西安北的所有动车:钢板桩

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钢板桩支护工程实践 (2007-11-21 00:21:11) 

  一、工程概况
也门荷台达污水管网工程中的5号排水泵站地面高程2M，基坑底高程-7.2M，距海边50M，平均潮位1.4M，基坑面积30MX30M，开挖时支护与止水应通盘考虑。基坑开挖时为了减少支护压力，沿基坑周围每8M打一口18M深降水井，当水位降到一定程度后即开始开挖，挖到-5M高程时采用了长度6的钢板桩实施围护，以确保基坑安全开挖。
二、地质概况
根据区域地质报告，自上而下均为冲积粉细沙
   三、钢板桩方案
1、钢板桩的选用
   根据工程所在地场地特点，结合钢板桩的特性、施工方法等方面进行考虑，选用拉森Ⅳ号钢板桩，拉森Ⅳ号钢板桩宽度适中，抗弯性能好，依地质资料及作业条件决定选用钢板桩长度6长，要求钢板桩入土深度达桩长0 .5倍以上。
2、打桩设备
  拟采用打拔桩机为25T吊车加液压高频振动锤，激振力220kN。
  四、钢板桩设计方案

1、计算拉森桩入土深度
   根据钢板桩入土的深度，按单锚浅埋板桩计算，假定上端为简支，下端为自由支承。这种板桩相当于单跨简支梁，作用在桩后为主动土压力，作用在桩前为被动土压力，压力坑底以下的土重度不考虑浮力影响，计算简图如下。
主动土压力 Ea=1/2*ea(H+t)=1/2r(H+t)2Ka
被动土压力 Ep=1/2*ept=1/2*rt2Kp
式中：
Ea---主动土压力最大压强，ea=r(H+t)2Ka
Ep---被动土压力最大压强，ea=rtKp
Ka---主动土压力系数 Ka=tg2(450-θ/2)=tg2(450-200/2)=0.49Kp---主动土压力系数 Kp=tg2(450+θ/2)=tg2(450+200/2)=2.04
θ---土的内摩擦角θ=200
r---土的重度 r=17.5kN/m3
H---基坑开挖深度 H=3m （实际支护深度为2.2M，考虑到上部土的侧压力取3M）
为了使钢板桩保持稳定，在A点的力矩等于零，即ΣMa=0, 亦即
EaHa-EpHp=Ea*2/3*(H-t)-Ep(H+2/3*t)=0
将以上数据代入上式中，可得下式
13+18t2+33t-459=0
整理后即可求得所需的最小入土深度
t=3.89m
所以钢板桩总长度为
L=2+3.89=5.89m
故选择6M拉森桩作为围护桩是合理的。
2、钢板桩稳定性验算
 板桩入土深度除保证本身的稳定性外，还应保证基坑底部在施工期间不会出现隆起和管涌现象。
   在软土中开挖较深的基坑，当桩背后的土柱重量超过基坑底面以下地基土的承载力时，地基的平衡状态受到破坏，常会发生坑壁土流动，坑顶下陷，坑底隆起的现象（如下图），为避免这种现象发生，施工前，需对地基进行稳定性验算。
转动力距 Mov=G*x/2=(q+rh)x2/2
稳定力距Mr=x
土层为均质土时，则Mr=π*tx2
式中t---地基土不排剪切的抗剪强度，在饱和性软粘土中，t=0
地基稳定力矩与转动力矩之比称抗隆起安全系数，以K表示，若K满足下式，则地基土稳定，不会发生隆起。
K=Mr/Mov >=1.2
当土层为均质土时，则
K=2πc/(q+rh) >=1.2
式中c---内聚力地质报告提供c=23.5kPa
q---坑侧上部荷载回填土取q=5.0kN/m2
K=2π*23.5/(5+17.5*6)=147.6/110=1.34 >=1.2
K>1.2故地坑不会产生隆起
式中Mr未考虑土体与板桩间的磨擦力以及垂直面AB上土体的抗剪强度对土体的下滑的阻力，故偏于安全。
五、钢板桩施工工艺
1、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。

2、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。
 3、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。

 4、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。
  5、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，在轴向法向要求搞的情况下，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。

6、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进行井点降水，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地面及坑内设排水措施。
   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。
  7、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，并影响临近原有建筑物、构筑物或底下管线的安全。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。
七、安全技术保障及措施
    ⑴、为提高深基坑围护的安全可靠性对拉森桩的入土深度，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。
    ⑵、沉设围护桩的施工中，严格按照沉桩规范施工，基坑四角必需采用角桩，最大程度的提高小齿口拉森桩防漏性能，保证下道工序顺利进行。
    ⑶、采用250*250H型钢实施围护桩，周边围令加固，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，实现拉森桩围护项，技术参数达到规范要求。
     ⑷、严格按照基坑施工规范实施每道工艺的施工，开挖坑土堆放至10m～15m（1倍桩长）以外，坑土堆放要平整最大程度的减小堆土对围护桩的侧压力，增强围护的安全系数，即时对坑内积水进行抽排。在对基层实施挖土时，挖土机械严格按照规范操作，最大程度的减小挖土机械单位受力面积，杜绝冲击荷载，对围护桩的破坏，确保基坑安全。
    ⑸、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。
 八、经验总结
   1、从排水泵站钢板桩应用的实际效果来看，使用钢板桩做基坑围护，具有施工进度快、安全、占地空间小等优点。此外，钢板桩可以重复使用，节省投资。
  2、采用钢板桩围护截渗和管井降低地下水位后，使基坑能迅速挖至预定高程，基坑面经处理后，即可浇筑管廊底板的混凝土垫层，从而为下一阶段的施工创造了有利条件，不仅提高了工程进度，而且受雨季的影响较小，保证整个工程的顺利进行。
 3、采用钢板桩支护，对周围环境影响较小。钢板桩施工简便，工序简单，质量容易控制，工期短，且现场整洁。
  4、在进行钢板桩的支护施工中要特别注意地下水的影响。遇到有水的情况一定要采取有效措施进行堵塞，防止泥砂随渗水排出。遇到离建筑物较近，地质条件较差的地段，可以考虑打加密桩的方法，更有利于施工并防止泥水排出。
   5、基坑开挖及排水管廊主体结构施工期间可以通过变形观测对钢板桩的位移进行有效控制，保证基坑安全。