承台深基坑开挖专项施工方案.docx
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承台深基坑开挖专项施工方案
承台深基坑开挖专项施工方案
一、工程概况
我局管段新建兰新铁路甘青段二标,陆地承台开挖深度4M以上时采取钢板桩支护;水中墩先设草袋围堰施工桩基础,承台开挖时再设钢板桩支护。
二、施工方案
1、钢板桩支护
1)钢板桩的选用
采用拉森III型钢板桩(B=400mm,H=125mm,t=13mm)。
考虑地质情况和开挖深度的需要,先用不同长度的钢板桩。
钢板桩示意图及钢板桩围堰示意图见下图。
钢板桩锁口
2)钢板桩的插打
总体施工流程:
施工准备→测量定位→打钢板桩→钢板桩内支撑→清淤→封底→垫层→钢筋绑扎→模板安装→混凝土浇筑→钢板桩围堰拆除
钢板桩采用逐片插打逐渐纠偏直至合拢,插打时利用挖掘机或吊车附带钢丝绳吊起后,液压振动捶夹板夹住钢板桩到位,按要求沿承台四周每边外放1.25米要求,振动锤边振动边插打。
为了确保插打位置准确,第一片钢板桩要从两个互相垂直的方向同时控制,确保其垂直度在1%内,然后以此为基础向两边插打。
考虑到水位高的因素,转交处使用特制角桩插打,整个承台钢板桩形成一个整体,达到安全止水的最佳效果。
3)钢支撑结构形式
为了确保基坑开挖及钢板桩安全可靠,钢板桩围堰支撑尤为重要。
具体支撑及安装位置见附图,支撑结构材料如下:
⑴、承台四周钢支撑采用GB/T11263-1998HW宽翼缘H型钢350mm×350mm型钢材,每个对角采用三块300mm×300mm×10mm钢板连接;对角斜撑采用Φ400mm壁厚10mm的钢管,对角处用四块250mm×250mm×10mm钢板连接;承台中间水平方向沿承台宽度方向采用Φ400mm壁厚10mm顶管1根支护用钢板连接。
⑵、钢支撑安装,在钢板桩竖向放出横梁安装标高位置,焊接牛腿12个,四周每边3个,确保四根安装围囹位于同一平面,四个角用钢板连接;其次,将四个对角斜撑分别防在型钢四个角上,保证其与型钢呈等边三角形,斜撑两侧用钢板与型钢连接;最后将宽度方向顶管两根放置焊接在型钢中间,整个结构均用钢板连接,形成整体。
4)、基坑开挖
基坑开挖前将圈梁与钢板桩连接牢固,以防圈梁下沉。
开挖采用长臂挖掘机,开挖过程中,严禁挖掘机齿斗碰、挂钢板桩和内撑,挖掘不到位的采用人工配合。
基地开挖到位后,及时测量坑底标高,如达到设计底标高,机械开挖不到位的地方,用人工清除剩余土体。
人工在基底四周平整横坡,基坑底四周设20厘米深,30厘米宽的排水沟,并在对角设积水坑,利用潜水泵及时将积水排除。
当基坑开挖达到要求后,进行封底施工。
封底时在钢板桩内侧支模,封底混凝土强度等级采用C20,厚度为0.2m。
见图片:
5)、钢板桩的拔除
基坑由于开挖深,危险系数高,承台边回填,钢板桩边拔除的方法,待承台施工完毕全部回填杂土后,挖掘机或吊车利用振动锤产生的强迫振动,扰动土质,破坏钢板桩周围的粘聚力以克服拔桩阻力,依靠附加起吊力的作用将桩拔除。
三、承台钢板桩设计计算书
按承台开挖深度7.33m为例说明计算方法。
(一)已知条件:
1、施工水位:
+17.50m
2、平台土围堰标高:
+19.00m;承台底面标高:
+11.67m;承台厚4.8m。
3、土的重度为:
18.8KN/m3,内摩擦角Ф=20.1°
4、距板桩外1.5m均布荷载按20KN/m2计。
5、围堰内50cm厚C20封底砼。
6、拉森Ⅳ型钢板桩W=2037cm3,[f]=200MPa
(二)钢板桩平面布置、板桩类型选择,支撑布置形式,板桩入土深度、基底稳定性设计计算如下:
(1)作用于板桩上的土压力强度及压力分布图
ka=tgа(45°-φ/2)=tgа(45°-20.1/2)=0.49
Kp=tgа(45°+Ф/2)=tgа(45°+20.1/2)=2.05
板桩外侧均布荷载换算填土高度h1,
h1=q/r=20/18.8
=1.06m
+17.50m以上土压力强度Pa1:
Pa1=r*(h1+1.5)Ka=18.8*(1.06+1.5)*0.49
=23.6KN/m2
+17.50m以下土压力强度Pa2:
Pa2=[r*(h1+1.5)+(r-rw)*(17.5-11.67)]*Ka
=[18.8*(1.06+1.5)+()18.8-10*5.83]*0.49
=48.7KN/m2
水压力(围堰抽水后)Pa3:
Pa3=rw*(17.5-11.67)=10*5.83
=58.3KN/m2
则总的主动压力(土体及水压力)Ea:
Ea=(23.6*2.56)/2+23.6*(2.56+5.83)+(48.72-23.6)*5.83/2+58.3*5.83/2
=471.4KN/m2
合力Ea距承台底的距离y:
471.4*y=23.6*2.56*5.83+2.56/3+23.6*5.83*5.83/2+(48.72-23.6)/2*5.83*5.83/3+58.3*5.83/2*5.83/3
=2.28m
(2)确定内支撑层数及间距
按等弯距布置确定各层支撑的间距,根据拉森Ⅳ型
钢板桩能承受的最大弯距确定板桩顶悬臂端的最大允许跨度h:
h=
=
=298cm
=2.98m
h1=1.11h=1.11*2.98=3.3m
h2=0.88H=0.88*2.98=2.62m
h3=0.77h=0.77*2.98=2.3m
根据具体情况,确定采用的布置如右图所示:
(3)各内支撑反力
采用简支梁法近似计算各内支撑反力
P1=23.6×2.56/2+23.6×(0.34+2.89/2)+31.22×0.34/2+31.22×2.89/2+(95.97-31.22)/2×2.89/2
=146.15KN/m
P2=95.97×(2.6/2+2.89/2)+(130.62-95.97)/2×2.6/2-(95.97-31.22)/2×2.89/2
=227.11KN/m
(4)钢板桩入土深度:
土的重度考虑浮力影响后,取r=8.8KN/m2
Kn=r(Kp-Ka)=8.8*(2.05-0.49)
=13.73KN/m3
则r*(Kp-Ka)*X*X*X*2/3*1/2
=2.28*471.4
得X=6.12
取安全系数K=1.1
X=1.1*6.12=6.73m
所以钢板桩的总长度L为:
L=6.73+1.06+7.33=14.76m
选用钢板桩长度16.0m,7号墩考虑为18.m。
(5)基坑底部的隆起验算
考虑地基土质均匀,依据地质勘察资料,其土体力学指标如下:
r=18.8KN/m3,c=21.1Kpa,q=20KN/m2
由抗隆起安全系数K=2πC/(q+rh)≥1.2
则:
h≤(2πC-1.2q)/1.2r
≤(2*3.14*21.1-1.2*20)/1.2*18.8
≤4.8m
即钢板桩周围土体不超过4.8m时,地基土稳定,不会发生隆起。
实际施工中,尽量减小坑沿活载,同时适当降低板桩侧土体高度,以避免基坑底部的隆起。
(6)基坑底管涌验算
根据不发生管涌条件:
K=(h'+2t)r'/h'rw≥1.5
r'=rs-rw=18.8-10.0=8.8KN/m3,t=5.0mh'=7.0mrw=10.0KN/m3
则K=(7+2*5)*8.8/7*10
=2.13>1.5
即当钢板桩入土深度超过5m时,不会发生管涌。
(7)坑底渗水量计算:
Q=K*A*ι=K*A*h'/(h'+2t)
根据设计地质资料,土的综合渗透系数取0.08m/d
则Q=(0.08*26*20*7)/(7+2*5)
=17.12m3
根据其渗水量的大小,为到达较好的降水效果利于承台施工,在承台外侧与钢板桩之间设置8个降水井。
(8)整体抗浮稳定性检算:
当停止降水或抽干基坑内积水时,封底层底面因受到静水压力作用,则要求
K=Pk/Pf=(0.9Ph+λ*L*∑fι*h)/Pf≥1.05
=(0.9×842.8+0.6×(26+20)×14×21.1)/20×26×(17.
5-11.67-0.8)
=0.6<1.05
但由于在施工中,将在基坑内封底砼中设置降水井,降水工作不停止,降水后水位比封底砼底面要低,静水压力较小,从而不会发生整体上浮。
(9)封底砼强度验算
将封底砼近似简化为简支单向板计算,封底砼抗拉强度:
f=1/8*Qι2/W=3ι2/4d[rw(h+d)-rc*d]
=3*20/4*0.5[10*5.03-22*0.5]
=1260<[f]=1500Kpa
(10)围囹受力计算(26m):
1、支承力:
P1=P/4=498.3/4=124.575t=124575kg
2、支承布置见右图。
3、围囹采用Ⅰ36a,同时腹板每隔1米两侧加焊一道,翼板间焊接2米通长钢板,加焊缀板后形成封闭箱型结构。
4、弯矩
Mmax=1/8q(l2-4a2)=1/8*19.165*(6.52-4*3.252)=0
5、剪力
Q=R/2=62287.5kg
τ=Q*Sx/Ix*d=62287.5*514.7/15800*1.58
=1284.2kg/cm2<1300kg/cm2
6、围囹分2段,每段12.9m
7、20m布置,同样为2段,每段长度9.9m。
(11)支承杆,采用φ600×10的钢管
1、钢管截面积
A=1/4π(D2-d2)=π/4*(602-582)=185.26cm2
2、钢管的回转半径
ι=0.354*(D+d)/2=0.354*(60+58)/2=20.88cm
3、钢管的长细比
λ=μl/ι=650*1/20.88=31.13Ф=0.957
4、钢管的稳定性
σ=e/ФA=124575/0.957*185.26
=702.647kg/cm2<2150kg/cm2
5、第一层、第二层采用相同的材料制作围囹和支承杆,第二层、第三层临时支承采用Ф600×6的钢管支撑在桩基护筒上,第二层采取逐步置换的方法,将支撑由桩上转化到过桥桩上,第三层钢管支撑浇筑封底砼后且达到一定强度后将支承杆拆除。
6、首层砼浇注厚度为2米,达到一定强度后拆除第二层支撑。
第三道围囹采用2Ⅰ36a工字钢,如下图所示。
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