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基坑槽钢桩支护方案

中海石油宁波大榭石化有限公司

宁波大榭加氢联合装置项目设备基础

基

坑

支

护

及

挖

土

方

案

编制人：

职务：

审核人：

职务：

审批人：

职务：

施工单位：

中国石化工程建设有限公司

编制日期：

2014年6月9日

深基坑钢板桩支护专项方案

第一节工程概况

本工程为宁波大榭加氢联合装置项目，基坑长4.80m、宽8.80m。

基底标高为-4.6m，对基坑边坡维护决定采用钢板桩进行支护，以达到挡土防止塌方的目的。

第二节编制依据

一、宁波大榭加氢联合装置项目；

二、《工程地质勘察报告》；

三、现场测量数据和调查；

四、《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB50202-2002）；

第三节钢板桩支护设计思路及要点

根据本工程场地地质情况特点，本工程钢板桩主要作用是为了防止深基坑边坡的塌方，起到支护边坡的作用。

设计要点如下：

一、采用32C槽钢钢板桩，桩长12m；

二、钢板桩沿基坑四周连续设置成封闭的帷幕；

三、为保证基坑安全，钢板桩帷幕上设置一道连续的槽钢围檩以加强钢度及整体性；

第四节槽钢支护结构设计计算书

计算依据：

1、《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012

2、《建筑施工计算手册》江正荣编著

3、《实用土木工程手册》第三版杨文渊编著

4、《施工现场设施安全设计计算手册》谢建民编著

5、《土力学与地基基础》

一、参数信息

1、基本参数

支护桩材料

钢桩

支护桩间距ba（m）

0.1

支护桩嵌入土深度ld（m）

7.7

基坑开挖深度h（m）

4.3

基坑外侧水位深度ha（m）

0.8

基坑内侧水位深度hp（m）

1.2

支护桩在坑底处的水平位移量υ（mm）

2、土层参数

土层类型

土厚度h（m）

土重度γ（kN/m3）

粘聚力c（kPa）

内摩擦角φ（°）

饱和土重度γsat（kN/m3）

水土分算

填土

否

粘性土

是

粘性土

是

3、荷载参数

类型

荷载q（kpa）

距支护边缘的水平距离a（m）

垂直基坑边的分布宽度b（m）

平行基坑边的分布长度l（m）

作用深度d（m）

满布荷载

条形局部荷载

3.5

矩形局部荷载

4、计算系数

结构重要性系数γ0

综合分项系数γF

1.25

嵌固稳定安全系数Ke

1.2

圆弧滑动稳定安全系数Ks

1.3

二、土压力计算

土压力分布示意图

附加荷载布置图

1、主动土压力计算

1）主动土压力系数

Ka1=tan2（45°-φ1/2）=tan2（45-12/2）=0.656；

Ka2=tan2（45°-φ2/2）=tan2（45-12/2）=0.656；

Ka3=tan2（45°-φ3/2）=tan2（45-12/2）=0.656；

Ka4=tan2（45°-φ4/2）=tan2（45-18/2）=0.528；

Ka5=tan2（45°-φ5/2）=tan2（45-18/2）=0.528；

2）土压力、地下水产生的水平荷载

第1层土：

0-0.8m

H1'=[∑γ0h0+∑q1]/γi=[0+3]/19=0.158m

Pak1上=γ1H1'Ka1-2c1Ka10.5=19×0.158×0.656-2×10×0.6560.5=-14.229kN/m2

Pak1下=γ1（h1+H1'）Ka1-2c1Ka10.5=19×（0.8+0.158）×0.656-2×10×0.6560.5=-4.258kN/m2

第2层土：

0.8-4m

H2'=[∑γ1h1+∑q1]/γsati=[15.2+3]/20=0.91m

Pak2上=γsat2H2'Ka2-2c2Ka20.5=20×0.91×0.656-2×10×0.6560.5=-4.26kN/m2

Pak2下=γsat2（h2+H2'）Ka2-2c2Ka20.5=20×（3.2+0.91）×0.656-2×10×0.6560.5=37.724kN/m2

第3层土：

4-5m

H3'=[∑γ2h2+∑q1+∑q1b1/（b1+2a1）]/γsati=[79.2+3+1.167]/20=4.168m

Pak3上=γsat3H3'Ka3-2c3Ka30.5=20×4.168×0.656-2×10×0.6560.5=38.485kN/m2

Pak3下=γsat3（h3+H3'）Ka3-2c3Ka30.5=20×（1+4.168）×0.656-2×10×0.6560.5=51.605kN/m2

第4层土：

5-7m

H4'=[∑γ3h3+∑q1+∑q1b1/（b1+2a1）]/γsati=[99.2+3+1.167]/22=4.698m

Pak4上=[γsat4H4'-γw（∑h3-ha）]Ka4-2c4Ka40.5+γw（∑h3-ha）=[22×4.698-10×（5-0.8）]×0.528-2×15×0.5280.5+10×（5-0.8）=52.597kN/m2

Pak4下=[γsat4（H4'+h4）-γw（∑h3-ha）]Ka4-2c4Ka40.5+γw（∑h3-ha）=[22×（4.698+2）-10×（7-0.8）]×0.528-2×15×0.5280.5+10×（7-0.8）=85.269kN/m2

第5层土：

7-12m

H5'=[∑γ4h4+∑q1+∑q1b1/（b1+2a1）+∑q1b1l1/（（b1+2a1）（l1+2a1）]/γsati=[143.2+3+1.167+0.5]/22=6.721m

Pak5上=[γsat5H5'-γw（∑h4-ha）]Ka5-2c5Ka50.5+γw（∑h4-ha）=[22×6.721-10×（7-0.8）]×0.528-2×15×0.5280.5+10×（7-0.8）=85.536kN/m2

Pak5下=[γsat5（H5'+h5）-γw（∑h4-ha）]Ka5-2c5Ka50.5+γw（∑h4-ha）=[22×（6.721+5）-10×（12-0.8）]×0.528-2×15×0.5280.5+10×（12-0.8）=167.216kN/m2

3）水平荷载

临界深度：

Z0=Pak2下h2/（Pak2上+Pak2下）=37.724×3.2/（4.26+37.724）=2.875m；

第1层土

Eak1=0kN；

第2层土

Eak2=0.5Pak2下Z0ba=0.5×37.724×2.875×0.1=5.423kN；

aa2=Z0/3+∑h3=2.875/3+8=8.958m；

第3层土

Eak3=h3（Pa3上+Pa3下）ba/2=1×（38.485+51.605）×0.1/2=4.504kN；

aa3=h3（2Pa3上+Pa3下）/（3Pa3上+3Pa3下）+∑h4=1×（2×38.485+51.605）/（3×38.485+3×51.605）+7=7.476m；

第4层土

Eak4=h4（Pa4上+Pa4下）ba/2=2×（52.597+85.269）×0.1/2=13.787kN；

aa4=h4（2Pa4上+Pa4下）/（3Pa4上+3Pa4下）+∑h5=2×（2×52.597+85.269）/（3×52.597+3×85.269）+5=5.921m；

第5层土

Eak5=h5（Pa5上+Pa5下）ba/2=5×（85.536+167.216）×0.1/2=63.188kN；

aa5=h5（2Pa5上+Pa5下）/（3Pa5上+3Pa5下）=5×（2×85.536+167.216）/（3×85.536+3×167.216）=2.231m；

土压力合力：

Eak=ΣEaki=0+5.423+4.504+13.787+63.188=86.902kN；

合力作用点：

aa=Σ（aaiEaki）/Eak=（0×0+8.958×5.423+7.476×4.504+5.921×13.787+2.231×63.188）/86.902=3.508m；

2、被动土压力计算

1）被动土压力系数

Kp1=tan2（45°+φ1/2）=tan2（45+12/2）=1.525；

Kp2=tan2（45°+φ2/2）=tan2（45+18/2）=1.894；

Kp3=tan2（45°+φ3/2）=tan2（45+18/2）=1.894；

2）土压力、地下水产生的水平荷载

第1层土：

4.3-5m

H1'=[∑γ0h0]/γi=[0]/19=0m

Ppk1上=γ1H1'Kp1+2c1Kp10.5=19×0×1.525+2×10×1.5250.5=24.698kN/m2

Ppk1下=γ1（h1+H1'）Kp1+2c1Kp10.5=19×（0.7+0）×1.525+2×10×1.5250.5=44.981kN/m2

第2层土：

5-5.5m

H2'=[∑γ1h1]/γi=[13.3]/21=0.633m

Ppk2上=γ2H2'Kp2+2c2Kp20.5=21×0.633×1.894+2×15×1.8940.5=66.464kN/m2

Ppk2下=γ2（h2+H2'）Kp2+2c2Kp20.5=21×（0.5+0.633）×1.894+2×15×1.8940.5=86.351kN/m2

第3层土：

5.5-12m

H3'=[∑γ2h2]/γsati=[23.8]/22=1.082m

Ppk3上=[γsat3H3'-γw（∑h2-hp）]Kp3+2c3Kp30.5+γw（∑h2-hp）=[22×1.082-10×（1.2-1.2）]×1.894+2×15×1.8940.5+10×（1.2-1.2）=86.372kN/m2

Ppk3下=[γsat3（H3'+h3）-γw（∑h2-hp）]Kp3+2c3Kp30.5+γw（∑h2-hp）=[22×（1.082+6.5）-10×（7.7-1.2）]×1.894+2×15×1.8940.5+10×（7.7-1.2）=299.104kN/m2

3）水平荷载

第1层土

Epk1=bah1（Pp1上+Pp1下）/2=0.1×0.7×（24.698+44.981）/2=2.439kN；

ap1=h1（2Pp1上+Pp1下）/（3Pp1上+3Pp1下）+∑h2=0.7×（2×24.698+44.981）/（3×24.698+3×44.981）+7=7.316m；

第2层土

Epk2=bah2（Pp2上+Pp2下）/2=0.1×0.5×（66.464+86.351）/2=3.82kN；

ap2=h2（2Pp2上+Pp2下）/（3Pp2上+3Pp2下）+∑h3=0.5×（2×66.464+86.351）/（3×66.464+3×86.351）+6.5=6.739m；

第3层土

Epk3=bah3（Pp3上+Pp3下）/2=0.1×6.5×（86.372+299.104）/2=125.28kN；

ap3=h3（2Pp3上+Pp3下）/（3Pp3上+3Pp3下）=6.5×（2×86.372+299.104）/（3×86.372+3×299.104）=2.652m；

土压力合力：

Epk=ΣEpki=2.439+3.82+125.28=131.539kN；

合力作用点：

ap=Σ（apiEpki）/Epk=（7.316×2.439+6.739×3.82+2.652×125.28）/131.539=2.857m；

3、基坑内侧土反力计算

1）主动土压力系数

Ka1=tan2（45°-φ1/2）=tan2（45-12/2）=0.656；

Ka2=tan2（45°-φ2/2）=tan2（45-18/2）=0.528；

Ka3=tan2（45°-φ3/2）=tan2（45-18/2）=0.528；

2）土压力、地下水产生的水平荷载

第1层土：

4.3-5m

H1'=[∑γ0h0]/γi=[0]/19=0m

Psk1上=（0.2φ12-φ1+c1）∑h0（1-∑h0/ld）υ/υb+γ1H1'Ka1=（0.2×122-12+10）×0×（1-0/7.7）×0.012/0.012+19×0×0.656=0kN/m2

Psk1下=（0.2φ12-φ1+c1）∑h1（1-∑h1/ld）υ/υb+γ1（h1+H1'）Ka1=（0.2×122-12+10）×0.7×（1-0.7/7.7）×0.012/0.012+19×（0+0.7）×0.656=25.779kN/m2

第2层土：

5-5.5m

H2'=[∑γ1h1]/γi=[13.3]/21=0.633m

Psk2上=（0.2φ22-φ2+c2）∑h1（1-∑h1/ld）υ/υb+γ2H2'Ka2=（0.2×182-18+15）×0.7×（1-0.7/7.7）×0.012/0.012+21×0.633×0.528=46.346kN/m2

Psk2下=（0.2φ22-φ2+c2）∑h2（1-∑h2/ld）υ/υb+γ2（h2+H2'）Ka2=（0.2×182-18+15）×1.2×（1-1.2/7.7）×0.012/0.012+21×（0.633+0.5）×0.528=75.165kN/m2

第3层土：

5.5-12m

H3'=[∑γ2h2]/γsati=[23.8]/22=1.082m

Psk3上=（0.2φ32-φ3+c3）∑h2（1-∑h2/ld）υ/υb+[γsat3H3'-γw（∑h2-hp）]Kp3+γw（∑h2-hp）=（0.2×182-18+15）×1.2×（1-1.2/7.7）×12/12+[22×1.082-10×（1.2-1.2）]×0.528+10×（1.2-1.2）=75.171kN/m2

Psk3下=（0.2φ32-φ3+c3）∑h3（1-∑h3/ld）υ/υb+[γsat3（H3'+h3）-γw（∑h3-hp）]Kp3+γw（∑h3-hp）=（0.2×182-18+15）×7.7×（1-7.7/7.7）×12/12+[22×（1.082+6.5）-10×（7.7-1.2）]×0.528+10×（7.7-1.2）=118.753kN/m2

3）水平荷载

第1层土

Psk1=b0h1（Ps1上+Ps1下）/2=0.1×0.7×（0+25.779）/2=0.902kN；

as1=h1（2Ps1上+Ps1下）/（3Ps1上+3Ps1下）+∑h2=0.7×（2×0+25.779）/（3×0+3×25.779）+7=7.233m；

第2层土

Psk2=b0h2（Ps2上+Ps2下）/2=0.1×0.5×（46.346+75.165）/2=3.038kN；

as2=h2（2Ps2上+Ps2下）/（3Ps2上+3Ps2下）+∑h3=0.5×（2×46.346+75.165）/（3×46.346+3×75.165）+6.5=6.73m；

第3层土

Psk3=b0h3（Ps3上+Ps3下）/2=0.1×6.5×（75.171+118.753）/2=63.025kN；

as3=h3（2Ps3上+Ps3下）/（3Ps3上+3Ps3下）=6.5×（2×75.171+118.753）/（3×75.171+3×118.753）=3.007m；

土压力合力：

Ppk=ΣPpki=0.902+3.038+63.025=66.965kN；

合力作用点：

as=Σ（asiPski）/Ppk=（7.233×0.902+6.73×3.038+3.007×63.025）/66.965=3.233m；

Psk=66.965kN≤Ep=131.539kN

满足要求！

三、稳定性验算

1、嵌固稳定性验算

Epkapl/（Eakaal）=131.539×2.857/（86.902×3.508）=1.233≥Ke=1.2

满足要求！

2、整体滑动稳定性验算

圆弧滑动条分法示意图

Ksi=∑{cjlj+[（qjbj+ΔGj）cosθj-μjlj]tanφj}/∑（qjbj+ΔGj）sinθ

cj、φj──第j土条滑弧面处土的粘聚力（kPa）、内摩擦角（°）；

bj──第j土条的宽度（m）；

θj──第j土条滑弧面中点处的法线与垂直面的夹角（°）；

lj──第j土条的滑弧段长度（m），取lj＝bj/cosθj；

qj──作用在第j土条上的附加分布荷载标准值（kPa）；

ΔGj──第j土条的自重（kN），按天然重度计算；

uj──第j土条在滑弧面上的孔隙水压力（kPa），采用落底式截水帷幕时，对地下水位以下的砂土、碎石土、粉土，在基坑外侧，可取uj＝γwhwaj，在基坑内侧，可取uj＝γwhwpj；滑弧面在地下水位以上或对地下水位以下的粘性土，取uj＝0；

γw──地下水重度（kN/m3）；

hwaj──基坑外侧第j土条滑弧面中点的压力水头（m）；

hwpj──基坑内侧第j土条滑弧面中点的压力水头（m）；

min{Ks1，Ks2，……，Ksi，……}=1.499≥Ks=1.3

满足要求！

四、结构计算

1、材料参数

钢桩类型

槽钢

钢桩型号

32c号槽钢

钢材的惯性矩I（cm4）

8690.33

钢材的截面抵抗矩W（cm3）

543.145

钢材的弹性模量E（N/mm2）

20600

钢材的抗弯强度设计值f（N/mm2）

205

钢材的抗剪强度设计值τ（N/mm2）

125

材料截面塑性发展系数γ

1.05

2、支护桩的受力简图

计算简图

弯矩图（kN·m）

Mk=91.42kN.m

剪力图（kN）

Vk=43.26kN

3、强度设计值确定

M=γ0γFMk=1×1.25×91.42=114.275kN·m

V=γ0γFVk=1×1.25×43.26=54.075kN

4、材料的强度计算

σmax=M/（γW）=114.275×106/（1.05×543.145×103）=200.376N/mm2≤[f]=205N/mm2

满足要求！

b`=（hb2-（b-tw）2（h-2t））/（2（hb-（b-tw）（h-2t））=（320×922-（92-12）2（320-2×14））/（2（320×92-（92-12）（320-2×14））=69mm

S=t（b-b`）2=14×（92-69）2=7406mm3,

τmax=VS/It=54.075×7406×103/（8690.33×104×14）=0.329N/mm2≤[f]=125N/mm2

满足要求！

第五节施工组织计划及应急小组

本工程采用项目经理负责制管理，由项目经理全权负责本项目的机械、材料和劳动力的组织及施工，项目管理架构如下：

项目经理

项目技术负责人

质量员

施工员

电工

机长

焊工

技术工人

应急救援领导小组

项目部成立重大安全事故应急领导小组，组成人员和主要职责如下：

组长：

副组长：

项目技术负责人：

成员：

第六节施工机械及设备

机械参数

机械名称

型号

数量

功率

使用部位

液压振动锤

MIL-2000

1台

安装于挖掘机上打钢板桩

履带式单斗挖掘机

W-1001

1台

1M3

吊液压振动锤

履带式单斗挖掘机

W-1001

1台

1M3

挖基坑

气割机

1套

切割钢板桩

电焊机

XD1-200

2台

2KVA

钢板桩连接

经纬仪

1台

测量放线

水准仪

S3-d

1台

抄平、沉降观测

第七节钢板桩施工

一、材料选择。

采用32C槽钢钢板桩。

由于本工程为钢板桩用于基坑的临时支护，故不需进行材质检验而只对其做外观检验，以便对不符合形状要求的钢板桩进行矫正，以减少打桩过程中的困难。

外观检验包括表面缺陷、长度、宽度、厚度、端头矩形比、平直度和锁口形状等内容。

检查中要注意：

①、对打入钢板桩有影响的焊接件应予以割除；②、有割孔、断面缺损的应予以补强；③、若钢板桩有严重锈蚀，应测量其实际断面厚度，以便决定在计算中是否需要折减。

原则上要对全部钢板桩进行外观检查，对不符合要求的钢板桩需进行矫正。

三、钢板桩吊运及堆放

装卸钢板桩宜采用两点吊。

吊运时，每次起吊的钢板桩根数不宜过多，并应注意保护锁口免受损伤。

吊运方式有成捆起吊和单捆起吊、钢筋捆扎、专人指挥。

钢板桩堆放的顺序、位置、方向和平面布置应考虑到以后的施工方便。

四、施工工艺流程

基线确定定桩位钢板桩施打围檩、拉杆、角撑土建施工

拔桩

五、操做方法

⑴、基线确定：

施工员的在基坑边龙门架上定出轴线，留出以后施工需要的工作面，确定钢板桩施工位置。

⑵、定桩位。

按顺序标明钢板桩的具体桩位，洒灰线标明。

⑶、钢板桩施打。

采用单独打入法，即吊升第一支钢板桩，准确对准桩位，振动打入土中。

吊第二支钢板桩，卡好企口，振动打入土中，如此重复操作，直至基坑钢板桩帷幕完成。

钢板桩施打时，由于钢板桩制作本身的误差、打桩时的偏差、施工条件的限制，使帷幕的实际长度无法保证按钢板桩标准宽度的整数倍，故此钢板桩帷幕最终封闭合拢有相当难度。

调整的办法，一般有采用异形钢板桩来闭合或通过调整帷幕轴线用标准桩实现闭合。

由于本工程钢板桩墙精度要求不高，故采用后一方法来实现转角的闭合，即在转角处两侧调整轴线实现闭合。

⑷、钢板桩拔除。

土建工程完毕后即进行钢板桩的拔除。

工程场地局限，故须采用反铲挖掘机与振动锤配合来进行钢板桩的拔除，即利用振动锤产生的强迫振动扰动土质，破坏钢板桩周围土的粘聚力以克服拔桩阻力，依靠附加起吊力的作用将桩拔除。

钢板桩拔除后留下的桩孔，必须即时做回填处理，回填一般用挤密法或填入法，所用材料为河砂中砂。

第八节基坑监测措施

1、基准网的建立

为了科学地预测基坑支护的稳定和周边环境的变化，及时预报和提供准确可靠的变形数据，因此建立基坑支护施工变形与沉降观测网，定期进行变形沉降观测。

2、基坑支护变形观测

（1）基坑支护水平位移观测

在基坑边坡顶上布置基线（每基坑边一条），每条基线上设4个变形观测点，同时又作为沉降观测点。

（2）基坑支护沉降观测

利用远离场区的城市高程系水准控制点或独立水准点作为沉降观测的起算点，与以上点联测，构成基坑支护沉降观测网。

四面围墙周边附近各布置四个沉降观测点，与基坑周边浅埋基础建（构）筑物、重要管线监测点一起构成监测周边环境的沉降观测网。

3、观测方法

（1）水平位移观测

分别在基线点四个角上设站，用J2型经纬仪观测四边网的水平角度（四边形内角），并与城市的大地控制网三角点联测水平夹角，检查基线点是否发生位移，在基线点正确无误的情况下，同时在四角测端上分别以对应的相邻角

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