基坑围护方案余修0823.docx

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基坑围护方案余修0823

松江区文翔路-联阳路建设工程

（沪杭高速公路北-荣乐东路）

桥梁工程

承台基坑围护

专项施工方案

上海市凯达公路工程公司

项目管理部

二○一○年七月

目录

松江区文翔路-联阳路建设工程1

1、工程概况1

1.1编制依据1

1.2工程概况1

2、施工筹划2

2.1总体施工方案2

2.2施工劳动组织与施工计划2

2.2.1劳动组织安排2

2.2.2生产管理网络与措施2

2.2.3围护与开挖施工进度计划安排3

2.2.4机械设备使用计划3

2.3工程管理目标3

3、基坑围护结构的计算及选型4

3.1工程地质4

3.2地压力计算4

3.3钢板桩内力计算4

3.4支撑形式选择5

3.5支撑结构受力分析6

3.5.1受力分析一6

3.5.2受力分析二7

3.5.3分析结论7

4、施工方法和主要技术措施10

4.1施工准备10

4.1.1技术准备10

4.1.2施工机具准备10

4.1.3施工材料准备11

4.1.4主要施工设施准备11

4.1.5场地验收要求11

4.2钢板桩施工方案11

4.2.1施工准备、测量放线11

4.2.2钢板桩打插11

4.2.3土方开挖与支撑安装11

4.2.4钢板桩拔除12

4.2.5基坑排水12

4.3钢板桩质量保证措施13

5、质量保证措施14

5.1有关的质量保证计划14

5.2主要工序质量保证措施14

5.2.1钢板桩施工质量保证14

5.2.2材料和设备质量保证14

6、安全、文明及工期保证措施15

6.1安全施工措施15

6.2文明施工措施16

6.3工期保证措施16

附录：

1、文翔路联阳路建设工程立面布置图

2、文翔路联阳路建设工程钻孔桩桩位平面布置图

1、工程概况

1.1编制依据

1）松江区文翔路-联阳路（沪杭高速公路北-荣乐东路）建设工程设计图纸。

2）参考资料：

松江区文翔路-联阳路建设工程地质勘察资料；

3）施工参照的主要技术规范见下表（不限于）。

序号

编号

名称

1

DBJ08-61-97

基坑工程设计规程

2

GB50202-2002

建筑地基基础工程施工质量验收规范

3

DG/TJ08-202-2007

《钻孔灌注桩施工规程》

4

DBJ08-40-94

《地基处理技术规范》

5

GB12898-91

《国家一、二等水准测量规范》

6

JGJ/T8-97

《建筑变形测量规范》

1.2工程概况

文翔路-联阳路（沪杭高速公路—荣乐东路）建设工程，北起文翔路，南至联阳路荣乐东路交叉口，里程桩号范围K0+080—K1+520.161。

跨线桥与沪杭高速公路A8以75.343º斜交，桩号范围为：

K0+208—K0+602，桥梁总长394m。

全桥分为主桥和引桥，主桥为42+70+42=154m三跨变截面预应力混凝土连续刚构箱梁，断面为17m宽的单箱三室构造；两侧引桥各为6*20m预应力简支板梁，全桥跨径布置为6*20m+42m+70m+42m+6*20m=394m。

主桥采用转体法施工，主墩基础采用13根DN1200钻孔灌注桩，桩深70m，共26根（2*13根）；引桥为简支梁桥，基础采用4根DN1000钻孔灌注桩，桩深43—70m，共52根（10*4+2*6根）；桥台采用7根DN800钻孔灌注桩，桩深45m，共14根（2*7根）。

桥台后填土高度2.5m。

主墩承台基坑底标高-1.86m，下承台尺寸为12.8*12.0*2.0m，基坑深约4.96m；其他承台底标高最低0.318m，最大开挖深度3.3m。

主桥桥墩与A8坡脚净距，最近处3.5m，最远处6.9m，平均净距5.2m。

2、施工筹划

2.1总体施工方案

根据各桥墩埋深及周边构筑物实际情况，拟采用不同的施工方法：

1、引桥桥墩（台）埋深均较浅，最大开挖深度不超过3.3m，拟采用大放坡开挖方法进行基坑开挖施工，待承台施工完毕后分层回填夯实即可；

2、主桥桥墩平面尺寸12.8*12.0m，开挖深度4.96m，附近A8高速公路填土高度2.16m，距高速公路坡脚最近处仅3.5m。

基坑围护结构的选型将直接影响到基坑及A8高速公路的安全，根据业主方提供的地质勘探资料，我们对基坑围护结构方案进行了比选，总体过程如下：

方案一：

考虑在A8高速公路临边采用钢板桩（12.0m[28b钢板桩）呈弧形密咬布置，并在桩顶设置1000*300mm的钢筋混凝土圈梁一道，Φ8@200mm双层双向钢筋网片，以加强钢板桩的整体性；另外在坑底设置一道永久性支撑，另外三边放坡开挖。

该方案桩顶弧形圈梁对钢板桩有一定的支撑作用，但效用有限，无法确保钢板桩桩顶水平位移受控，该种支撑类型事实上属于悬臂受力状态，经计算，钢板桩密咬布置不能满足强度要求。

方案二：

考虑在A8高速公路临边与对边同时采用钢板桩（12.0m[28b钢板桩）密咬布置，坑底同样设置一道永久性支撑。

与前方案不同的是在下承台顶面采用400*200*8*13H双拼型钢作为钢板桩支撑钢围檩，对撑采用3根Ф609钢管支撑（Ф609，t=16mm），即通过钢管撑传力作用，依靠对边背动土压力对抗高速公路临边主动土压力；基坑另两侧边采用1:

1坡度放坡开挖（近A8位置坡度适当放陡）。

结论：

考虑施工周期、天气变化及交通动载等不定影响因素，从安全角度考虑，拟在方案二的基础上，对围护桩进行适当加强，即将密咬布置的12.0m[28b钢板桩换成FSPⅢ拉森钢板桩，具体选择过程详见本方案第三章。

2.2施工劳动组织与施工计划

2.2.1劳动组织安排

根据施工进度和工程实际情况，项目部管理人员定员8人，施工人员定员16人。

2.2.2生产管理网络与措施

1、生产管理系统的建立

建立健全生产管理系统是保证生产顺利进行的前提条件。

2、生产管理系统的运转

项目经理是生产上重大问题的决策者，根据施工场地情况决定作业场地的布置及施工顺序，按生产进度要求，向施工负责人安排施工任务。

施工负责人主要负责施工安排，协调好工序间关系及工序之间的连接；根据施工情况，调整班组结构，保证施工作业的连续和均衡。

各工序班长根据施工负责人的安排具体实施，带领本班成员保质、保量、保安全完成任务，并搞好各工序间的关系。

施工现场及管理人员

序号

职称

人数

管理范围

备注

1

项目经理

1

全面负责施工管理

2

项目工程师

1

全面负责施工技术管理

3

施工员

1

协调指挥施工现场

4

质量员

1

施工工序和产品的质量控制

5

安全员

1

施工现场安全生产管理

2.2.3围护与开挖施工进度计划安排

合理安排施工顺序，是保证桩基进度和施工安全的有力措施之一，为了方便和有计划施工，本工程将做如下安排：

1、计划安排2台桩机在南北两个墩台位置同时进行施工。

2、工期定为30天（从施工第一根工程桩算起）。

3、为保证施工进度特制定如下几条措施：

、加强生产组织和现场调度工作，缩短各工序衔接时间及停工待料时间。

、对施工现场所使用的机械设备，做到勤加油、勤检查、勤保养的办法，以保证设备运转性能良好。

、抓好安全生产，杜绝一切孔内、机械、人身和质量事故发生；节假日不休息；如果遇不可抗拒因素（如台风、停电等）的影响，工期相应顺延。

2.2.4机械设备使用计划

转体桥主墩施工机械设备配备计划详见下表：

工序

时间（2010年）

主要设备

钢板桩及顶圈梁施工

8.22—8.24

振动插拔桩机

基坑开挖

9.10—9.12

反铲挖掘机、土方运输车

桩头破除及垫层浇筑

9.13—9.14

镐头机、汽车吊

下承台施工

9.15—9.19

钢筋机械、木工机械、混凝土施工机械

中粗砂回填

9.23—9.23

反铲挖掘机、水泵

2.3工程管理目标

质量目标：

一次验收通过，确保合格，争创优良。

工期目标：

30天。

安全目标：

确保无安全事故发生。

文明施工目标：

争创市级文明工地

3、基坑围护结构的计算及选型

3.1工程地质

根据本工程地质勘探报告，桥墩基坑位于第①层人工填土、第②层粉质粘土、第③层淤泥质粉质粘土层内，各层土地质参数详见下表

基坑土层物性一览表

土层

编号

土层名称

重度

rKN/m3

内摩擦角

Φ°

粘聚力

CKpa

备注

①

人工填土

②

粉质粘土

18.5

19.5

20.0

③

淤泥质粉质粘土

18.0

17.0

13.0

⑤1

粘土

17.0

13.5

12.0

土层

编号

朗金土压力系数

m=tg（45º-Φ/2）

m2=tg2（45º-Φ/2）

1/m=tg（45º+Φ/2）

1/m2=tg2（45º+Φ/2）

①

0.7067

0.4995

②

0.7067

0.4995

③

0.7400

0.5475

1.3514

1.8263

⑤1

0.6128

0.3755

1.6319

2.6629

注：

人工填土按第②层土取值计算。

3.2土压力计算

朗金土压力计算公式：

Pa=rhtg2（45º-Φ/2）-2ctg（45º-Φ/2）=rhm2-2cm

Pb=rhtg2（45º+Φ/2）+2ctg（45º+Φ/2）=rh/m2+2c/m

式中：

m=tg（45º-Φ/2）、1/m=tg（45º+Φ/2）

从工程及安全角度出发，不考虑土粒间粘聚力C作用，被动土压力按η=0.5折减系数取值。

Pa1=r1h1m12=18.5*2.16*0.4995=19.960KPa

Pa2上=（r1h1+r2h2）m22=（18.5*2.16+18.5*2.36）*0.4995=41.768KPa

Pa2下=（r1h1+r2h2）m32=（18.5*2.16+18.5*2.36）*0.5475=45.782KPa

Pa3=（r1h1+r2h2+r3h3）m32=（18.5*2.16+18.5*2.36+18*2.6）*0.5475=71.405KPa

Pa4=（r1h1+r2h2+r3（2.6+t1））m32=（18.5*2.16+18.5*2.36+18*2.6+18t1）*0.5475=（71.405+9.855t1）KPa

Pp4=ηr3h3m32=0.5*18.0*t1*1.8263=（16.437t1）Kpa

3.3钢板桩内力计算

由于围护桩弧形顶圈梁作用，按浅埋单锚板桩计算，相对于A点，∑M=Ma-ηMp=0，η=0.5。

Ma2=19.96*2.36*（2.36/2）+（41.768-19.96）*2.36/2*（2.36*2/3）=96.072NM

Ma4=45.782*（2.6+t1）*（2.36+（2.6+t1）/2）+（71.405+9.855t1-45.782）*（2.6+t1）/2*（2.36+（2.6+t1）*2/3）=（3.285t13+71.772t12+414.639t1+650.622）KNM

∑Ma=Ma2+Ma4=（3.285t13+71.772t12+414.639t1+746.694）KNM

∑Mp=16.437t1*（2.36+2.60+t1*2/3）=（10.958t12+81.528t1）KNM

∑M=∑Ma-∑Mp=0=>3.285t13+60.787t12+333.111t1+411.717=0=>t1=-4.1m，显然不满足要求。

从原土层分布状况整体分析，第③层淤泥质粉质粘土土质比第②层粉质粘土差，仅第③层土的被动土压力明显无法对抗板桩后背主动土压力。

围护结构只有两种选择：

①增加板桩长度，插入第⑤1层粘土层，而第⑤1层粘土层顶标高约-8.0m左右，板桩长度及选型对于围护结构经济性明显不合理；②在坑底围护桩与钻孔桩间设置永久性支撑，改变板桩支撑受力形式。

3.4支撑形式选择

主桥桥墩与A8坡脚净距，最近处3.5m，最远处6.9m，平均净距5.2m。

基坑围护拟采用弧形布置，具体做法如下：

①基坑围护结构采用12.0m的[28b钢板桩弧形密咬布置；

②桩顶采用1000*300mm的钢筋混凝土圈梁一道，Φ8@200mm双层双向钢筋网片，以加强钢板桩的整体性；

③随着基坑开挖的进行，在[28b钢板桩与DN1200钻孔桩间由上至下依次设置三道水平支撑，支撑竖向间距约1.5m左右，水平撑通过[32b钢围檩作用于[28b钢板桩围护桩上，围檩与板桩间空隙采用不低于C20细石砼填充密实。

水平支撑采用直径不小于DN300mm的圆木制成，长度根据实际距离进行调整；

④靠近高速公路侧基坑超挖0.5m左右，第三道水平撑设置于基坑垫层以下，垫层砼浇筑时作为永久性支撑覆盖；

⑤垫层浇筑完毕，拆除第1、2道水平撑，截桩后尽快进行主桥桥墩下承台的施工，下承台外模拆除后，在钢板桩与承台间隙处回填中粗砂，并水冲密实。

注意事项：

围护桩顶采用弧形结构，计算过程按单锚模型考虑，桩顶实际上会有一定变形影响，围护结构受力介于单锚与悬臂之间状态，另外，由于围护桩后背未采取止水措施，基坑施工应尽快加设支撑并加快进度，保证中粗砂及时回填。

3.5支撑结构受力分析

3.5.1受力分析一

见围护结构受力示意图2，假定A点不动，利用力矩平衡关系∑Ma=∑MB求B点反力RB：

∑MB=RB*（2.36+2.6）；Ma2=19.96*2.36*2.36/2+（41.768-19.96）*2.36/2*（2.36*2/3）=96.072KNM

Ma3=45.782*2.6*2.6/2+（71.405-45.782）*2.36/2*（2.36*2/3）=202.313KNM

∑Ma=Ma2+Ma3=96.072+202.313=298.385KNM

∑Ma=∑MB=>RB*（2.36+2.6）=298.385=>RB=60.158KN

由水平向剪力平衡求RA：

RA=Ea-RB=19.96*2.36+（41.768-19.96）*2.36/2+45.782*2.6+（71.405-45.782）*2.36/2-60.158=161.949KN

则板桩剪力Q=0处C点距A点距离L=RB/Ea*h=60.158/（60.158+161.949）*（2.36+2.6）=1.34m

Pac=（71.405-19.96）*1.34/（2.36+2.6）+19.96=33.858KPa

板桩剪力为0处弯矩Mmax最大：

Mmax=Mc=RAL-Mac=161.949*1.34-（19.96*1.34*1.34/2+（33.858-19.96）*1.34/2*（1.34*2/3））=190.773KNM

[28b钢板桩应力[δw]=12KN/cm2，则W=Mmax/[δw]=190.773*100/12=1589.775cm3；[28b钢板桩单根抗弯截面模量Wx=366.46cm3，则N=1589.775/366.46≈5根。

[28b钢板桩围护结构按密咬布置，每延长米范围可打锸5根，基本满足强度要求。

3.5.2受力分析二

见围护结构受力示意图3，围护结构桩顶A点实际上不可能不发生平行位移，即使采用弧形圈梁结构形式，只要桩顶稍有位移，从安全角度考虑，整个围护结构即形成悬臂受力状况。

利用力矩平衡关系∑Ma=∑MB求B点弯矩MB：

Ma2=19.96*2.36*（2.36/2+2.6）+（41.768-19.96）*2.36/2*（2.36*1/3+2.6）=265.210KNM

Ma3=45.782*2.6*2.6/2+（71.405-45.782）*2.36/2*（2.6*1/3）=180.947KNM

Mmax=∑MB=Ma2+Ma3=265.21+180.947=446.157KNM

[28b钢板桩应力[δw]=12KN/cm2，则W=Mmax/[δw]=446.157*100/12=3717.975cm3；

[28b钢板桩单根抗弯截面模量Wx=366.46cm3，则N=3717.975/366.46≈11根。

[28b钢板桩围护结构按密咬布置，每延长米范围只可打锸5根，不能满足强度要求。

3.5.3分析结论

综上所述，采用不带水平支撑的[28b钢板桩围护结构无法对抗基坑主动土压力，为了保证基坑及周边构筑物安全，需采用对撑形式进行围护，具体方法如下：

①A8临边与对边基坑围护结构均采用FSPⅢ拉森钢板桩（12.0m拉森钢板桩）密咬布置，采用400*200*8*13H双拼型钢作为钢板桩支撑钢围檩，对撑采用3根Ф609钢管支撑（Ф609，t=16mm）；基坑另两侧边采用1:

1坡度放坡开挖（近A8位置坡度适当放陡）；

FSPⅢ拉森钢板桩参数表

型号

尺寸mm

截面积cm2

单位重量N/m

截面模量cm3

截面模量cm3/m

宽B

高h

厚t

FSPⅢ

400

125

13

76.42

600

223

1340

②桩顶采用1000*200mm的钢筋混凝土圈梁一道，Φ8@200mm双层双向钢筋网片，以加强钢板桩的整体性；

③基坑开挖至标高1.30m以下0.5m左右时，设置钢围檩及Ф609钢管支撑，支撑与围檩间隙采用锲形角钢顶紧，围檩与钢板桩间隙采用标号不低于C20的细石砼填充实密实；

④靠近高速公路侧基坑超挖0.5m左右，第三道水平撑设置于基坑垫层以下，垫层砼浇筑时作为永久性支撑覆盖；

⑤下承台砼浇筑完毕后，在钢板桩与承台间隙处回填中粗砂，并水冲密实，方可拆除钢管支撑。

通过方案一的计算过程可知，方案二不需计算，完全安全可靠。

基坑排水主要依靠在坑内四周设置截面尺寸为0.4*0.4m的明沟进行排水，在基坑对角设置两个0.6*0.6*1.0m集水井，各配备一台泥浆泵进行抽汲。

通过上述分析比较可以看出，虽然方案二采用双侧对称钢板桩围护，在造价上略高于方案一，但其由于增加了桩顶横向支撑，安全性和可靠度更高。

因此，推荐采用方案二作为基坑围护实施方案。

当然，在具体施工过程中，为了节约成本，双侧钢板桩中远离A8一侧的可在下承台施工完成后拔除，而临近高速公路一侧的钢板桩只能视情况部分拔出，剩余部分应留置，作为基坑永久性围护。

主墩基坑围护措施详见下图：

4、施工方法和主要技术措施

4.1施工准备

4.1.1技术准备

技术工作直接关系到工程质量的好坏，在施工过程中一定要抓好技术方面的工作，具体由项目工程师负责组织实施，技术准备主要从以下几方面着手：

（1）组织现场施工人员熟悉和审查施工图纸及有关技术要求，编制有关实施方案，在施工审定的基础上，技术人员要将工程概况、施工方案、技术措施及特殊部位的施工要点、注意事项等向全体施工人员作详细的技术、质量交底，做到明确设计意图，严格按设计图、规范和施工方案施工。

（2）认真学习施工图纸，会同设计院、建设单位、总承包单位及监理单位进行设计图纸会审及交底，做好图纸会审、交底记录，作为施工依据。

（3）图纸会审主要内容：

核查地质报告、学习和审查设计图及设计说明，图纸会审重点如下：

1）设计选用的桩型是否适用本工程的地质条件；

2）根据设计要求，在施工技术和机械装备方面有无困难；

3）设计要求采用的材料、工艺、技术是否合理可行；

4）施工方对设计方提出的合理化建议。

（4）进行施工人员上岗前的技术、质量培训，使上岗人员掌握本工种施工工艺、技术，重要工种和特殊工种施工人员需经培训考核合格后持证方可上岗。

（5）按施工平面布置图搭设临时生活、办公设施，布置施工机具，完成三通一平，做好各种施工机械的维护保养工作，并对全体施工人员进行质量保证体系管理程序和安全、文明施工的教育。

（6）加强进场材料检验，及时要求供方提供材料质保单，按设计和规范要求做好材料复试。

（7）做好各工种、各机组施工进度计划的相互协调工作，以便紧密配合，按计划完成各自的施工任务，做到互不影响，共同确保施工总进度。

（8）进行工程测量及有关施工技术资料交接、审核、确认。

4.1.2施工机具准备

根据本工程实际情况，计划需要的施工机具种类与数量。

根据该计划，开工前必须完成设备准备及维护保养，使所有机械均处于待命状态。

4.1.3施工材料准备

施工过程中根据施工进度安排组织好材料的进场。

对于围护桩所需钢板桩，要求开工前2天到位。

4.1.4主要施工设施准备

在开工前一天，按施工总平面布置图完成各项施工设施的准备。

4.1.5场地验收要求

要求地基承载力能满足桩机施工、移位和运输车辆进出需要。

若场地范围内有地下管线，施工前应予以清除，并分层回填、碾压密实。

4.2钢板桩施工方案

钢板桩施工工艺流程：

施工准备、测量放线—→桩位复核—→桩机就位—→打插钢板桩—→桩机移位。

4.2.1施工准备、测量放线

进场机械设备均须通过总包方、监理检查和书面确认后才能使用。

钢板桩采用FSPⅢ拉森钢板桩，根据现场支护条件和技术规范及实际经验，选用钢板桩长度为12.0m。

各测量控制点和水准点经复核闭合后报总包、监理复核，用混凝土固定，以利保存。

桩位测定分初、复两次进行，打入Φ8钢筋作为定位标志，用水准仪测定标高，报监理复核后方可就位施工。

4.2.2钢板桩打插

在G60沪杭高速公路坡脚外侧边线先用人工开挖钢板桩槽，宽度为0.5m，深度挖到0.4m，长度约为14.0m。

并要暴露地下管线和障碍物，搭设好钢板桩围檩支架，采用打桩机分组施打拉森钢板桩，施打钢板桩时，钢板桩呈咬口行状布置，桩顶标高为3.5m，基坑底-1.86m，入土深度符合要求。

4.2.3土方开挖与支撑安装

机械挖土要严格控制挖土标高，挖土至基坑底标高以上30cm时，应停止机械挖土，采用人工挖土，然后休整基坑底，清除淤泥和碎土。

若有超挖和遇障碍物清除后，采用砾石砂填实，不得用土回填。

机械挖土时要设专人指挥，有人维护施工现场安全和施工机械运转范围的围护标志。

由于现场堆土困难，因此基坑挖出的土方原则上采用现场短驳，集中外运的方式。

临时堆土时，高度不得大于1.5m，离基坑边的距离不得小于1.2m。

为确保基坑稳定，在挖至基坑底时，临近A8边，超挖0.5m，在坑底支设[32b钢板桩围檩，并在围檩与DN1200钻孔桩间采用不小于DN300圆木撑实。

钢板桩打设完毕后，及时进行钢板桩支护。

基坑开挖采用人工与机械相结合的方法进行施工，头层土采用挖掘机至2.0m，然后架设围檩，并支撑钢管撑。

架设围檩时，围檩与钢板桩间间隙处采用标号不低于C20的细石混凝土填充密实。

每根钢支撑的配置按总长度的不同配用一端固定段及一端活络段或两端活络段，在两支承点间，中间段最多不宜超过3节。

每根总长度（活络段缩进时）比围护结构净距小10～30cm。

钢支撑安装前应先在围护结构墙或围檩上安装支承牛腿（也可在支承端板上焊接支承件），且钢支撑两端应有可靠的支托或吊挂措施，严防因围护变形或施工撞击而产生脱落事故。

钢支撑应采用两点吊装，吊点一般在离端部0.2L左右为宜。

钢支撑吊装就位时必须保证两端偏心块全为下偏心。

钢支撑有中间支点时必须做到受力可靠。

其安装容许偏差应符合下列规定：

○支