钢板桩设计计算.docx
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钢板桩设计计算
钢板桩设计计算及施工方案
本标段施工范围内共有75个承台,分8种类型:
A类承台:
下部采用9根φ1.0m×7m(横×顺),厚。
主要适用于30+30m跨径组合;
B类承台:
下部采用9根φ×(横×顺),厚。
主要适用于40+40m跨径组合;
C类承台:
下部采用8根φ1.0m×7m(横×顺),厚。
主要适用于25+25m跨径组合;
D类承台:
下部采用8根φ1.2m×(横×顺),厚。
主要适用于30+40m跨径组合;
E类承台:
下部采用6根φ1.2m×(横×顺),厚。
主要适用于25+30m跨径组合(斜交20°);
F类承台:
下部采用9根φ1.2m×(横×顺),厚。
主要适用于33.5+跨径组合(斜交20°);
G类承台:
下部采用9根φ1.2m×(横×顺),厚。
主要适用于40+40m跨径组合(斜交40°);
H类承台:
下部采用10根φ×(横×顺),厚。
主要适用于桥台基础;拟采用拉森Ⅳ型钢板桩实施围护,以确保基坑安全开挖、承台结构和墩身结构的顺利施工。
二、地质情况
根据地质勘察报告显示:
勘察深度范围内(河床底至钻孔桩底)可分为7个地质单元层,钢板桩深度主要在:
⑴层为近代人工堆填土,⑵黄~灰黄色粘土和灰黄~灰色砂质粉土,(3)灰色粉质粘土
三、钢板桩施工方案
1、钢板桩的选用
根据工程所在地场地特点,结合钢板桩的特性、施工方法等方面进行考虑,选用拉森Ⅳ型钢板桩。
拉森Ⅳ型WUR13型冷弯钢板桩桩宽度适中,抗弯性能好,依地质资料及作业条件决定选用钢板桩长度。
2、打桩设备
拟采用Z550型液压振动沉桩机,作为沉设钢板桩的主要动力。
投入钢板桩打拔桩机1台用于施工。
打拔桩机为挖掘机加液压高频振动锤改装而成,激振力220kN。
四、钢板桩设计方案
现对承台钢板桩围堰设计进行计算如下:
1、上海A8三标桩基658根,承台75个。
承台宽,长5.34~(0#台除外,0#台长××27m。
根据地质勘察报告显示:
勘察深度范围内(河床底至钻孔桩底)可分为7个地质单元层。
为保证设计安全,取土的重度选为:
KN/m3,内摩擦角选为Φ=°。
2、现场实际情况
施工现场已经打设9米长拉森Ⅳ型钢板桩,并提供以下数据:
打设钢板桩尺寸为沿道路方向承台尺寸两侧各加;钢板桩露出地面高度为。
3单支撑钢板桩计算
支撑层数和间距的布置是钢板桩施工中的重要问题,根据现场的支撑材料和开挖深度,我们采取在钢板桩内侧加一层围囹并设置支撑,按单支撑进行钢板桩计算。
围堰采用拉森Ⅳ型钢板桩,W=1346cm3,[f]=350Mpa。
43,内摩擦角Ф°
5、距板桩外均布荷载按20KN/m2计。
基坑开挖深度4m.
钢板桩平面布置、板桩类型选择,支撑布置形式,板桩入土深度、基底稳定性设计计算如下:
(1)作用于板桩上的土压力强度及压力分布图
ka=tgа(45°-φ/2)=tgа(45°
Kp=tgа(45°+Ф/2)=tgа(45°
板桩外侧均布荷载换算填土高度h1,
h1=q/r=20KN/m2÷3
=
基坑底以上土压力强度Pa1:
Pa1×(1.06+4)×
2
合力Ea距承台底的距离y为.
(2)确定内支撑层数及间距
按等弯距布置确定各层支撑的间距,根据拉森Ⅳ型钢板桩能承受的最大弯距确定板桩顶悬臂端的最大允许跨度h:
h=
=
=313cm
=m
×3.13=
×3.13=
根据具体情况,确定采用【桥涵(施工手册)】图5-44的形式布置。
×××
×××4+0.12)=
(3)WUR13型冷弯钢板桩厚度以计,围囹以10m长计,
围囹受力计算如下:
围囹采用2I40a工字钢,翼板间每隔1m采用钢板满焊连接,形成半封闭箱型结构。
钢材屈服强度值fy=235N/mm2,钢材抗压强度设计值f=215N/mm2。
2I40a工字钢惯性矩/静力矩(Ix/Sx)=cm,截面模数=2180cm3。
a.支承力:
×××(+)/2=kN/m
P2=×10/7=kN
Mmax=×2.252/8=kN·m
σmax=×106/(2180×103)
=N/mm2<fy=235N/mm2,满足要求。
τ=RSx/(Ix×t)
=R/(t×Ix/Sx)
=×103/(5×10-3××10-2)
=MPa<[τ]=120MPa,满足要求。
(4)横桥向支撑杆,采用φ300×10的钢管,支撑在顺桥向支撑上,型钢与钢管之间满焊连接。
钢管外径D=300mm,管壁厚度d=10.0mm,钢材屈服强度值fy=235N/mm2,钢材抗压强度设计值f=215N/mm2。
①钢管截面积
A=1/4π(D2-d2)=π/4×(302-282)=2
②钢管的回转半径
截面惯性矩I=π×(D4-d4)/64=π×4
截面回转半径i=(I/A)1/2=(9584.1/91.06)1/2
③钢管的长细比
λ=l/i=2150/105.25=<[λ]=150,满足要求。
④钢管的稳定性
σ=P/A=262600/9106=N/mm2<fy=215N/mm2,满足要求。
(6)钢板桩入土深度X:
采用盾恩近似法计算钢板桩入土深度。
×KN/m3
e1××KN/m2
DB'板桩上的荷载GDB'N'一半传至D点,另一半传至土压力MR'B',故有rKaH(L+x)/2=r(Kp-Ka)x2/2
即r(Kp-Ka)x2-rKaHx-rKaHL=0
由上面计算知,支撑距基坑底的1.87m,即L=1.87m,代入上式,得,x=2.69m
钢板桩入土深度9-4.5m=4.4m>2.69m,满足要求。
(7)基坑底部的隆起验算
考虑地基土质均匀,依据地质勘察资料,其土体力学指标如下:
r=18.8KN/m3,c=21.1Kpa,q=20KN/m2
由抗隆起安全系数K=2πC/(q+rh)≥
则:
h≤(2π
≤
≤
即钢板桩周围土体不超过4.8m时,地基土稳定,不会发生隆起。
实际施工中,尽量减小坑沿活载,同时适当降低板桩侧土体高度(坑外堆土最大允许高度3m),以避免基坑底部的隆起。
(8)基坑底管涌验算(按水中墩验算)
根据不发生管涌条件:
K=(h'+2t)r'/h'rw≥
r'=rs-rw=18.8-10.0=8.8KN/m3,t=mh'=4.0mrw=10.0KN/m3
则K=(4+2×)×4×10
=2.86
即当钢板桩入土深度4.5m时,满足条件,不会发生管涌。
(9)坑底渗水量计算:
Q=K×A×ι=K×A×h'/(h'+2t)
××10×4)/(4+2×)
=m3
根据其渗水量的大小,为到达较好的降水效果利于承台施工,在承台外侧与钢板桩之间可设置2个降水井。
(10)围囹和支撑杆布置方式
钢板桩打入土体后,进行围堰内基坑开挖。
当开挖至距钢板桩顶端m处,进行围囹和支撑施工。
围囹采用2I40a工字钢,支撑杆采用三道等间距横桥向直撑,支撑杆采用φ300mm×10mm的钢管。
工字钢之间采用□500mm×500mm×10mm钢板每隔1米进行两面满焊连接,工字钢间隙按照0.08米设置。
各道支撑与围囹之间进行满焊连接,并保证焊接质量。
若支撑杆未贴靠在与围囹上,需作加垫钢板处理,使围囹上的力传到支撑上,以起到支撑的作用。
支撑与围囹的材料、制作、焊接必须严格按要求施工。
立模板时需要将模板割开以便穿过支撑杆,随后将支撑杆一起浇筑在混凝土中。
五、钢板桩施工工艺
1、钢板桩施工的一般要求
⑴钢板桩的设置位置要符合设计要求,便于施工,即在基础最突出的边缘外留有支模、拆模的余地。
⑵基坑护壁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。
⑶整个基础施工期间,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。
2、钢板桩施工的顺序
施工流程:
根据施工图及高程,放设沉桩定位线→实施表层回填矿渣土剥离→根据定位线控设沉桩导向槽→整修加固施工机械行走道路及施工平台→沉设钢板桩→将钢板桩送至指定标高→焊接围囹支撑→挖土→施工承台、墩身及顶帽→填土→拔除钢板桩。
3、钢板桩的检验、吊装、堆放
⑴钢板桩的检验
钢板桩运到工地后,需进行整理。
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。
①锁口检查的方法:
用一块长约2m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。
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。
⑵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。
⑶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:
a.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便;
b.钢板桩要按型号、规格、长度分别堆放,并在堆放处设置标牌说明;
c.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3-4m,且上、下层垫木应在同一垂直线上,堆放的总高度不宜超过2m。
4、定位
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“施工围檩”。
导向架采用单层双面形式,通常由导梁和围檩桩等组成,围檩桩的间距一般为2.5~3.5m,双面围檩之间的间距不宜过大,一般略比板桩墙厚度大8~15mm。
安装导向架时应注意以下几点:
a.采用经纬仪和水平仪控制和调整导梁的位置。
b.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。
c.导梁不能随着钢板桩的打设而产生下沉和变形。
d.导梁的位置应尽量垂直,并不能与钢板桩碰撞。
5、钢板桩施工
(1)制作角桩和支撑组件,首先在岸上按设计要求加工、焊接角桩和支撑组件。
(2)钢板桩的插打采用内导向框架法,即内支撑作内导向柜架逐片插打钢板桩直到合拢。
施打钢板桩时,以内支撑作导向框,顺着导向框用45KW振动锤施打钢板桩(钢板桩在岸上予以整形符合要求)。
(3)开挖及支护
a.首先用水泵排净围堰内的水,然后用挖掘机对基坑进行开挖,挖掘机施工够不到部位可以考虑用挖掘机进行基坑的开挖。
施工到钢板桩顶以下m位置处,进行围囹和支撑施工,然后继续开挖。
围堰开挖时应分层分区连续施工,并对称开挖。
b.围囹及支撑制做安装:
根据设计位置在钢板桩内壁上焊围囹托架,然后吊装工字钢围囹并焊接加固。
钢管支撑与围囹之间的连接要进行满焊,并保证焊接质量。
c.开挖基坑内设置排水措施,基坑开挖时要做好排水,以便于开挖。
机械支撑部位要铺垫钢板以扩散压力,保证施工平台受力均匀。
d.基坑周边(约一倍桩长)范围内严禁堆载。
e.开挖过程中注意支护体系的变形观察。
f.基坑内作业时,要有专职安全员负责。
在基坑开挖过程中需要注意的问题:
首先是钢板桩未贴靠在围囹上的部分,需作加垫处理,使钢板桩的压力传到围囹及支撑上,支撑的材料、制作、焊接必须严格按要求施工。
其次是开挖和支撑的架设施工过程必须紧密配合,开挖过程要保证安全的前提下,迅速为支撑施工创造工作面,支撑结构必须能较快地产生整体刚度或预紧力,两者配合就能较好地利用软土施工中的时空效应,有效地控制围护体系在受力后的变形。
施工中切不可超挖,及时做到施加支撑。
开挖施工要求分层均匀高效,以使支护结构处于正常的受力状态。
开挖至设计标高,进行封底混凝土施工,封底混凝土采用C20混凝土。
封底混凝土要在围堰范围内满铺以兼作围堰的支撑,为钢板桩的支撑提供安全保障;为便于拨除钢板桩和钢管支撑,可以在封底混凝土与钢板桩、钢管支撑之间铺设一层油毛毡,以减少混凝土与钢板桩间、钢管支撑的摩阻力。
(5)凿除桩头至设计位置,进行根据要求进行桩基检测,检测合格后方可进行下道工序。
(6)拔桩。
承台及墩身施工完毕后进行钢板桩的拔除。
钢板桩拔桩前,先将围堰内的支撑拆除。
先略锤击振动各拔高1~2m,然后挨次将所有钢板桩均拔高1~2m,使其松动后,再从两侧依次拔除,对桩尖打卷及锁口变形的桩,可加大拔桩设备的能力。
拔桩时应注意事项:
a.振打与振拔:
拔桩时,可先用振动锤将板桩锁口振活以减小土的粘附,然后边振边拔。
对较难拔除的板桩可先用振动锤将桩振下100-300mm,再与振动锤交替振打、振拔。
b.对引拔阻力较大的钢板桩,采用间歇振动的方法,每次振动15min,振动锤连续不超过1.5h。
六、安全措施
1、为提高深基坑围护的安全可靠性,对钢板桩的入土深度已经进行了理论数据的计算,也对钢板桩的围护强度及稳定性进行验证,确保了深基坑施工的可靠性。
2、沉设钢板桩的施工中,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钢板桩的防漏性能,保证下道工序顺利进行。
3、围囹与支撑之间的连接要进行满焊,保证焊接质量。
4、吊装过程中要严格遵守操作规范,严禁违章作业。
5、施工过程中,钢板桩渗漏处要及时进行止漏处理保证施工时的安全。
6、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钢板桩的侧压力,增强围护的安全系数,即时对坑内积水进行抽排。
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,对钢板桩的破坏,确保基坑安全。
7、作好基坑围护工作,设置护栏及醒目标志,设置防坠落警示牌。
8、雷雨、风力六级以上(含六级)天气不得进行作业。
9、建立严格的工序交接程序,制定科学、严谨、可行的施工计划,最大程度的调动施工群体的主观能动性,拟定合理的奖罚条律,坚持以人为本,安全第一的原则,加强协作意识,高度重视施工质量,如期完成施工任务。