顶管工作井支护之钢板桩支护

顶管工作井支护之钢板桩支护
摘要：随着城市经济的发展和人们环保意识到增强，顶管施工以作为一种非开挖敷设地下管道的施工方法被得到普遍采用，其中工作井和接收井构筑也是顶管工程一个关键的环节，采用方法是否得当将直接影响工程成本、进度及安全。

本文主要从钢板桩支护进行工作井支护的各个环节以及安全防护措施等方面作以介绍和总结，并结合邢台希望对今后同类施工有所借鉴。

关键词：顶管工作井钢板桩防护
1 前言
顶进工作井是安放所有顶进设备的场所，也是顶管掘进机或工具管的始发地，同时又是承受主顶油缸反作用力的构筑物。

接收井则是接收顶管掘进机或工具管的场所。

顶进井一般要比接收井坚固、可靠，尺寸也较大。

工作井和接收井形状通常有矩形、圆形、多边形等几种。

工作井位置选择在管道井室位置，便于排水、淤泥、出土和运输，顶管单向顶进时宜设在下游一侧。

2施工工艺
2.1 沿工作井周边线
3.5 m 以内开挖深度2 m(标高:+0.2 m) 的基坑，然后再沿工作井边线向外 1.5 m 打入一周圈12 m 的钢板桩（拉森型）。

2.2 第一层开挖距钢板桩顶2.05 m(标高:-1.85 m) 深进行支护，支护围檩采用单根I450 型工钢，中间支承采用外径500 mm,壁厚8 mm 圆钢管，井字形布置，钢管水平等间距布置。

工钢与钢管之间采用钢板连接。

为增强工钢围檩抗弯强度，在距钢管两端 1.5 m 位置加焊两根水平斜撑。

2.3 第二层开挖距钢板桩顶4.05 m(标高:-
3.85 m) 深进行支护，支护采用钢构框架结构，支护围檩采用两根并列I450 型工钢，其余结构同第一层支撑。

2.4 第三层开挖距钢板桩顶5.358 m(标高:-5.158 m) 深进行支护，支护同第二层。

2.5 最后开挖至标高:-6.758 m(总深8.758 m) 后进行坑底封底，先铺砂砾垫层，再铺C15的砂浆垫层。

在砂浆与钢板桩连接处，用油毡作隔离层，周圈50cm 以内设汇水渠、集水坑。

2.6 钢板桩的拔除
2.6.1 基坑回填后拔除钢板桩，拔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，给已施工的地下结构带来危害，并影响邻近原有建筑物、构筑物或地下管线的安全。

2.6.2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，然后慢慢地往上振拔。

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，再往上拔，如此反复可将桩拔出来。

3 设计计算
由于基坑开挖深，周边土层重度大,粘度小，容易发生隆起现象，且因市场因素，只有12 m 钢板桩，所以采取顶部清除 2 m 杂填土的方法，减少土的重度，和开挖相对深度，以增强开挖土层和钢板桩自身的稳定性。

主动土压力系数Ka=tg2(45°-θ/2)=tg2(45°-14.4°/2)=0.602。

被动土压力系数Kp=tg2(45°+θ/2)=tg2(45°+14.4°/2)=1.66
3.1 钢板桩支撑间距计算
采用拉森—包Ⅳ型钢板桩，其最大应力[б]=200N/mm2 ，W=2410 cm3 ，开挖深度H=6.958 m 。

h1=3 √(6[б]W/γKa)=3.0m
h2=1.11×h1=3.33 m
h3=0.8×h1=2.4m
h4=0.7 ×h1=2.1m支撑按h1=2.05m, h2=2m,
h3=1.31m, h4=1.6m布置。

如图3所示:
3.2 理论入土深度计算
（Kp －Ka）×x2－Ka×H×x－Ka×H×h4=0，1.058×x2－4.19×x－6.7=0，解得x=5.18m
理论入土深度略超过实际深度，但由于材料限制不能再加长板桩长度。

解决方法：边挖进边防护，封底分两次进行，快挖快封，封底砂浆垫层中添加速凝剂，以砂浆加强钢板桩底层的抵抗力。

然后采取注浆施工的办法加强坑底土体的凝结力。

3.3土层稳定性计算
K=2∏C/γH=2×3.14×5.04/17.6×6.958=0.22<1.2
土层不稳定，有可能发生隆起现象。

解决方案：准备松木桩，发现基坑底略有隆起现象，立即沿板桩内侧插打木排桩，以增强土层稳定性，然后采取注浆施工的办法加强坑底土体的凝结力。

3.4 基坑底管涌验算
T=(Kh`γ水－γ`h`)/2γ`K—安全系数=1.5 h`—水头差γ`—土层浮重度
=（1.5×6.3×10－6.64×6.3）/2×6.64 =3.97m<5.7m
不会发生管涌现象。

但砂层可能有地下水渗出，应考虑排水措施及设备。

3.5钢支护计算
3.5.1第一层
（1）土压力计算
均布荷载q =γ×Ka×D(h+hn+1)/2=44KN/m D—支点到桩顶距离
（2）工钢围檩抗弯验算
450型工钢，支撑间距5.2m，以连续梁计算，W=1432933 mm3，最大允许应力[б]=170Mpa。

工钢最大弯矩：
M=KMql2=0.1×44×5.22=119MPa＜[б]=170MPa.KM—连续梁弯矩系数
（3）支护杆计算
支护杆采用直径500mm、壁厚8mm的圆钢管，截面A=3.14×（r12-r22）=24919mm2，长15.3 m，轴向压力N=356.4KN。

长细比λ=15.3×103/500=30.6，柔度=96.1查表得钢管抗压稳定许用应力[б]=98.8MPa。

正截面承载能力计算：Nj= N/A=14.3MPa＜[б]=98.8Mpa
3.5.2 第二层支护与第三层支护相同，现对土压力进行比较
（1）土压力计算：
均布荷载q =γ×Ka×D(h+hn+1)/2
q2=73.2 KN/m < q3=100KN/m 以q3进行检算
（2）工钢围檩抗弯验算
450型工钢，支撑间距5.2m，以连续梁计算，截面模量W=1432.933 cm3，工钢最大允许应力[б]=170MPa.
工钢最大弯矩：M=KMql2/2=0.1×100×5.22 /2=135.2 MPa＜[б]=170 MPa.
（3）支护杆计算
支护杆采用直径500mm、壁厚8mm的圆钢管，截面A=249.19cm2，长15.3 m，轴向压力N=815KN。

正截面承载能力计算Nj= N/A=32.7MPa＜[б]=98.8MPa
4 施工中一些特殊问题的处理
4.1 工作坑开挖至封底深度时，局部出现隆起现象，因隆起过程比较缓慢，并未打入木桩，而是采取边挖边防护、快挖快封，封底分两部分进行，开挖至设计深度时不等隆起现象发生，立即进行封底工作。

4.2 为了便于钢筋混凝土管下放，合理调整支护间距，将第二层支护钢管由上下交错改为平行交错，解决了这一施工相互干扰问题，加快了施工进度。

4.3拔桩时的注意事项。

第一，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。

第二，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黏附性，然后边振边拔。

对较难拔除的板桩可先用柴油锤将桩振下100mm～300mm，再与振动锤交替振打、振拔。

第三，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，连续振动不超过1.5h。

5结束语
钢板桩防护是工作井支护的几种主要方式之一，其达到了安全、快速和经济的效果,并且可以回收再利用，确保了工程的顺利实施和保护邻近构造物的安全。

钢板支护桩应用于市政工程及其他领域施工有其不可取代的位置和内在价值，将其逐渐推广运用。

参考文献
1．余彬泉，陈传灿．顶管施工技术．北京：人民交通出版社，2003&#160;
2．夏明耀，曾进伦．地下工程设计施工手册．北京：中国建筑工业出版社，2001&#160;。