深基坑拉森钢板桩施工设计方案.docx
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深基坑拉森钢板桩施工设计方案
城展路环城河桥
拉森钢板桩基坑支护专项施工方案
1、编制依据及规范标准
1.1、编制依据
（1）、现行的国家和有关行政主管部门颁发的施工规范、规程和验收标准。
（2）、上海市政工程设计研究院总院编制的《苍南县龙港新城A1区市政工程》施工图纸、设计变更、说明及施工技术要求。
（3）、苍南龙港新城A1区市政道路及桥梁工程BT项目相关合同文件及要求。
（4）、温州市勘察测绘研究院编制的相关《岩土工程勘察报告》。
（5）、浙江省及温州市有关行政主管部门颁发的设计标准、施工规范等资料。
1.2、规范标准
（1）、公路桥涵地基与基础设计规范（JTGD63-2007）
（2）、公路桥涵施工技术规范（JTGT/F50-2011）
（3）、公路工程质量检验评定标准（JTGF80/2-2004）
（4）、公路桥涵设计通用规范（JTGD60-2004）
（5）、城市桥梁工程施工与质量验收规范（CJJ2-2008）
（6）、路桥施工计算手册（周水兴，何兆益，皱毅松，2001.5）
（7）、钢结构设计规范（GB50017-2003）
（8）、混凝土结构设计规范（GB50010-2002）
（9）、建筑桩基技术规范（JTG94-2004）
（10）、苍南龙港新城AI区市政道路及桥梁工程相关《岩土工程勘察报告》（温州市勘察测绘研究院）
（11）、建筑基坑支护技术规程（JTG120-2012）
（12）、建筑基坑工程检测技术规范（GB504972009）
（13）、浙江省标准建筑地基基础设计规范（DB33/1001-2003J-10252-2003）
2、工程概况
2.1、工程简介
1.工程简介
本项目位于城展路桩号K0+443.340处,跨越环城河，河道宽度40米。
全桥采用3×20m后张法预应力空心板，梁高为95cm。
桥台为桩接盖梁埋置式桥台，基础采用直径1000mm钻孔灌注桩基础,梅花形布置；桥台长24m，宽2.5m（不含耳墙），右偏角90°，底标高最小为2.639m。
桥墩为桩柱式桥墩，基础采用直径1200mm钻孔灌注桩基础。
墩长24m，宽1.7m，右偏角90°，系梁底标高为0.0m。
2.2、地形地貌
拟建场地位于苍南龙港新城，场地原为滩涂养殖区，现已经过吹填并经软基处理，局部地段有素填土回填，地势基本平坦，拟建桥梁所涉及河道均为规划河道。
拟建场地行政隶属温州苍南县龙港镇，地貌单元属浙东南温瑞海滨平原地貌，拟建场地均位于堤坝东侧以外，表面出露部分塑料排水带，地势教平坦，地面高程3.39～4.45米。
根据勘察表明，拟建场地在勘察深度内，地层由 ①冲填土， ②1淤泥质粉质粘土，②2淤泥，③淤泥质粘土，④粉质粘土， ⑤圆砾等5个工程地质层组成，区域构造稳定。
2.3、气候、水文
本地区属亚热带海洋性季风气候区，夏冬长、春秋短，四季分明；无严寒酷暑，春秋宜人；全年光照充足，雨水充沛，温暖湿润；主要灾害天气为台风、洪涝、干旱、大风、龙卷风及冰雹等。
常年最高日平均气温约35摄氏度，最低日平均气温约2摄氏度，年平均气温约18摄氏度；降雨量集中在春夏季，以春雨、梅雨和台风雷雨为主。
本地区濒临东海，为东南沿海台风的主要登陆点之一，台风登陆时常伴有强降雨，易引起洪涝灾害。
3、基坑支护方案设计
3.1、基本情况
城展路环城河桥桥台位于河岸上，基坑开挖深度较小；桥墩长24m，宽1.7m，右偏角90°，系梁底标高为0.0m，河床底标高0.0m，因此基坑底部尺寸考虑1m施工操作面要求，布置为长26m，宽3.7m，不需土方开挖。
环城河常水位2.6m，1/20洪水位3.27m，河床底标高0.0m，河底为淤泥土。
考虑选择枯水期施工，堰顶标高为3.5m。
3.2、支护方案设计
支护采用拉森钢板桩围堰支护，围堰平行河岸布置，平面布置详见附图。
堰体采用拉森钢板桩Ⅳ型，桩长12米，内部水平围檩由单根（500×300mm）H型钢组成，支撑杆设置在钢板桩顶部，由直径为600mm，壁厚为8mm钢管组成。
整个基坑开挖完成后，沿基坑四周挖出一条200×200mm排水沟，在基坑对角设500×500×500mm集水坑，用泥浆泵将集水坑内渗水及时排出基坑。
布置图：
4、基坑稳定性验算
4.1、桥墩基坑稳定性验算
钢板桩长度为12米，桩顶支撑，标高3.5米，入土长度8.5米。
基坑开挖宽度26米，坑底标高0.0米。
基坑采用拉森钢板桩支护，围檩由单根（500×300mm）H型钢组成，设单道桩顶支撑，支撑采用直径为600mm，壁厚为8mm钢管作为支撑导梁，钢管与H型钢进行嵌固相连并焊接。
验算钢板桩长度，选择钢板桩和导梁型号，验算基底稳定性。
采用理正深基坑软件对支护结构和围囹支撑体系等变形与内力整体计算分析；支护结构的抗倾覆稳定性、抗隆起、抗管涌、嵌固深度采用理正深基坑支护结构设计软件单元计算进行分析。
4.1.1、设计标准及参数
1、基坑设计等级及设计系数
二级，重要性系数：
1.0；
支护结构结构重要性系数：
1.0；
构件计算综合性系数：
1.25。
2、材料力学性能指标
序号
材料名称/规格
使用
部位
强度设计值（Mpa）
抗拉、压、弯
抗剪
承压
1
500×300mmH型钢（Q235）
腰梁
215
125
325
2
D600mm钢管（Q235）
内支撑
215
125
325
3
钢板桩Ⅳ
桩
295
4.1.2、施工工况定义
1、单元分析工况定义
（1）、工况1：
打钢板桩，水面以下3.5m；
（2）、工况2：
在桩顶以下0.5m处安装第一道内支撑；
（3）、工况3：
抽水；
2、单元计算
[支护方案]
----------------------------------------------------------------------
连续墙支护
----------------------------------------------------------------------
[基本信息]
----------------------------------------------------------------------
内力计算方法
增量法
规范与规程
《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99
基坑等级
二级
基坑侧壁重要性系数γ0
1.00
基坑深度H（m）
3.500
嵌固深度（m）
8.500
墙顶标高（m）
0.000
连续墙类型
钢板桩
├每延米板桩截面面积A（cm2）
236.00
├每延米板桩壁惯性矩I（cm4）
39600.00
└每延米板桩抗弯模量W（cm3）
2200.00
有无冠梁
无
放坡级数
0
超载个数
0
支护结构上的水平集中力
0
----------------------------------------------------------------------
[附加水平力信息]
----------------------------------------------------------------------
水平力
作用类型
水平力值
作用深度
是否参与
是否参与
序号
（kN）
（m）
倾覆稳定
整体稳定
----------------------------------------------------------------------
[土层信息]
----------------------------------------------------------------------
土层数
3
坑内加固土
否
内侧降水最终深度（m）
3.500
外侧水位深度（m）
0.000
内侧水位是否随开挖过程变化
否
内侧水位距开挖面距离（m）
---
弹性计算方法按土层指定
ㄨ
弹性法计算方法
m法
----------------------------------------------------------------------
[土层参数]
----------------------------------------------------------------------
层号
土类名称
层厚
重度
浮重度
粘聚力
内摩擦角
（m）
（kN/m3）
（kN/m3）
（kPa）
（度）
1
杂填土
3.50
10.0
0.0
0.00
0.00
2
淤泥质土
3.72
16.9
6.9
---
---
3
淤泥
10.50
15.8
5.8
---
---
层号
与锚固体摩
粘聚力
内摩擦角
水土
计算方法
m,c,K值
抗剪强度
擦阻力（kPa）
水下（kPa）
水下（度）
（kPa）
1
0.1
0.00
0.00
合算
m法
0.00
---
2
15.0
8.50
11.80
合算
m法
1.49
---
3
12.0
8.00
7.70
合算
m法
0.63
---
----------------------------------------------------------------------
[支锚信息]
----------------------------------------------------------------------
支锚道数
1
支锚
支锚类型
水平间距
竖向间距
入射角
总长
锚固段
道号
（m）
（m）
（°）
（m）
长度（m）
1
内撑
1.000
0.500
---
---
---
支锚
预加力
支锚刚度
锚固体
工况
锚固力
材料抗力
材料抗力
道号
（kN）
（MN/m）
直径（mm）
号
调整系数
（kN）
调整系数
1
0.00
1281.00
---
2～
---
4062.00
1.00
----------------------------------------------------------------------
[土压力模型及系数调整]
----------------------------------------------------------------------
弹性法土压力模型:
经典法土压力模型:
层号
土类名称
水土
水压力
主动土压力
被动土压力
被动土压力
调整系数
调整系数
调整系数
最大值（kPa）
1
杂填土
合算
1.000
1.000
1.000
10000.000
2
淤泥质土
合算
1.000
1.000
1.000
10000.000
3
淤泥
合算
1.000
1.000
1.000
10000.000
----------------------------------------------------------------------
[工况信息]
----------------------------------------------------------------------
工况
工况
深度
支锚
号
类型
（m）
道号
1
开挖
1.000
---
2
加撑
---
1.内撑
3
开挖
3.500
---
----------------------------------------------------------------------
[设计结果]
----------------------------------------------------------------------
----------------------------------------------------------------------
[结构计算]
----------------------------------------------------------------------
各工况：
内力位移包络图：
地表沉降图：
----------------------------------------------------------------------
[抗倾覆稳定性验算]
----------------------------------------------------------------------
抗倾覆安全系数:
Mp——被动土压力及支点力对桩底的抗倾覆弯矩,对于内支撑支点力由内支撑抗压力
决定;对于锚杆或锚索，支点力为锚杆或锚索的锚固力和抗拉力的较小值。
Ma——主动土压力对桩底的倾覆弯矩。
注意：
锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算。
工况1：
注意：
锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算。
序号支锚类型材料抗力（kN/m）锚固力（kN/m）
1内撑0.000---
Ks=2.140>=1.200,满足规范要求。
工况2：
注意：
锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算。
序号支锚类型材料抗力（kN/m）锚固力（kN/m）
1内撑4062.000---
Ks=23.368>=1.200,满足规范要求。
工况3：
注意：
锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算。
序号支锚类型材料抗力（kN/m）锚固力（kN/m）
1内撑4062.000---
Ks=22.641>=1.200,满足规范要求。
----------------------------------------------
安全系数最小的工况号：
工况1。
最小安全Ks=2.140>=1.200,满足规范要求。
----------------------------------------------------------------------
[抗隆起验算]
----------------------------------------------------------------------
Prandtl（普朗德尔）公式（Ks>=1.1～1.2），注：
安全系数取自《建筑基坑工程技术规范》YB9258-97（冶金部）:
Ks=1.940>=1.1,满足规范要求。
Terzaghi（太沙基）公式（Ks>=1.15～1.25），注：
安全系数取自《建筑基坑工程技术规范》YB9258-97（冶金部）:
Ks=2.101>=1.15,满足规范要求。
[隆起量的计算]
注意：
按以下公式计算的隆起量，如果为负值，按0处理!
式中δ———基坑底面向上位移（mm）;
n———从基坑顶面到基坑底面处的土层层数;
ri———第i层土的重度（kN/m3）；
地下水位以上取土的天然重度（kN/m3）；地下水位以下取土的饱和重度（kN/m3）;
hi———第i层土的厚度（m）;
q———基坑顶面的地面超载（kPa）;
D———桩（墙）的嵌入长度（m）;
H———基坑的开挖深度（m）;
c———桩（墙）底面处土层的粘聚力（kPa）;
φ———桩（墙）底面处土层的内摩擦角（度）;
r———桩（墙）顶面到底处各土层的加权平均重度（kN/m3）;
δ=32（mm）
----------------------------------------------------------------------
[抗管涌验算]
----------------------------------------------------------------------
抗管涌稳定安全系数（K>=1.5）:
式中γ0———侧壁重要性系数;
γ'———土的有效重度（kN/m3）;
γw———地下水重度（kN/m3）;
h'———地下水位至基坑底的距离（m）;
D———桩（墙）入土深度（m）;
K=3.679>=1.5,满足规范要求。
----------------------------------------------------------------------
[承压水验算]
----------------------------------------------------------------------
式中Pcz———基坑开挖面以下至承压水层顶板间覆盖土的自重压力（kN/m2）;
Pwy———承压水层的水头压力（kN/m2）;
Ky———抗承压水头的稳定性安全系数，取1.5。
Ky=33.80/30.00=1.12>=1.05
基坑底部土抗承压水头稳定!
----------------------------------------------------------------------
[嵌固深度计算]
----------------------------------------------------------------------
嵌固深度计算参数：
嵌固深度系数
1.200
抗渗嵌固系数
1.200
嵌固深度计算过程：
按《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99单支点结构计算支点力和嵌固深度设计值hd：
1）按ea1k=ep1k确定出支护结构弯矩零点hc1=0.000
2）支点力Tc1可按下式计算：
hT1=3.000m
Tc1=23.820kN
3）hd按公式：
hp∑Epj+Tc1（hT1+hd）-βγ0ha∑Eai>=0确定
β=1.200，γ0=1.000
hp=1.591m，∑Epj=294.604kPa
ha=2.688m，∑Eai=197.036kPa
得到hd=4.100m，hd采用值为：
8.500m
4.1.3、围堰围囹（腰梁）及斜撑验算
根据4.1.2节单元计算，取其最大反力作为围囹均布荷载。
根据第4.1.2节计算知围囹工况3反力最大为24.08kN，因此均布荷载为24.08Kn/m
内导梁最大弯矩Mmax 采用的支撑最大间距Lmax=4.5m内导梁采用单片焊接H型钢h=482mm,b=300mm,t=11mm,W=2523cm3。
Mmax=（qmaxLmax2）/8=（24.08×4.52）/8=67.0KNm
σmax=Mmax/W=67.0×103/2523=26.6Mpa＜[σ]=180Mpa
∴符合要求
围囹体系最大变形为1.06mm，小于允许值，满足要求。
4.1.4、内支撑验算
支撑反力为R×L=24.08×4.5=108.36KN.
内支撑单根D600钢管最大自由长度2.8m，按两端铰接计L=2.8m,i=205.8mm
λ=L/i=13.6查表得φ=0.991
108.36×1000/15120=7.16<0.991×215=213，合格。
5、基坑支护施工
5.1、施工工艺流程
5.2、施工准备
5.2.1、场地准备
钻孔桩施工完成后，对钢板桩围堰场地进行整平，便于钢板桩插打和机械设备停放。
场地平整后工程部根据相应坐标，按照钢板桩围堰尺寸施工放样钢板桩围堰四角点，作为安装导框的定位点。
根据现场实际情况，在合理位置安装配电柜，便于向振动锤、电焊机、抽水机等机具设备供电。
5.2.2、机械设备准备
根据钢板桩围堰计算和地勘资料，深度最大的钢板桩为12m，因此选用90型振动锤振动沉桩，配备80t履带吊机一台配合打桩，25t汽车吊机一台配合喂桩。
由于钢板桩围堰开挖深度较大，普通挖掘机不能满足施工需求，需配备长臂挖掘机一台。
5.2.3、材料准备
根据数量表中规格和尺寸配齐所有钢板桩、型钢及其他附属材料，根据现场施工进度，及时提报砼计划，确保基坑封底连续进行。
5.3、钢板桩进场检查整理
5.3.1、钢板桩围堰尺寸
考虑承台或系梁施工空间，钢板桩围堰最小净宽=承台尺寸+2m，保证承台或系梁边至钢板桩围堰内壁最小距离为1m。
5.3.2、钢板桩整理
钢板桩运至工地后，应进行检查、分类、编号及登记。
对外观质量不好的钢板桩进行锁口检查，检查方法是用一块长1.5m～2.0m符合类型、规格的钢板桩作标准，将所有同类型的钢板桩做锁口通过检查。
检查时用绞车或卷扬机拉动标准钢板桩，从桩头至桩尾进行。
钢板桩有弯曲、破损、锁口不合的均应整修，按具体情况分别用冷弯、热敲（温度不超过800ºC～1000ºC）、焊补、锚补、割除或接长。
板桩长度不够时，可用同类型的钢板桩等强度焊接接长，焊接时先对焊或将接口补焊合缝，再焊加固板，相邻板桩接长缝应注意错开。
5.4、导框施工
5.4.1、导框设备制作
由于钢板桩围堰尺寸大，为保证钢板桩插打时准确定位，在地面以上20～50cm处设一层导框。
导框材料采用“2工32a”型钢和Φ500×10定位钢管桩焊接，材料下料和定位焊接应准确，确保钢板桩围堰顺利合拢。
5.4.2、导框安装
安装前对导框位置进行准确的测量定位。
分别在钢板桩围堰四角插打定位桩（当导框边长较大时，在跨间适当增加定位桩数量，保证导框位置准确、稳定。
），然后将导框型钢焊接在定位桩上，定位桩采用Φ500×10mm钢管，长度6m；导框型钢采用“2工32a”工字钢，与定位钢管焊接牢固、稳定，然后密排插打钢板桩。
5.5、钢板桩插打与合拢
5.5.1、陆上钢板桩插打与合拢
钢板桩围堰应先插打第一角桩，然后按照顺时针（或逆时针）方向顺序插打，后一根钢板桩自前一根已插打到位钢板桩锁口插入，设限位钢板将待插打钢板桩与导框定位（留出活动余地，便于插打沉桩），然后密排插打钢板桩。
插打钢板桩时要严格控制好桩的垂直度，尤其是第一根要从两个相互垂直方向同时控制，确保垂直不偏。
插打一块或几块桩稳定后即与导框进行连接。
5.5.2、水中墩钢板桩插打与合拢
在水中墩钢板桩围堰施工前，根据钢板桩围堰大小，先搭设水上施工平台，再借助平台钢管桩作为定位桩，安装导向框后按照以上顺序密排插打钢板桩并合拢。
5.6、基坑开挖
5.6.1、陆上基坑开挖
基坑采用人工配合挖机开挖，开挖前
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