李杲家8#9#承台开挖支护计算书.docx
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李杲家8#9#承台开挖支护计算书
宁车沽永定新河特大桥
406#、407#、409#墩承台深基坑专项施工方案
一、编制依据
《津秦客专施桥-03》宁车沽永定河特大桥施工图
《津秦桥通-18》承台钢筋布置图
《客运专线铁路桥涵工程施工质量验收暂行标准》
《客运专线铁路桥涵工程施工质量验收补充标准》
《客运专线铁路桥涵工程施工技术指南》
《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》
《客运专线铁路工程施工质量验收标准应用指南》
本管段《总体实施性施工组织设计》及相关技术规程。
二、编制范围
宁车沽永定新河特大桥DK59+000～DK67+194.7里程基坑开挖深度超过5m的承台，具体有406、407、409号墩承台。
三、工程概况
406、407号墩承台位于连续梁地段分三层设置，承台开挖深度6.6m，409号墩承台分两层设置，顶面埋深30cm～100cm不等,单层承台混凝土最大方量为639.48m3。
此段承台基础地质为淤泥质黏土、淤泥质粉质黏土、黏土、粉质黏土层。
406、407号墩承台尺寸14.6m×14.6m×3m（下层承台）、11m×8.5m×2m（中层承台）8.84m×5.44m×0.8m（上层承台）；409号墩上层承台尺寸为12.5mx8.1m，下层承台尺寸为8.2mx4.6m。
四、施工准备工作
1、混凝土配合比选定
根据此段设计文件要求以及地下水及地表水侵蚀等级，承台混凝土按照H2/L1侵蚀等级试配,强度等级为C40。
2、测量放线
本方案承台深基坑开挖采用钢板桩防护，考虑施工需要，钢板桩打设位置较承台尺寸外扩100cm，钢板桩打设前放样开挖线，并用白灰撒线标示，以确保钢板桩打设位置准确。
现场放样经监理工程师检查验收合格后，方可进行承台的施工。
3、钢筋加工场地
就地利用钻孔桩钢筋加工场地进行承台钢筋半成品加工。
五、承台施工方法及工艺
1、施工方法
承台模板采用大块组合钢模板拼装，模板标准块尺寸为500cmx200cm（下层承台），300cmx100cm（上层承台）两种尺寸，根据承小台设计尺寸加工部分调节模板，现场拼装施工。
承台模板采用人工配合吊车拼装，钢筋采用集中加工现场绑扎方式施工。
下层承台混凝土搭设溜槽浇筑，上层承台混凝土采用泵送混凝土以及吊车浇筑等多种方式实施。
针对承台大部分为大体积混凝土，在施工过程中考虑采取散热降温措施，减少水化热，降低混凝土早期水化热产生的病害，承台施工工艺流程图如下。
2、模板加工制作
此施工段承台模板加工尺寸以500cmx200cm和300cmx100cm大块通用模板为主，同时加工部分小块可调节模板，现场拼装。
3、基坑开挖及支护
8、9号墩承台基础采用钢板桩开挖支护，本方案以8号墩承台为例,制定如下施工措施：
①地面平整：
工字钢定制长度为12m，为保证打入工字钢后插入基底土体不小于5.5m，将原地面降低并整平；
②钢板桩打设
钢板桩采用12m长36a工字钢，钢板桩打设尺寸较承台尺寸外扩1.5米，工字钢打设时一顺一丁布设以增加围堰整体刚度，打设时须严格控制打入桩的垂直度，确保1.5m宽的工作面。
工字钢露出地表1m，并在基坑四周外设排水沟，做好排水。
③基坑开挖支护施工
基坑开挖深度5.5m，采用分层开挖分层支护方法施工。
在基坑开挖深度范围共设两道支撑，第一道支撑设置在地表以下1.5m位置，第二道支撑设置在地表以下5m位置。
第一层开挖深度为2m，焊接钢板桩围堰支撑体系，支撑体系为钢板桩围堰四周顺向设置两根36a工字钢边梁，同时在四角加设边梁辅助支撑，在围堰内部设置四根φ377mm钢管（壁厚1.2cm）斜向横撑，边梁与横撑接头处，在工字钢相应位置增设牛腿支撑。
支撑体系安装完毕后，在围堰中间1～4点位置布设变形观测点。
支撑体系尺寸及布设方式详见附图。
第一层支撑体系安装完毕后进行第二层开挖，开挖深度为4m，并安装第二道支撑体系，支撑体系为沿钢板桩围堰四周顺向设置两根36a工字钢边梁，同时在四角加设边梁辅助斜撑，在围堰内部顺桥向设置两根φ500mm钢管（壁厚1.2cm）横撑，边梁与横撑接头处，在工字钢相应位置增设牛腿支撑，第二层支撑体系尺寸及布设方式详见附图。
两层支撑体系安装完毕后，由人工配合长臂挖掘机开挖至设计标高。
并在基坑内设钢筋爬梯，爬梯顶设高出原地面1.2m钢管扶手。
④钢板桩支护检算
检算以8号墩为例，承台尺寸12.5*8.1m，基坑开挖深度5.5m
（1）基坑开挖深度按5.5m计算，汽车荷载后轮按40t计算作用在基坑顶。
现将汽车荷载转化为相当量的土柱高度。
检算以8号墩为例，承台尺寸12.5*8.1m，基坑开挖深度：
因此处为沟槽，若开挖需向承台两侧扩出1.5米施工空间及排水沟，因此基坑深度取5.5m为准。
h=NG/rBL
其中N为汽车并排列数，本计算按一列取值;G汽车吨位，本设计取值为40t；r为土质平均重度，本工程从承台原地面标高+1.7，以上2m为黏土（γ=18.8KN/m3），再往上粉质黏土（γ=18.6KN/m3）。
B、L为汽车车轮轮距，取B=5.4m，L=4.2m。
则h=400/（18.8*5.4*4.2）=0.94m
γ
=
2.5×18.6+2×18.8
=
18.7kN/m3
4.5
考虑到本工程水位较高，现取3m以下按含水重度进行计算，即
γ=18.7-10=8.7kN/m3，计算时取平均重度11.4kN/m3
（1）由已知条件知计算主动力和被动力：
则B点、D点的主动土压力的压强为：
EaB
=
γ（H+h）Ka
EaD
=
γ（H+h+t）Ka
其中H=4.5m、h=0.94m、Ka=tg2（45°-
/2）=0.455（
=22°）
主动压力为土压力分布图A′DE部分：
Ea=
（H+t+h）EaD/2=
（H+t+h）²γKa
2
Ha=
2（h+H+t）/3-h
被动土压力最大压强为：
EDp=γtKp
被动土压力为：
Ep=（1/2）γt2Kp
Kp=tg2（45°+
/2）=2.198（
=22°）、γ=18.7kN/m2
被动土压力分布图BCD部分，Ep作用在离钢板桩底t/3处。
（2）求钢板桩的理论埋深
钢板桩上端A点有围囹加固，假定上端为简支，下端为自由支承。
这种板桩相当于单跨简支梁，作用在墙后为主动土压力，作用在墙前为被动土压力。
（为安全考虑，重度值取土重度）为使板桩保持稳定，在A点的力矩应等于零，即∑MA=0，
亦即：
EaHa-EpHp=0
其中：
Hp=H+t-t/3=H+2t/3
解方程：
（H+t+h）²γKa/2*（2（h+H+t）/3–h）=（1/2）γt2Kp*（H+2t/3）
根据t的函数用代入法求得t=5m，即理论最小入土深度为5m，根据根据本工程采用工字钢长度，取入土深5.5m
（3）计算最大弯矩
3.1计算最大弯矩及反力
共设两道围囹，第一层设在距地面1.5m处，第二层设在距地面5米处。
经计算，地表处换算土柱产生的土压力强度为8KN/m，
钢板桩底承受土压力强度为57KN/m
利用midas软件输入梯形荷载计算结果如下
结构受力图
支反力（KN）
弯矩图（KN·m）
应力图（MPa/1000）
由应力图，得最大应力为103.58MPa，钢板桩强度满足要求。
（4）稳定性检查
即求内侧土压力对支撑弯矩与外侧土压力对支撑弯矩比值。
K=Mr/Mov>1.2
因围囹加有斜撑，故满足稳定性。
（5）抗管涌验算
K=（h′+2t）γ′/h′γ
=（5.5+2*5.5）×8.7/（5.5×10）
=2.6>1.5,满足要求。
（6）围囹计算：
围囹采用双排工字钢。
由上述支反力图可得，第二层围囹受力最大，现取第二层围囹进行验算
长边方向工字钢顶头设置，短边方向工字钢顶住长边方向工字钢作为其支撑。
然后用377钢管作为围囹支撑，钢管与短边方向围囹成60度角。
则可确定围囹计算简图。
①长边方向检算
计算图如下：
受力图（KN/m
反力图（KN）
弯矩图（KN·m
应力图（MPa/1000）
由以上应力图可得：
工字钢横撑最大应力为171MP<215MP满足。
查表得377钢管截面特性
I=3.14x（D4-d4）/64=229400000mm4
E=2.1x105MPa
Pcr=3.142EI/15.52=1397.7kN
远大于3倍支反力，故满足要求。
②短边方向检算
受力简图（KN/m）
支反力（KN）
内力图（KN·m）
应力图（MPa/1000）
由以上应力图可得短边钢板桩最大应力165.8MPa<215MPa,满足强度要求。
钢管斜撑：
305.2KN远小于1397.7KN。
③有以上计算的所拟尺寸可行
4、桩头凿除
钻孔桩采用人工凿除桩头，先由人工将桩头上的钢筋凿出，并沿桩顶设计标沿桩周凿槽，再用风稿将桩头除去，直至桩顶露出新鲜混凝土面，并按设计要求预留埋入承台15cm长度，施作基底砂浆垫层，并按照要求对桩基进行无损检测，经检测合格后进行下道工序。
5、钢筋加工绑扎
钢筋在场内集中加工半成品，运输至现场后绑扎成型，同时预埋上层承台及墩身钢筋。
钢筋连接采用双面搭接焊，同一截面钢筋焊接接头数量不能大于50%，并注意承台底层钢筋网在越过桩顶处不得截断。
承台沉降观测标预埋Φ20钢筋，将Φ20钢筋加工成J型，与承台钢筋绑扎，预埋深度为预埋筋底部距一级承台顶面30cm。
6、模板安装加固
模板采用人工配合汽车吊拼装支立模板。
模板采用内拉外撑方法加固，即在模板顶口30cm和底部30cm处预留双层拉杆孔，拉杆孔水平间距90cm，模板安装就位后用Φ16螺纹钢与承台纵向钢筋呈45°角斜向焊接对拉，模板外侧采用10cm圆木支撑加固。
7、综合接地钢筋埋设
综合接地钢筋严格按照《津秦桥通-19》设置，根据设计技术交底要求，本桥桩基、承台、墩身预埋接地钢筋采用利用构造钢筋方法实施。
承台施工时，选取桩基、承台、墩身相应主筋连接成为一体，钢筋直径不小于16mm，其中钢筋连接全部采用搭接焊，焊接长度双面焊不小于5d且不小于55mm，单面焊不小于10d且不小于100mm。
新增接地端子预埋位置在原地面以下20cm，可视标高预埋在墩身圆弧端部。
接地钢筋要求各部分焊接牢固可靠，承台混凝土浇筑前应进行电器回路检测，满足要求后方可浇筑。
8、混凝土浇筑
承台混凝土由搅拌站集中拌和，混凝土运输车输送至现场。
混凝土浇筑时，按照要求检测频次分别在搅拌站和施工现场检测混凝土坍落度、含气量等指标，严格控制混凝土拌和质量。
下层承台搭设溜槽浇筑混凝土，从承台一侧按等宽搭设三处滑槽，混凝土自由下落高度不得超过2m。
不具备搭溜槽工点采用泵送浇筑。
上层承台混凝土浇筑采用输送泵和吊车浇筑多种方式实施。
混凝土浇筑应一次连续完成，分层分段浇筑，分层厚度不大于30cm，插入式振捣棒捣固，捣固时振捣棒应插入下层混凝土8cm左右，插入间隔小于其1.5倍作用半径，不得漏捣和重捣。
每一层应边振动边逐渐提高振动棒，应避免碰撞模板。
浇筑过程中，设专人负责检查支架、模板、钢筋和墩柱预埋钢筋的稳定情况，发现问题，立即处理。
当混凝土与环境温差大于25℃时，应采取降低水化热措施。
混凝土浇筑终凝后，先洒水后覆盖厚塑料薄膜养生。
混凝土强度达到70%后方可拆除模板，回填基坑，开始上层承台施工。
六、施工质量控制
1、桩头凿除及清理
桩头顶部应凿除浮浆直至露出新鲜混凝土面，桩基顶部嵌入承台15cm。
凿除桩头后调整直桩基主钢筋，把桩头内的杂物清理冲洗干净。
2、基坑排水
在承台模板边缘人工挖出沟槽，沟槽坡度为顺向基坑一端，在基坑的一端设置集水井，由水泵将集水井中的积水抽出基坑。
沟槽尺寸、集水井数量与尺寸根据现场实际情况设置。
3、钢筋加工安装
钢筋半成品运至现场后需采用10x10cm方木垫高码放，并用彩条布覆盖，不得直接放于泥土上，防止钢筋受到污染和侵蚀。
钢筋骨架绑扎牢固，在混凝土浇筑时不能发生任何松动或大的变形。
钢筋保护层采用C40混凝土垫块支垫，数量按每平方米不小于四块。
墩身预埋钢筋要确保位置及标高准确，骨架不变形扭曲，焊接牢固。
钢筋加工及安装验收标准如下。
钢筋加工及安装允许偏差
序号
项目
允许偏差（mm）
备注
一
钢筋加工
1
受力钢筋全长
±10
2
弯起钢筋的弯折位置
20
3
箍筋内净尺寸
±3
二
钢筋安装
1
受力钢筋排距
±5
2
同排中受力钢筋间距
±10
3
分布钢筋间距
±20
4
钢筋保护层厚度
-5～+10
4、模板安装
承台模板拼缝处用双面胶带密贴，防止漏浆，模板连接螺栓要满带并且拧紧，充分保证模板整体刚度。
模板安装验收标准如下。
模板及预埋件安装允许偏差
序号
项目
允许偏差（mm）
备注
1
轴线偏差
15
2
表面平整度
5
3
高程
±20
4
两模板内侧宽度
-5～+10
5
相邻两表面高低差
2
6
预埋件中心位置
3
模板安装完毕后，用水准仪重新测量顶口标高，将设计顶标高线用红油漆刻线模板上，以此来控制混凝土浇筑高度。
5、混凝土浇筑
混凝土浇筑过程中，振动棒应避免碰撞钢筋和模板，不得直接或间接地通过钢筋施加振动。
混凝土浇筑过程中严格控制分层厚度，并确保浇筑连续性。
混凝土浇筑完后及时收浆，待混凝土终凝洒水后用塑料薄膜覆盖养护。
6、承台大体积混凝土降温措施
为确保405～408号承台混凝土大体积浇筑不发生温度应力收缩开裂，在原承台方案温度应力计算的基础上加设测温管及降温管，通过现场量测混凝土内外温差，通水冷却等措施控制砼内外温差，具体措施如下：
①混凝土浇筑后，混凝土表面用厚塑料薄膜覆盖保温保湿，并洒水养生，使混凝土缓慢降温、缓慢干燥，减少混凝土内外温差。
②承台在钢筋安装时分别在四角及中间预埋测温管，测温管与周围钢筋焊接。
测温管采用直径Φ25mm薄壁钢管，混凝土浇筑后，每2～4小时量测混凝土表面温度、混凝土内部温度以及室外气温，严格控制混凝土内外温差不超过25℃，同时以校核本计算分析结果的准确性，做到真正意义上的裂缝控制。
③降温管采用直径Φ25mm薄壁钢管，用长20cmΦ16钢筋焊接成三脚支架用来支撑钢管，三脚架与周围承台钢筋焊接。
④为尽量降低混凝土入模温度，混凝土拌合用水箱搭设遮阳棚，以降低水温。
⑤降温管及测温管布置见下图:
说明：
1、本图尺寸以cm计，散热管及测温管布设按照10.4mx10.4m承台为例；
2、散热管采用Ф50mm钢管，竖向双层布设，层间距100cm，水平管也按100cm间距布设；
3、测温管采用Ф48mm钢管，承台内共布设6个，其中测管5和测管6尽量靠承台中间布设；
4、各测温管温差温差必须控制在20℃以内。
七、进场人员及机械设备
进场人员及机械设备见宁车沽永定新河特大桥承台施工方案。
八、安全保证措施
1、基坑防护措施
基坑开挖完成后，距边缘1m范围内严禁堆土，在基坑四周外扩1.5m安设钢管护栏，以防过往机械及车辆产生动载干扰，并设醒目安全警示牌。
钢板桩围堰上层支撑体系连接完成后，应设专人检查支撑及连接质量，检查合格后方可继续开挖。
2、钢板桩的拆除
一级承台砼浇筑完毕后将承台2.5m范围回填夯实，拆除底部横撑，然后进行上层承台施工，上层承台砼浇筑完毕后，拆除下层支撑边梁，回填承台基坑，拆除全部支撑体系，拔除钢板桩，进行墩身施工。
钢板桩拆除时安排专人负责，拆除后的钢板桩堆放整齐。
3、钢板桩变形观测
开挖过程中对钢板桩围堰随时进行变形观测，若变形值不大于3cm且变形趋于稳定，则视为支撑体系稳定。
若变形值大于3cm且变形值不断增长，及时在围堰中部1～４号点对称增设φ500钢管顶撑加固，确保支撑体系稳定。
4、施工机械安全措施
特殊工种需通过安全技术培训，经考试取得合格证后，方可上岗工作。
其他人员也进行安全培训和考核。
各种机械操作人员和车辆取得操作合格证，不准将机械设备交给无本机操作证的人员操作，对机械操作人员要建立档案，专人管理。
操作人员按照机械说明规定，严格执行工作前的检查制度和工作中注意观察、工作后的检查保养制度。
保持机械操作室整洁，不能存放易燃易爆物品。
不酒后操作机械，机械不带病运转、超负荷运转。
5、施工安全用电措施
施工现场用电设施满足安全要求，现场移动式电器设备使用橡皮绝缘电缆，横过通道穿管埋地敷设。
配电箱、开关箱使用BD型标准电箱，电箱内开关电器完整无损，接线正确，电箱内设置漏电保护器，选用合理的额定漏电动作电流进行分级匹配。
配电箱设总熔丝、分开关，动力和照明分别设置。
金属外壳电箱作接地或接零保护。
开关箱与用电设备实行一机一闸保险。
同一移动开关箱不能有380V和220V两种电压等级。
架空线设在专用电杆（水泥杆、木杆）上，不能架设在树或脚手架上，架空线装设横担和绝缘子。
架空线离地4m以上，机动车道为6m以上。
对高压线路、变压器要按规程安置，设立明显的标志牌。
所有电气设备按规定安装漏电保护装置，并有良好的接地保护措施。
接地采用角钢、圆钢或钢管，其截面不小于48mm2，一组二根接地之间间距不小于2.5m，接地电阻符合规定，电杆转角杆，终端杆及总箱，分配电箱有重复接地。
各种机电设备检修、维护时断电、停运转；若试运转，须有针对性保护措施。
不能将电线拴在铁扒钉、钢筋或其它导电金属物上，电线用绝缘子固定，配电导线保证与邻近线路或设施的安全间距。
6、现场施工安全措施
所有操作人员必须配戴安全帽，无安全帽者不得进入施工现场。
凡进入现场的人员，均要服从值班员指挥，遵守各项安全生产管理制度，正确使用个人防护用品。
禁止穿拖鞋、高跟鞋或光脚进入施工现场。
施工现场吊装安全工作，按照吊装安全技术规程要求操作，雨天和六级及以上大风时严禁吊装作业。
拉直钢筋时卡头要卡牢，地锚要结实牢固，拉筋沿线2m区域内禁止行人。
多人合运钢筋，起、落、转、停动作要一致，人工上下传送不得在同一垂线上。
钢筋堆放要分散、稳当，防止倾倒和塌落。
高空作业要系好安全带，安全带系在不会滑出的主体结构上。
不能上下抛掷工具、材料；不能将工具、材料放置在横担上或其它不易放稳的物体上。
九、环保及文明施工措施
1、固体废弃物治理原则
生产生活区，设置垃圾桶，贮放生活垃圾，由垃圾车运至业主指定的垃圾处理站进行处理。
施工过程中做好弃渣处理工作，将产生的废弃物、边角料、包装袋等及时进行回收、处理，并将处理后的废弃物集中运至业主指定的垃圾场，并纳入地方环卫管理系统。
防止任意堆放弃渣降低河道的行洪能力。
2、扬尘污染防治措施
因施工线路在葡萄园及棉花地内通过，施工过程需严格控制扬尘污染，结合施工现场采取措施如下：
施工便道沿线安排专人专车每天定时洒水养护道路，避免便道上通行车辆扬尘起灰；
砂石料及土方运输车辆需有遮盖措施。
混凝土采用密封拌合设备、设置防尘设备，防止拌合混凝土产生的粉尘外泄；
生产、生活区道路要定期洒水降尘，进行适当绿化。
3、城市交叉道路施工
在工程施工过程中，不中断城市交通。
沿线路口车辆行人需要维持通行，生活用车、生产用车及材料供应车所行道路与附近的公路主干路难免发生冲突，为了缓解城市交叉道路压力，在路口设立统一的安全警示牌，保持施工警示牌的照明，必要时派专人维护交通。
4、现场文明施工措施
工地内各类区域及重点要害部位设立标志，要求明显、清晰。
各设备、材料、工具应堆放整齐、合理。
全体职工穿戴整齐，行为文明。
佩带上岗证，上岗证应标明姓名、职务及编号。
施工人员进入工地必须戴安全帽。
现场生活区要求整洁干净，认真制定生活和环境卫生管理制度，搞好职工宿舍和食堂饮食卫生，加强污水的排放管理及垃圾处理工作。
中铁二十二局集团津秦铁路客运专线项目经理部
二○○九年四月二十日
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