厦门旭立达市政工程有限公司
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拉森钢板桩支护施工方案

来源:旭立达作者:旭立达网址:http://www.stage404.com

1    编制依据
行业标准《建筑桩基技术规范》(JGJ94-94);
行业标准《建筑基坑支护技术规程》(JGJ 120-99);
国家标准《钢结构工程施工质量验收规范》(GB50205-2001);
基坑工程手册(第二版)中国建筑工业出版社;
云南省****污水处理水池施工图纸。
2工程概况
本项目污水处理生物池为地下构筑物,顶板面标高2.5m,换填底标高-5.4m,长度尺寸67.77m,宽度尺寸44.35m,底板厚0.8m(局部0.4m),垫层厚0.6m(其中碎石垫层0.5m,C15混凝土垫层0.1m),地下部分池壁厚0.65m,地上部分池壁厚0.4m。由总图可知现场自然土面标高约为+0.6m,则开挖深度为5.7m;开挖平面尺寸在生物池结构尺寸的基础上每边加1.5m,即基坑长度70.77m,基坑宽度47.35m。基坑开挖边线距周边其他拟建构筑物最近距离为7m。

钢板桩支护施工3    工程地质水文情况
3.1  地质条件
根据钻探揭露深度范围内的地层结构及成因类型表明,该场地内地基土类型中等复杂,地层结构属多层型。除场地地表部分为人类近期活动形成的地层外,其下均为第四系冲湖积相地层并呈现多轮回沉积韵律的特点,将其划分为2、3、4、5等四个亚层。根据上述单元层的划分原则,现将各土层的岩性特征按地层结构及代号顺序从上至下分别描述如下:
1、近期人类活动形成的地层
①植物层(Qpd):褐、褐灰色,含少量碎石及多量植物根系,结构松散,稍湿。层厚0.30~0.80m,平均厚度0.52m,该层仅在ZK3、39控制地段缺失。
①1人工填土(Qmi):为勘察工作前整平场地时堆填的素填土,褐红、褐灰、褐色,由粘性土混含少量碎石及植物根系组成,结构松散,稍湿-湿。层厚2.20~2.60m,平均厚度2.40m。仅在ZK3、39控制地段分布。
   2、第四系冲、湖积相(Qal+l)地层
②粉质粘土:褐红、褐灰、褐黄夹灰白色,含少量碎石,局部相变为粘土,偶夹薄层砾砂,以可塑状态为主,局部为硬塑状态,湿。无摇振反应、有光泽、干强度中,韧性中。层顶埋深0.30~5.20m,层厚0.50~2.10m,平均厚度1.14m。仅在ZK3、12、39控制地段缺失。
②1粘土:褐黄、浅黄、灰白、褐黄夹灰白等色,含少量砾砂及少量腐烂植物残体,间夹薄层粉砂,软塑状态,湿。该层灵敏度St=1.11~2.45,平均1.60,多属于不灵敏的土,局部地段分布中灵敏度的土。无摇振反应、有光泽、干强度中,韧性高。层顶埋深0.50~5.40m,揭穿层厚0.30~2.10m,平均厚度0.98m。该层仅在ZK3、32控制地段缺失。
②2砾砂:灰、兰灰、褐黄等色,混粒结构,薄~中厚层状构造,含少量腐烂植物残体,局部地段相变为粉细砂或圆砾,局部地段有胶结层或胶结团块,结构稍密,饱和。层顶埋深1.40 ~3.20m ,层厚0.30~2.70m,平均厚度1.26m,仅在ZK1、2、6、7、12、15~17、20、21、24、25、27、33~36控制地段缺失。
②3粉土:褐黄、褐灰、灰、兰灰色,含少量腐烂植物残体,夹薄层粉砂或砾砂,偶见胶结层或胶结团块。结构稍密,局部松散,很湿。摇振反应迅速、无光泽、干强度低,韧性低。层顶埋深1.90~4.10m,厚度0.30~2.40m,平均厚度1.11m。该层仅在ZK3、4、8~11、13、17~19、24、26、28~30控制地段缺失。
③粉土:褐灰、兰灰、灰色,含少量腐烂植物残体,夹薄层粉砂,局部地段有胶结层或胶结团块。结构稍密~中密,很湿。摇振反应中等、无光泽、干强度低,韧性低。层顶埋深3.30~8.80m,厚度0.30~4.30m,平均厚度1.58m。整个场地均有分布。
③1粘土:褐灰、兰灰、灰色,含少量腐烂植物残体和有机质,夹薄层粉土,可塑状态,湿。无摇振反应、有光泽、干强度高,韧性高。层顶埋深4.30~10.70m,层厚0.50~3.50m,平均厚度1.48m。该层仅在ZK28、33控制地段缺失。
③2粘土:褐灰、兰灰、深灰色,含少量腐烂植物残体和有机质,夹薄层粉土,软塑状态,湿。无摇振反应、有光泽、干强度高,韧性高。层顶埋深5.00~10.10m,层厚0.50~2.30m,平均厚度1.27m。该层仅在ZK4~6、20、22、29~32控制地段缺失。
④粉土:褐灰、兰灰、灰色,含少量腐烂植物残体,夹薄层粉砂或粗砾砂,局部地段有胶结层或胶结团块。结构中密,很湿。摇振反应中等、无光泽、干强度低,韧性低。层顶埋深7.80~20.90m,厚度0.50~4.00m,平均厚度1.43m。整个场地均有分布。
④1粘土:褐灰、深灰、兰灰等色,含少量圆砾及少量腐烂植物残体,可塑或硬塑状态,湿。无摇振反应、有光泽、干强度高,韧性高。层顶埋深8.80~22.60m,厚度0.40~7.80m,平均厚度3.23m。整个场地均有分布。
④2粘土:褐灰、深灰、兰灰等色,含少量腐烂植物残体,可塑状态,湿。无摇振反应、有光泽、干强度高,韧性高。层顶埋深9.20~14.30m,厚度0.80~3.40m,平均厚度2.00m。仅在ZK2、6、7、9、10、12、18、28、31、34、36、38控制地段分布。
⑤粉砂:褐灰、深灰、灰色,石英-长石质,均粒结构,在局部地段夹透镜状或薄层状粉土及中粗砂,含腐烂植物残体,局部地段有薄层胶结层,结构中密,饱和。整个场地均有分布,受勘察钻孔深度的影响,该层仅在ZK2、3、6、8、10、12~18、20、22~26、28、30、31、33、35、37~39中揭露,层顶埋深17.60~29.40m , 揭穿层厚0.20~3.80m,平均揭穿厚度1.40m。
⑤1粘土:褐灰、深灰、兰灰等色,含少量圆砾及少量腐烂植物残体,可塑或硬塑状态,湿。无摇振反应、有光泽、干强度高,韧性高。整个场地均有分布,受勘察钻孔深度的影响,该层仅在ZK2、10、12、13、16、18、20、24、28、30、33、35、38、39中揭露,层顶埋深20.30~28.10m ,揭穿厚度0.50~4.50m,平均揭穿厚度2.11m。

4    基坑支护结构设计
生物池基坑较深,根据地质资料不宜采用自然放坡开挖,且考虑到基坑完成后将对周围建筑物有不利影响,基坑必须采取支护措施,先支护、后开挖。拟采用拉森Ⅳ型悬臂钢板桩作为基坑围护体系,桩长12米,嵌入基坑底土体6.5m。在基坑顶部适当位置设置排水沟,用以拦截地表水,并排出场外,基坑底部沿支护桩侧用砌块砌筑临时排水沟,基坑底部各拐角点设置集水井,用以排除基坑内积水。
5    基坑支护结构的主要技术参数及技术要求
5.1  钢板桩
(1) 材料要求钢板桩选用拉森Ⅳ型,截面抵抗矩W=2270cm3;进场钢板桩需进行外观检验及桩身缺陷矫正;施打前板桩咬口处宜涂抹黄油以保证施打的顺利和提高防水效果。
(2) 打桩作业要求宜选择对周围影响较小的振动锤施打;为保证板桩的垂直度及咬口闭合,选用屏风式打入法;为保证转角处咬口的闭合可通过轴线或板桩块数来调整。
(3) 拔桩作业要求宜选用振动锤进行拔桩;为防止拔桩后地面沉降及对其它构筑物的影响,应及时回填。
6    钢板桩支护施工
6.1  钢板桩支护施工流程
钢板桩的打设虽然在基坑开挖前已完成,但整个板桩支护结构需要等地下结构施工和回填完成后,在许可的条件下将板桩拔除才算完全结束。因此,对于钢板桩的施工应考虑打设、挖土、地下结构施工、回填、板桩的拔除。测量放线→打钢板桩→土方开挖至基坑底设计标高→钢筋砼底板与导墙施工→外壁防水层施工、回填土方→钢筋砼池壁施工至上部施工缝处→外壁防水层施工、回填土方→上部池壁与顶板施工→外壁防水层施工、回填土方→拉森钢板桩拔除
6.2  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,注意保护锁口免受损伤。钢板桩应堆放在平坦而坚固的场地上,必要时对场地地基土进行压实处理。在堆放时要注意:
(1) 堆放的顺序、位置、方向和平面布置等应考虑到以后的施工方便;
(2) 钢板桩要按型号、规格、长度、施工部位分别堆放,并在堆放处设置标牌说明;
(3) 钢板桩应分别堆放,每层堆放数量一般不超过5根,各层间要垫枕木,垫木间距一般为3~4m,且上、下层垫木应在同一垂直线上,堆放的总高度不宜超过2m。
6.3  钢板桩的打设
施工机械采用40T履带吊车,配合振动锤及200KW专用(三相220V)发电机施工。
(1) 打桩围檩支架(导向架)的设置。为保证钢板桩沉桩的垂直度及施打板墙墙面的平整度,在钢板桩打入时应设置打桩围檩支架,围檩支架由围檩及围檩桩组成。
(2) 钢板桩打设单桩打入法以一块或两块钢板为一组,从一角开始逐块插打,直至工程结束,这种打入方法施工简便,可不停顿地打,桩机行走路线短,速度快。但单块打入易向一边倾斜,误差积累不易纠正,墙面平直度难控制。
①先用吊车将钢板桩吊至插点处进行插桩,插桩时锁口要对准,每插入一块即套上桩帽,轻轻加以锤击;
②在打桩过程中,为保证钢板桩的垂直度,用两台经纬仪在两个方向加以控制;
③为防止锁口中心线平面位移,可在打桩进行方向的钢板桩锁口处设卡板,阻止板桩位移。同时在围檩上预先算出每块板桩的位置,以便随时检查校正;
④开始打设的一、二块钢板桩的位置和方向应确保精度,以便起到样板导向作用,故每打入1m应测量一次,打至预定深度后应立即用钢筋或钢板与围檩支架焊接固定。
(3) 钢板桩的转角和封闭合拢。由于板桩墙的设计长度有时不是钢板桩标准宽度的整数倍,或板桩墙的轴线较复杂,或钢板桩打入时倾斜且锁口部有空隙,这些都会给板桩墙的最终封闭合拢带来困难,采用轴线修整法解决。轴线修整法通过对板桩墙闭合轴线设计长度和位置的调整,实现封闭合拢,封闭合拢处最好选在短边的角部。具体作法如下:
①沿长边方向打至离转角桩约沿有8块钢板桩时暂时停止,量出至转角桩的总长度和增加的长度;
②在短边方向也照上述办法进行;
③根据长、短两边水平方向增加的长度和转角桩尺寸,将短边方向的围檩与围檩桩分开,用千斤顶向外顶出,进行轴线外移,经核对无误后再将围檩和围檩桩重新焊接固定;
④在长边方向的围檩内插桩,继续打设,插打到转角桩后,再转过来接着沿短边方向插打两块钢板桩;
⑤根据修正后的轴线沿短边方向继续向前插打,最后一块封闭合拢的钢板桩,设在短边方向从端部算起的第三块板桩的位置处。轴线修整法示意图
6.3  拔桩
6.3.1 拔桩顺序
对于封闭式钢板桩墙,拔桩的开始点离开桩角5根以上,必要时还可间隔拔除。拔桩要点:
(1) 拢桩时,可先用振动锤将板桩锁口振活以减小土的阻力,然后边振边拢。对较难拔出的板桩可先用柴油锤将桩振打下100~300mm,再与振动锤交替振打、振拔。为及时回填拔桩后的土孔,在把板桩拔至此基础底板略高时(如500mm)暂停引拔,用振动锤振动几分钟,尽量让土孔填实一部分;
(2) 起重机应随振动锤的起动而逐渐加荷,起吊力一般略小于减振器弹簧的压缩极限;
(3) 供振动锤使用的电源应为振动锤本身电动机额定机功率的1.2~2.0倍;
(4) 对引拔阻力较大的钢板桩,采用间歇振动的方法,每次振动15min,振动锤连续工作不超过1.5h。
6.3.2 桩孔处理钢板桩拔除后留下的土孔应及时回填处理,特别是周围有建筑物、构筑物或地下管线的场合,尤其应注意及时回填,否则往往会引起周围土体位移及沉降,并由此造成临近建筑物等的破坏。
7    基坑监测
7.1  本基坑监测项目包括支护结构的水平位移、周围建筑物及地下管线的变形、地下水位、桩内力、土体分层位移等。
7.2  监测点的位置及数量
(1) 在基坑顶部各转角处应设置沉降、倾斜及水平位移观测点;
(2) 支护板桩的应力及应变观测点应设置在受力较大位置,数量及位置宜结合现场条件确定。
(3) 地下水位的观测宜在基坑四周设四个观测井。
(4) 基坑底部回弹及隆起观测视现场情况确定。
7.3  监测与测试的控制指标
(1) 支护桩顶水平位移累计不大于30mm,位移速率不大于3mm/d。
(2) 桩身的应力值不大于设计值的80%;
(3) 周围建筑物及管线水平位移总量不大于30mm;
(4) 地下水位应低于设计指标。
7.4  监测要求
(1) 在围护结构施工前精确测定初始值。
(2) 施工中应加强对测试点及测试设备的保护,防止损坏;
(3) 应采取有效措施保证测试基准点的可靠性及测试设备的完好,以确保测试数据的准确性。
(4) 应及时向设计人员提供监测数据及最终测试评价成果,以便进行分析及采取相应的防范措施。
7.5  监测周期从基坑土方开挖至基坑回填土。在围护施工时,正常情况下,临近监测对象每2天观测1次,当日变化量或累计变化量超警戒值时,监测频率适当加密,每天观测1次。特殊情况如监测数据有异常或突变,变化速率偏大等,适当加密监测频率,直至跟踪监测。在地下结构施工阶段,各监测项目观测频率为2~3次/周。
9    施工注意事项及要求
9.1  做好基坑内的排水工作,雨季施工必须准备足够的抽排水设备。
9.2  支护板桩施工应采取有效措施控制好桩位、垂直度及保证咬口及转角处的闭合。
9.3  钢结构的焊接,必须是持有特种作业上岗证的人员操作,确保安全与质量。
9.4  土方开挖期间,应采取有效的管理手段及可靠的保证措施防止挖土机械碰撞支护结构,基坑四周严禁堆土或堆载,地面施工荷载不超过15Kpa。
9.5  加强基坑监测,监测数据应及时通知有关人员。
10    打拔拉森钢板桩安全操作规程
10.1  安全操作规程
(1) 吊车或震锤工作时发现异常,应立即停车检查。
(2) 吊车作业点地面应平坦,地面不平应垫平,防止翻车事故。若地面松软,支承脚底部应铺垫板。
(3) 吊桩时要用专用的钢丝绳和锁扣扣紧桩身,并轻起轻放。打拔桩前要检查震锤是否夹紧,防止应震锤未夹紧损坏钢板装或造成事故。
(4) 不得在架空输电线下面打拔桩。在高压线附近工作,吊臂端应离开高压线2m以上。
(5) 作业范围内严禁站人,以防各种突发事件造成事故。
(6) 打拔桩严禁超负荷作业,不准超力矩,仰角也不得超过限度,以防“翻车”“折臂”事故。
(7) 不得在风力超过6级及大雨、雪、雾等恶劣天气下作业;台风来临,现场吊机应收臂卧放,材料及其它设施采取遮盖、压紧等措施。
(8) 严禁非司机作业。回转操作要平稳地接触回转离合器,尽量减少钢板装的摆动,起吊时应先鸣笛示警,要稳妥操作。
(9) 做支撑要随挖随做,及时做好,不得拖延。支撑要水平直顺,不得倾斜弯曲。烧焊支撑时要注意动火作业安全和深基坑作业安全。
(10) 随时检查钢板桩和支撑是否完好,发现松动要及时补焊,发现弯曲要及时加撑并采取安全措施。
(11) 要统一信号,专人指挥,夜间作业,必须有良好的照明。
11    基坑工程钢板桩支护计算书原始数据:
11.1  钢板桩的设计
   (1) 钢板桩最小长度计算
钢板桩实际最小埋深计算
假定埋入土内深度为t1,入土深度为a时土应力压强为0,同时已知钢板桩悬臂端长度5.7m,则参照《建筑施工计算手册》(第二版)计算得:
Pa=γ(H+a)Ka-2C√Ka
Pp=γaKp+2C√Kp
其中Ka=tg2(45°-φ/2)=0.438    Kp=tg2(45°+φ/2)=2.283
所以有:
γ(H+a)Ka-2C√Ka=γaKp+2C√Kp
将已知条件代入公式内解得:a=0.114m。所以净主动土压力Ea净及相对基底的型心位置均可计算。
Ea净=0.5γH2Ka-2CH√Ka+2C2/γ+0.5(γHKa-2C√Ka)a=72.22KN/m
型心h={(0.5γH2Ka-2CH√Ka+2C2/γ)(H-h1)/3+[0.5(γHKa-2C√Ka)a2/3]/Ea净=1.03m
其中h1=2C/(γ√Ka)=1.59m
当埋深t1时,桩地净被动土压力压强Pp净为:
Pp净=γt1Kp+2C√Kp-(γ(H+t1)Ka-2C√Ka)
Ep净=0.5Pp净(t1-a)
按《规范》要求,抗倾覆安全系数不得小于2,及净被动土压力Ep净产生的抵抗力矩大于净主动土压力Ea净产生的倾覆力矩的2倍,则有:
(t1-a)Ep净/3=2(t1+h)Ea净
将已知条件代入公式中解得:t1=5.783m,所以实际埋深t=(1+15%)t1=6.65m。
桩长L≥H+t=5.7+6.65=12.35m。
   (2) 最大弯矩计算
   1) 最大弯矩位置计算
假设最大弯矩出现在基底以下t2处,即在此处剪力为零。
Pp净=γt2Kp+2C√Kp-(γ(H+t2)Ka-2C√Ka)
Ep净=0.5Pp净(t2-a)
Ea净=0.5γH2Ka-2CH√Ka+2C2/γ+0.5(γHKa-2C√Ka)a=72.22KN/m
Ep净=Ea净,由此计算得:
t2=2.145m
   2) 最大弯矩值计算
最大弯矩值为净主动土压力和净被动土压力对t2位置处取弯矩之和,即:
Mmax=Ea净×(h+t2)-Ep净×(t2-a)/3=179.68336KN . M
(3)钢板桩截面
   1)钢板桩截面的选择
Wmin=Mmax/([f]/2)
   =179.68336/(235/2)=1529.22cm3


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