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本规程在实施过程中,请各有关单位注意总结经验,积累资料,如发现不完善之处,请随时将有关意见和建议反馈至云南省建筑科学研究院(地址:
云南省**市学府路150号,邮编:
******,E-mail:
ynjky@)。
云南省岩土工程技术研究中心
参编单位:
XX公司
云南省建筑技术发展中心
**大学
**市建设工程质量检测中心
十四冶建设云南勘察设计有限公司
云南建工基础工程有限责任公司
云南省设计院勘察分院
云南工程建设总承包公司
云南省建筑工程设计院
主要起草人:
主要审查人员:
目次
1总则1
2术语和符号2
2.1术语2
2.2符号3
3基本规定5
3.1设计原则5
3.2岩土工程勘察8
3.3环境调查11
3.4结构选型11
4钢板桩支护结构设计方法13
4.1设计原则13
4.2荷载计算14
4.3结构分析20
4.4稳定性验算22
4.5构件设计32
5钢板桩施工35
5.1施工设备35
5.2施工准备37
5.3施工管理38
5.4钢板桩沉桩42
5.5钢板桩的拔出45
5.6环境保护46
6钢板桩的施工检测与监测47
6.1钢板桩的施工检测要点47
6.2钢板桩支护结构监测47
附录A几种钢板桩主要形式及组合方式图52
附录B其材质及力学性能指标54
附录C钢板桩型号及几何尺寸指标55
附录D钢板桩截面尺寸、截面面积、理论重量及截面特性57
附录E钢板桩的容许误差、允许偏差及最大轧制长度62
本规程用词说明65
Contents
1GeneralProvisions
(1)
2Termsandsymbols
(2)
2.1Terms
(2)
2.2Symbols(3)
3BasicRequirements(5)
3.1GeneralRequirements(5)
3.2PrinciplesofDesign(8)
3.3InvestigationofGeotechnicalEngineering(11)
3.4InvestigationofSurroundingArea(11)
3.5PointsofDesign(13)
4SupportingStructureandDesignMethodofSteelSheetPiling(13)
4.1PrinciplesofDesign(13)
4.2LoadCalculation(14)
4.3StructuralAnalysis(20)
4.4StabilityAnalysis(22)
4.5DesignofArtifacts(32)
5TheConstructionofSteelSheetPiling(35)
5.1ConstructionEquipment(35)
5.2ConstructionPreparation(37)
5.3ConstructionManagement(38)
5.4ThePileSinkingofSteelSheetPiling(42)
5.5PullingoutSteelSheetPiling(45)
5.6EnvironmentalProtection(46)
6ConstructionTestingandMonitoringofSteelSheetPiling(47)
6.1ConstructionTestingPointsofSteelSheetPiling(47)
6.2SupportingStructureMonitoringofSteelSheetPiling(47)
AppendixAMainFormsChartsofSeveralSteelSheetPiling(52)
AppendixBTheMaterialandTheMechanicsPerformanceIndex(54)
AppendixCTypesandTechnicalParametersandGeometrysizeindicatorsofSteelSheetPiling(55)
AppendixDSectionalSize、SectionalArea、Theoreticalweight、SectionalFeatureofSteelSheetPiling(57)
AppendixEAllowableerror、AllowabledeviationandMaximumRollingLengthofSteelSheetPiling(62)
ExplanationofWordinginThisSpecification(65)
1总则
1.0.1为了在钢板桩支护设计与施工中做到安全适用、技术先进、保护环境、经济合理、确保质量,制定本规程。
1.0.2本规程适用于云南省一般地质条件下和软土层条件下临时支护钢板桩结构的设计与施工。
水工构筑物中的钢板桩工程也可参考执行。
1.0.3钢板桩支护设计与施工,应综合考虑工程地质条件、周边环境要求、建(构)筑物主体及地下结构要求、施工季节变化、钢板桩材料及支护结构使用期等因素,因地制宜、合理选型、优化设计、精心施工、严格监控。
1.0.4钢板桩支护工程除应符合本规程的规定外,尚应符合现行国家和地方有关标准的规定。
总则条文说明
为了便于送审稿评审,本稿在某些条款之后列出该条文的编制说明,并以蓝色字标示,当本规程通过批准后,其内容将作为条文说明,集中放置在全部条文之后。
1.0.1本条款明确了制定本规程的目的和指导思想。
本规程与相关的规范、规程和标准进行了合理的分工和衔接,执行时尙应符合相关规范、规程和标准的规定。
与本规程有关的现行国家规范、规程和标准主要有:
1《建筑基坑支护技术规程》JGJ120。
2《建筑基坑工程监测技术规范》GB50497;
3《建筑地基基础设计规范》GB50007;
4《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB50202;
5《钢结构设计规范》GB50017;
6《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205。
2术语和符号
2.1术语
2.1.1钢板桩墙steelsheetpilewall
由各种钢板桩或组合钢板桩组成的墙体。
2.1.2周边环境surroundingsaround
钢板桩施工及使用阶段,与施工及使用相互影响的周边既有建(构)筑物、道路、地下设施、地下管线、岩土体及地下水体等的统称。
2.1.3支护钢板桩supportingsteelsheetpile
地下工程施工所设的临时性钢板桩支护结构。
2.1.4冷弯成形钢板桩coldformedsheetpilling
以热轧带钢为原料,经辊式成形机组冷弯成形加工的产品,其两侧的锁口或弯边可相互连接或搭接,以形成一种连续桩墙结构。
2.1.5热轧钢板桩hotrolledsteelsheetpiling
2.1.6支护结构retainingprotectivestructure
支挡或加固基坑侧壁的承受荷载的结构。
2.1.7锚杆anchor
一端与围护体系联结,另一端锚固在土层或岩层中的承受围护体系传来荷载的受拉杆件。
2.1.8支撑bracing
基坑内用以承受围护体系传来荷载的构件或结构体系。
2.1.9冠梁cappingbeam
设置在围护体系顶部并与围护体系连接的用于传力或增加围护体系整体刚度的梁式构件。
2.1.10监测点monitoringpoint
直接或间接设置在被监测对象上能反映其位移变化和内力变形特征的观测点。
2.1.11工作基点operatingcontrolpoint
作为直接测定监测点的相对稳定的测量控制点。
2.1.12基准点benchmark
在变形监测中,作为测定工作基点和监测点依据的、需长期保存和稳定可靠的测量控制点。
2.1.13监测频率frequencyofmonitoring
单位时间内的监测次数。
2.2符号
2.2.1作用和作用效应
Eak、Epk——主动土压力、被动土压力标准值;
G——支护结构和土的自重;
M——弯矩设计值;
Mk——作用标准组合的弯矩值;
N——轴向拉力设计值或轴向压力设计值;
Nk——作用标准组合的轴向拉力值或轴向压力值;
Ra——支点力,为每米宽钢板桩墙的拉杆拉力标准值;
pok、pak、ppk——静止土压力强度、主动土压力强度和被动土压力强度标准值;
p0——基础底面附加压力的标准值;
q0——地面均布荷载;
Sd——荷载基本组合的效应设计值;
Sk——荷载标准组合的效应设计值;
V——剪力设计值;
Vk——荷载标准组合的剪力值;
f——钢材的强度设计值;
2.2.2材料性能和抗力
C——正常使用极限状态下支护结构位移或建筑物基础、地面沉降的限值;
c——土的粘聚力;
——土的内摩擦角;
Rk——锚杆或土钉的极限抗拔承载力标准值;
Rd——结构构件的抗力设计值;
γ——土的天然重度;
γw——地下水的重度。
2.2.3几何参数
A——每延米钢板桩的截面面积;
Wz——每延米钢板桩的弹性抵抗矩;
tw——腹板最小厚度;
tf——翼缘最小厚度;
b——截面宽度;
d——桩、锚杆、土钉的直径或基础埋置深度;
h——基坑深度或构件截面高度;
la——拉杆间距;
lb——腰梁悬臂段长度;
α——锚杆、土钉的倾角或支撑轴线与水平面的夹角。
2.2.4设计参数和计算系数
K——安全系数;
Ko——静止土压力系数;
Ka——主动土压力系数;
Kp——被动土压力系数;
KQ——抗倾覆安全系数;
γF——作用基本组合的综合分项系数;
γ0——支护结构重要性系数;
——综合分项系数。
3基本规定
3.1设计原则
3.1.1钢板桩基坑支护设计应规定其设计使用期限。
除特殊要求外,各种临时性支护结构均应保证安全和正常使用期限不少于一年。
对使用期限超过二年的基坑,应进行安全评估并根据具体情况采取适当的加强措施。
3.1.1钢板桩支护设计时应确定支护结构的使用期限,并应在设计文件中加以明确规定。
本规程所指使用期限为基坑开挖开始至基坑回填完成的时间。
若施工时间超过设计使用期限未完成施工的基坑,应进行安全评估并根据具体情况采取适当的加强措施。
基坑安全评估的内容包括:
基坑的稳定性、构件的承载能力、重新复核周边环境保护对应的控制指标、设计条件是否改变等。
3.1.2基坑支护应满足下列功能要求:
1保证基坑周边建(构)筑物、地下管线、道路的安全和正常使用;
2保证主体地下结构的施工空间。
3.1.2本条款明确了基坑支护应满足的功能要求,按现行国家行业标准《建筑基坑支护技术规程》JGJ120的有关规定执行。
3.1.3钢板桩基坑支护设计时,应综合考虑基坑周边环境和地质条件的复杂程度、基坑深度等因素,按表3.1.3采用支护结构的安全等级。
对同一基坑的不同部位,可采用不同的安全等级。
表3.1.3支护结构的安全等级
安全等级
破坏后果
一级
支护结构失效、土体过大变形对基坑周边环境或主体结构施工安全的影响很严重。
二级
支护结构失效、土体过大变形对基坑周边环境或主体结构施工安全的影响严重。
三级
支护结构失效、土体过大变形对基坑周边环境或主体结构施工安全的影响不严重。
3.1.3本条款及表3.1.3依据国家标准《工程结构可靠性设计统一标准》GB50153对结构安全等级确定的原则,以破坏后果严重程度,将支护结构划分为三个安全等级。
3.1.4基坑支护结构应满足承载能力极限状态和正常使用极限状态的设计计算和验算要求,与主体结构相结合的基坑支护结构的设计计算除应符合本规程规定外,尚应符合国家现行有关标准的规定。
1承载能力极限状态:
1)支护结构和地基稳定性验算:
包括支护结构的整体稳定性、抗倾覆稳定性、坑底抗隆起稳定性、抗水平滑动稳定性、抗渗流稳定性和抗承压水稳定性等;
2)所有支护结构构件均应进行承载能力计算。
2正常使用极限状态计算或验算;
1)支护结构的计算变形应满足支护结构正常使用和基坑工程环境保护要求所对应的变形控制指标;
2)支护结构有耐久性要求时,应验算支护结构构件的裂缝宽度满足限值规定。
3.1.5支护结构、基坑周边建筑物和地面沉降、地下水控制的计算和验算应采用下列设计表达式:
1承载能力极限状态
1)支护结构构件或连接因超过材料强度或过度变形的承载能力极限状态设计,应符合下式要求:
(3.1.5-1)
式中:
γ0——支护结构重要性系数,应按本规程第3.1.6条的规定采用;
Sd——作用基本组合的效应(轴力、弯矩等)设计值;
Rd——结构构件的抗力设计值。
对临时性支护结构,作用基本组合的效应设计值应按下式确定:
(3.1.5-2)
γF——作用基本组合的综合分项系数,应按本规程第3.1.6条的规定采用;
Sk——作用标准组合的效应。
2)整体滑动、坑底隆起失稳、挡土构件嵌固段推移、锚杆与土钉拔动、支护结构倾覆与滑移、土体渗透破坏等稳定性计算和验算,均应符合下式要求:
(3.1.5-3)
Rk——抗滑力、抗滑力矩、抗倾覆力矩、锚杆和土钉的极限抗拔承载力等土的抗力标准值;
Sk——滑动力、滑动力矩、倾覆力矩、锚杆和土钉的拉力等作用标准值的效应;
K——安全系数。
2正常使用极限状态
由支护结构水平位移、基坑周边建筑物和地面沉降等控制的正常使用极限状态设计,应符合下式要求:
(3.1.5-4)
Sd——作用标准组合的效应(位移、沉降等)设计值;
C——支护结构水平位移、基坑周边建筑物和地面沉降的限值。
3.1.6基坑支护结构应采用以分项系数表示的极限状态设计表达式进行计算:
1基坑稳定性验算的荷载效应组合,应按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合,作用分项系数为1.0,抗力限值采用以抗力分项系数表达的设计限值;
2基坑支护结构构件承载能力计算的荷载效应组合,应按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合,作用分项系数不小于1.25,抗力限值采用结构设计限值;
3基坑支护结构构件正常使用极限状态计算的荷载效应组合,应采用荷载效应的标准组合,抗力限值可根据相关规范采用经验或结构设计限值;
4对安全等级为一级、二级、三级的支护结构,其结构重要性系数分别不应小于1.1、1.0、0.9。
3.1.7支护结构重要性系数与作用基本组合的效应设计值的乘积(γ0Sd)可采用下列内力设计值表示:
弯矩设计值M
(3.1.7-1)
剪力设计值V
(3.1.7-2)
轴向力设计值N
(3.1.7-3)
M——弯矩设计值(kN.m);
Mk——作用标准组合的弯矩值(kN.m);
V——剪力设计值(kN);
Vk——作用标准组合的剪力值(kN);
N——轴向拉力设计值或轴向压力设计值(kN);
Nk——作用标准组合的轴向拉力或轴向压力值(kN)。
3.1.8钢板桩支护结构的水平位移控制值、建筑物的沉降控制值应按不影响其正常使用的要求确定,并应符合现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB50007中对地基变形允许值的的规定;
当基坑开挖影响范围内有地下管线、地下构筑物、道路时,支护结构水平位移控制值、地面沉降控制值应按不影响其正常使用的要求确定,并应符合现行相关标准对其允许变形的规定。
3.1.9钢板桩支护应按实际的基坑周边建筑物、地下管线、道路和施工荷载等条件进行设计。
设计中应提出明确的基坑周边荷载限值、地下水和地表水控制等基坑使用要求。
3.1.10钢板桩支护设计应满足下列主体地下结构的施工要求:
1支护侧壁与主体地下结构的净空间和地下水控制应满足主体地下结构及其防水的施工要求;
2钢板桩与锚杆作用时,锚杆的锚头及腰梁不应妨碍地下结构外墙的施工;
3钢板桩与内支撑作用时;
内支撑及腰梁的设置应便于地下结构及其防水的施工。
3.1.11格形钢板桩设计与施工应按现行行业标准《格形钢板桩码头设计与施工规程》JTJ293的相关规定执行。
3.2岩土工程勘察
3.2.1工程勘察应解决下列主要问题:
1查明场区及周边不良地质作用、分布范围、发展趋势和危害程度,提出整治方案的建议;
2查明场地地层成因类型、分布规律及工程特性,提供基坑支护设计、施工所需的有关参数;
对特殊性土、埋藏的河道、沟浜、防空洞、孤石等,应评价其对基坑工程的影响;
3查明地表水体的分布及地下水的类型、埋藏条件、水位、补排关系,土层的渗透性;
4对基坑支护方案、地下水的降排方案及施工监测提出建议;
5了解当地基坑工程的经验,包括常用的基坑支护形式及地下水控制的方法,曾经发生的基坑工程事故及其原因。
3.2.2基坑工程的岩土工程勘察应符合下列规定:
1勘察范围应根据基坑开挖深度及场地的岩土工程条件确定,勘察的平面范围宜超出开挖边界外开挖深度的(2~3)倍,在深厚软土区,勘察范围尚应适当扩大。
在基坑外侧,勘察手段以调查研究、搜集已有资料为主,复杂场地和斜坡场地应布置适量的勘探孔;
2勘探孔应沿基坑边布置,间距宜取15m~25m,当地质条件较复杂时,宜适当加密勘探点;
3勘探孔深度宜为基坑开挖深度的(2~3)倍,在此深度内遇到坚硬黏性土、碎石土和岩层,可根据岩土类别和支护设计要求减少深度。
基坑面以下存在软弱土层或承压含水层时,勘探孔深度应穿过软弱土层或承压水含水层;
4当初步基坑支护方案采用钢板桩时,若地质条件较为复杂时,应针对钢板桩的可沉桩性沿支护边线进行补勘,并应符合下列规定:
1)勘探孔深度宜超出预计板桩深度3m~5m,间距宜取8m~12m,若相邻钻孔土质成分相差较大,应在两钻孔间进行补孔;
2)勘探及必要的试验完成后应及时对勘探孔进行回填;
3)补勘主要探明在沉桩范围内粒径大于20mm的圆砾、角砾、卵石、孤石、漂石等的含量、硬度及分布等情况;
4)根据沉桩范围内的大直径硬质土的含量及性质,提出有效的钢板桩沉桩辅助措施。
5应按现行国家标准《岩土工程勘察规范》GB50021的规定进行原位测试和室内试验并分层统计各层土的物理力学性质指标;
对主要土层和厚度大于2m的素填土,土的抗剪强度指标类别应符合下列规定:
1)对地下水位以上的黏性土、黏质粉土,土的抗剪强度指标应采用三轴固结不排水抗剪强度指标ccu、φcu或直剪固结快剪强度指标ccq、φcq;
对地下水位以上的砂质粉土、砂土、碎石土,土的抗剪强度指标应采用有效应力强度指标c´
、φ´
;
2)对地下水位以下的黏性土、黏质粉土,可采用土压力、水压力合算方法;
此时,对正常固结和超固结土,土的抗剪强度指标应采用三轴固结不排水抗剪强度指标ccu、φcu或直剪固结快剪强度指标ccq、φcq,对欠固结土,宜采用有效自重压力下预固结的三轴不固结不排水抗剪强度指标cuu、φuu;
3)对地下水位以下的砂质粉土、砂土和碎石土,土的抗剪强度指标应采用有效应力强度指标c´
,对砂质粉土,可采用三轴固结不排水抗剪强度指标ccu、φcu或直剪固结快剪强度指标ccq、φcq。
6全风化岩中开挖的基坑,可按土层基坑来进行勘察,土的抗剪强度指标,宜采用现场剪切试验确定;
其它风化程度的岩体基坑,应查明岩体的岩性、产状、风化程度、结构面的类型、力学性质、发育程度、闭合状态、充填与充水情况,各结构面组合关系及软质岩石开挖暴露后性能恶化对基坑稳定性的影响;
7水文地质勘察应符合下列要求:
1)查明各含水层和隔水层的埋藏条件,地下水类型、流向、水位及其变化幅度,当场地有多层对工程有影响的地下水时,应分层量测地下水位,并查明互相之间的补给关系;
2)雨季时场地周围地表水汇流和排泄条件;
3)当基坑需要降水时,宜采用抽水试验测定各含水层的渗透系数和影响半径;
勘察报告中应提出各含水层的渗透系数。
3.2.21~3勘探点控制深度既要满足基坑开挖支护设计要求,同时也要满足纯地下室地段桩长设计(抗浮)要求。
当基坑面以下有承压水时,由于在基坑开挖后坑内土自重压力减少,应考虑是否会产生含水层水压力作用下顶破上覆土层的突涌破坏勘探孔深度应能满足测出承压含水层水头的需要。
5土体抗剪强度指标的选取是支护结构设计中至关重要的部分,合理地选用c、φ值是决定基坑工程安全性和经济性的关键。
从国家规范到其他行业相关规范以及各地方标准,一致规定选择三轴试验指标,当有当地工程经验时可采用直剪试验指标。
考虑到三轴试验受力明确,又可控制排水条件,直剪试验被三轴试验取代仍是今后的发展趋势,且国际上均采用三轴试验强度指标,本细则也规定首选三轴试验指标。
对于要求水土分算的砂土、粉土,可采用三轴固结不排水试验。
7勘察完成后,应对勘察孔进行有效的回填。
3.3环境调查
3.3.1钢板桩支护设计前,应查明下列周边环境条件:
1基坑周边3倍开挖深度范围内的既有建筑物的结构类型、层数、位置、地基基础形式和尺寸、埋深、使用年限、完好程度和用途等;
2各种既有地下管线、地下构筑物的
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