承台基坑支护专项技术方案.docx

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承台基坑支护专项技术方案

承台基坑支护专项技术方案

一、工程概况

广珠城际轨道交通工程ZH-3标珠海市内的特大桥共有5座，分别为：

明珠站特大桥、明珠路特大桥、前山站特大桥、港昌路特大桥和珠海站特大桥。

均为城市道路沿线上空高架桥，采用减振型框架板式无碴轨道。

桥梁墩台基础采用Φ1.25m钻孔灌注桩基础。

设计要求承台埋深为地面以下0.5m，困难地段不低于0.2m，承台基坑开挖深度6.5～7.0m。

桥梁位于道路中央绿化带中，故而设计要求：

施工中应采取防护措施保证交通及施工安全，并且在基础施工时利用钢板桩围护，并派专人24小时观察，以确保既有公路安全。

二、工程地质条件

桥梁沿明珠路、港昌路架设，场地地面主要为混凝土路面及公路中央绿化带，地势起伏较平缓，本桥地区土层按成因可划分为：

1、人工填土层（Qm1），在场地内均有分布，褐黄、褐红等色，主要由粘性土组成，层厚1.35～7.50m；2、第四系全新世海陆交互相沉积层（Q4mc），该层在场地内均有分布。

由粘土、淤泥、淤泥质粘土、粗砂、砾砂组成；3、第四系残积层（Qel），该层在场地内分布较为普遍，按其状态可分为软塑状和硬塑状，以硬塑状为主；4、燕山期（γ52）侵入花岗岩，青灰、灰白、肉红等色，风化后呈褐黄色，主要矿物成份为长石、石英及黑云母，中粗粒结构，块状构造。

场地不良地质作用主要为浅层地基层中存在软弱土层，软土层主要为淤泥、淤泥质粘土，淤泥含水量高、压缩性高、承载力低，工程性能差。

在场地内大部分地段均有分布，呈透镜状产出，厚度0.5～9.90m，该层为场地软弱土层。

水文地质特征及评价：

根据工点的水质评价结果，结合场地周边经验综合评定，场地环境类别为Ⅱ类。

地下水对砼具中等腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋无侵蚀性，对钢结构具弱侵蚀性。

根据现场承台基坑实际开挖情况，地面以下埋有较厚流砂、水位较高，且位于市区内施工，承台施工需进行钢板桩围护，方能满足施工安全要求。

工程地质条件表

时代成因

层序号

岩土名称

状态

岩土施工

工程分级

基本承载力

σ。

（KPa）

Φ

（°）

C

（kPa）

Qml

（1）4

填筑土

松软

Ⅱ级普通土

Q4mc

（2）1

黏土

软塑～硬塑

Ⅱ级普通土

130

20~23

5~15

（2）2

淤泥质粘土

流塑

Ⅱ级普通土

50~70

24~28

2~5

（3）3

粗砂

松散～稍密

Ⅱ级普通土

200

30~35

0

（3）4

砾砂

松散～稍密

Ⅱ级普通土

200

Qel

（5）1

粉质粘土

软塑

Ⅱ级普通土

150

（5）2

粉质粘土

硬塑

Ⅱ级普通土

200

γ52

6

花岗岩

W4

Ⅱ级硬土

250

7

花岗岩

W3

Ⅳ级软石

500

8

花岗岩

W2

Ⅴ级次坚石

1000

三、钢板桩围护方案

承台基坑围护结构采用6m、9m的长拉森式钢板桩，围护内尺寸每边比承台大1.0～1.5m，打入地下至地面平，然后开挖，在围护上半部（距地表面下70~100cm）内侧安装支撑系统，支撑系统采用I30工字钢框架，设置集水井抽水，整平基底，使用C20混凝土封底，封底厚度不小于10厘米，然后在支护中进行承台主体的施工。

承台基坑支护方案施工图（示意）如下：

四、钢板桩支护检算

以明珠站特大桥3#承台（里程DK108+078.70）为例，该处地面高程为4.12米，承台底高程为-2.178米，开挖最终底面高程为-2.378米。

基坑支护时间从开挖基础到承台浇筑完成，历时近25天，开挖深度6.5米，钢板桩使用长度10米。

钢板桩使用期间各工序顺序表

破除混凝土路面，开挖深度0.3米

打桩机打钢板桩

钢板桩检修校核

基础土方开挖至-1.0m，-4m时

焊接钢板桩横向支撑

基础土方开挖至标高

基坑内排水

基底处理、铺垫层C20砼

基坑内排水

基坑内排水

基坑内排水

检查标高及其他尺寸

检查垫层标高

承台主体施工

基坑回填

拔除钢板桩

基坑内排水

1、设计检算资料

H1=4.12m

内支撑

3.4m

2.5m

3.0m

1.0m

地面

H3=-2.378

最大开挖线

钢板桩

H2=2.5

1钢板桩顶高程

H1：

4.120m

施工水位H2：

2.500m

2地面标高H0：

4.120m

开挖底面标高

H3：

-2.378m

开挖深度H：

6.498m

3土的容重加权平均值γ：

18.3KN/m3算例参数示意图

土浮容重γ’：

10.0KN/m3

内摩擦角加权平均值Ф：

20.10°，粘聚力加权平均值c=5.0KPa。

4均布荷q：

20.0KN/m2。

5基坑开挖长a=18.0m基坑开挖宽b=11.0m

2、外力计算

作用于板桩上的土压力强度及压力分布图

ka=tg2（45°-φ/2）=tg2（45-20.10/2）=0.49

kp=tg2（45°+φ/2）=

tg2（45+20.10/2）=2.05

板桩外侧均布荷载换算填土高度h，

h=q/γ=20.0/18.3=1.09m

桩顶以上土压力强度Pa1

Pa1=γ×h×ka=18.3×1.09+0.25×0.49=9.77KN/m2

水位土压力强度Pa2

Pa2=γ×（h+4.12-2.50）×ka

=18.3×（1.09+4.12-2.50）×0.49=24.3KN/m2

开挖面土压力强度Pa3

Pa3={γ×（h+4.12-2.50）+（γ-γw）（2.5+2.378）}×ka

={18.3×（1.09+4.12-2.50）+（18.3-10）×（2.5

+2.378）}×0.49=44.14KN/m2

开挖面水压力（围堰抽水后）Pa4：

Pa4=γ（2.5+2.378）=10×（2.5+2.378）=48.78KN/m2

3、确定内支撑层数及间距

按支撑型钢能承受的最大弯距确定各层支撑的间距和最大允许跨度h:

I30工字钢弯曲截面系WZ0=0.001350m3,折减系数β=0.7

采用值WZ=βWZ0=0.00135×0.7＝0.000945m3

容许抗拉强[σ]=200MPa

由公式σ=M/Wz得：

最大弯矩M0=Wz×[σ]=189.0KN·m

1假定最上层支撑位置与水位同高，则支点处弯矩

M'=Pa1*（H1-H2）2/2+（Pa2-Pa1）（H1-H2）2/6=

KN·m

中间计算结果为:

（H1-H2）2/2=（4.12-2.5）2/2=

（Pa2-Pa1）=14.53

故，支撑点可设置在水位下。

2根据上式判断可知，内支撑最大允许跨度h0由下式计算

M0=Pa1h02/2+γka（H1-H2）2[h02（H1-H2）/3]/2+（Pa2-Pa1）[h0-（H1-H2）]2/2+（γw+γ'）[h0-（H1-H2）]3/6

代入数值得：

189.0=6.0×h02+

×1.21（h0-0.733）+4.916*（h0-1.10）2+3.333（h0-1.10）3

整理得：

3.333h03+5.921h02+6.692h0-191.454=0

用牛顿法求解方程得:

h0=3.201m

根据实际情况确定支撑位置如图所示

4、钢板桩入土深度及受力检算

土压力计算:

主动土压力及考虑粘聚力:

Ka=tg2（45°-φ/2）=0.49

主动土压力及地面荷载引起侧压力合力的斜率:

η=（γh+q）Ka/h=[（18.3×6.5+20）/6.5]×0.49=10.47

被动土压力按朗金土压力公式的压力系数:

Kp=1/tg2（45°-φ/2）=2.04

被动土压力:

ep=γxKp+2c√Kp=18.3×x×2.04＋2×5×1.43=37.3x+14.3,

其中Ax+B为被动土压力减去静止土压力（ηx）之值：

A=37.3,B=14.3

顶面设一内撑,开挖到4.0m,

此时k=1,hok=4.0m,hkk=h1k=3.0,NK=N1,

由多支点支撑排桩计算[公式1]

求入土深度xm

1/3×37.3xm3-1/2×（10.47×4-14.3-37.3×3）xm2-（10.47×4-14.3）×3xm-[1/2×10.47×42×3-1/6×10.47×43]=0

整理得：

12.43xm3-（-42.16）xm2-82.74xm-139.6=0

12.43xm3+42.16xm2-82.74xm-139.6=0

牛顿法解得

xm=2.147≈2.15m

应用多支点支撑排桩计算[公式2]求N1

N1=1/2×10.47×42+10.47×4×2.1-14.3×2.1-1/2×37.3×2.12=171.71-112.28=59.43KN

M1=10.47×12/2×1/3=1.745KN·m

M2=（10.47×42）/2×4/3-59.43×3=-66.61KN·m

设第二道内横撑后继续开挖至6.5m,

已知：

为k=2,Ni=N1=59.43hok=6.5m,h1k=5.5m,hkk=h2k=2.5,Nk=N2,

求xm如下

1/3×37.3xm3-1/2（10.47×6.5-14.3-37.3×2.5）xm2-（10.47×6.5-14.3）×2.5xm-[59.43×5.5-2.5×59.43＋1/2×10.47×2.5×6.52-1/6×10.47×6.53]=0

整理得

12.43xm3-（-19.75）xm2-134.39xm-252.02=0

12.43xm3+19.75xm2-134.39xm-252.02=0

牛顿法解得:

xm=3.382m≈3.4m

由[公式2]得N2

N2=1/2×10.47×6.52＋10.47×6.5×3.4-59.43-14.3×3.4-1/2×37.3×3.42=221.1＋231.39-59.43-48.62-215.59

=128.93KN

已知M1=1.75KN·m,M2=-66.61KN·m

M3=（10.47×6.52）/2×6.5/3-59.43×5.5-128.93×2.5=-169.97KN·m

5、基坑底部的隆起验算

由普朗特尔公式计算地基承载力系数：

Nq=eπtgφtg2（45+φ/2）=6.463

Nc=（Nq-1）/tgφ=14.929

坑外各层土的天然容重加权γ1=18.3KN/m3

坑内各层土的天然容重加权γ2=18.2KN/m3

土的粘聚c=5.0KPa

故抗隆起安全系数

Ks=（γ2TNq+cNc）/（γ1（H+T）+q）=2.36>1.3=Kl满足要求

基底隆起计算图如下

7、构造要求

1为防止接缝处漏水，在沉桩前应在锁口处嵌填黄油、沥青或其他密封止水材料。

2在基坑转角出的支护钢板桩，应根据转角的平面形状做成相应的异形转角板桩，且转角桩和定位桩宜加长1m。

五、施工方法

1、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的短桩作通过试验，以2~3人拉动通过为宜，或采用卷扬机拖拉，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。

在采用组桩插打时，每隔4~5m设有一道夹板，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。

2、导框安装与插打方法

进行安装导框时，先进行定位测量。

导框的安装，一般是先打定位桩。

导框在现场分段制作组装，固定在定位桩上：

待插打入少量钢板桩后，逐渐将导框固定到钢板桩上。

3、钢板桩的吊运插打与合拢

钢板桩检查合格后，运至作业现场，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。

安插钢板桩使用吊机对钢板桩进行水平和垂直运输，将钢板桩吊至指定位置，使钢板桩成垂直状态，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。

4、抽水堵漏

钢板桩插打完，即可开挖。

在地表面下70~100cm处设置支撑，并检查各节点是否顶紧，防止因抽水而出现事故。

开挖至地下水位以下后，要设置集水井抽水，但抽水速度不能过快，且要随时观察支护的变化情况。

当锁口不紧密漏水时，用棉絮、麻袋等在内侧嵌塞，在桩脚漏水处用砼封底堵漏。

5、拔桩

钢板桩拔桩前，先将围护内的支撑，从下到上陆续拆除，用原开挖土分层回填基坑，分层厚度不大于40cm，小型冲击夯机配合人工夯实。

对于含砂率较大的回填土可浇水后人工夯实。

回填至接近地面时，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，然后挨次将所有钢板桩均拔高1~2m，使其松动后，再从一侧顺序拔除，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，必要时进行切割。

施工准备

定位测量

导框安装

钢板桩吊运就位

插打钢板桩

围堰内清基

安装模板

基础、墩身砼灌注

砼养护

拆除模板

拔出钢板桩

施工工艺流程

六、机械设备配置

打钢板桩时选用履带自行式液压冲击打桩机。

主要机械设备明细表

序号

机械设备名称

规格型号

单位

数量

备注

1

打桩机

D32

台

1

2

75KW发电机

TZH250—4

台

1

3

震动拔桩锤

台

1

4

汽车吊

5T

台

1

5

抽水机

台

12

6

电焊机

台

3

7

切割机

台

1

8

汽车

4.5T自卸

辆

1

七、质量控制

1、在拼接钢板桩时，两端钢板桩要对正顶紧夹持于牢固的夹具内施焊，要求两钢板桩端头间缝隙不大于3mm，断面上的错位不大于2mm，使用新钢板桩时，要有其机械性能和化学成份的出厂证明文件，并详细丈量尺寸，检验是否符合要求。

2、对组拼的钢板桩两端要平齐，误差不大于3mm，钢板桩组上下一致，误差不大于30mm，全部的锁口均要涂防水混合材料，使锁口嵌缝严密。

3、为保证插桩在转角处的顺利合拢，要求桩身垂直，并且周边的钢板数要均分，为保证桩身垂直，于第一组钢板桩设固定于作业面支撑上的导向木，顺导向木下插，使第一组钢板桩桩身垂直，由于钢板桩上下宽度不完全一致，锁口间隙也不完全一致，桩身仍有可能倾斜，在施工中加强测量工作，发现倾斜，及时调整，使每组钢板桩在顺支护周边方向及其垂直方向的倾斜度均不大于5‰，同时为了使支护周边能为钢板桩数所均分，事先在地面或导梁上按钢板桩的实际宽度画出各组钢板桩的位置，使宽度误差分散，并在插桩时，据此调整钢板桩的平面位置，使误差不大于±15mm，当仍有困难时，在悬挂状态下进行调整。

在无法顺利合拢时，则根据合拢口的实际尺寸制造异形钢板桩合拢。

但要控制异形钢板桩上下宽度之差不超过桩长的2%。

4、在使用拼接接长的钢板桩时，钢板桩的拼接接头不能在支护的同一断面上，而且相邻桩的接头上下错开至少2m。

所以，在组拼钢板桩时要预先配桩，在运输、存放时，按插桩顺序堆码，插桩时按规定的顺序吊插。

5、在进行钢板桩的插打时，当钢板桩的垂直度较好，一次将桩打到要求深度，当垂直度较差时，要分两次进行施打，即先将所有的桩打入约一半深度后，再第二次打到要求的深度。

6、打桩时必须在桩顶安装桩帽，以免桩顶破坏，切忌锤击过猛，以免桩尖弯卷，造成拔桩困难。

7、钢板桩支护在使用过程中，在基坑内抽水时，围护漏水可用板条、麻布等楔入锁口内嵌缝。

应经常检查各层支撑梁处与钢板桩之间的缝隙，并用木楔楔紧，使导梁受力均匀。

8、围护基坑回填后，拔除钢板桩前，首先将钢板桩与支撑梁焊接处切除，然后再选择一组或一块较易拔除的钢板桩，先略锤击振动后拔高1~2m，然后挨次将所有钢板均拔高1~2m，使都松动后，再挨次拔除。

最好是以打入顺序的反方向挨次拔出。

八、安全保证措施

为确保施工中的安全，在进行钢板桩围护施工时，必须将安全工作放在首位，预防为主。

1、对操作人员进行安全思想教育，提高安全意识，实行持证上岗制度，不经培训或无证者，不得进行上岗操作。

2、设专人负责日常检查和养护工作，吊机、桩机等在作业时设专人给信号，避免人多时乱指挥，出现安全事故。

4、对打桩机大臂及连接杆件、销轴等，要按规定经常检查、检修。

防止桩架摇晃严重发现意外事故。

5、地面辅助作业人员，必须戴好安全帽。

严禁人员在吊装作业面下站立或行走。

严禁人员进入打桩机回转范围内，并靠近打桩机工作部位。

7、拔桩时要先震动1~2分钟，再慢慢启动卷扬机拔桩。

在有松动后再边震边拔，防止蛮干。

8、对所有机械设备的制动及外露的液压软管、接头每天进行检查，存在摩损，损坏的要及时维修、更换。

九、环境监测

1、确定监测对象：

调查基坑周围相当于基坑开挖深度的2～3倍范围内地上的建筑物、高耸塔杆、输电线缆、古建文物、道路桥梁，以及地下管线（应区别其属压力的或非压力的）、人防等设施和障碍物。

如发现既有建筑物等已有裂损倾斜等情况，同时收集其详细资料，并在必要处做出标记或摄像、绘图等。

然后对调查对象承受地基变形的性能做出分析鉴定，确定应加监护方法。

2、监测方式与方法

1） 地面沉降、水平位移

在观测部位按观测要求埋设观测桩，并作好观测前原始数据记录和观测点位附近地形、建筑物的平面位置图、立面图。

沉降观测使用精密水准仪和铟合金水准尺。

位移观测使用全站仪。

在这里要注意的是,要使用相同的仪器,在相同的位置上,由同一观测者按同一方案施测。

而且测量观测点要安全,其位置不要设在变形、位移区内。

2）围护结构侧土压力

此项的监测选用DKY—51—2型振弦读数仪。

（1）土压力计的安装

     测量侧压力时,土压力计的安置如图1所示,在围护结构的外面钻孔埋设土压力计,并在孔中注入与土体性质基本一致的物质,填实空隙。

（2）土压力计的工作原理

     土压力计使用双膜钢弦式。

工作原理跟钢筋计基本相同,其接触面对变化不大的土压力较为敏感,受力时引起钢弦振动或应变片变形,弦的自振频率也发生变化。

利用脉冲激励,使钢弦起振,并接收其频率。

按事先标定的“压力-频率”关系曲线,即得出作用在土压力计上的压力值。

3、监测人员　

　   针对本工程监测的特点,成立了由3人组成的专业监测小组,其中2人具备测量、土力学、结构力学、计算机等方面的知识。

组长负责工程监测计划、组织及监测的质量审核。

十、ZH--3标（珠海段）承台型号图及钢板桩支护工程数量

见下表：

序号

实用墩号

规格型号

使用图号

结构尺寸（cm）

简图

数量

钢板桩支护面积（m2）

钢板桩支护重量（t）

钢板桩水平支护重量（t）

一、

明珠站特大桥

42

13253.40

2054.28

303.08

1、

0#、17#

F型

通桥-III-07

下台750*1080*250+上台600*320*100

2

766.8

118.85

14.90

2、

1#

本图

施桥41-01-17

下台800*940*250+上台540*350*100

1

369

57.20

7.29

3、

9-16#

无

570*900*250

24

5097.6

790.13

147.66

4、

2#--8#、18--25#

本图

施桥41-01-18

下台800*1500*300+上锥台650*330*200

15

7020

1088.10

133.23

二、

明珠路特大桥

1、

0、3、8、11-35、38--49、52、60、63--79#

F型

通桥-III-07

下台750*1080*250+上台600*320*100

59

22620.6

3506.19

439.67

2、

1--2#、50--51#

G型

通桥-III-08

下台800*1500*300+上锥台540*310*200

4

1872

290.16

35.53

3、

4、7、9、10、84、87#

本图

施图桥-42-1-30

下台750*1080*250+上台650*330*100

6

2322

359.91

45.06

4、

5、6、36、37、80、83、85、86

本图

施图桥-42-1-31

下台800*1500*300+上锥台650*330*200

8

3744

580.32

71.05

5、

81、82#

本图

施图桥-42-1-33

下台960*1460*300+上锥台800*410*200

2

990

153.45

19.06

6、

53--59#

E型

通桥-III-06

570*900*250

7

1512

234.36

43.98

7、

61、62

H型

通桥-III-10

下台1040*1440*300+上锥台590*310*200

2

1008

156.24

19.64

三、

港昌路特大桥

57

1、

0-5、8、11-18、21、29、32、38、41、49、52-54#

F型

通桥-III-07

下台750*1080*250+上台600*320*100

24

9201.6

1426.25

178.85

2、

9、10#

H型

通桥-III-10

下台1040*1440*300+上锥台590*310*200

2

1008

156.24

19.64

3、

19-20、30-31、39-40、50-51

G型

通桥-III-08

下台800*1500*300+上锥台540*310*200

8

3744

580.32

71.05

4、

22-28、33-37、42-48、55-56

E型

通桥-III-06

570*900*250

21

4536

703.08

131.93

5、

6-7#

无

下台800*940*250+上台600*350*100

2

756

117.18

14.88

备注

车站桥以明珠站特大桥为代表

合计

286

79821

12372.26

1696.50

承台基坑钢板桩围护施工方案设计简图见附页