钢板桩施工组织方案.docx
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钢板桩施工组织方案
武汉天兴洲大桥铁路引桥及相关配套工程
部分站前线下工程TZQ－1标
钢板桩围堰施工方案
编制：
复核：
审批：
中铁七局集团武汉工程指挥部第三项目分部
二OO五年八月
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中铁七局集团天兴洲大桥项目部第三项目分部技术管理文件
1.工程概况
1.1施工情况
滠口左线引桥1桥、滠口右线桥、谌家矶左线引桥多次跨越府环河下游的朱家河、新斗马河、滠水河西支。
滠口左线引桥1桥8～9墩、滠口右线桥15～16墩，谌家矶左线引桥101～102墩位于滠水河道中。
滠口右线桥24～28墩由于规划河槽，加深开挖，承台底面距地面（水面）在9m~16m之间。
滠口左线引桥1桥8墩、9墩位于滠水西支，枯水期水位为18.13m，河床底面标高分别为16.14m、14.07m，承台底面标高分别为11.72m、11.43m，承台底深度分别为6.5m、6.7m（距水面）。
承台均在粘土层中，粘土层直至承台底以下分别为3.5m、6.2m，然后到砂、砾石层。
其中，8墩承台底以下0.3米有一层厚为2m的夹砂层，为避免发生管涌现象需要封底。
滠口右线桥15墩、16墩位于滠水河河道，枯水期水位为15.60m，河床底面标高分别为14.74m、15.77m，承台底标高分别为11.55m、11.25m，承台底深度分别为4.1m、4.5m（距水面）。
承台均在粘土层中，粘土层直至承台底以下分别为0.3m、3m，然后到砾石层。
其中，15墩承台底以下0.3米为层厚3m的夹砂层，为避免发生管涌现象需要封底。
16墩不需要封底。
24墩～28墩横跨汉北河，其中，25墩、26墩为水中墩。
汉北河枯水期水位为17.05m，25、26墩河床底面标高分别为17.94m、17.6m，承台底面标高分别为5.76m、6.08m，承台底深度分别为11.3m、11m（距水面）。
25墩承台在粘土层与夹砂层中间，底部为粘土层，26墩承台位于粘土层中。
粘土层直至承台底以下分别为5.3m、5.4m，然后到砾石层。
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中铁七局集团武汉公司
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中铁七局集团天兴洲大桥项目部第三项目分部技术管理文件
24、27、28墩地面标高分别为20.5m、22.3m、22.37m。
承台底标高分别为11.63m、6.31m、11.6m，承台底深度分别为
9m、16m、11m（距地面）。
承台均在粘土层中，粘土层直至承台底以下分别为0.7m、4m、8.5m，然后到砾石层。
其中，24墩承台底以下0.7米为层厚2m的夹砂层，为避免发生管涌现象需要封底。
谌家矶左线引桥100墩～102墩位于滠水西支，枯水期水位为20.67m，河床底面标高分别为17.64m、16.36m、14.86m，承台底面标高分别为14.57m、12.3m、12.05m，承台底深度分别为
6.1m、8.4m、8.6m（距水面）。
承台均在粘土层中，粘土层直至承台底以下分别为1.5m、0.5m、1.5m，然后到夹砂层。
为避免发生管涌现象均需要封底。
1.2工期情况
枯水季节时间为2005年10月1日～2006年5月1日。
由于竣工日期为2006年11月30日，而2006年5月～2006年
10月为汛期，河漫滩内墩位无法进行施工，所以只能压缩在该枯水期施工，以滠口右线桥25墩为例，基坑埋深11.3m，枯水期一到，即要进行场地平整、临时便桥、临时便道、电力铺架等大临工程施工，然后再进行水上作业平台的搭设，设备进场，设备就位，准备工作需要30天。
再进行钻孔桩施工，需要10天。
钢板桩设备进场至承台施工需要50天。
再进行承台施工，墩身施工，悬臂施工等完毕才能拔除钢板桩。
工期紧迫，钢板桩不能进行周转，水中墩及深埋墩施工需要同步进行。
2.总体施工方案
㈠、钢板桩围堰施工方案
2
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基底冲刷
抽
浆
混凝土封底
抽
水
渗水缝处理
凿桩头、检测
施工准备
筑
岛
场地平整
安装导向架
打入钢板桩
基坑开挖
设置支撑
基底平整
材料、设备进场
挖水槽、抽水
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滠口左线引桥1＃桥、滠口右线桥、谌家矶左线引桥水中墩及深
埋墩采用拉森钢板桩做施工围堰的方法进行施工。
其施工工艺流程如下：
若无水
拉森型钢板如下图所示（尺寸所示为拉森Ⅴ型钢板）：
3
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拉森钢板桩
钢板桩锁口
现以滠口右线桥25#墩为例：
钢板桩的平面结构形式采用矩形，
钢板桩采用拉森Ⅴ型，高度为18m。
钢板桩打入基坑底深度为5m。
钢
板桩围堰尺寸为：
13.5m×14m。
围堰内部设置H型钢矩形支撑（加设角撑）。
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的短桩采用检查小车进行检验。
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。
同时确保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。
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已检查的
钢板桩堆
置场
未检查的钢板桩堆置场
小
车
小
车
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检查小车示意图
受检查桩
短标准桩
绞车
在采用组桩插打时，每隔4～5m设有一道夹木，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。
钢板桩的吊运插打与合拢：
钢板桩检查合格后，由两组平车运至
墩位，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，允许误差不得大于20mm。
安插钢板桩使用高架索道对钢板桩进行水平和垂直运输，将钢
板桩运至指定位置，然后运用两个吊钩的吊起和放下，使钢板桩成垂
直状态，脱出小钩，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。
钢板桩逐块（组）插打到底，先插合拢后，再逐块（组）打入，本工程钢板桩拟先插上游边，在下游合拢。
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抽水堵漏：
钢板桩插打完，利用抓斗取土，当坑内积水到一定深
度时即可抽水，然后继续开挖。
抽水深度大于支撑高度时，要加设支
撑然后才能继续进行往下开挖，严禁设置支撑前超挖。
在加设支撑时
要检查各节点是否顶紧，防止因抽水而出现事故。
抽水速度不能过快，
且要随时观察围堰的变化情况。
当锁口不紧密漏水时，用棉絮等在内
侧嵌塞，同时在漏缝处撒大量木屑或谷糠，使其由水夹带至漏水处自行堵塞。
若为有水开挖，利用高压射水泵及吸泥机进行水下开挖，当挖至基坑底一下1.5m时，进行混凝土封底处理，封底混凝土采用C25标
号，封底厚度为1.5m。
封底后进行抽水、并设置支撑。
直至基坑底。
拔桩：
在钢板桩插打前，对插入土层内部的钢板桩内外两侧涂刷
沥青，减少拔桩的摩擦力。
钢板桩拔桩前，先将围堰内的支撑，从下到上陆续拆除，并陆续灌水至高出围堰外地下水位1～1.5m，使内外水
压平衡，使板桩挤压力消失，并与部分砼脱离（指有水下砼封底部份）。
再在下游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，然后依次将所有钢板桩均拔高1～2m，使其松动后，再从下
游开始分两侧向上游挨次拔除，对桩尖打卷及锁口变形的桩，可加大
拔桩设备的能力，将相邻的桩一齐拔出，必要时进行水下切割。
滠口左线引桥1＃桥、滠口右线桥、谌家矶左线引桥水中墩及深埋墩所用钢板桩型号、数量、埋深及振拔机型号见附图。
㈡、钢管桩围堰施工方案
滠口左线引桥1桥、滠口右线桥、谌家矶左线引桥水中墩及深
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埋墩采用螺旋卷制钢管桩做施工围堰的方法进行施工。
其施工工艺流程与钢板桩施工相同。
钢管示意图如下所示（钢管选用φ508壁厚10mm螺旋钢板卷制）：
钢管
钢板200×10
钢板160×10
山型钢100×63×10
T型钢L56×56×8
钢管
说明：
1、本图单位除标记外均以mm计
2、钢管采用钢板螺旋卷制，孔径按照0.508m设计
3、锁口处×10钢板为挡渗水功能，可以用砂浆或沥青替代。
滠口左线引桥1＃桥、滠口右线桥、谌家矶左线引桥水中墩及深埋墩所用钢管桩型号、数量、埋深及振拔机型号见附图。
㈢、钢板桩、钢管桩围堰费用比较
按照市场行情，钢板桩的打拔、租用共计2000元/吨；钢管桩购买、焊接、打拔费用共计6000元/吨。
钢板桩、钢管桩使用数量如下表：
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8
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＃
）
引桥
1桥
滠口
右线
桥
桥
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序
号
单位
工程
名称
墩
号
位置
描述
承台尺寸
围堰尺寸
深
度
埋
深
围堰规格、型号
材料数量（根
围堰长度
材料数量（T）
m
m
m
m
钢板桩
钢管桩
（10mm）
钢板
桩
钢管
桩
m
钢板
桩
钢管桩围堰
钢管桩
山型钢
T型钢
钢板
堵水钢板
1
滠口
左线
8
水中
9×9×2.5
12.5×12.5
6.5
6
拉森Ⅳ
φ508mm
125
84
12
111
105
26
14
13
16
2
9
水中
9×9×2.5
12.5×12.5
6.7
3
拉森Ⅳ
φ508mm
125
84
（10）
12
（93）
111
105
21
12
11
13
3
15
水中
7.1×7.4×2.5
10.5×11
4.1
8
拉森Ⅳ
φ508mm
108
72
12
96
108
22
12
11
13
4
16
水中
7.1×7.4×2.5
10.5×11
4.5
8
拉森Ⅳ
φ508mm
108
72
12
96
108
22
12
11
13
5
24
深埋
6.4×9.0×2.5
10×12.5
9
4
拉森Ⅳ
φ508mm
114
75
（13）
12
（110
）102
122
25
14
12
15
6
25
水中
9.8×10.6×3
13.5×14
11.3
5
拉森Ⅴ
φ508mm
132
92
18
238
207
42
23
21
26
7
26
水中
9.8×10.6×3
13.5×14
11
5
拉森Ⅴ
φ508mm
132
92
16
212
184
37
21
18
23
8
27
深埋
6.4×9.0×2.5
10×12.5
14
6
拉森Ⅴ
φ508mm
108
75
20
216
188
38
21
19
23
9
28
深埋
7.1×7.4×2.5
10.5×11
11
5
拉森Ⅴ
φ508mm
104
72
16
167
144
29
16
14
18
10
谌家
矶左
线引
100
水中
6.4×9.0×2.5
10×12.5
6.1
6
拉森Ⅳ
φ508mm
108
75
12
96
144
23
13
11
14
11
101
水中
9.5×9.5×2.5
13×13
8.4
7
拉森Ⅳ
φ508mm
124
88
15
138
165
34
19
17
21
12
102
水中
9.5×9.5×2.5
13×13
8.6
7
拉森Ⅳ
φ508mm
124
88
15
138
165
34
19
17
21
合计
（1711
）
1721
1745
353
196
175
216
2685
注：
表中括号内数据为非定尺桩的需要量，括号外为定尺钢板桩数量。
山型钢、T型钢、钢板及堵水钢板（可用沥青替代）见上页钢管桩示意图。
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中铁七局集团天兴洲大桥项目部第三项目分部技术管理文件
滠口左线引桥1＃桥、滠口右线桥、谌家矶左线引桥水中墩及深
埋墩所需钢板桩共计1721T。
钢板桩费用为2000元/吨×1721吨＝344.2万元。
同理经计算得滠口左线引桥1＃桥、滠口右线桥、谌家矶左线引
桥水中墩及深埋墩所需钢管桩共计2685T。
钢管桩费用为6000元/吨×2685吨＝1611万元。
综上，使用钢板桩围堰成本较钢管桩经济。
3.等弯矩布置水平支撑平面、立面图
①、水平支撑立面图（标示钢板桩弯矩及支撑反力）
A
81KN/m
135KN/m
144KN/m
148.5KN/m
135MPa
177MPa
189MPa
195MPa
B
C
D
钢板桩
10
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3m
3m
6m
3m
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②、水平支撑平面图（最大受力处支撑弯矩图）
A
3m
B
7m
C
3m
D
A
C
102MPa
3m
B
557KN
F
H型钢支撑
H型钢角撑
4.围堰、支撑及地基检算
以滠口右线桥25＃墩为例，25#墩位于滠水河河道中，枯水期水
位标高为17.05m，由于该处位于规划河槽河道，承台底设计标高为
5.76m，既有地面标高为17.55m，承台尺寸为：
10.6m×9.8m×3m。
桩基
为8φ150梅花布置钻孔桩。
地质分布为17.55m～8.35m为粘土，
8.35m～5.34m为夹砂层，5.34m～0.46m为粘土，0.46m～-6.76m为砂砾层。
（详见滠口右线桥24＃墩～28＃墩立面图）
根据以上工程概况，采用矩形钢板桩围堰施工（围堰尺寸为：
13.5m×14m）。
使用18m长拉森Ⅴ型钢板制作，（如下图所示）
钢板桩围堰立面图
11
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承台底标高：
5.76m
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河床底面标高：
14.55m
施工水位标高：
17.05m水
土层
钢板桩
水
土层
50cm
50cm
地下土层
钢板桩围堰平面图
支撑
支撑
承台
支撑
支撑
12
中铁七局集团武汉公司
2
2
中铁七局集团天兴洲大桥项目部第三项目分部技术管理文件
经计算，需要拉森Ⅴ型钢板桩238T，132根。
㈠、受力检算
①、基坑底稳定性检算
根据地质情况判断：
承台底地质土层均匀，为粘土。
如下图所示：
A
G
DO
B
C
钢板桩深入承台底面5m，即：
围堰底口标高为0.76m，位于粘土
层。
转动力矩：
M
ov
＝G×X/2＝（q+rh）×X/2
q为上部荷载，该检算上部荷载q取值为0即：
Mov＝rh×X/2
稳定力矩：
Mτ＝X×τf×X
2
均匀土层，M
τ＝π×τ
f
×X
2
τf
为地基土不排水剪切的抗剪强度，τ＝σtgφ+c
τf＝c
则：
抗隆起安全系数K＝Mτ/Mov
当K≥1.2时
地基土稳定
13
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2
3
3
3
2
中铁七局集团天兴洲大桥项目部第三项目分部技术管理文件即：
K＝2πc/（rh）≥1.2
r为土的重度，18KN/m
3
h为水位至基坑底高差，25＃墩根据计算h＝17.05-5.76＝11.29m。
基坑土为粘性土，粘聚力c取值20KN/m
2
则K＝（2×π×20）/（18×11.29）＝0.62＜1.2
不符合要求。
需要增大土的粘聚力c值，若有水开挖利用混凝土封底施工，若
无水开挖，需要旋喷桩加固地基，使地基土的粘聚力达到40KN/m。
②、支撑布置计算
根据等弯矩布置原则，使钢板桩承受最大允许荷载【f】
＝200Mpa。
钢板桩顶部悬臂部分的最大允许跨度为：
h＝√（6×【f】×W/rK
a）
r为土的重度，取18KN/m。
W为拉森Ⅴ型钢板桩截面抵抗矩，取值为3000cm。
Ka＝tg（45°-φ/2）
φ为粘土的内摩擦角，查表得φ＝20°
所以计算得K
a＝0.5
代入公式求得h＝342cm＝3.42mh1＝1.1h＝3.76m
h2＝0.88h＝3m
h3＝0.77h＝2.6m
14
中铁七局集团武汉公司
W
B'
N'
N
B
钢板桩
中铁七局集团天兴洲大桥项目部第三项目分部技术管理文件h4＝0.7h＝2.4m
支撑布置如右图：
型钢支撑
N1
N2
N3
N4
③、根据板桩受力检算最小埋深t
钢板桩
采用盾恩近似法，经简化的土压力分布如下图所示：
假定作用在板桩FB’段上的荷载FGN’B’，一半传至F点上，
另一半由坑底土压力MB’R’承受，由图中几何关系可得：
A
C
D
E
F
G
M
Q
P
R'
R
15
中铁七局集团武汉公司
2
2
2
3
3
1
中铁七局集团天兴洲大桥项目部第三项目分部技术管理文件
rKaH（L5+x）/2＝r（Kp－Ka）x/2
简约后的公式为：
K
aH（L
5
+x）＝（K
p
－K
a）x
2
L5＝1.3mH＝11.3mKa＝0.5Kp＝2.04（计算得）
则代入公式有：
0.5×11.3×（1.3+x）＝（2.04-0.5）x
2
1.54x-5.65x-7.345＝0
x＝【5.65±√（5.65+4×1.54×7.345）】/（2×1.54）
x＝4.7m
只要埋深达到4.7m，则满足钢板桩受力要求，该方案中对x取值5m。
④、基坑底管涌验算
地表与基底水头差h＝17.05-5.76＝11.3m
钢板桩埋入基底深度为t＝5m
基底下的土的有效重度为r
土
-r
水
＝18KN/m-10KN/m＝8KN/m
3
要避免出现管涌现象，需要r＝r土-r水≥K×jK为抗管涌安全系数
当K≥1.5
即不会发生管涌
j为最大渗流力（动水压力）
j＝i×r
w
i为水头梯度
即
i＝h/（h+2t）
rw为地下水的重度，取值10KN/m
3
则j＝rw×h/（h+2t）＝11.3×10/（11.3+2×5）＝5.3KN/m
3
16
中铁七局集团武汉公司
1
3
3
3
中铁七局集团天兴洲大桥项目部第三项目分部技术管理文件
K＝r/j＝8/5.3＝1.51≥1.5
符合要求，即：
钢板桩打入基坑底5m，不会发生管涌现象。
⑤、涌水量计算
涌水量Q为基坑底控制渗水量（单位：
m/d）
Q＝K×A×i
K为土的综合渗透系数，粘土层一般取值为0.05～0.1，在本检算中，K取0.1m/d。
A为基坑底面积（单位：
m2），
i为水头梯度（i＝h/（h+2t））
则：
Q＝0.1×13.5×14×11.3/（11.3+2×5）＝10.03m/d＝0.44m/h。
根据以上计算数据，用水泵（一般功率）可以满足现场排水功能。
⑥、根据等弯矩布置支撑及支撑反力计算
钢板桩所受弯矩如下图所示：
A
B
C
D
钢板桩
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中铁七局集团天兴洲大桥项目部第三项目分部技术管理文件
视板桩为承受三角荷载的连续梁计算：
如右图所示：
N1
N2
N3
N4
A
B
钢板桩
h1＝3m，h2＝3m，h3＝2m，h4＝2m，h5＝1.3m支撑所受的荷载为：
q1＝rKa×H1×（h1+h2）/2
q
1
＝18×0.5×3×（3+3）/2＝81KN/m
q
2
＝rK
a×H
2
×（h
2
+h
3
）/2
q2＝18×0.5×6×（3+2）/2＝135KN/mq3＝rKa×H3×（h3+h4）/2
q3＝18×0.5×8×（2+2）/2＝144KN/m
q
4
＝rK
a×H
4
×（h
4
+h
5
）/2
q
4
＝18×0.5×10×（2+1.3）/2＝148.5KN/m
支撑布置如下：
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3m
6m
3m
B
C
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钢板桩围堰
H型钢角撑
H型钢支撑
支撑受力如下图所示：
q
A
3m
7m
3m
D
根据三不等跨梁的内力计算，系数n＝7m/3m＝2.333
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3m
2
2
2
3
6
3
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取最大受力层，即q＝q4＝148.5KN/ml为3m
则：
M
B
＝-0.4375×q×l＝-3.94×q＝－585.09KN·m
M
AB
＝0.0019×q×l＝0.017×q＝2.53KN·m
MBC＝0.3437×q×l＝3.093×q＝459.3KN·mVB左＝-0.9375×q×l＝-2.81×q＝－417.3KNVB右＝1.25×q×l＝3.75×q＝556.9KN
根据以上数据，取受力、受弯最大处，即M
B
、V
B右
采用700mm×300mmH型钢支撑，其受弯方向的截面抵抗矩为5760cm。
则：
σ＝M/W＝585.09×10/（5760×10）＝102MPa＜【σ】＝200MPa
符合受力要求。
角撑受力如右图：
角撑所受压力值为√2×F
即BC撑压力值为：
787.6KN
则支撑选用700mm×300mmH型钢共计268m。
A3mB
F
C
⑦、钢板桩所受弯矩计算
根据支撑布置和土压力分配，可计算钢板桩所承受的弯矩值。
由h1＝3m，h2＝3m，h3＝2m，h4＝2m，h5＝1.3m
得σ1＝135MPa
σ2＝177MPa
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