汾河特大桥基坑支护专项方案

太中银铁路工程施工组织设计（方案）报审表工程名称：太中银铁路工程施工标段：DK46+177~DK61+650施工单位：中交二航局编号：致中交集团太中银铁路工程指挥部：我单位根据施工合同的有关规定已编制完成汾河特大桥深基坑围护方案并经我单位有关技术负责人审查批准，请予以审批。附：汾河特大桥深基坑围护方案承包单位（章）负责人：日期：第一项目经理部意见：日期：中交集团太中银铁路工程指挥部意见：日期：建设单位意见：建设单位（章）负责人：日期：汾河特大桥深基坑围护施工方案一、工程概述汾河特大桥位于标段起点，全长1344m，桥梁基础设计为钻孔灌注桩和承台基础。桩基采用1.0m和1.25m两种直径钻孔灌注桩，桩长在40~50m以内，每墩设置15根桩，共有647根桩基、41个承台，墩身高度在3~7m，承台采用2层，高度为3.5m，基坑开挖深度在4.02~7.23m，承台顶面距离原地面在0.52m~3.73m。其中14#~37#墩位于河床或滩地上，基坑深度在6m左右，具体参数详见表1-1汾河特大桥基坑开挖资料统计表。桥位沿线工程地质情况复杂，不良地质与特殊条件分布广泛，桥梁基础范围地层主要为粉土、粉沙土、粉质粘土，位于地震动峰值加速度0.20g（Ⅷ度）的地震区，局部细砂、粉砂及粉土层有地震液化问题，且具有含水量高、孔隙比大、压缩性高、透水性差和强度低的特性（表层基本承载力普遍低于150kpa）。桥位区地下水主要为第四系孔隙潜水、基岩裂隙水、岩溶水。主要受大气降水补给。地下水埋深受地形地貌、水系切割深度、地层岩性、地质构造等控制。地下水位埋深普遍在1～10米，地下水丰富。根据泥浆池开挖发现，地面2m以下土层为流塑状，签于14~37#墩承台施工时基坑开挖深度较深（6m左右）、土质条件较差、地下水影响较大且工作面狭窄，基坑开挖时需采取措施对坑壁进行围护。二、围护方案选择围堰的作用是挡住基坑四周的土体，防止土体下滑和防止水从坑壁周围渗入或从坑底上涌，避免渗水过大或形成流砂而影响基坑开挖，根据汾河特大桥14#~37#基坑深度（6m左右）和地下水位（地面以下1.5m有水且丰富），采取锁口钢管桩围堰或锁口钢板桩围堰。围堰主要承受土压力和水压力，在承受水平压力时是弹性变形较大的柔性结构受力条件和围堰的支撑方式、围堰和支撑结构、围堰和支撑的施工方法以及围堰入土深度密切相关。主要计算内容包括：围堰侧压力计算；入土深度计算，以确保围堰有足够的稳定性；计算围堰截面内力，验算围堰材料强度，确定围堰截面尺寸和材料型号；支撑计算；基坑稳定性验算。经过计算，汾河特大桥14~37#墩共24个基坑采用如下两种围护方案：2.1方案简述方案一：锁口钢管桩围堰围堰平面尺寸为1537×1057cm，总高度12m，入土深度6m。每套围堰由68根12m长φ630×8mm钢管桩+68根12m长Ⅰ12的工字钢+136根12m长L63×6mm的等边角钢组成（其中Ⅰ12的工字钢作为阳扣、L63×6mm的等边角钢作为阴扣）；围堰顶部圈梁采用双层Ⅰ32工字钢，圈梁紧靠钢管桩平放，支撑于牛腿上（牛腿采用δ25mm钢板制作，与钢管桩焊接，每隔4根钢管桩设置1个牛腿），每套围堰圈梁总长51.75m；跨中设置1道水平内支撑，采用φ630×8mm钢管制作而成，支撑在圈梁上，四角各设置1道水平斜支撑，采用2根Ⅰ32工字钢焊接而成；另外为加固钢管上下口同时方便震动锤夹具作业，在每根钢管管口安装δ25mm厚衬板，衬板高30cm，衬板与钢板内壁焊接牢固。锁口钢管桩围堰采用1台50t履带吊和1台60KW震动锤打拔，每套围堰结构重量131t。方案二：锁口钢板桩围堰钢板桩采用鞍Ⅳ型拉森式（U型）钢板桩，钢板桩宽度40cm、高度18cm、腹板厚15.5mm、翼缘厚10.5mm、单根截面积99.14cm2、单根重量77.73Kg/m，围堰平面尺寸为1600×1080cm，总高度12m，入土深度6m。每套围堰由134根鞍Ⅳ型拉森式（U型）钢板桩组成；围堰顶部圈梁采用双层Ⅰ32工字钢，圈梁紧靠钢板桩平放，支撑于牛腿上（牛腿采用δ25mm钢板制作，与钢板桩焊接，每隔5根钢板桩设置1个牛腿），每套围堰圈梁总长51.12m；水平内支撑采用φ630×8mm钢管制作而成，支撑在圈梁上，每套围堰设置5道水平支撑，分别设置于围堰顶部跨中、围堰顶部四角；锁口钢板桩采用专用钢板桩围堰打拔设备施工。每套围堰结构重量135t。工期分析：当地每年12月~2月为冬休期，承台和墩身实际有效施工时间为2006年11月下旬~12月中旬和2007年3~12月中旬，有效工期11个半月（330天）。考虑到墩身埋入地面以下3m左右，墩身施工完成后才能拔出围堰，每套围堰周转周期在25天（围堰安装3天、基坑开挖2天、水平支撑安装1天、桩头凿除2天、桩基检测1天、基坑清理及垫层浇注2天、承台模板及钢筋安装2天、承台混凝土浇注1天、承台模板拆除1天、承台养护3天、墩身模板钢筋安装2天、墩身混凝土浇注1天、墩身模板拆除1天、围堰拆除2天、围堰修整1天），14~37#墩24个深基坑共需投入2套围堰才能完成。表2-1拟投入的基坑围护材料比较表围堰类别材料名称规格型号单位每套数量套数（套）总量（t）单位重量钢管桩围堰螺旋钢管桩φ630×8mmM8162199122Kg/m工字钢阳扣I12M816222.813.99Kg/m角钢阴扣等边L63×6mmM1632218.75.72Kg/m工字钢圈梁I32bM103.621257.74Kg/m螺旋管支撑φ630×8mmM10.522.56122Kg/m型钢斜支撑I32bM4024.657.74Kg/m钢板衬板δ25mmM30.007820.127.8t/m3牛腿支腿[20槽钢M35.221.825.77Kg/m3牛腿面板δ25mmM30.007820.127.8t/m3加强板δ10mmM30.003720.067.8t/m3小计262钢板桩围堰钢板桩鞍Ⅳ型拉森式（U型）M1608225077.73Kg/m工字钢圈梁I32M102.2421257.74Kg/m螺旋管支撑φ630×8mmM33.628.2122Kg/m钢板牛腿δ25mmM30.018420.147.8t/m3小计2702.2方案比较结构安全比较：经过计算，两种围堰方案从结构受力方面基本相同，均能满足施工安全需要。经济性比较：A、设备成本比较：钢管桩围堰和钢板桩围堰施工所采用设备相同，均采用1台50t履带吊和1台60KW震动锤配合使用，设备采取租赁方式，履带吊租赁60000元/月、震动锤租赁15000元/月、发电机5万，2台每月发生油料40000元/月（震动锤采用120KW发电机供电，计算发电机用油），设备使用时间为13个月（2006.11.21~2007.12.20），共计发生设备和油料费用154.6万材料成本比较：钢管桩就地采购，使用完成后出售，钢板桩采取租赁。钢管桩采购单价3500元/t，加工费800元/t，合计发生材料费用1126600元，使用后出售单价暂按2000元/t折算，实际发生材料成本602600元；钢板桩租赁单价0.8元/m.天，进出场运费500元/t，租期为13个月，合计材料费用1138392万（该费用还未考虑钢板桩损耗的赔偿费，实际使用时会存在大量损耗和赔偿）人工成本比较：钢管桩施工时投入12人配合（不考虑设备操作人员），每人每月2000元，共11个月，发生费用264000元；钢板桩围堰施工时投入16人配合，每人每月2000元，共11个月，发生费用352000万。钢管桩围堰施工成本2411600万＜钢板桩围堰施工成本3035392万（该费用未考虑损耗和赔偿），从经济性角度来说，钢管桩围堰比钢板桩围堰经济。施工难度比较：钢管桩的锁口由工字钢和角钢焊接而成，锁口空间较大施工时连接相对容易，垂直度和倾斜度的允许偏差较大；钢板桩因锁口较小，垂直度和偏位允许误差要求很高。针对本桥的流塑粉土，围堰桩体的垂直度和偏位比较难于控制，钢管桩围堰施工难度较小，容易打拔。经过以上结构安全、经济性、施工难易程度比较，选择锁口钢管桩围堰用于汾河特大桥14#~37#墩承台、墩身施工。施工图详见图2-1钢管桩平面图和大样图三、钢管桩围堰施工钢管桩围堰采用60KW震动锤和50t履带吊打拔。3.1施工前准备工作围堰准备：根据钢管桩围堰设计要求，材料进场后，在加工场先分别将1根12m长φ630×8mm螺旋缝管和1根12m长的I12工字钢及2根12m长的L63×6mm等边角钢在加工场焊接成整体：工字钢焊接在钢管右侧（左侧），工字钢与钢管之间每隔20cm间断焊，形成阳榫；2条等边角钢焊接在钢管左侧（右侧），角钢与钢管之间满焊，并在角钢外侧每隔80cm设加强板，加强板与钢管及角钢之间焊接，形成阴榫；为方便震动锤能夹住钢管，在钢管上下口安装衬板，衬板采用δ25mm钢板焊接在钢管内侧；另外根据设计要求，在加工场将2根32的工字钢焊接成整体作为圈梁，在现场分节整体吊装。对各种材料进行外观和材质检验，对焊接部位，进行焊接检验。合格后运至现场使用。工作面准备：部分基坑开挖深度大于5m，围堰打设前，先将原地面挖除1m左右，并整平压实，使围堰打入后堰顶能露出地面。并完成基坑周围排水系统施工。4.2打桩机选择根据现场土层条件和地形，选择60KW震动锤，震动力250KN、偏心力矩370N.m、震动锤质量2.5t；选择50t履带吊与震动锤组成打桩机。4.3钢管桩插打钢管桩采用单独打入法，从围堰的一角开始，逐组打设，直至合龙，先用履带吊将钢板桩吊至插桩点处进行插桩（原地面不平或承台埋深超过3m时，插桩前先用挖掘机将原地面挖除至设计要求的高度），插桩时锁口要对准，每插入一组即套上桩帽轻轻加以锤击。在打桩过程中，为保证钢板桩垂直度，用全站仪在两个方向加以控制，为防止锁口中心线平面位移，可在打桩进行方向的钢板桩锁口处设卡板，防止板桩位移。钢板桩一次打入至设计深度。打桩时，开始打设的第一、二组的打入位置和方向要确保精度，他可以起到样板导向作用，一般每打入1m测量一次。本次设计的围堰各边设计长度刚好是排桩标准长度的倍数，但由于排桩制作和打设有误差，会给围堰的最终封闭合龙带来困难。围堰转角和合龙施工时可采用骑缝搭接法处理：利用选用的钢管或槽钢作为闭合板桩，打设于围堰的闭合处，闭合板桩打设于挡土一侧。打桩时可能出现问题处理：A、阻力过大不易贯入：主要原因一方面是土层对桩的阻力过大，另一方面是桩连接锁口锈蚀、变形，入土阻力大。对第一种情况，可伴以高压冲水或改以振动法沉桩，不要用锤硬打；对第二种情况，宜加以除绣、矫正，在锁口内涂油脂，以减少阻力。B、打设时向前进方向倾斜，在软土中打桩，由于锁口处阻力大于板桩与土体间的阻力，使板桩易向前进方向倾斜。纠正方法是用卷扬机和钢丝绳将板桩反向拉住后再锤击，或用特制的楔形桩进行纠正。C、打设时将相临板带入：在软土中打设时，如遇到不明障碍物或板桩倾斜时，板桩阻力增大，会把相临板桩带入。处理方法是：在锁口处涂以黄油减少阻力。4.4顶部水平支撑安装及基坑开挖钢管桩打设完毕后，先采用开挖基坑1m左右，停止开挖，清理干净围堰内壁，现场焊接牛腿，牛腿采用[20槽钢做支腿、25mm钢板做面板，牛腿焊接好后，用25吊车安装圈梁和水平支撑，圈梁与钢管桩之间及水平支撑与圈梁之间的空隙采用木方楔子打入，使之紧密。检查支撑和圈梁牢固后再继续基坑开挖。由于水平支撑和基坑深度的影响，挖掘机进行基坑开挖时无法完全挖至坑底，挖掘机无法开挖的基坑土方采用人工配合开挖，采用自制提升吊斗提升至地面后清运。4.5承台及墩身施工由于钢管桩锁口空隙较大，需采用橡胶条进行止水，以确保围堰防水效果，为确保承台干施工，围堰内基坑开挖完毕，在坑底四周开挖排水沟和降水抽水坑，用1台污水泵抽水。由于围堰水平支撑影响，承台模板分节吊装入坑安装成整体，承台模板外侧采用方木水平支撑于钢管桩围堰上。钢筋网片在模板内绑扎成型，上层钢筋网片采用扁担方式吊装于围堰水平支撑上，同时作为混凝土施工时的工作平台。承台施工完成后，回填基坑至承台顶面，使围堰悬空高度小