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