拉森钢板桩施工设计方案.docx

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拉森钢板桩施工设计方案

独山大桥危桥改造工程

拉森钢板桩围堰专项施工案

编制：

审核：

批准：

省路桥工程集团有限责任公司

独山大桥危桥改造工程项目部

2015年7月1日

一、编制说明

1.1编制依据

1.《公路桥涵施工技术规》JTG/TF50-2011

2.《公路交通安全设施施工技术规》JTGF71-2006

3.交通部《公路水运工程安全生产监督管理办法》

4.裕安区独山大桥危桥改造工程施工合同、招标文件

5.《省国省干线公路标准化实施指南》

6.交通勘察设计研究院有限公司《裕安区独山大桥危桥改造工程施工图设计》及其它设计资料

7.现场踏勘调查所获得的有关资料

8.我单位拥有的科技工法成果和现有的管理水平、劳力设备、技术能力，以及长期从事高速公路建设所积累的丰富的施工经验。

1.2编制原则

1.遵守合同文件各项条款要求，全面响应和认真贯彻业主或监理工程师及授权人或代表的批示、指令和要求；

2.格遵守合同文件明确的设计规、施工规和质量评定与验收标准；

3.坚持技术先进性、科学合理性、经济适用性、安全可靠性与实事相结合的原则；

4.自始至终对施工现场坚持实施全员、全位、全过程密监控、动静结合、科学管理的原则；

5.实施项目基础管理，通过对劳务、设备、材料、资金、技术、案、信息、时间与气候条件的优化处置，实现成本、工期、质量及社会信誉的预期目标效果；

6.格规管理，强化精品意识，以“全员参与，工序过程控制；以人为本，科学管理抓质量；开拓进取，勇于奉献创精品。

”的企业精神为指导，努力使本工程成为实外优的产品，向业主交一项优质工程。

二、工程概况

2.1工程简介

市裕安区独山大桥位于独山镇境，跨越河道为淠河；全长426米，全宽10米，上部结构采用14×30m先简支后连续混凝土组合箱梁，桥墩为柱式墩，桩基础；桥台为肋板式台身，桩基础；接线长约1公里，路基宽8.5米，路面宽7米。

其中1#~8#墩为涉水施工。

见下图：

1#~8#墩位于河床，施工难度较大，河面常水位与系梁底平均高差位4米以上。

该处从现有地面以下6米围为蕴藻浜河河道清理出来的河底淤泥，给大面积挖土卸载造成相当大的困难，根据现场勘查及图纸地质图中所示，地质结构基本为细砂（Q4AL+PI）:

层顶埋深0.40-0.80m，层顶埋深0.40-0.80m，层顶高程52.66-55.38m，曾底高程51.26-54.04m，层厚0.80-1.40m，灰白色，松散-稍密状态，具振捣反应。

该层分布普遍。

层砾（Q4AL+PL）：

层顶埋深0.00-2.10m，层顶高程49.77-54.04m，层底高程40.47-46.56m，层厚7.40-9.70m，灰白色，中密状态。

该层分布普遍。

层强风化砂岩（K）：

层顶埋深8.20-11.70m，层顶高程40.47-46.56m，层底高程37.07-43.48m，层厚2.00-4.30m，暗红色，密实，风化未完全，风化呈砂土状，夹基岩碎片，原岩结构基本被破坏。

层中风化砂岩（K）：

此层未揭穿，揭露最大厚度为10.80m，暗红色，致密，层状构造，碎屑结构，基岩裂隙不发育，泥质、钙质胶结，遇水易软化崩解的，较完整，岩体基本质量等级为IV级，属软岩。

土体摩擦角平均16°，土容重平均取值为19kN/m3，产生的土压力和水压力相当大，围堰平面开挖尺寸为10.5×2.5m，再加之承台及墩身下部作业施工需要在基坑完成，给部支撑造成很大困难，而且从基坑开挖到墩台身施工过程中需要进行数次受力体系的转换，给各道围檩及支撑的确定增加难度。

第四章基坑及墩台身施工

基坑施工流程：

施工准备→测量定位→插打钢板桩→开挖基坑→逐层进行钢板桩支撑→排水→浇筑封底混凝土→系梁施工→墩柱盖梁施工→基坑回填→逐步拆除支撑→墩身施工→基坑回填→钢板桩拔出。

第一节施工准备

首先在钢板桩堆放基地对钢板桩进行分类、整理，选用同种型号的板桩，进行弯曲整形、修正、切割、焊接，整理出施工需要的型号（拉森IV号钢板桩）、规格（450×310×15.5）、数量2套（9m×130根）的钢板桩。

  钢板桩进场前需要检查整理，发现缺陷随时调整，整理后在运输和堆放时尽量不使其弯曲变形，避免碰撞，尤其不能将连接锁口碰坏。

钢板桩的设置位置应便于基础施工，应在原地面下结构边缘之外，并留有支、拆模板的操作空间；

钢板桩平面不直的，应尽量使其平直整齐，避免不规则的转角，以便顺利将钢板桩插打入地下，并利于围檩支撑的设置。

第二节测量定位

对墩位承台控制点标明并经过复核无误后加以有效保护，同时距离系梁台边线0.65米的位置放出钢板桩插打位置，并用槽钢定位，在保证钢板桩垂直度的情况下逐根插打。

第三节钢板桩、围檩及支撑布置

经设计计算，该围堰平均开挖深度为4.6m，开挖尺寸为10.5×2.5m，共布置2道支撑，具体布置见下图。

第一、二道围檩均采用一根H型钢（400×400×20×20），直撑、斜撑采用外径62cm，壁厚1cm的钢管；第一道钢管的顶面与原地面平齐，第二道围檩中心距第一道围檩中心3.7m，第二道临时支撑安装在封底混凝土顶面上50cm处。

基坑支撑布置图：

计算书详见附件。

第四节钢板桩施工

1、将钢板桩运到工地后，钢板桩在拼组前必须对其进行检查、丈量、分类、编号，同时对两侧锁口用一块同型号长2～3m的短桩作通过试验，以2～3人拉动通过为宜。

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、接长等法加以整修。

插打钢板桩之前须检查振动锤。

振动锤是打拔钢板桩的关键设备，在打拔前一定要进行专门的检查，确保线路畅通，功能正常。

且功率达到40KW以上，而夹板牙齿磨损不宜太多。

2、履带吊停在离打桩点就近的基坑边，侧向施工，便于测量人员观察。

挂上振动锤，升高，理顺油管及电缆。

3、锤下降，开液压口，拉一根桩至打桩锤下，锁口抹上润滑油，并起锤。

4、钢板桩计算长度为9米（基坑5米、入土4米），待钢板桩尖离开地面30cm时，停止上升。

锤下降，使桩至夹口中，开动液压机，夹紧桩。

上升锤与桩至打桩地点。

5、钢板桩插打时，单桩的锁口均涂以黄油混合物油膏，以减少插打时的摩阻力并加强防渗性能。

插打钢板桩时从第一块就应保持平整，几块插好后即插打一块深的以保持稳定，然后继续插打。

6、在插打过程中，加强测量工作，发现倾斜，及时调整，为保证插桩顺利合拢，要求桩身垂直。

在整个钢板桩插打过程中必须保证合拢密实，以防漏水。

7、对准钢板桩与定位桩的锁口，靠震动锤与桩自重压到桩所要插打的位置。

8、试开打桩锤30秒左右，停止振动，利用锤惯性打桩至计算标高，开动振动锤打桩下降，控制打桩锤下降的速度，尽可能的使桩保持竖直，以便锁口能顺利咬合，提高止水能力。

9、板桩至设计高度前40cm时，停止振动，振动锤因惯性继续转动一定时间，打桩至设计高度。

10、松开液压夹口，锤上升，打第二根桩，以上类推至打完所有桩。

打桩前一般应在锁口涂以黄油、锯末等混合物，在打完钢板桩后，开始进行钢板桩围堰的止水处理。

第五节基坑开挖及墩台施工

土压力和水压力很大，基坑开挖宜采用长臂挖机，施工时机械离基坑越远越好，减小基坑边缘处的动载。

各阶段开挖时应在支撑位置向下多开挖50cm，利于施工围檩及支撑的设置，开挖到各道支撑位置后应及时安装围檩及部支撑。

钢板桩插打完后，向下开挖安装第一道围檩支撑；继续开挖至标高处，安装第二道围檩及支撑；继续开挖土到系梁底一下20cm，迅速施工封底混凝土层，待封底混凝土强度达到要求后，再进行受力转换，由封底混凝土受力，即可进行后续破桩头、桩基检测、绑扎钢筋、支模板等工作，以上施工的同时，应及时抽出基坑的积水。

在下系梁混凝土浇筑结束达到拆模要求后，拆除模板，基坑用透水性材料回填密实到下承台顶面后，拆除第二道支撑；开始施工墩身，墩身底面与地面高差较大，考虑施工安全便，墩身施工时采用一次性浇筑，浇筑完成进行养护后拆模，及时回填透水性材料，密实后拆除第一道围檩，继续施工上部墩身。

第六节基坑排水

在渗水较小的情况下，采用汇水井排水，在基坑承台围外侧较低处挖4个汇水井，并在围挖边沟，使其低于基坑底面。

对汇水井井壁要加以支护，井底铺一层粗砂或者碎，采用抽水机从汇水井抽水来排除渗水；如果承台低于砂土层且渗水较大时，采用井点法降低地下水位，在距基坑边3-5m距离进行钻，埋下井点管，围填以砂作过滤层，上用黏土填封，地面上通过主管与抽吸设备相联进行抽水，以降低基坑四的地下水位。

第七节混凝土垫层施工

采用直接浇筑混凝土垫层，可能造成钢板桩无法拔出，所以浇筑垫层时在钢板桩围堰侧支模，或在底部钢板桩四用编织袋或土工布将钢板桩与封砼隔离，以便钢管桩在承台施工完后顺利拔出。

在混凝土浇筑之前，尽量要把水抽干，封底混凝土强度等级采用C25，直接采用汽车泵输送混凝土到指定位置，按一般砼施工进行。

封底时由一边向另一边推进，但保证连续、不间断、不留接缝、一次性完成。

混凝土垫层厚度初定为100cm。

第八节围檩支撑拆除

下层承台浇筑养护完成，拆除模板，回填透水性材料，回填时分层整平，灌水密实，待回填到下系梁顶标高后，继续施工下部墩身施工完成后即可拆除第一道围檩，完成后续各项工作。

第九节钢板桩拔出

承台墩身混凝土浇筑结束，将基坑回填完毕后，要将钢板桩拔出再重新利用，拔桩时，尽量使钢板桩下部与混凝土脱离，然后再进行拔桩。

先略锤击振动各拔高1～2m，然后按次序将所有钢板桩均拔高1～2m，使其松动后，再依次拔除，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。

并注意一下几点：

1、为防止将临近板桩同时拔出，宜将钢板桩和加固的支撑围檩逐根解除。

2、按与插打钢板桩顺序相反的次序拔桩。

3、将钢板桩用振动锤再复打一次，可克服土的黏附力。

4、拔出的钢板桩应及时清除土砂，涂以油脂。

变形较大的板桩需调直，完整的板桩要及时运出工地，堆置在平整的场地上。

第五章基坑开挖安全措施

1、基坑开挖必须根据有关规要求进行设计，并有计算书。

2、挖掘机等机械在坑顶进行挖基出土作业时，机身距坑边的安全距离应视基坑深度、坡度、土质情况而定，确保基坑的安全。

3、深基坑四设防护栏杆，人员上下要有专用爬梯。

4、开挖中，当坑沿顶面裂缝、坑壁松塌或遇有涌水、涌砂影响基坑边坡稳定时要立即加固防护。

5、基坑需抽排水开挖时，须配备足够的抽排水设备。

6、基坑开挖所设置的各种围堰和基坑支撑，其结构必须坚固牢靠。

基础施工中，挖土、吊运、浇筑混凝土等作业，禁碰撞支撑，并不得在支撑上放置重物。

施工中发现围堰、支撑有松动、变形等情况时，应及时加固，危及作业人员安全时要立即撤出。

7、基坑支撑拆除时，应在施工负责人的指导下进行。

拆除支撑应与基坑回填相互配合进行。

有引起坑壁坍塌危险征兆时，必须采取加固措施。

8、人工修整基坑时，操作人员之间要保持安全距离，一般大于2.5m。

多台机械开挖，挖土机间距要大于10m。

挖土自上而下，逐层进行，禁先挖坡脚的危险作业。

9、运土道路的坡度、转弯半径要符合有关规定。

10、在开挖基槽时要做好降雨防护措施，施工现场和基坑四设排水沟及集水井，确保将场地的积水及时排除。

11、距离开挖边线4m不允堆放材料、挖出的土和停放机具，4m外堆放高度不宜超过1.5m,危险时必须采取加固措施；不得从基坑上倾倒或抛掷毛、砖等材料，应用滑槽输送；半成品材料应做具体的运输案。

12、在开挖基坑边沿处，必须按规设两道1.2m高的牢固栏杆和悬挂危险标志，并在夜间挂红标志灯。

禁任人在深坑处休息。

13、夜间施工时，施工场地应有足够的照明。

14、非机电专业操作人员不得擅自动用基础机电设备。

第六章安全应急救援预案

一、安全生产事故应急救援

实施在发生重大安全事故时的救援工作，尽量减少事故的危害，保障员工和边居民的人身健康和安全、项目财产安全和边单位财产安全。

特成立应急救援组织机构。

二、处理突发事件应急预案的原则

为认真贯彻落实《中华人民国安全生产法》和《建设工程安全生产管理条例》，增强忧患意识，居安思危，减少施工事故的发生，提高自防自救意识，结合本工程的施工特点，主要针对可能出现的安全生产事故和自然灾害制定独山大桥危桥改造项目涉水1~8#墩施工安全生产应急预案，其基本原则为:

坚持“以人为本，预防为主”的原则。

通过强化日常安全管理，落实各项安全防措施，查堵各种事故隐患，做到防患于未然。

施工前期，针对施工过程中存在的重大危险源，提前预测，并制定生产安全事故应急救援预案，建立应急救援组织及配备应急人员，配备必要的应急救援器材、设备，以防突发事件，并定期组织演练，确保施工安全。

各作业班组紧紧结合各自实际情况，成立应急小组，做好相关应急准备工作，确保施工安全。

安全生产机构框图如下：

三、应急救援领导小组

应急救援领导小组由组长、副组长、成员三部分组成：

组长由项目经理担任，副组长由副经理、总工程师担任。

成员由项目其他领导、各部门负责人、安全员、质量员、现场管理人员组成。

组长：

卢军球

副组长：

家林衍超

组员：

洪杰、黄培松、辉、德圣、程卫卫、

项目安全管理部

安全QC小组责任人：

　衍超

专职安全员：

　毛毛、鸣、违建军

附件：

基坑支撑布置图

钢板桩及围檩、支撑计算书

钢板桩及围檩、支撑计算书

一、计算参数

钢板桩计算法采用等值梁法。

基坑开挖总深度按5m计算。

施工机械荷载按20KPa的均布荷载进行计算。

钢板桩长度取9m，每延米截面矩2037cm3，钢板桩容抗弯应力

。

土层容重取为19kN/m3，浮容重取值9kN/m3，水容重取值10kN/m3，地质情况以粘性土为主，据调查土体摩擦角平均值为16°，主动土压力系数

，被动土压力系数

，被动土压力修正系数K=1.44，取每延米钢板桩为计算单元。

二、设计工况及荷载组合

设计工况一

钢板桩侧已开挖至第二道围檩处，开挖深度5m，第一道支撑已经安装，第二道支撑未安装，在工况一条件下最不利荷载组合：

施工机械荷载+水压力+主动土压力+被动土压力。

钢板桩外侧水位按+1.08m计算。

设计工况二

钢板桩侧已开挖至第二道围檩处，开挖深度5m，第一、二道支撑已经安装，但尚未向下开挖，在工况二条件下最不利荷载组合：

施工机械荷载+水压力+主动土压力+被动土压力。

钢板桩外侧水位按+1.08m计算。

三、各工况下钢板桩分析计算

1、工况一

钢板桩围堰外的主动土压力等于侧的被动土压力的平衡点距开挖底面的距离y

19×1.36×0.5678+9×（3.14+y）×0.5678+10×（3.14+y）=19×1.44×1.761y解得：

y=1.878m

计算简图：

弯矩图：

支反力：

查看计算结果图形得出，钢板桩的最大弯矩为281.85kN.m，钢板桩采用拉森IV型钢板桩，每延米钢板桩的抗弯模量W=2037cm3，则钢板桩应力为：

钢板桩的强度满足要求。

验算钢板桩埋深t

t=1.1（x+y）=8.73m<24-3.5=20.5m,入土深度满足要求。

2、工况二

钢板桩围堰外的主动土压力等于侧的被动土压力的平衡点距开挖底面的距离y

19×1.36×0.5678+9×（3.14+y）×0.5678+10×（3.14+y）=19×1.44×1.761y解得：

y=1.878m

计算简图：

弯矩图：

支反力：

查看计算结果图形得出，钢板桩的最大弯矩为60.16kN.m，钢板桩采用拉森IV型钢板桩，每延米钢板桩的抗弯模量W=2037cm3，则钢板桩应力为：

钢板桩的强度满足要求。

验算钢板桩埋深t

t=1.1（x+y）=8.73m<24-3.5=20.5m,入土深度满足要求。

四、围檩及支撑分析计算

80钢管截面特性：

60钢管截面特性：

H型钢截面特性值

1、第一、二道围檩

计算取最不利情况即工况三，最大荷载为310.25kN/m。

计算简图：

弯矩图：

剪力图：

轴力图：

第一、二道围檩采用一根H型钢（400×400×20×20），直、斜撑钢管尺寸均为径60cm，壁厚1cm。

（1）围檩验算

经计算，最大弯矩值为515.372kN.m,最大剪力值714.5kN。

围檩采用一根H型钢强度、刚度均满足要求。

（2）支撑钢管验算

支撑钢管最大轴力为1373.793kN。

钢管长细比

，查表得压杆稳定系数

，支撑采用60钢管，强度满足要求。

（3）斜撑钢管验算

最大轴力为2362kN，最大弯矩为125.07kN.m。

钢管长细比

，查表得压杆稳定系数

斜撑采用60钢管强度满足要求。

计算简图：

弯矩图：

剪力图：

轴力图：