大桥承台基坑支护及止水方案设计.docx

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大桥承台基坑支护及止水方案设计

大桥承台基坑支护及止水方案设计

一、工程概括：

大桥位于黄骅市城市道路起步工程渤海3#路上，横跨新城副中心规划的东湖。

桥跨布置为：

4×25m预应力混凝土连续梁桥+85m下承式斜靠拱桥+4×25m预应力混凝土连续梁桥。

全桥共有工字型承台（10.5m×6.25m）12个，矩形承台（9m×9m）4个，矩形承台（2.5m×5.2m）4个，矩形承台（18.75m×5.2m）4个，承台基坑开挖深度4.9-5.3m,要求基坑边坡支护及止水周期为整个承台施工周期，并利于桥梁上部结构临时支架施工时地基的稳定性。

二、工程地质情况及现场环境：

1、施工区域内岩土物理力学性质分析表

土层编号

岩土名称

层底埋深

固结内摩擦角φ

固结内聚力c

快剪内摩擦角φ

快剪内聚力c

渗透系数水平k

渗透系数垂直k

度

Kpa

度

Kpa

Cm/s

Cm/s

①

素填土

1.3-2.5

39

4.5

②

亚粘土

1.5-4.6

15.9

17.9

12.9

8.6

③

亚砂土

4-6.9

23

12.6

35.7

3.4

0.000066

0.000024

④

亚粘土

5.5-8.2

17.2

15.3

12.5

14.6

0.00000015

0.0000055

⑤

亚粘土

9-12.1

25.3

5.1

24.1

12.1

0.000016

0.000022

以上土层均具有含水量大（26.75-32.24%）、渗水量大，均超出液限含水量，基坑坑壁易坍塌的特点，基坑开挖深度为4.9至5.3m，基坑底位于含沙量最大、渗透系数最大的③号土层——亚砂土层。

2、施工区域划分：

明珠大桥桥位至周围湖水边缘距离：

东侧29-41m,西侧11.7m。

桥位素填土顶面标高+1.1至+2.2m，湖面水位标高+0.6m，桥位地下水位标高+0.6m。

湖水距离桥位基坑近且水位高，给基坑开挖降水造成巨大压力，各墩台承台边缘纵向间距16m，综合考虑桥位土层为超液限粘土、地下、周边水位过高、承台基坑坑内、坑外作业面宽度及施工作业安全、坑底排水需要宽度、开挖二级平台宽度、坑壁放坡、成桥后桥位临时填土的开挖以及有利于桥梁上部结构临时支架施工时地基的稳定，再结合本工程用电、工期等实际情况，确定基坑支护及止水方案如下：

采用粉喷桩止水，钢板桩挡土支护的方案。

施工平面图见附图1

三、基坑止水、支护设计

（一）、钢板桩支护

方案概述：

承台基坑支护采用钢板桩支护，钢板桩长度为9M，将第一支钢板桩振动打入土中，再吊第二支钢板桩，卡好企口，振动打入土中，如此重复操作，直至基坑钢板桩支护完成。

并用围堰加强钢板桩墙的整体刚度。

A、钢板桩支护受力验算：

钢板桩支护见附图2

基坑外侧水平荷载计算表

土层编号

主动土压力系数Kai

内聚力Cik（Kpa）

天然重度（g/cm3）

土层厚度（m）

水平荷载Eaik

①

0.228

4.5

1.96

1.3

1.396

②

0.635

8.6

1.97

2

10.812

③

0.263

3.4

1.99

2.2

7.797

④

0.644

14.6

1.94

1.5

0.000

⑤

0.42

12.1

1.96

2

0.451

基坑内侧水平抗力计算表

土层编号

主动土压力系数Kpi

内聚力Cik（Kpa）

天然重度（g/cm3）

土层厚度（m）

水平抗力Epik

③

0.263

3.4

1.99

1

8.616

④

0.644

14.6

1.94

1.5

41.798

⑤

0.42

12.1

1.96

2

31.818

钢板桩锚固深度验算：

依据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120—99）4.1.1的公式计算如下：

基坑外侧水平荷载合力：

1.2×r0×ha×ΣEai=1.2×1.1×3.85×（10.812+7.797+0+0.451）=96.86KN/m

基坑内侧水平抗力合力：

hp×ΣEpi=2.25×（8.616+41.798+31.818）=185KN/m

基坑内侧水平抗力合力＞基坑外侧水平荷载合力

结论：

钢板桩锚固深度满足基坑支护要求

B、钢板桩施工工艺及方法：

a、钢板桩施工的一般要求

  ⑴钢板桩的设置位置要符合设计要求，便于排水管廊基础施工，即在基础最突出的边缘外留有支模、拆模的余地。

  ⑵基坑护壁钢板桩的平面布置形状应尽量平直整齐，避免不规则的转角，以便标准钢板桩的利用和支撑设置。

各周边尺寸尽量符合板桩模数。

  ⑶整个基础施工期间，在挖土、吊运、扎钢筋、浇筑混凝土等施工作业中，严禁碰撞支撑，禁止任意拆除支撑，禁止在支撑上任意切割、电焊，也不应在支撑上搁置重物。

 b、钢板桩施工的顺序

  根据施工图及高程放设沉桩定位线→根据定位线控设沉桩导向槽→整修平整施工机械行走道路→沉设围护桩→将围护桩送至指定标高→挖土→砼施工→填土→拔除钢板桩。

  c、钢板桩的检验、吊装、堆放

  ⑴钢板桩的检验

  钢板桩运到工地后，需进行整理。

清除锁口内杂物（如电焊瘤渣、废填充物等），对缺陷部位加以整修。

  ①锁口检查的方法：

用一块长约2米的同类型、同规格的钢板桩作标准，将所有同型号的钢板桩做锁口通过检查。

检查采用卷扬机拉动标准钢板桩平车，从桩头至桩尾作锁口通过检查。

对于检查出的锁口扭曲及“死弯”进行校正。

  ②为确保每片钢板桩的两侧锁口平行。

同时，尽可能使钢板桩的宽度都在同一宽度规格内。

需要进行宽度检查，方法是：

对于每片钢板桩分为上中下三部分用钢尺测量其宽度，使每片桩的宽度在同一尺寸内，每片相邻数差值以小于1为宜。

对于肉眼看到的局部变形可进行加密测量。

对于超出偏差的钢板桩应尽量不用。

  ③钢板桩的其它检查，对于桩身残缺、残迹、不整洁、锈皮、卷曲等都要做全面检查，并采取相应措施，以确保正常使用。

  ④锁口润滑及防渗措施，对于检查合格的钢板桩，为保证钢板桩在施工过程中能顺利插拔，并增加钢板桩在使用时防渗性能。

每片钢板桩锁口都须均匀涂以混合油，其体积配合比为黄油：

干膨润土：

干锯沫＝5：

5：

3。

  ⑵钢板桩吊运

  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根起吊。

成捆起吊通常采用钢索捆扎，而单根吊运常用专用的吊具。

  ⑶钢板桩堆放

  钢板桩堆放的地点，要选择在不会因压重而发生较大沉陷变形的平坦而坚固的场地上，并便于运往打桩施工现场。

堆放时应注意：

  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、长度分别堆放，并在堆放处设置标牌说明；

  ③钢板桩应分层堆放，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3-4米，且上、下层垫木应在同一垂直线上，堆放的总高度不宜超过2米。

  d、导向架的安装

  在钢板桩施工中，为保证沉桩轴线位置的正确和桩的竖直，控制桩的打入精度，防止板桩的屈曲变形和提高桩的贯入能力，一般都需要设置一定刚度的、坚固的导向架，亦称“施工围檩”。

导向架采用单层双面形式，通常由导梁和围檩桩等组成，围檩桩的间距一般为2．5～3．5m，双面围檩之间的间距不宜过大，一般略比板桩墙厚度大8～15mm。

  安装导向架时应注意以下几点：

  ①采用经纬仪和水平仪控制和调整导梁的位置。

  ②导梁的高度要适宜，要有利于控制钢板桩的施工高度和提高施工工效。

  ③导梁不能随着钢板桩的打设而产生下沉和变形。

  ④导梁的位置应尽量垂直，并不能与钢板桩碰撞。

  e、钢板桩打设

  钢板桩施工要正确选择打桩方法、打桩机械和流水段划分，以便使打设后的板桩墙有足够的刚度和良好的防水作用，且板桩墙面平直，以满足基础施工的要求，对封闭式板桩墙还要求封闭合拢。

  根据现场施工条件，采用单独打入法。

  此法是从一角开始逐块插打，每块钢板桩自起打到结束中途不停顿。

因此，桩机行走路线短，施工简便，打设速度快。

但是，由于单块打入，易向一边倾斜，累计误差不易纠正，墙面平直度难以控制。

  ⑴先由测量人员定出钢板桩围堰的轴线，可每隔一定距离设置导向桩，导向桩直接使用钢板桩，然后挂绳线作为导线，打桩时利用导线控制钢板桩的轴线，在轴向法向要求高的情况下，采用导向架。

  ⑵准备桩帽及送桩：

打桩机吊起钢板桩，人工扶正就位。

  ⑶单桩逐根连续施打，注意桩顶高程不宜相差太大。

  ⑷在插打过程中随时测量监控每块桩的斜度不超过2%，当偏斜过大不能用拉齐方法调正时，拔起重打。

  f、挖土

 ⑴土方开挖应分层分区连续施工，并对称开挖。

 ⑵土方开挖前在基坑外做止水帷幕，保持基坑内无水，便于挖土，机械进出口通道及四周采用换填并铺垫钢板以扩散压力，减小侧压力。

  ⑶坑内设排水措施。

  ⑷开挖过程中注意支护体系的变形观察。

  ⑸基坑内作业时，有专职安全员负责。

  g、钢板桩的拔除

  基坑回填后，要拔除钢板桩，以便重复使用。

拔除钢板桩前，应仔细研究拔桩方法顺序和拔桩时间，否则，由于拔桩的振动影响，以及拔桩带土过多会引起地面沉降和位移，会给己施工的地下结构带来危害。

设法减少拔桩带土十分重要，目前主要采用灌水、灌砂措施。

  先用打拔桩机夹住钢板桩头部振动1min～2min，使钢板桩周围的土松动，产生“液化”，减少土对桩的摩阻力，然后慢慢的往上振拔。

拔桩时注意桩机的负荷情况，发现上拔困难或拔不上来时，应停止拔桩，可先行往下施打少许，再往上拨，如此反复可将桩拔出来。

 拔桩时应注意事项：

  ①拔桩起点和顺序：

对封闭式钢板桩墙，拔桩起点应离开角桩5根以上。

可根据沉桩时的情况确定拔桩起点，必要时也可用跳拔的方法。

拔桩的顺序最好与打桩时相反。

  ②振打与振拔：

拔桩时，可先用振动锤将板桩锁口振活以减小土的粘附，然后边振边拔。

对较难拔除的板桩可先用柴油锤将桩振下100－300mm，再与振动锤交替振打、振拔。

  ③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，振动锤连续不超过1.5h。

（二）、粉喷桩止水帷幕

方案概述：

承台基坑止水采用粉喷桩止水帷幕，粉喷桩采用粉喷桩机成孔，成孔直径70cm,粉喷桩深度13m,平面布置为双排梅花形交错布置，运用粉喷桩机借助压缩空气将粉体输送至桩头，并以雾状喷入地基土中，借钻头的叶片旋转，加以搅拌，使其充分混合，形成水泥土桩体，双排交错布置形成止水墙。

A、粉喷桩受力验算：

粉喷桩平面设计见附图3.

粉喷桩仅起基坑止水作用，不作坑壁支护受力验算。

B、粉喷桩止水施工工艺及方法：

①工艺流程

放线定位----钻机定位----空压机好送气----钻进----喷灰搅拌----提升、送灰机送灰----停灰停气----下个循环

②技术指标

粉喷桩长13米，直径0.7米，双排交错布置，交错重叠0.2m,间距1.2米。

水泥采用425#，含灰量25%。

四、基坑施工

1.测量放线及测量桩点的保护

（1）在基坑开挖之前，根据施工图纸、承台轴线位置放出土方开挖放坡边线。

（2）土方的机械施工易碰压测量桩，因此，在基坑开挖前，基坑开挖范围内所有轴线桩和水准点都引出施工活动区域以外，并设置涂红白漆的钢筋支架予以保护。

2、基坑土方开挖范围

土方开挖坡率为1:

0.75，二级放坡平台宽度1.5m，基坑底尺寸较承台尺寸每侧放宽2m用于施工工作面及基底排水，机械开挖预留150-300mm人工清底。

3、土方堆置

挖出的土方用自卸车转运，堆放在桥位南侧临时填土区，留置回填土。

基础土方开挖时，测量员进行跟踪测量，随挖随测，以免超挖。

4、基坑开挖土方允许偏差：

（1）底面标高0—-50mm

（2）底面长宽不应偏小

（3）边坡坡度不应偏陡

五、基坑开挖安全技术方案设计及安全保证措施

（一）、基坑开挖安全技术方案设计

1、根据桥位地质水文情况，承台基坑开挖采用二级放坡开挖，第一级边坡坡率1:

0.75，开挖深度1.5m;平台宽度1.0m;第二级边坡坡率1:

0.75，开挖深度3.5m.

2、基坑开挖止水结构设计：

基坑止水采用双排粉喷桩止水帷幕，粉喷桩止水需在基坑开挖前完成施工。

3、基坑开挖支护结构设计：

基坑支护采用钢板桩加围檩支护，钢板桩嵌固深度经验算（见本方案第三节）满足施工要求，支护结构必须在开挖前完成施工。

坑内坡壁支撑采用钢管架结合3cm厚木板支撑，坑壁支撑在开挖完成后及时支护。

支护结构见附图4。

4、机械选型：

采用两台220型挖掘机进行开挖、装土作业，自卸车转运土方，基坑内排水采用2台200GWP型污水泵抽水。

5、开挖顺序及开挖深度见附图5。

6、承台开挖进出道路、土方堆置平面布置图见附图6.

7、临边防护设计见附图7.

8、承台基坑支护变形监测

A、监测钢板桩支护结构的开裂、位移：

在钢板桩转折点、跨中、分别设置观测点，每班组作业开始时间为观测周期，观测人员严格按记录表格式做好观测记录，并将观测信息及时反馈给技术负责人及工地负责人。

B、监测基坑外地面沉降及隆起：

在粉喷桩四周设置观测点，观测周期、观测信息记录和反馈同上一条。

C、监测坑壁坡面渗漏、开裂及支撑稳定：

观测周期为班前观测和不定时观测，观测信息记录和反馈同上一条。

（二）、基坑开挖安全保证措施

1.项目部安全组抓施工现场安全文明生产，设安全员两名坚持“预防为主”的方针，思想重视，加强管理；

2.施工人员必须学习“安全技术操作规程”，并遵照执行；

3.施工人员必须坚守岗位，各负其责，发现事故隐患及时采取措施解除；

4.机架移位时，指挥人员要观察机垫受力情况和平稳，谨防机架倾倒；

5.夜间施工必须有足够的照明装置；

6.各种电器设备、配电箱，不是专职人员不许乱动。

7.施工现场应整洁有序，各类材料应分类码放整齐。

各班组每天收工前应做到活完料净脚下清。

8.水泥沙等易飞扬的细颗粒散体材料，应安排在仓内存放，若露天存放时应采取遮盖措施。

9.派专人对边坡开挖进行看护，禁止车辆在开挖边坡上方停车，发现异常情况，立即停止施工并采取相应的措施。

10.粉体管路应畅通，防止塞管、堵泵，造成爆管。

11、输送管体外端部的连接应牢靠。

12、吸水泵严禁无水空转，系统运行前必须先注满清水；

13、系统运行时要设专人看护；

14、系统水泵、水箱固定牢固，不得移位；

15、现场用的电闸箱应一机一闸一保护，用规定的保险丝接保险，严禁用铝线、铜线代替，一旦发现严肃处理。

16、临时用电必须符合规范要求。

采用三相五线制，电源线架空敷设。

所有用电设备均实行一机一箱一闸一保护。

对电器在设备，重复接地和漏电保护器应定时检测。

发现问题及时处理，严禁带病运行。

17、为提高深基坑围护的安全可靠性，对钢板桩的入土深度进行理论数据的计算，并对围护桩的强度及稳定性进行验证，确保深基坑施工的可靠性。

18、钢板桩的施工中，严格按照冲击沉桩规范施工，基坑四角必需采用角桩，最大程度的提高小齿口钢板桩防漏性能，保证下道工序顺利进行。

19、采用250*250H型钢实施围护桩，周边围檩加固，并根据具体情况增设对角斜撑距离及数量，现场配备压密注浆机，对个别渗漏处进行止漏处理，实现钢板桩围护项，技术参数达到规范要求。

20、严格按照基坑施工规范实施每道工艺的施工，为充分利用施工场地，保证承台平行施工作业以及减小堆土对围护桩的侧压力，开挖坑土用自卸车拉至桥位南侧堆放。

21、建立严格的工序交接程序，制定科学、严谨、可行的施工计划，最大程度的调动施工群体的主观能动性，拟定合理的奖罚条律，坚持以人为本，安全第一的原则，加强协作意识，高度重视施工质量，如期完成施工任务。

六、地下水控制

承台基坑内做集水井排除坑底渗水，基坑四周做50*50cm环形排水沟汇集坑底渗水至集水井。

七、基坑支护及止水施工图设计及主要工程量

1、钢板桩坑壁支护及粉喷桩止水帷幕平面设计图见附图8

2、基坑开挖及回填断面图见附图9

3、基坑坑底排水设计见附图10

4、承台基坑支护及止水主要工程量

A、钢板桩支护主要工程量：

打桩、拆除

B、粉喷桩止水主要工程量：

粉喷桩成桩、成桥后拆除粉喷桩

C、基底排水主要工程量：

排水设施、24小时抽水运行

D、基坑开挖回填工程量：

基坑开挖土方（有水作业）、基坑分层回填压实土方、基坑土方二次倒运、回填表层灰土处理60cm,回填顶面C25混凝土硬化15cm。