承台基坑支护专项技术方案.docx
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承台基坑支护专项技术方案
承台基坑支护专项技术方案
一、工程概况
广珠城际轨道交通工程ZH-3标珠海市内的特大桥共有5座,分别为:
明珠站特大桥、明珠路特大桥、前山站特大桥、港昌路特大桥和珠海站特大桥。
均为城市道路沿线上空高架桥,采用减振型框架板式无碴轨道。
桥梁墩台基础采用Φ1.25m钻孔灌注桩基础。
设计要求承台埋深为地面以下0.5m,困难地段不低于0.2m,承台基坑开挖深度6.5~7.0m。
桥梁位于道路中央绿化带中,故而设计要求:
施工中应采取防护措施保证交通及施工安全,并且在基础施工时利用钢板桩围护,并派专人24小时观察,以确保既有公路安全。
二、工程地质条件
桥梁沿明珠路、港昌路架设,场地地面主要为混凝土路面及公路中央绿化带,地势起伏较平缓,本桥地区土层按成因可划分为:
1、人工填土层(Qm1),在场地内均有分布,褐黄、褐红等色,主要由粘性土组成,层厚1.35~7.50m;2、第四系全新世海陆交互相沉积层(Q4mc),该层在场地内均有分布。
由粘土、淤泥、淤泥质粘土、粗砂、砾砂组成;3、第四系残积层(Qel),该层在场地内分布较为普遍,按其状态可分为软塑状和硬塑状,以硬塑状为主;4、燕山期(γ52)侵入花岗岩,青灰、灰白、肉红等色,风化后呈褐黄色,主要矿物成份为长石、石英及黑云母,中粗粒结构,块状构造。
场地不良地质作用主要为浅层地基层中存在软弱土层,软土层主要为淤泥、淤泥质粘土,淤泥含水量高、压缩性高、承载力低,工程性能差。
在场地内大部分地段均有分布,呈透镜状产出,厚度0.5~9.90m,该层为场地软弱土层。
水文地质特征及评价:
根据工点的水质评价结果,结合场地周边经验综合评定,场地环境类别为Ⅱ类。
地下水对砼具中等腐蚀性,对钢筋混凝土结构中的钢筋无侵蚀性,对钢结构具弱侵蚀性。
根据现场承台基坑实际开挖情况,地面以下埋有较厚流砂、水位较高,且位于市区内施工,承台施工需进行钢板桩围护,方能满足施工安全要求。
工程地质条件表
时代成因
层序号
岩土名称
状态
岩土施工
工程分级
基本承载力
σ。
(KPa)
Φ
(°)
C
(kPa)
Qml
(1)4
填筑土
松软
Ⅱ级普通土
Q4mc
(2)1
黏土
软塑~硬塑
Ⅱ级普通土
130
20~23
5~15
(2)2
淤泥质粘土
流塑
Ⅱ级普通土
50~70
24~28
2~5
(3)3
粗砂
松散~稍密
Ⅱ级普通土
200
30~35
0
(3)4
砾砂
松散~稍密
Ⅱ级普通土
200
Qel
(5)1
粉质粘土
软塑
Ⅱ级普通土
150
(5)2
粉质粘土
硬塑
Ⅱ级普通土
200
γ52
6
花岗岩
W4
Ⅱ级硬土
250
7
花岗岩
W3
Ⅳ级软石
500
8
花岗岩
W2
Ⅴ级次坚石
1000
三、钢板桩围护方案
承台基坑围护结构采用6m、9m的长拉森式钢板桩,围护内尺寸每边比承台大1.0~1.5m,打入地下至地面平,然后开挖,在围护上半部(距地表面下70~100cm)内侧安装支撑系统,支撑系统采用I30工字钢框架,设置集水井抽水,整平基底,使用C20混凝土封底,封底厚度不小于10厘米,然后在支护中进行承台主体的施工。
承台基坑支护方案施工图(示意)如下:
四、钢板桩支护检算
以明珠站特大桥3#承台(里程DK108+078.70)为例,该处地面高程为4.12米,承台底高程为-2.178米,开挖最终底面高程为-2.378米。
基坑支护时间从开挖基础到承台浇筑完成,历时近25天,开挖深度6.5米,钢板桩使用长度10米。
钢板桩使用期间各工序顺序表
破除混凝土路面,开挖深度0.3米
打桩机打钢板桩
钢板桩检修校核
基础土方开挖至-1.0m,-4m时
焊接钢板桩横向支撑
基础土方开挖至标高
基坑内排水
基底处理、铺垫层C20砼
基坑内排水
基坑内排水
基坑内排水
检查标高及其他尺寸
检查垫层标高
承台主体施工
基坑回填
拔除钢板桩
基坑内排水
1、设计检算资料
H1=4.12m
内支撑
3.4m
2.5m
3.0m
1.0m
地面
H3=-2.378
最大开挖线
钢板桩
H2=2.5
1钢板桩顶高程
H1:
4.120m
施工水位H2:
2.500m
2地面标高H0:
4.120m
开挖底面标高
H3:
-2.378m
开挖深度H:
6.498m
3土的容重加权平均值γ:
18.3KN/m3算例参数示意图
土浮容重γ’:
10.0KN/m3
内摩擦角加权平均值Ф:
20.10°,粘聚力加权平均值c=5.0KPa。
4均布荷q:
20.0KN/m2。
5基坑开挖长a=18.0m基坑开挖宽b=11.0m
2、外力计算
作用于板桩上的土压力强度及压力分布图
ka=tg2(45°-φ/2)=tg2(45-20.10/2)=0.49
kp=tg2(45°+φ/2)=
tg2(45+20.10/2)=2.05
板桩外侧均布荷载换算填土高度h,
h=q/γ=20.0/18.3=1.09m
桩顶以上土压力强度Pa1
Pa1=γ×h×ka=18.3×1.09+0.25×0.49=9.77KN/m2
水位土压力强度Pa2
Pa2=γ×(h+4.12-2.50)×ka
=18.3×(1.09+4.12-2.50)×0.49=24.3KN/m2
开挖面土压力强度Pa3
Pa3={γ×(h+4.12-2.50)+(γ-γw)(2.5+2.378)}×ka
={18.3×(1.09+4.12-2.50)+(18.3-10)×(2.5
+2.378)}×0.49=44.14KN/m2
开挖面水压力(围堰抽水后)Pa4:
Pa4=γ(2.5+2.378)=10×(2.5+2.378)=48.78KN/m2
3、确定内支撑层数及间距
按支撑型钢能承受的最大弯距确定各层支撑的间距和最大允许跨度h:
I30工字钢弯曲截面系WZ0=0.001350m3,折减系数β=0.7
采用值WZ=βWZ0=0.00135×0.7=0.000945m3
容许抗拉强[σ]=200MPa
由公式σ=M/Wz得:
最大弯矩M0=Wz×[σ]=189.0KN·m
1假定最上层支撑位置与水位同高,则支点处弯矩
M'=Pa1*(H1-H2)2/2+(Pa2-Pa1)(H1-H2)2/6=
KN·m 中间计算结果为: (H1-H2)2/2=(4.12-2.5)2/2= (Pa2-Pa1)=14.53 故,支撑点可设置在水位下。 2根据上式判断可知,内支撑最大允许跨度h0由下式计算 M0=Pa1h02/2+γka(H1-H2)2[h02(H1-H2)/3]/2+(Pa2-Pa1)[h0-(H1-H2)]2/2+(γw+γ')[h0-(H1-H2)]3/6 代入数值得: 189.0=6.0×h02+ ×1.21(h0-0.733)+4.916*(h0-1.10)2+3.333(h0-1.10)3 整理得: 3.333h03+5.921h02+6.692h0-191.454=0 用牛顿法求解方程得: h0=3.201m 根据实际情况确定支撑位置如图所示 4、钢板桩入土深度及受力检算 土压力计算: 主动土压力及考虑粘聚力: Ka=tg2(45°-φ/2)=0.49 主动土压力及地面荷载引起侧压力合力的斜率: η=(γh+q)Ka/h=[(18.3×6.5+20)/6.5]×0.49=10.47 被动土压力按朗金土压力公式的压力系数: Kp=1/tg2(45°-φ/2)=2.04 被动土压力: ep=γxKp+2c√Kp=18.3×x×2.04+2×5×1.43=37.3x+14.3, 其中Ax+B为被动土压力减去静止土压力(ηx)之值: A=37.3,B=14.3 顶面设一内撑,开挖到4.0m, 此时k=1,hok=4.0m,hkk=h1k=3.0,NK=N1, 由多支点支撑排桩计算[公式1] 求入土深度xm 1/3×37.3xm3-1/2×(10.47×4-14.3-37.3×3)xm2-(10.47×4-14.3)×3xm-[1/2×10.47×42×3-1/6×10.47×43]=0 整理得: 12.43xm3-(-42.16)xm2-82.74xm-139.6=0 12.43xm3+42.16xm2-82.74xm-139.6=0 牛顿法解得 xm=2.147≈2.15m 应用多支点支撑排桩计算[公式2]求N1 N1=1/2×10.47×42+10.47×4×2.1-14.3×2.1-1/2×37.3×2.12=171.71-112.28=59.43KN M1=10.47×12/2×1/3=1.745KN·m M2=(10.47×42)/2×4/3-59.43×3=-66.61KN·m 设第二道内横撑后继续开挖至6.5m, 已知: 为k=2,Ni=N1=59.43hok=6.5m,h1k=5.5m,hkk=h2k=2.5,Nk=N2, 求xm如下 1/3×37.3xm3-1/2(10.47×6.5-14.3-37.3×2.5)xm2-(10.47×6.5-14.3)×2.5xm-[59.43×5.5-2.5×59.43+1/2×10.47×2.5×6.52-1/6×10.47×6.53]=0 整理得 12.43xm3-(-19.75)xm2-134.39xm-252.02=0 12.43xm3+19.75xm2-134.39xm-252.02=0 牛顿法解得: xm=3.382m≈3.4m 由[公式2]得N2 N2=1/2×10.47×6.52+10.47×6.5×3.4-59.43-14.3×3.4-1/2×37.3×3.42=221.1+231.39-59.43-48.62-215.59 =128.93KN 已知M1=1.75KN·m,M2=-66.61KN·m M3=(10.47×6.52)/2×6.5/3-59.43×5.5-128.93×2.5=-169.97KN·m 5、基坑底部的隆起验算 由普朗特尔公式计算地基承载力系数: Nq=eπtgφtg2(45+φ/2)=6.463 Nc=(Nq-1)/tgφ=14.929 坑外各层土的天然容重加权γ1=18.3KN/m3 坑内各层土的天然容重加权γ2=18.2KN/m3 土的粘聚c=5.0KPa 故抗隆起安全系数 Ks=(γ2TNq+cNc)/(γ1(H+T)+q)=2.36>1.3=Kl满足要求 基底隆起计算图如下 7、构造要求 1为防止接缝处漏水,在沉桩前应在锁口处嵌填黄油、沥青或其他密封止水材料。 2在基坑转角出的支护钢板桩,应根据转角的平面形状做成相应的异形转角板桩,且转角桩和定位桩宜加长1m。 五、施工方法 1、施工准备: 将新旧钢板桩运到工地后,详细对其检查、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,或采用卷扬机拖拉,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、接长等方法加以整修。 同时接头强度与其它断面相等,接长焊接时,用坚固夹具夹平,以免变形,在焊接时,先对焊,再焊接加固板,对新桩或接长桩、在桩端制作吊桩孔。 在采用组桩插打时,每隔4~5m设有一道夹板,夹木在板桩起吊前夹好,插打时,逐付拆除,周转使用。 组桩及单桩的锁口内,涂以黄油混合物油膏(重量配合比为: 黄油: 沥青: 干锯末: 干粘土=2: 2: 2: 1),以减少插打时的摩阻力,并加强防渗性能。 2、导框安装与插打方法 进行安装导框时,先进行定位测量。 导框的安装,一般是先打定位桩。 导框在现场分段制作组装,固定在定位桩上: 待插打入少量钢板桩后,逐渐将导框固定到钢板桩上。 3、钢板桩的吊运插打与合拢 钢板桩检查合格后,运至作业现场,按插桩顺序堆码最多允许堆放四层,每层用垫木隔开高差不得大于10mm,上下层垫木中线要在同一垂直线上。 安插钢板桩使用吊机对钢板桩进行水平和垂直运输,将钢板桩吊至指定位置,使钢板桩成垂直状态,移向安插位置,插入已就位的钢板桩锁口中。 起吊前,锁口内嵌填黄油沥青混合料。 箍紧钢板用的弧度卡箍,待插入锁口时逐个解除。 4、抽水堵漏 钢板桩插打完,即可开挖。 在地表面下70~100cm处设置支撑,并检查各节点是否顶紧,防止因抽水而出现事故。 开挖至地下水位以下后,要设置集水井抽水,但抽水速度不能过快,且要随时观察支护的变化情况。 当锁口不紧密漏水时,用棉絮、麻袋等在内侧嵌塞,在桩脚漏水处用砼封底堵漏。 5、拔桩 钢板桩拔桩前,先将围护内的支撑,从下到上陆续拆除,用原开挖土分层回填基坑,分层厚度不大于40cm,小型冲击夯机配合人工夯实。 对于含砂率较大的回填土可浇水后人工夯实。 回填至接近地面时,选择一组或一块较易拔除的钢板桩,先略锤击振动各拔高1~2m,然后挨次将所有钢板桩均拔高1~2m,使其松动后,再从一侧顺序拔除,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,必要时进行切割。 施工准备 定位测量 导框安装 钢板桩吊运就位 插打钢板桩 围堰内清基 安装模板 基础、墩身砼灌注 砼养护 拆除模板 拔出钢板桩 施工工艺流程 六、机械设备配置 打钢板桩时选用履带自行式液压冲击打桩机。 主要机械设备明细表 序号 机械设备名称 规格型号 单位 数量 备注 1 打桩机 D32 台 1 2 75KW发电机 TZH250—4 台 1 3 震动拔桩锤 台 1 4 汽车吊 5T 台 1 5 抽水机 台 12 6 电焊机 台 3 7 切割机 台 1 8 汽车 4.5T自卸 辆 1 七、质量控制 1、在拼接钢板桩时,两端钢板桩要对正顶紧夹持于牢固的夹具内施焊,要求两钢板桩端头间缝隙不大于3mm,断面上的错位不大于2mm,使用新钢板桩时,要有其机械性能和化学成份的出厂证明文件,并详细丈量尺寸,检验是否符合要求。 2、对组拼的钢板桩两端要平齐,误差不大于3mm,钢板桩组上下一致,误差不大于30mm,全部的锁口均要涂防水混合材料,使锁口嵌缝严密。 3、为保证插桩在转角处的顺利合拢,要求桩身垂直,并且周边的钢板数要均分,为保证桩身垂直,于第一组钢板桩设固定于作业面支撑上的导向木,顺导向木下插,使第一组钢板桩桩身垂直,由于钢板桩上下宽度不完全一致,锁口间隙也不完全一致,桩身仍有可能倾斜,在施工中加强测量工作,发现倾斜,及时调整,使每组钢板桩在顺支护周边方向及其垂直方向的倾斜度均不大于5‰,同时为了使支护周边能为钢板桩数所均分,事先在地面或导梁上按钢板桩的实际宽度画出各组钢板桩的位置,使宽度误差分散,并在插桩时,据此调整钢板桩的平面位置,使误差不大于±15mm,当仍有困难时,在悬挂状态下进行调整。 在无法顺利合拢时,则根据合拢口的实际尺寸制造异形钢板桩合拢。 但要控制异形钢板桩上下宽度之差不超过桩长的2%。 4、在使用拼接接长的钢板桩时,钢板桩的拼接接头不能在支护的同一断面上,而且相邻桩的接头上下错开至少2m。 所以,在组拼钢板桩时要预先配桩,在运输、存放时,按插桩顺序堆码,插桩时按规定的顺序吊插。 5、在进行钢板桩的插打时,当钢板桩的垂直度较好,一次将桩打到要求深度,当垂直度较差时,要分两次进行施打,即先将所有的桩打入约一半深度后,再第二次打到要求的深度。 6、打桩时必须在桩顶安装桩帽,以免桩顶破坏,切忌锤击过猛,以免桩尖弯卷,造成拔桩困难。 7、钢板桩支护在使用过程中,在基坑内抽水时,围护漏水可用板条、麻布等楔入锁口内嵌缝。 应经常检查各层支撑梁处与钢板桩之间的缝隙,并用木楔楔紧,使导梁受力均匀。 8、围护基坑回填后,拔除钢板桩前,首先将钢板桩与支撑梁焊接处切除,然后再选择一组或一块较易拔除的钢板桩,先略锤击振动后拔高1~2m,然后挨次将所有钢板均拔高1~2m,使都松动后,再挨次拔除。 最好是以打入顺序的反方向挨次拔出。 八、安全保证措施 为确保施工中的安全,在进行钢板桩围护施工时,必须将安全工作放在首位,预防为主。 1、对操作人员进行安全思想教育,提高安全意识,实行持证上岗制度,不经培训或无证者,不得进行上岗操作。 2、设专人负责日常检查和养护工作,吊机、桩机等在作业时设专人给信号,避免人多时乱指挥,出现安全事故。 4、对打桩机大臂及连接杆件、销轴等,要按规定经常检查、检修。 防止桩架摇晃严重发现意外事故。 5、地面辅助作业人员,必须戴好安全帽。 严禁人员在吊装作业面下站立或行走。 严禁人员进入打桩机回转范围内,并靠近打桩机工作部位。 7、拔桩时要先震动1~2分钟,再慢慢启动卷扬机拔桩。 在有松动后再边震边拔,防止蛮干。 8、对所有机械设备的制动及外露的液压软管、接头每天进行检查,存在摩损,损坏的要及时维修、更换。 九、环境监测 1、确定监测对象: 调查基坑周围相当于基坑开挖深度的2~3倍范围内地上的建筑物、高耸塔杆、输电线缆、古建文物、道路桥梁,以及地下管线(应区别其属压力的或非压力的)、人防等设施和障碍物。 如发现既有建筑物等已有裂损倾斜等情况,同时收集其详细资料,并在必要处做出标记或摄像、绘图等。 然后对调查对象承受地基变形的性能做出分析鉴定,确定应加监护方法。 2、监测方式与方法 1) 地面沉降、水平位移 在观测部位按观测要求埋设观测桩,并作好观测前原始数据记录和观测点位附近地形、建筑物的平面位置图、立面图。 沉降观测使用精密水准仪和铟合金水准尺。 位移观测使用全站仪。 在这里要注意的是,要使用相同的仪器,在相同的位置上,由同一观测者按同一方案施测。 而且测量观测点要安全,其位置不要设在变形、位移区内。 2)围护结构侧土压力 此项的监测选用DKY—51—2型振弦读数仪。 (1)土压力计的安装 测量侧压力时,土压力计的安置如图1所示,在围护结构的外面钻孔埋设土压力计,并在孔中注入与土体性质基本一致的物质,填实空隙。 (2)土压力计的工作原理 土压力计使用双膜钢弦式。 工作原理跟钢筋计基本相同,其接触面对变化不大的土压力较为敏感,受力时引起钢弦振动或应变片变形,弦的自振频率也发生变化。 利用脉冲激励,使钢弦起振,并接收其频率。 按事先标定的“压力-频率”关系曲线,即得出作用在土压力计上的压力值。 3、监测人员 针对本工程监测的特点,成立了由3人组成的专业监测小组,其中2人具备测量、土力学、结构力学、计算机等方面的知识。 组长负责工程监测计划、组织及监测的质量审核。 十、ZH--3标(珠海段)承台型号图及钢板桩支护工程数量 见下表: 序号 实用墩号 规格型号 使用图号 结构尺寸(cm) 简图 数量 钢板桩支护面积(m2) 钢板桩支护重量(t) 钢板桩水平支护重量(t) 一、 明珠站特大桥 42 13253.40 2054.28 303.08 1、 0#、17# F型 通桥-III-07 下台750*1080*250+上台600*320*100 2 766.8 118.85 14.90 2、 1# 本图 施桥41-01-17 下台800*940*250+上台540*350*100 1 369 57.20 7.29 3、 9-16# 无 570*900*250 24 5097.6 790.13 147.66 4、 2#--8#、18--25# 本图 施桥41-01-18 下台800*1500*300+上锥台650*330*200 15 7020 1088.10 133.23 二、 明珠路特大桥 1、 0、3、8、11-35、38--49、52、60、63--79# F型 通桥-III-07 下台750*1080*250+上台600*320*100 59 22620.6 3506.19 439.67 2、 1--2#、50--51# G型 通桥-III-08 下台800*1500*300+上锥台540*310*200 4 1872 290.16 35.53 3、 4、7、9、10、84、87# 本图 施图桥-42-1-30 下台750*1080*250+上台650*330*100 6 2322 359.91 45.06 4、 5、6、36、37、80、83、85、86 本图 施图桥-42-1-31 下台800*1500*300+上锥台650*330*200 8 3744 580.32 71.05 5、 81、82# 本图 施图桥-42-1-33 下台960*1460*300+上锥台800*410*200 2 990 153.45 19.06 6、 53--59# E型 通桥-III-06 570*900*250 7 1512 234.36 43.98 7、 61、62 H型 通桥-III-10 下台1040*1440*300+上锥台590*310*200 2 1008 156.24 19.64 三、 港昌路特大桥 57 1、 0-5、8、11-18、21、29、32、38、41、49、52-54# F型 通桥-III-07 下台750*1080*250+上台600*320*100 24 9201.6 1426.25 178.85 2、 9、10# H型 通桥-III-10 下台1040*1440*300+上锥台590*310*200 2 1008 156.24 19.64 3、 19-20、30-31、39-40、50-51 G型 通桥-III-08 下台800*1500*300+上锥台540*310*200 8 3744 580.32 71.05 4、 22-28、33-37、42-48、55-56 E型 通桥-III-06 570*900*250 21 4536 703.08 131.93 5、 6-7# 无 下台800*940*250+上台600*350*100 2 756 117.18 14.88 备注 车站桥以明珠站特大桥为代表 合计 286 79821 12372.26 1696.50 承台基坑钢板桩围护施工方案设计简图见附页
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