2钢板桩围堰施工方案双层填土.doc

目 录
一、 施工方案 2
1、工程概况 2
2、钢板桩围堰施工方案 2
4、承台施工 5
5、安全措施 6
6、质量保证措施 6
7、 施工组织 7
二、设计计算 7
1 工程概况 7
2 计算依据 8
3 计算及参数选择 8
4 计算内容 9
5 主、被动土压力计算 9
6 围堰钢板桩及内支撑计算 10
7 围堰封底混凝土验算 14
8 基坑底土抗隆起验算 15

绍兴特大桥2#墩承台钢板桩围堰施工专项技术方案
一、 施工方案
1、工程概况
绍兴特大桥2#桥墩筑岛围堰施工孔桩、完后打钢板桩围堰施工承台墩身。承台平面尺寸均为16.4m×11m，高度4m，承台底标高分别为-1.152m，水面标高为+4m。
钢板桩围堰布置于钻孔桩的外侧，沿钢板桩中线平面尺寸19.4m×14m，钢板桩采用拉森Ⅳ型，长度15m，平均入土深度约5 m。
2、钢板桩围堰施工方案
2.1施工准备
2.1.1桩基础施工完成后，用挖机对围堰范围内的场地进行平整，测量放样，插打定位桩，在定位桩上安置导梁，作为插桩时的导向设备。
2.1.2钢板桩的检查，检查钢板桩有无弯曲、撞伤、破损、锁口变形等，按具体情况分别用冷弯、热敲、补焊、割除或接长等方法进行整修。并在钢板桩锁口内涂抹黄油或混合油膏(黄油∶沥青∶干锯末∶干粘土=2∶2∶2∶1)以减少插打时锁口间的摩擦和水的渗漏。
2.1.3检查振动锤，振动锤是打拔钢板桩的关键设备，在打拔前一定要进行专门检查，确保线路畅通，功能正常。振动锤的端电压要达到 380～420V，而夹板牙齿不能有太多磨损。
2.1.4同一围堰的钢板桩使用同一型号规格的产品，保证锁口一致。
2.2插打与合拢
2.2.1、导梁安装：施打前必须先制作和安装导梁，导向应用较大规格的槽钢或其它型钢制作，必须具有一定竖向和侧向刚度，保证打桩时不变形，正确导向。
2.2.2、钢板桩插打：钢板桩插打时，利用50t履带吊悬挂DZ90型振动锤插打钢板桩。板桩采用单根插打，用液压夹板夹紧从外侧开始紧贴导梁插打。每根桩尤其是最开始桩打入时加强定位和双向垂直度检查控制，必须保证位置准确，垂直下沉，插打顺序由承台的一个角开始向两边插打，随时检查桩身是否垂直，不符合要求时立即纠正或拔起重新施打。
2.2.3、支撑安装
支撑安装：钢板桩围堰合龙后，边开挖基坑，边做围囹支撑，采用采用2I45a工字钢作为水平导环，围囹支承在牛腿上，牛腿焊接在钢板桩上，斜撑用2I45a加强格构柱45度安装，必须保证焊缝厚度和质量；建立围堰支撑系统。第一层支撑安装在6.152m标高位置。在抽水、开挖、吸泥过程中注意对桩墙的位移、沉降进行观测，遇异常情况立即停止开挖，通知坑内人员迅速撤离，并采取回灌、加撑等措施处理，加固后方可继续施工，以确保安全。
为了减少钢板桩锁口变形和改善内导环的受力状况，对钢板桩与导环之间的所有空隙用硬木楔或槽钢进行填塞、顶紧、焊接。
2.2.4、围堰清基、封底
钢板桩基坑开挖、在标高为5.848m安装第一层支撑，再用长臂挖机开挖基底淤泥.围囹可临时支撑在桩基钢护筒上，支撑稳固后，清基至3 m标高，在标高3.348m安装第二道支撑；再用长臂挖机开挖基底淤泥-0.5 m标高在标高-0.152安装到第三层围囹，开挖到标高-2.652m浇注1.5m厚C25混凝土封底；待封底混凝土达到设计强度拆除第三道围囹支撑回填土方施工承台墩身。
2.2.5施工承台、墩身
凿除桩头、桩基检测，破桩头前，应在桩体侧面用红油漆标注高程线，以防桩头被多凿，造成桩顶伸入承台内高度不够。破除桩头时应采用空压机结合人工凿除，上部采用空压机凿除，下部留有10～20cm由人工进行凿除。凿除过程中保证不扰动设计桩顶以下的桩身砼。严禁用挖掘机或铲车将桩头强行拉断，以免破坏主筋。将伸入承台的桩身钢筋清理整修成设计形状，复测桩顶高程，桩基检测合格后进入承台施工。
承台钢筋集中加工，现场进行绑扎，底层承台钢筋网片与桩身钢筋焊接牢固；搭设钢管架绑扎、定好上层承台钢筋和预埋于承台内的墩身钢筋。安装冷却水管，预埋墩身钢筋、综合接地线等，在特殊结构的桥墩承台位置处，应在承台上提前预埋现浇支架的定位预埋钢筋或其它预埋构件。安装承台模板，加固通过型钢、方木、拉杆与基坑四周坑壁挤密、撑实，确保模板稳定牢固、尺寸准确。检验合格后，浇注承台砼。混凝土下落高差大于2.0米时，设串筒或溜槽。混凝土分层浇筑，分层厚度控制在30～50cm。振捣采用插入式振动器，振捣时严禁碰撞钢筋和模型。振动器的振动深度一般不超过棒长度2/3～3/4倍，振动时要快插慢拔，不断上下移动振动棒，以便捣实均匀，减少混凝土表面气泡。振动棒插入下层混凝土中5～10cm，移动间距不超过40cm，与侧模保持5～10cm距离，对每一个振动部位，振动到该部位混凝土密实为止，即混凝土不再冒出气泡，表面出现平坦泛浆。
本桥墩墩身较低（6.85m高），采用大块钢模板一次浇筑成型，混凝土通过泵车泵送入模，墩身模板和钢筋采用汽车起重机垂直吊装作业。浇筑完成后先带模浇水养生，拆模后覆盖塑料膜养生。
2.2.6拔桩
墩身施工结束，拔除钢板桩采用振动锤拔桩，利用振动锤产生的强迫振动，扰动土质，破坏钢板桩周围土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。钢板桩拔出前，先将往围堰内填土，使板桩挤压力消失，围堰内的支撑及其它设施从下到上的顺序拆除，拔桩设备可用吊机、打拔桩机，拔桩可用长卡环扣在拔桩孔上作为吊点。拔桩时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，先振动1～2分钟后再往下锤0.5m～1.0m再往上振拔，如此反 复既可将桩拔出来。拔出的钢板桩立即清刷干净、修补整理、涂刷防锈油。
3基坑清理钢板桩围堰可能遇到的问题及预防措施
基坑开挖、吸泥、抽水到位后在钢板桩端内面与砼垫层接触部分涂以隔离层，以确保钢板桩在施工结束后能顺利拔出。清理基坑底面准备钢筋的绑扎。
在完成承台和墩身施工以及支架出水后，灌水至支撑位置，然后逐层拆除支撑，将整个基坑回填完毕，再用覆带吊震动锤逐个拨出钢板桩。拆撑过程中必须加强板桩和支撑变形监测，确保安全。
3.1、插打钢板桩时倾斜
在插打钢板桩前，除在锁口内涂以润滑油以减少锁口的摩阻力外，同时在未插套的锁口下端打入铁楔或硬木楔，防止沉入时泥砂堵塞锁口。
采用复式滑车组纠正钢板桩的倾斜。
3.2、钢板桩防渗漏水
钢板桩由于插打不当或压力下变形，致使锁口发生变形、胀缝，出现渗漏。常规的方法是在外侧水中抛洒锯末、细砂等进行堵漏，但这种方法效果不好，致使基坑经常发生大面积渗漏，因此采用打双层钢板桩中间夹芯填黏土的方法，即在打一层钢板桩之外2米左右再插打1层钢板桩，再在两层钢板桩之间回填黏土，此种方法起到了良好的效果，极大的方便了基坑的开挖施工。
3.3、围堰内挖土
围堰内先用长臂挖机挖土挖泥，若是淤泥需要用空气吸泥机吸泥实现清基，围堰内需配备一台空气吸泥机及压风机，由于墩位处地质以粘土为多，吸泥时需辅以射水，潜水工下水检查清基情况，再布置平台进行封底作业。

4、承台施工
测量放线
施工准备
基坑开挖
砼封底施工

桩头处理

模板安装
钢筋绑扎、安装
浇注承台砼
砼养生、拆模
转入下道工序
钢筋制作
钢筋、模板检查

承台施工工艺流程图

承台模板采用钢模板，承台内布置冷却水管及测温元件控温，砼一次性浇注，承台顶面按要求埋设墩身钢筋及施工支架预埋件。承台作业的吊装以25吨汽车吊为主。
施工操作要求：
(1)、在绑扎钢筋前，如发现封底砼有渗水现象，则应设置渗水盲沟，将水汇至较低处，在渗水管内放置污水泵，将渗水抽至围堰外。
(2)、绑扎钢筋前，在封底砼顶面放出墩中线、桥中线，确保钢筋绑扎位置符合设计位置。
(3)、承台底层钢筋网下应用短钢筋制成支撑骨架将其垫好，保证设计保护层厚度。
(4)、钢筋笼上端伸入承台部分钢筋，应除锈、整直后，由桩顶砼面向外起弯，并绑扎好外围螺旋筋。
(5)、墩身钢筋预埋时，必须通过测量放线，而后以钢筋做框架（箍）预以固定。
(6)、砼浇注时，每个承台设置6个布料点，通过下料滑槽逐点分层布料。浇注底层时，在布料点放置下料漏斗，将砼直接送至承台底部，防止砼自由跌落高度过大而造成灰浆与粗骨料分离。
为防止承台大体积混凝土水化热温度裂缝，采用以下措施：
加强养护，混凝土浇筑结束后，在承台上面覆盖一层塑料布，使内外温差控制在20℃以内。
②埋设冷却水管，并利用河水循环，带走承台内部热量，防止混凝土水化热温度裂缝。
③在承台内埋设测温元件，监测、控制最高温度和温差。
承台浇筑前要注意预埋现浇支架的预埋件
5、安全措施
为确保施工中的安全，在进行钢板桩围堰施工时，必须将安全工作放在首位，预防为主，在施工过程中应注意以下安全措施：
(1) 对操作人员进行安全思想教育，提高操作人员安全意识，实行培训持证上岗制度，不经培训或无证者，不得进行上岗操作；
(2) 建立好钢板桩安全管理制度，完善好安全管理体制，编制好钢板桩安全应急方案；
(3) 在钢板桩插打前，一定要设钢板桩定向导梁，保证钢板桩插打的平直度和垂直度；
(4) 在钢板桩插打过程中，要设专人指挥，避免人多时乱指挥，出现意外安全事故；
（5）队测量组在开挖施工过程中，对钢板桩围堰变形进行跟踪观测。如发现异象，立即要求施工人员停止施工，并快速撤离。
(6) 钢板桩围堰支撑一定要按设计进行施工，施工焊缝一定要牢固，断面尺寸和数量符合设计要求；
(7) 由围堰内至围堰外须设置临时出入安全通道，并焊好栏杆、踏步板；
(8) 各工种进行上下立体交叉作业时，不得在同一垂直方向操作；钢管、钢板桩吊装过程中严禁在钢管和吊车臂下站人。高空作业人员必须系带安全带、安全帽。吊车派专人指挥操作。
(9)起吊作业时，均需有专人指挥，严禁违章操作。在施工场地内、吊装作业区域内禁止闲杂人员入内，观察人员须离吊装区域我一定距离，且用绳索设置禁入区。
6、质量保证措施
6.1 明确质量目标：符合国家和铁道部有关标准、规范及设计文件要求，检验批、分项、分部工程施工质量检验合格率100%。
6.2 实行定期目标检查考核、评定，实行全面质量管理制度：建立专项QC小组，严格按照PDCA循环，扎实、有效地开展活动。加强班组建设，加强全员（管理人员和操作人员）对本项目工程质量认识，加强对施做人员各项技能培训。对施工全过程、全方位进行检查、监督和控制。
6.3 建立四级检查制度：班组自检、施工员复检、质检工程师复检、监理工程师检查。自检、复检穿梭于每道工序作业中，严格按照施工技术规范和设计要求进行施工。
6.4 施工过程质量控制措施：加强对原材料、半成品使用、施工工艺的控制，对材料质量状况、机具设备状况、施工程序、关键操作、安全条件、新材料新工艺应用、常见质量通病、包括操作者的行为等影响因素列为控制点，作为重点检查项目进行预控；对工序产品、分项工程的检查按标准要求进行目测、实测及抽样试验的程序，做好原始记录，经数据分析后，及时做出合格及不合格的判断，对合格工序产品进行及时验收，对不合格工序产品进行返工处理。
7、 施工组织
（1）主要设备投入：钢板桩1套；50t覆带吊1台；DZ900型打桩锤1台；长臂挖机1台；25t汽车吊1台；泥浆泵2台；抽水机2台；PC200挖机1台；运输汽车3台;砼运输罐车6台；砼汽车泵送车1台。
（2）劳动力计划
项目施工采用集中管理，流水作业，现场设一个工班来配备劳动力，现场设管理人员1名，技术人员2名，负责包括施工管理、技术等方面的工作。其余工种数量配备按能满足两个墩同时施工考虑，主要有装吊工10人，铆焊工15人，钢筋、砼工15人及普工20人等。
（3） 施工周期安排
桩基清理、导向安装2天；钢板桩插打及固定5天；基坑开挖、吸泥、抽水及内支撑安装7天；凿桩头6天；承台施工8天；墩身及墩旁托架施工10天；回填、围堰内支撑拆除5天；钢板桩拔除2天；合计45天。
二、设计计算
1 工程概况
绍兴特大桥2#桥墩位于河流岸边，人工填土至水面标高、，桩基础施工完成后打钢板桩围堰施工承台、墩身。河床以下地层依次为：2.1m粉质粘土 黏土、18m淤泥粉质粘土，考虑靠近河边钻孔壮是土层破坏所以土层全部考虑为淤泥粉质粘土。承台平面尺寸均为16.4m×11m，高度4m，水面标高为+4m，承台底标高为-1.152m，设三道支撑。
钢板桩围堰布置于钻孔桩的四侧，沿钢板桩中线平面尺寸19.4m×14m，钢板桩采用拉森Ⅳ型，长度15m，平均入土深度约5m。
具体布置如下图：

2 计算依据
（1）杭州至宁波客运专线施工图：《线路平面图》（HYZQ-1标，第三册）。
（2）杭州至宁波客运专线施工图：《绍兴特大桥》（图号：杭甬客专施（桥）咨-06-Ⅲ）图纸、施工水位及地质资料
（3）《铁路桥涵钢结构设计规范》（TB10002.2-2005）
（4）《铁路桥涵施工规范》（TB10203-2002）
（5）《钢结构设计规范》（GB50017-2003）
（6）《土力学和基础工程》（下册）（刘成宇主编）中国铁道出版社
3 计算及参数选择
3.1 计算假设
3.1.1 本计算中土层参数根据图纸提供的土层资料，取值如下：

编号
土层名称
土层标顶高
土层底标高
容重（KN/m3）
内摩擦角（°）
粘聚力(kPa)
2#
淤泥粉质黏土
+5.1
-20
17.27
4.44
11.90
3.1.2 河道水流较缓，不考虑流水作用力。
4 计算内容
4.1 主动土压力计算
4.2 围堰钢板桩及内支撑计算
A、验算内容
（1）钢板桩的抗弯能力；（2）钢板桩的入土深度；（3）内支撑及圈梁应力。
B、强度验算控制指标
材质为SY295的拉森Ⅳ型钢板桩强度控制值:[б]=210MPa；
Q235钢材强度控制值：[б]=170MPa；
4.3 围堰封底混凝土验算
A、验算内容：（1）围堰抗浮；（2）桩基粘结力；（3）混凝土应力。
B、验算工况：围堰内抽水、清淤分别做第一、二、三道围囹支撑，围堰第二道支撑加好后，清淤到设计标高浇筑封底混凝土，围堰封底混凝土达到设计强度后，施工承台时拆除第三道支撑。
C、混凝土拉应力控制值：[б]=1270KPa；
4.4 基坑底土抗隆起验算

5 主、被动土压力计算
5.1 主、被动土压力系数
淤泥质黏土：K1a=tg2（45-4.44/2）=0.8563， (K1a)1/2=0.9254
K1p=tg2（45+4.44/2）=1.1678， (K1p)1/2=1.0806

土压力计算公式采用郎肯土压力理论，但由于土压力没有考虑墙体与土体之间的摩擦力，使得主动土压力偏大，被动土压力偏小，在采用等值梁法计算时，需将被动土压力加以提高修正。
郎肯土压力公式：
主动土压力：Pa=Kaγh-2c(Ka)1/2
被动土压力：Pa=Kpγh+2c(Kp)1/2

6 围堰钢板桩及内支撑计算
6.1 施工工况分析
本围堰钢板桩及内支撑计算根据围堰施工工序，计算各支撑在各阶段可能出现的最大反力和钢板桩最大内力。
工况一、围堰第一道支撑加好后，清淤到3m标高；
工况二、围堰第二道支撑加好后，清淤到-0.5m标高；
工况三、围堰第三道支撑加好后，清淤到-2.652m标高；
在计算时，各阶段钢板桩计算长度按等值梁法计算确定，从主动土压力到被动土压力相等的反弯矩截面（即净土压力为零或弯矩为零）截断形成等值梁计算支撑反力和钢板桩弯矩。
工况一、围堰第一道支撑加好后，清淤至3m标高因为地面标高为5.1m；

P(a)=K1aγ1h=0.8563×17.27×2.1=31.06KPa
钢板桩受力如下图所示
1m
2.848m
1.5m
a
b
o

对等值梁加载图示荷载后，由软件计算得到：

剪力图：

弯矩图：

工况二、围堰第二道支撑加好后，清淤到-0.5m标高；
P(a)=K1aγ1h=0.8563×17.27×5.6=82.81KPa
1.5m
2.5m
3.852m
1m
b
a
o

对等值梁加载图示荷载后，由软件计算得到：

剪力图：

弯矩图：

工况三：第三道围囹支撑好开挖到基坑底。

P(a)=K1aγ1h=0.8563×17.27×7.752=114.64KPa

1m
1m
3.5m
2.5m
1.5m
a
b
o

对等值梁加载图示荷载后，由软件计算得到：

剪力图：

弯矩图：

各工况下各支撑点支撑反力及钢板桩最大弯矩计算如下：
项目
工况
反力R1（KN/m）
反力R2（KN/m）

反力R3（KN/m）
钢板桩最大弯矩Mmax（KN·m）
工况一
17.10

30.09
工况二
39.59
202.74

125.67
工况三
1
72.99
323.80
109.71

6.2 钢板桩的抗弯能力
Mmax=125.67KN·m，钢板桩惯性矩为56700cm4/m，抗弯截面模量为2700cm3/m。
б=Mmax/W=125.67×106/2700000=47MPa ＜[б]=210MPa，符合要求。
6.3 钢板桩的入土深度
钢板桩的最小入土深度根据在最不利状况（工况二）进行求解。钢板桩的最小入土包括钢板桩上弯矩为零点的入土深度（x）和为克服弯矩零点钢板桩剪力所需的被动土深度（y）。
由工况二钢板桩受力示意图可知，x=1m，
64y=0.5×K1p×γ1×y2×y/3 求的y=3.5m
则，钢板桩的最小入土深度为：1+3.5=4.5m<5m，满足要求。
6.4 内支撑及圈梁应力计算
Rmax=323.80KN/m
第二道内支撑圈梁采用双拼I45a工字钢，材料截面参数如下表：

截面参数
A（mm2）
Ix（mm4）
Wx（mm3）
双拼I45b工字钢
29200
1370200000
4894000

围囹按单跨简支梁计算，跨度4m q=323.80KN/m
б=ql2/(8×W)=323.8×42/(8×4.894)=132.32MPa＜[б]=170MPa

7 围堰封底混凝土验算
7.1围堰抗浮验算
计算参数：
封底混凝土有效计算厚度1.5m，围堰尺寸：19.4m×14m；
桩基外径为1.5m，共11根；
钢材与混凝土、混凝土与混凝土粘结力取120KN/m2；
混凝土容重：23KN/m3；
水的浮力P=ρgh2s/(h+2t)=1000×9.8×6.4822×（19.4×14-11×3.14×0.75×0.75）/(6.482+2×5.9)=568t
封底砼自重G=ρv=2.3×（19.4×14-11×3.14×0.75×0.75）×1.5=558t
封底砼与桩基的粘聚力N1=2×3.14×0.75×1.5×12×11=932t
则抗浮安全系数为：
K=（G+N1+N2）/P=885.51/369.3=2.6＞1.05，抗浮满足要求。
7.2护筒粘结力验算
取3.5m×3.9m的一个区域内桩基承受的剪力为：
Q=（10×5.89/3-23×0.5）×（3.9×3.5-3.14×0.75×0.75）=96.7KN
τ=Q/A=96.7/（0.5×2×3.14×0.75）=41KN/㎡<120KN/m2，护筒粘结力满足要求。
7.3封底混凝土拉应力
封底砼按承受均布荷载的三边固定、一边简支的面板结构计算。
作用荷载：P=10×5.89/3-23×0.5=8.1KN/㎡
Mx=0.0681ql2=0.0681×8.1×3.5×3.5=6.76KN·m
My=0.0565ql2=0.0565×8.1×3.9×3.9=6.96KN·m
Wx=bh2/6=3900×500×500/6=1.625×108㎜3
Wy=bh2/6=3500×500×500/6=1.458×108㎜3
бx=Mx/Wx=6.76×106/1.625×108=41.6KPa＜ [б]=1270KPa
бy=My/Wy=6.96×106/1.458×108=47.7KPa＜ [б]=1270KPa，混凝土拉应力满足要求。
8 基坑底土抗隆起验算
围堰内清淤到-2.6m标高时，须验算坑底的承载力，如承载力不足，将导致坑底土的隆起。
本工程基坑抗隆起计算参照Prandtl（普朗德尔）和Terzaghi（太沙基）的地基承载力公式，并将桩墙地面的平面作为极限承载力的基准面，承载力的安全系数的验算公式如下：
Ks=（Nc·c+Nq·γ·t）/（γ（h+t）+q）≥1.1～1.2
式中：Nq、Nc——按Prandtl公式时，
Nq=tan2（45°+φ/2）·eπtanφ， Nc=（Nq-1）/tanφ；
c——土的粘聚力（Kpa）； φ——土的内摩擦角（°）
γ——土的重度（KN/m3）； t——支护结构入土深度（m）；
h——基坑开挖深度（m）； q——地面荷载（Kpa）。
Nq=tan2（45°+φ/2）·eπtanφ=2.947
Nc=（Nq-1）/tanφ=9.28
Ks=（Nc·c+Nq·γ·t）/（γ（h+t）+q）
=（9.28×44.6+2.947×17.27×5.9）/（17.27×11.79）=2.5＞1.2，满足抗隆起稳定性要求。