡事故；
（2）无重伤事故；
（3）无恶性险肇事故；
（4）千人负伤率：
不超过1.5‰。
按照沙钢工程管理相关制度，贯彻GB/T28001-2011职业健康安全管理体系的要求组织工程施工，遵守安全生产有关管理规定，严格按照安全标准组织施工，采取必要的安全防护措施，消除事故隐患并随时接受安全检查人员的监督检查。
对施工人员进行安全教育，并自行承担因承包人安全措施不力造成的一切损失，造成业主财产损失及人员伤害的，我公司承担相应赔偿责任。
因安全事故造成的工期延误，应由承包人承担，合同工期不延展。
3.1.2环境、文明工地目标
1）本工程环境目标：
（1）环境污染事故为0；
（2）环境事件投诉为0；
2）本工程文明施工目标：
工完料清，按沙钢的有关要求进行标准化工地建设，各区域100%合格。
按照沙钢工程管理相关制度，贯彻GB/T24001：
2004环境管理体系的要求组织工程施工，制定安全文明标化、现场管理、治安保卫、消防和厂区环境等保证措施并切实落实，不出现影响环境现象。
3.2施工准备
3.2.1根据桩位布置图﹑基础施工图、工程地质勘探报告和现场具体情况以及整个工程的总体部署，编制科学、合理的施工方案,同时做好图纸自审和会审工作,并对作业人员进行详细交底。
3.2.2熟练掌握现行《建筑地基基础工程施工质量验收规范》的内容和要求,准备有关验评记录表格。
3.2.3详细调查掌握施工现场平面布置,在土方施工区域内增设临时排水沟,以满足基坑排水要求。
深井水一律用外接软体水带排入临时排水沟。
3.2.4排水管线若与车辆行走路线有交叉时，可增设临时过路管或将排水管线放入沟槽中，同时上面用钢板或路基板覆盖。
3.2.5做好平面控制桩和水准控制点的保护和复测工作。
3.2.6人员及机具配务计划
人员配备计划表
序号
工种名称
人数
备注
1
电工
1
持证上岗
2
测量员
1
持证上岗
3
驾驶员
1
持证上岗
4
电焊工
2
持证上岗
5
桩工
2
持证上岗
6
起重设备司索指挥
1
持证上岗
7
挖掘机驾驶员
2
持证上岗
施工机械设备一览表
序号
名称
规格
数量
1
机械手
W450
1
2
水准仪
D3
1
3
电焊机
NB500KR
2
4
吊车
25t
1
5
清水泵
20m以上扬程
3
6
污水泵
10m以上扬程
2
7
真空泵
15
8
挖掘机
0.8m3
2
9
自卸汽车
3
10
全站仪
NST-202
1
材料准备一览表
序号
材料名称
单位
数量
1
钢板桩
t
210
2
支撑钢管
t
98
3
活络头
t
15
4
水泥
t
15
5
堵漏液
箱
3
6
注浆机
套
2
3.3施工布署
3.3.1拉森钢板桩施工
3.3.1.1施工工艺流程
施工准备平整场地、测量定位→开挖沟槽→施工用电的布置→设备及机械就位→施打控制桩→垂直稳当后振动锤液压夹住钢板桩→振动打桩→围檩、支撑加固→拆除支撑围檩→拔桩→退场。
3.3.1.2施工技术方案
为保证基坑开挖和正常施工，确保周边的安全，根据设计要求基坑围护采用15mⅣ＃小齿口拉森钢板桩，打拉森钢板桩施工前放出灰线，然后再开挖1m×1m打桩沟槽，拉森钢板桩桩顶标高为-0.300m，围檩采用H400×400×13×21双拼型钢围檩，支撑采用Ф609×16钢管支撑或采用H400×400×13×21型钢。
第一道支撑标高为-1.2，第二道支撑标高为-5.2。
3.3.1.3拉森钢板桩施工方法
1）钢板桩进场使用前应进行检验，保证桩身挺直，经检验合格的钢板桩在堆放时应避免沉陷弯曲和碰撞。
2）钢板桩材质检验和外观检查，对焊接钢板桩要进行焊接部位的检验。
对不符合形状要求的钢板桩进行矫正，以减少打桩过程中的困难。
3）按照设计要求，按设计轴线要求放出板桩咬口轴线灰线并在灰线上做好红色木桩标识；
4）用二根拉森桩制作打桩导向围檩夹木，按灰线标识安装导向围檩夹木，并打导向拉森桩定位桩。
将导向吊到位，并与定位桩固定。
检查安装尺寸，核准导向围檩中心线是否在拉森桩轴线灰线上。
5）钢板桩打设前，首先应进行检验与矫正，清除钢板桩上焊瘤等，保证钢板桩表面干净。
6）沉桩将W450机械手振动锤锤下放挂一根保险钢丝绳（6分），用钢丝绳扣好拉森桩，利用吊机吊起拉森桩，并使之垂直，使振动锤夹桩口，咬住拉森桩，启动振动锤控制油泵上的夹紧按钮夹紧拉森桩，吊至样桩位置插入桩位。
松开夹紧器校正桩身垂直度并重新夹紧，启动控制器按钮，振动锤开始工作，吊机慢慢放松（必须确保桩身垂直），将桩振入地下至要求标高。
依次打入所有拉森桩。
7）钢板桩插桩时锁口要对准，在打桩过程中，为保证钢板桩垂直度，用两台经纬仪在两个方向加以控制，钢板桩垂直度偏差不得大于1%。
若出现偏差，通过吊机调正吊点方位随时修正。
发现垂直度超标，必须拔出重新开打。
8）为防止锁口中心线平面位移，可在打桩进行方向的钢板桩锁口处设夹板，阻止钢板桩位移，同时在围檩上先算出每块板桩的位置，以便随时检查矫正；
9）打桩时，要严控开始打设的第一、二根钢板桩的打入位置和方向，确保其精度，它可以起样板导向作用，一般每打入一米应测试一次。
10）若沉桩过程遇到地下障碍物时不能强行施工，必须采取措施排除地下障碍物后方准继续沉桩。
对于坚硬层采用钻孔的方法进行处理。
3.3.1.4围檩制作、安装
1）根据图纸设计标高顺着拉森钢板桩内侧开挖宽1m,深1.4m,并按@=2500在钢板桩上烧焊围檩支架，然后分段吊装围檩就位，要求紧靠拉森钢板桩，双拼连接板时上下外侧翼缘板要对齐，可以在场内预拼时烧好，整体吊装就位。
2）工作面挖出、围檩安装完后，定出支撑两头中心点位置，确保支撑做到轴心受力。
量出两接触点实际长度
3）有需焊接的部位均应保证等强度连接，焊缝厚度≥8mm。
4）焊缝满焊，焊缝表面要求焊波均匀，不准有汽孔、夹渣、裂纹、肉瘤等现象，严格执行焊接质量记录验收制度，每道工序完成后，必须清渣自检，经过巡检后，由专业人员检查验收。
3.3.1.5斜撑制作、安装
1）根据图纸设计要求,找好要安装斜撑的部位,确保安装标高,然后在围檩上焊接斜撑支架。
2）量出两接触点实际长度，根据实测长度下料和拼接斜撑，斜撑接头处烧焊牢固后才能放开起吊绳。
3）在地面预拼装好后，起吊到位。
斜撑、直撑、围檩安装必须平直，每根钢斜撑及直撑在全长范围内的弯曲不得超过15mm。
3.3.1.6围檩、斜撑、支撑拆除施工
1）斜撑直撑拆除：
首先用气割割去每根斜撑及围囹接头板，在必要情况下保证整根斜撑、直撑长度不变，慢慢吊出基坑，并拉好绳子，防止晃动，防止碰坏结构钢筋。
2）围囹拆除：
用气割割去围囹与拉森钢板桩之间的焊接的，再用吊车将其吊出。
3）直撑、斜撑及围囹搬运堆放：
对拆除的直撑、斜撑、围囹一律进行分类，堆放到基坑10米之外的指定地点进行堆放整齐，准备下道工序施工。
3.3.1.7拉森桩拔除方法
1）基坑回填后拔钢板桩，采用振动式打桩机拔出，钢板桩拔出前要确定钢板桩的拔出顺序、拔出时间，拔桩顺序与打桩顺序相反。
2）拔桩时，在振动锤上挂一根保险钢丝绳（6分），放下振动锤使之咬住拉森桩上口，启动振动锤控制油泵，夹紧拉森桩，启动控制按钮，拔出拉森桩至1m高时，履带吊停止提升，用钢丝蝇捆住拉森桩并用卸扣锁好后开始提升。
拔出拉森桩后松开振动锤的油泵控制器，吊车慢慢放下拉森桩。
3）在拔每根钢板桩时，拔桩时要先震动1～2分钟，在有松动后再边震边拔，防止蛮干。
拔起后拖出去，拔满一车，外运一车（或倒运至下一段位置），保持施工场地的整洁，在拔桩前必须在混凝土墙外回填土，配备人员同时进行监测。
4）拔桩时会带出土粒形成孔隙，会引起土体位移和地面沉降，可能给已施工的地下结构或周围地坪等带来危害。
因此对拔桩造成的孔隙要及时用中粗砂填实，如监测人员发出报警时，必须减慢拔桩速度，或暂停拔桩，待采取相应的应急措施（水冲沙或压密注浆）后再继续拔桩。
5）拉森桩拔出后须用吊车稳稳地装上车，绝不允许拉森桩吊钩等碰撞周围物件，防止盲目倒桩发生意外，做到装满一车及时归还一车，并保持施工现场的整洁，在拔桩的同时必须配备必要的人员进行跟踪，当拔力相当大时严禁野蛮操作，用机械手再复打一次，以克服与土的粘着力及咬口间的铁锈等产生的阻力。
总之必须待采取相应的有效措施后方能再继续拔桩，定要做到确保施工现场周围建筑物的正常安全使用。
3.3.2基坑土方开挖施工
3.3.2.1土方开挖的顺序、方法必须与设计工况相一致，并遵循“开槽支撑，先撑后挖，分层开挖，严禁超挖”的原则。
挖土施工顺序：
第一次挖土→围檩施工及安装支撑、角撑→第二次挖土→素砼垫层。
3.3.2.2原有场地自然地面不缺土方，另外现场狭小，无法堆土，同时为了减少基坑周边地面荷载，避免对基坑围护产生的不稳定影响，所有整个基坑土方随挖随运，全部外运。
基础回填土方则到时再场外返运。
3.3.2.3沿基坑内壁钢板桩桩体往内15cm厚度整圈内的土体由人工开挖，以保证围护桩体不受碰撞损坏。
沿基坑除阴转角及集水井坑处等凡机械挖不到的地方由人工开挖。
以保护相应部位坑壁桩体不受碰撞扰动并顺利清除开挖。
凡人工挖土时应将土方集中堆高在挖机作业半径之内，便于抓斗集运。
3.3.2.5基础开挖完成后，人工在基底四周挖一条200*200的排水沟，并在端头挖一个500*500*500的集水坑，有雨水和施工废水时能用水泵及时排出坑外，确保基坑安全。
3.3.3基坑监测
3.3.3.1本工程在施工期间需要对钢板桩顶的水平侧向位移进行观测，及时预报施工中出现的问题，以指导施工：
3.3.3.2监测点的布设——拟在围护桩顶围檩上表面布设若干个水平位移监测点（监测点的间距5～10米），监测点采用油漆标注］做好各点的标记与编号及测点保护的工作，确保监测点不被破坏。
3.3.3.3采用J2经纬仪进行监测，采用准直线法或小角度法施测，测站及基准方向应设在施工区影响范围之外，基准方向宜通视良好，不受旁折光的影响。
3.3.3.4及时做好初始值的施测，确定好零值。
严格做好工况记录。
3.3.3.5报警界限——根据图纸设计要求数值进行控制，施测过程中发现突变与异常，要进行复测与检查，及时研究产生的原因，必要时及时向有关方进行通报。
3.3.3.6观测频率——每天派专人进行监测，做到一日一测。
在基坑施工期间的观测间隔，可视测得的位移及内力变化情况放长或缩短。
3.3.4支护设计
3.3.4.1基坑支护详见下图
3.3.4.2支护设计验算
1、-4.70m位置验算
计算断面编号：
1-1，按二级基坑、选用《国家行业标准—建筑基坑支护技术规程（JGJ120-2012）》进行设计计算。
1）土层参数
序号
土层名称
厚度（m）
γ（kN/m3）
c（kPa）
φ（°）
c'（kPa）
φ'（°）
分算
/合算
1
杂填土
6.54
18.7
12.00
15.00
12.00
15.00
分算
2
粉砂夹粉土
4.40
18.9
7.00
28.00
7.00
28.00
分算
3
淤泥质粉质粘土
4.20
18.2
12.00
15.00
12.00
15.00
合算
4
粉细砂夹粉土
10.00
18.4
10.00
25.00
10.00
25.00
分算
地下水位埋深：
3.50m。
2）基坑周边荷载
地面超载：
20.0kPa
邻近荷载：
序号
边距
（m）
宽度
（m）
深度
（m）
荷载
（kPa）
1
0.00
6.00
3.00
20.00
邻近荷载的作用方式：
一。
3）开挖与支护设计
基坑支护方案如图：
冲渣沟深基坑围护基坑支护方案图
4）挡墙设计
·挡墙类型：
钢板桩；
·嵌入深度：
7.300m；
·露出长度：
0.000m；
·型钢型号：
Q295bz-400×170；
·桩间距：
800mm；
5）放坡设计
6）第1级放坡设计
坡面尺寸：
坡高3.00m；坡宽3.00m；台宽6.00m。
7）支撑（锚）结构设计
本方案设置1道支撑（锚），各层数据如下：
第1道支撑（锚）为平面内支撑，距墙顶深度1.200m，工作面超过深度0.400m，预加轴力0.00kN/m。
该道平面内支撑具体数据如下：
·支撑材料：
钢支撑；
·支撑长度：
8.000m；
·支撑间距：
6.000m；
·与围檩之间的夹角：
90.000°；
·不动点调整系数：
0.500；
·型钢型号：
@609*12；
·根数：
1；
·松弛系数：
0.800。
计算点位置系数：
0.000。
8）工况顺序
该基坑的施工工况顺序如下图所示：
9）内力变形计算
a计算参数
水土计算（分算/合算）方法：
按土层分/合算；
水压力计算方法：
静止水压力，修正系数：
1.0；
主动侧土压力计算方法：
朗肯主动土压力，分布模式：
矩形，调整系数：
1.0，负位移不考虑土压力增加；
被动侧基床系数计算方法：
"m"法，土体抗力不考虑极限土压力限值；
墙体抗弯刚度折减系数：
1.0。
b内力变形结果
每根桩抗弯刚度EI=64848kN.m2。
以下内力和土体抗力的计算结果是每根桩的；支撑反力是每延米的。
支（换）撑反力范围表
抗力
相对桩顶深度（m）
最小值（kN/m）
最大值（kN/m）
支撑
第1道支撑
1.20
0.0
115.3
坑内侧土体抗力安全系数：
1.24～3.83。
10）整体稳定计算
a计算参数
整体稳定计算方法：
瑞典条分法；
应力状态计算方法：
有效应力法，孔压考虑土性；
土钉法向力折减系数：
ξ=0.5；
土钉切向力折减系数：
ξ=1.0；
锚杆法向力折减系数：
ξ=0.5；
锚杆切向力折减系数：
ξ=1.0；
桩墙抗滑考虑方式：
滑面绕桩；
浸润线不考虑止水帷幕；
滑弧搜索不考虑局部失稳；
考虑开挖工况；
搜索范围：
坡顶：
全范围；坡底：
全范围；
搜索方法：
遗传算法。
b开挖至-5.20m（深7.70m）
滑弧：
圆心（9.44m,0.00m），半径：
15.92m，起点（-6.48m,0.00m），终点（23.37m,7.70m），拱高比0.775；
下滑力：
1074.50kN/m；
土体（若有则包括搅拌桩和坑底加固土）抗滑力：
1407.60kN/m；
土钉/锚杆抗滑力：
0.00kN/m；
桩墙的抗滑力：
0.00kN/m；
安全系数：
1.31，要求安全系数：
1.3。
11）坑底抗隆起（圆弧滑动）计算
a计算参数
滑弧中心：
最下道支撑；
滑弧位置：
通过桩底；
应力状态计算方法：
总应力法；
桩墙弯曲抗力：
不考虑；
垂直滑面阻力：
忽略；
滑面水平应力：
不考虑。
b计算结果
下滑力：
602.8kN/m；
抗滑力：
1163.40kN/m；
安全系数：
1.93，要求安全系数：
1.9。
12）墙底抗隆起计算
a计算参数
计算公式：
Prandtl；
考虑隆起土层不均匀性厚深比：
0.0；
考虑放坡影响宽深比：
1.0。
b墙底
坑内侧向外7.7m范围内总荷载：
1900.0kN/m；
验算断面处土体内聚力：
12.0kPa；内摩擦角：
15.0°。
地基承载力：
安全系数：
664.3×7.7/1900.0=2.69，要求安全系数：
1.6。
c第4层土顶面
坑内侧向外7.7m范围内总荷载：
1919.7kN/m；
验算断面处土体内聚力：
10.0kPa；内摩擦角：
25.0°。
地基承载力：
安全系数：
1675.1×7.7/1919.7=6.72，要求安全系数：
1.6。
13）钢板桩强度计算
a计算参数
设计值系数：
1.25；
弯矩折减系数：
1.0。
b计算结果
最大弯矩标准值：
109.5kN.m；
弯矩设计值：
136.9kN.m；
钢板桩抗弯截面模量：
1816000.0mm3；
钢板桩边缘正应力：
75384.5kPa；
抗弯强度设计值：
265000.0kPa。
14）抗倾覆计算
a计算参数
水土计算（分算/合算）方法：
按土层分/合算；
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