承台基坑开挖钢板桩围堰施工方案

承台基坑开挖钢板桩围堰施工方案

厦门市环XX域XX大桥工程

XX大桥承台基坑开挖

钢板桩围堰专项施工方案

、

厦门市环XX域XX大桥项目经理部 2010年12月28日

目录

1、编制依据 (2)

2、工程概况 (2)

2.1、工程简介 (2)

2.2、承台、桥台、桥墩尺寸变化情况 .. 2

2.3、地质情况 (3)

(5)

2.2、施打钢板桩 (7)

2.3、基坑开挖 (9)

2.4、混凝土封底垫层施工 (9)

2.5、钢板桩内支撑加固 (9)

2.6、钢护筒割除、桩头处理 (11)

4、钢板桩支护计算 (11)

4.1、钢板桩围堰设计的总体思路 (11)

4.2、设计资料 (12)

4.3、荷载计算 (14)

4.4、钢板桩受力验算 (17)

4.5、内支撑体系计算 (23)

4.6、基坑底部的隆起验算 (26)

4.7、基坑底管涌验算 (27)

4.8、坑底渗水量计算 (27)

5、基坑开挖测量与监控 (28)

5.1、基坑监测变形一览表 (28)

5.2工艺原理 (28)

5.3监测频率 (28)

5.4监控预警指标 (29)

6、质量保证措施 (30)

6.1、建立质量管理保证体系 (30)

6.2、质量保证措施 (30)

7、安全保证措施及安全应预案 (33)

7.1、生产安全管理措施 (33)

7.2、安全保证措施 (34)

7.3、安全预防措施 (34)

7.4、安全应急预案 (35)

8、文明施工措施 (41)

8.1、本工程施工期间内文明生产目标 . 41

8.2、文明施工保证措施 (42)

8.3、环境保护措施 (42)

XX大桥承台基坑开挖

钢板桩围堰专项施工方案

1、编制依据

1、厦门市市政工程设计院：《XX大桥工程施工图设计文件汇编[01 桥梁工程]》。

2、桂林水文工程地质勘察院：《厦门市XX区XX大桥场地工程地质勘察报告》。

3、中华人民共和国交通部标准《公路桥涵施工技术规范》JTG/T F50-2011。

4、中华人民共和国交通部标准《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》JTJ025-86。

5、中华人民共和国标准《钢结构设计规范》GB50017-2003。

6、《建筑基坑支护技术规程》（JGJ 120-99）

7、《给水排水工程钢筋混凝土沉井结构设计规程》（CECS 137 2002）

8、《厦门深基坑支护工程技术管理规定》（1997.9.1）

9、福建省关于《危险性较大的分部分项工程安全管理办法》

10、《路桥施工计算手册》周水兴等编著

2、工程概况

2.1、工程简介

XX大桥工程位于XX区与XX区之间的丙洲海域上。连接西柯镇和丙洲岛。起点位于西柯街与滨海旅游路交叉口东侧，距离交叉点35m处，终点位于K0+395.4与丙洲岛现状道路衔接，线路长351.71米。

本项目设计标准为城市Ⅰ级次干路，道路红线宽28m，双向四车道。建设内容包括桥梁及引道、景观、交通、照明等工程。

XX大桥主桥上部结构为45+60+45m预应力混凝土连续刚构箱梁，均为单箱双室，桥面宽28m，桥梁采用南北双幅桥，中间采用现浇带连接。

2.2、承台、桥台、桥墩尺寸变化情况

XX大桥桥墩采用矩形板式墩墩身厚度1.2m，横向与箱梁底板同为6.93m，桥墩承台厚2.2m，基础采用桩径1.5m的钻孔灌注桩，每墩共2×4根桩（南北幅桥合计），桥

台承台厚2m，基础采用桩径1.2m的钻孔灌注桩，每墩共2×6根桩（南北幅桥合计）。

XX大桥南北幅共有承台(桥台)8座，墩身4座，U型桥台4座。墩柱、桥台和承台类型表：

2.3、地质情况

据区域地质资料显示，该场区没有活动性断裂通过，一些老断裂面已强烈风化。从区域构造看，主要常受北东向断裂带次级断裂影响，近年来的研究表明，这些断裂自晚更新世以来，活动性明显减弱，已趋稳定状态，拟建场地属构造稳定地块。

经钻探揭露，场地内岩土层自上而下依次分别为：素填土（Ｑ

4

ml）、填石（Ｑ

4

ml）粗

砂（Ｑ

4

al+pl）、全风化凝灰岩（J

3n

b）、散体状强风化凝灰岩（J

3n

b）、碎裂状强风化凝灰岩

（J

3n

b）、中风化凝灰岩（J

3n

b），现将各岩土层特征分述如下：

1、素填土①：位于场地表层，各孔均有分布，厚度为2.10～6.40m，灰色，松散～稍密状，稍湿。填料为粘性土含碎石或填砂组成，碎石含量约占10-40%，分布不均匀，填砂为中粗砂，填土时间小于5年，土质欠均匀，工程性能差。素填土①选择碎石少的地段做标准贯入试验26次，杆长校正后锤击数平均值N=8.06击，标准值N=6.96击。

作重型击实实验3组平均值：最大干密度1.53g/cm3，最优含水量19.17%。根据《公路工程地质勘察规范》（JTJ064-98），土、石工程分级为Ⅰ级松土。

2、填石①-2：ZK1、ZK2、ZK5、ZK7、ZK8号孔有分布，顶板埋深2.10～4.80m厚度 2.10 ～5.40m。填石为中风化花岗岩块石，块石大小不一，呈棱角状，工程性能较好。

3、粗砂②：各孔均有分布，层位稳定，层顶埋深4.30～9.20m，揭露厚度3.40～7.10m，属冲洪积成因。呈黄褐色，饱和，中密状，主要由砾石、砂粒、粉粘粒组成，＞0.5mm颗粒＞50 %，砾石及砂粒成份以石英为主，呈亚圆形状，分选性差。该层做标准贯入试验32次，杆长校正后锤击数平均值N=18.10击，标准值N=16.77击。土质结构较均匀，工程性能好。根据《公路工程地质勘察规范》（JTJ064-98），土、石工程分级为Ⅰ级松土。

4、全风化凝灰岩③：位于ZK1～ZK8号孔粗砂②层之下，层位稳定，层顶埋深从10.30～14.00 m，厚度从2.60～5.20m。红褐色，灰绿色，岩石风化强烈，原岩结构可辩，在水平上风化程度变化不大，在垂向上则随深度增加逐渐减弱，强度逐渐增高的趋势。土质较均匀，工程性能好。该层做标准贯入试验12次，杆长校正后锤击数平均值N=29.79击，标准值N=27.47击。根据《公路工程地质勘察规范》（JTJ064-98），土、石工程分级为Ⅲ级硬土。

5、散体状强风化凝灰岩④：位于全风化凝灰岩③之下，层位稳定，层顶埋深及厚度变化较大，埋深从13.60～18.90m，厚度从2.00～4.10m不等。呈灰绿色，由粒径小于2毫米的晶屑、岩屑及玻屑组成。岩石风化强烈，节理、裂隙发育，岩体完整性差，散体状，工程性能良好。该层做标准贯入试验7次，经杆长校正后锤击数平均值N=47.93击，标准值N=43.20击。岩石按坚硬程度属较软岩，岩体完整程度属极破碎，岩体基本质量等级属Ⅴ类。根据《公路工程地质勘察规范》（JTJ064-98），土、石工程分级为Ⅳ软石。

6、碎裂状强风化凝灰岩⑤：分布于ZK1～ZK7号孔散体状强风化凝灰岩④之下，层位较稳定，层顶埋深及厚度变化较大，埋深从16.60～21.40m，厚度从1.20～6.20m不

等。呈灰绿色，由粒径小于2毫米的晶屑、岩屑及玻屑组成。岩石风化强烈，节理、裂隙发育，岩体完整性差，碎裂状。该层做点荷载试验7组（共89块），换算后抗压强度范围值为9.90～15.70MPa。岩石按坚硬程度属较软岩，岩体完整程度属极破碎，岩体基本质量等级属Ⅴ类。强度由上而下逐渐增大，工程性能良好。根据《公路工程地质勘察规范》（JTJ064-98），土、石工程分级为Ⅳ软石。

7、中风化凝灰岩⑥：于ZK1～ZK8号孔有分布，层位稳定，层顶埋深及厚度变化较大，埋深从17.80～26.50m，各孔均未揭穿该层，揭露厚度10.20～11.50m。灰黄、浅灰色，主要由粒径小于2毫米的晶屑、岩屑及玻屑组成。隐晶质结构，块状构造，节理、裂隙较发育，岩体较完整， RQD=40～60%。岩石单轴抗压强度试验8组，换算后单轴抗压强度范围值为31.8～59.3MPa。岩石坚硬程度属较硬岩，岩体完整程度属较完整，岩体基本质量等级属Ⅲ类。根据《公路工程地质勘察规范》（JTJ064-98），土、石工程分级为Ⅴ级次坚石。力学强度高，工程性能良好。

P0#-P3#墩地质剖面图

3、承台基坑施工方案

2.1、施工工艺框图

施工准备 商品砼搅拆模 承台开挖边凿桩头，浇筑封底

施打钢板桩 绑扎钢筋 支立模板

浇筑混凝土 养生

钢筋制作

原材测量监监理见

超声监理监理

测量放通知监理养生

承台开挖 钢板桩内支

2.2、施打钢板桩

本工程承台采用围堰施工，根据施工前河底扫描测量，河底标高为-3.23～-2m,实际便道的填筑高度为2～4m，为了方便承台施工，在承台四周采用了隔水效果较好的粘土填筑，平台顶标高为0.00m，填筑边坡坡度为1:1.5（靠水体侧），围堰要作为桩基施

工和承台墩身施工平台。

由于水位比较高，开挖深度较大且靠近行车道，侧压力非常大，采用普通的支护方法施工难度很大，基于上述原因，为了加快施工进度，采用钢板桩围堰施工。

根据工程所在地的特点，结合钢板桩的特性，施工方法等方面进行考虑，选用的拉森Ⅳ型钢板桩，拉森Ⅲ型钢板桩宽度适中，抗弯性能好，其主要技术参数为：W=2270cm3，g=76.1kg/m，依地质资料及作业条件决定选用钢板桩长度12m长钢板桩。

拉森Ⅳ型钢板桩咬合示意图

钢板桩施打采用履带吊加振动锤配合施工，振动锤采用DZ45型。钢板桩围堰施工顺序为：场地平整～打钢板桩～基坑开挖～内支撑加固～封底～加强监测～承台施工～拔钢板桩。

根据墩位的地质情况对承台钢板桩围堰施工进行设计，以满足以下施工要求：

（1）、钢板桩顶标高控制在回填场地标高处（约+0.00m），钢板桩长约12米。采用

验收

拔除钢板

环形锁口，其强度、刚度满足施工施打和承受土压力要求。

（2）、钢板桩的机械性能和尺寸应符合规定要求。经过整修或焊接后的钢板桩，应用同类型的钢板桩进行锁口试验、检查。

（3）、钢板桩堆存、搬运、起吊时，应防止因自重而引起的变形及锁口损坏。

施打钢板桩时，应注意如下事项：

（1)、在施打钢板桩前，应在围堰东西侧一定距离设置全站仪观测点，用以控制围堰长、短边方向的钢板桩的施打定位。钢板桩围堰按承台尺寸每侧各加 1.0m（模板支撑及作业空间）计。

（2)、钢板桩的锁口应用止水材料捻缝，以防漏水。

（3)、应制作一个导向架作为施打钢板桩的导向设备，以保证钢板桩的垂直度和正位率。

（4)、施打时宜先将钢板桩逐根或逐组施打到稳定深度，然后依次施打至设计深度。

（5)、接长的钢板桩，其相邻两钢板桩的接头位置应上下错开。

（6)、施打时，应随时检查其位置是否正确，桩身是否垂直，不符合要求时应立即纠正或拔起重新施打。

钢板桩的施工中遇到的问题及处理：

由于河床地质结构复杂，钢板桩打拔施工中常遇到一些难题，常采用如下几点办法解决：

(1)桩过程中有时遇上大的块石或其它不明障碍物，导致钢板桩打入深度不够，采用转角桩或弧形桩绕过障碍物。

(2)钢板桩杂填土地段挤进过程中受到石块等侧向挤压作用力大小不同容易发生偏斜，采取以下措施进行纠偏：在发生偏斜位置将钢板桩往上拔l.0m～2.0m，再往下锤进，如此上下往复振拔数次，可使大的块石被振碎或使其发生位移，让钢板桩的位置得到纠正，减少钢板桩的倾斜度。

（3）钢板桩沿轴线倾斜度较大时，采用异形桩来纠正，异形桩一般为上宽下窄和宽度大于或小于标准宽度的板桩，异形桩可根据据实际倾斜度进行焊接加工；倾斜度

较小时也可以用卷扬机或葫芦和钢索将桩反向拉住再锤击。

（4）在基础较软处，有时发生施工当时将邻桩带入现象，采用的措施是把相邻的数根桩焊接在一起，并且在施打当桩的连接锁口上涂以黄油等润滑济减少阻力。

2.3、基坑开挖

1）当一个墩位桩基施工完成后，对基坑进行放样后施打钢板桩，然后进行开挖；

2）开挖采用长臂挖掘机挖土，自卸车运土的方式进行；

3）基坑开挖时应有专人进行指挥，开挖时应注意控制标高，挖到设计标高以下30cm 左右停止开挖，如果河床淤泥层较厚，需要换填一部分砂；

4）基坑开挖应从上往下分层进行，严禁自下而上或采取倒悬的开挖方法；

5）基坑开挖中，在坑底基础范围之外设置集水坑并沿坑底周围开挖排水沟，使水流入集水坑内，通过水泵抽水出基坑，必要时配备长臂挖掘机清除围堰内泥沙。

6)基坑开挖后，应安排人员进行桩头凿除和清理，保证桩头无松散的混凝土。凿好桩头后，及时安排人员对声测管进行清理，保证声测管的清洁，提高声测效果和质量，并安排检测单位对桩基进行超声波检测。

2.4、混凝土封底垫层施工

钢板桩围堰砼封底垫层厚0.3~0.5m ，采用C25砼，砼配合比应满足泵送，早强，坍落度18-22cm，粗骨料最大粒径不大于40mm等的要求。砼顶面标高为即承台底标高，浇筑后砼面应找平。30cm厚封底砼作为钢板桩的下支点固定钢板桩，相当于一个地梁，承受下支点的水平推力。

2.5、钢板桩内支撑加固

钢板桩围檩2I36b工字钢

钢板桩内支撑1050950

钢板桩围檩2I36b工字钢

200

200

200

200

178

200

200

78

200200

850

750

钢板桩

2I36b工字钢

钢板桩内支撑2I36b工字钢

钢板桩内支撑2I36b工字钢

钢板桩围堰平面图

承台顶标高-4.361m

土工麻袋护坡

便道标高+0.00m 常水位-0.7m

承台底标高-6.561m

施工围挡

道路标高+4.50m

承台顶标高-4.448m

承台底标高-6.648m

北侧

南侧

北幅P1承台

南幅P1承台

30cm厚C25封底砼

30cm厚C25封底砼

便道标高+0.00m

1：1刷坡并做好防护

钢板桩钢板桩

钢板桩

钢板桩

220

200

450

>3m

钢板桩围檩2I36b工字钢

1050

1050850

850

220

入土深度

200

入土深度

钢板桩围檩2I36b工字钢

钢板桩内支撑钢板桩内支撑456.1

464.8

2I36b工字钢

2I36b工字钢

钢板桩围堰立面图

围堰钢板桩施工完毕，封底完成后，开始对钢板桩进行加固：

1)、沿钢板桩内侧四周设一道围檩，围檩采用2I36b 工字钢，距承台底4.56m ，连

成整体，以共同抵抗水平推力和位移。

2)、采用2I36b工字钢设置内支撑，设置的位置不能影响承台后续施工，间距长边为2m×2+1.78m+2m×2，短边为2m×2+0.78m+2m×2。

3）、采用2[20槽钢设一些角撑以满足整体支撑和稳定要求。

2.6、钢护筒割除、桩头处理

测量放出桩顶高程，放出钢护筒的切割线，切割完的钢护筒利用履带吊吊出围堰外。钢护筒割除完毕，桩头高于设计标高的混凝土用风镐凿除，凿除的砼残渣转运至指定弃渣地点。

桩头处理好后，将桩头钢筋除锈，调理顺直并弯至设计角度，然后绑扎承台钢筋。

4、钢板桩支护计算

4.1、钢板桩围堰设计的总体思路

由于南幅P1承台开挖深度最大且靠近道路侧，是开挖最不利的承台，故取南幅P1承台基坑钢板桩围堰进行计算。南幅P1承台尺寸为8.5m×7.5m×2.2m，围堰各边沿承台外侧1m线性布置。钢板桩选用桩长12m、宽度0.4m的拉森Ⅳ型钢板桩，其主要技术参数为：I=38600cm4/m，W=2270cm3/m，Q=76.1kg/m。在开挖工程中内支撑可临时固定在钢护筒上，并在护筒割除时及时转换。考虑到基坑深度较大，地下水系丰富，需进行水下混凝土封底，封底厚度为0.3~0.5米。

开挖过程及时对钢板桩进行加固，设置一道内支撑：

（1)、沿钢板桩内侧四周设一道围檩，围檩采用2I36b工字钢，距基坑底4.561m，连成整体，以共同抵抗水平推力和位移。

（2)、内支撑及角撑采用2I36b工字钢，设置的位置不能影响承台后续施工，间距长边为2m×2+1.78m+2m×2，短边为2m×2+0.78m+2m×2。

（3）、可采用2[20槽钢增设一些临时支撑以满足体系稳定要求。

钢板桩围堰在钻孔灌注桩施工完后进行，围堰不作为承重结构，只承受动土压力、

静水压力。

4.2、设计资料

（1）钢板桩顶高程：+0.00m 施工水位：-0.70m （2）开挖底面标高：-6.861m

南侧开挖深度：11.361m ，东、西、北侧开挖深度6.861m。

承台顶标高-4.361m

承台底标高-6.561m

道路标高+4.50m

南幅P1承台

30cm厚C25封底砼

便道标高+0.00m

钢板桩

2

2

2

4

5

1050

850

入

土

深

度

常水位-0.7m

q=30KN/m2

q=20KN/m2

北侧南侧

4

5

6

.

1

钢板桩围堰立面示意图

（3）素填土的容重加全平均值γ：18KN/m3（路桥施工常用数据手册P355页）。

内摩擦角加全平均值Ф：30°（路桥施工计算手册P108页）。

粘聚力加全平均值c：5；孔隙比e：0.75。（路桥施工常用数据手册P355页）。

开挖地质断面图

（4）地面超载南侧q：30.0KN/m2，东、西、北侧q：20.0KN/m2

（5）基坑开挖长a=10.5m 基坑开挖宽b=9.5m

（6）选用拉森Ⅳ型钢板桩，其主要技术参数为：I=38600cm4/m，W=2270cm3/m，Q=76.1kg/m。

[20a截面特性：

Iy=128cm4 Wy=24.2cm3 A=28.83cm2

I/S=17.0cm δ=0.7cm

工字钢I36b截面特性：

Ix=16574cm4 Wx=920.8cm3

A=83.64cm2 W=65.66kg/m

I/S=30.62cm δ=1.2cm

4.3、荷载计算

（1）作用于板桩上的土压力强度及压力分布图

主动土压力系数：ka=tg2(45°-φ/2)=tg2(45-30/2)=0.333

被动土压力系数：kp=tg2(45°+φ/2)=tg2(45+30/2)=3

南侧土压力：

钢板桩外侧均布荷载换算填土高度h土

h土=q/γ=30.0/18=1.67m

桩顶以上土压力强度Pa1

Pa1=γ×h土Ka=18×（1.67+4.5）×0.333=36.98KN/m2水位面处土压力强度Pa2

Pa2=γ×(h土+0.7-0)Ka

=18×(1.67+4.5+0.7-0)×0.333=41.18KN/m2

开挖面处土压力强度Pa3 (扣除水浮力影响)

Pa3=γ×(1.67+4.5+0.7-0)+（γ-γw）(0+6.161)Ka

=[18×(1.67+4.5+0.7-0)+(18-10)×(0+6.161)] ×0.333 =57.6KN/m2

开挖面处水压力(围堰抽水后)Pa4：

Pa4=γw×6.161=10×6.161=61.16KN/m2

q=30KN/m2

±0.00m

qa1=36.98KN/m2

qa2=41.18KN/m2

qa3+qa4=118.76KN/m2

-0.70m

钢板桩土压力分布图

东、西、北侧土压力：

钢板桩外侧均布荷载换算填土高度h土

h土=q/γ=20.0/18=1.11m

桩顶以上土压力强度Pa1

Pa1=γ×h土Ka=18×1.11×0.333=6.65KN/m2

水位面处土压力强度Pa2

Pa2=γ×(h土+0.7-0)Ka

=18×(1.11+0.7-0)×0.333=10.85KN/m2

开挖面处土压力强度Pa3 (扣除水浮力影响)

Pa3=γ×(1.11+0.7-0)+（γ-γw）(0+6.161)Ka

=[18×(1.11+0.7-0)+(18-10)×(0+6.161)] ×0.333

=27.26KN/m2

开挖面处水压力(围堰抽水后)Pa4：

Pa4=γw×6.161=10×6.161=61.16KN/m2

q=20KN/m 2

±0.00m qa1=6.65KN/m 2qa2=10.85KN/m 2

qa3+qa4=88.42KN/m 2

-0.70m

钢板桩土压力分布图

(2）计算反弯点位置。

假定钢板桩上土压力为零的点为反弯点，设其位于开挖面以下y 处，则有：

12()pi a k y K H y γγ=+

整理得：

212a pi a

k H y K k γγγ=

-

式中，

1γ，2γ——坑内外土层的容重加权平均值；

H ——基坑开挖深度； Ka ——主动土压力系数；

Kpi ——放大后的被动土压力系数。

南侧反弯点位置：

y= （Pa3+pa4）/(18×3-18×0.333)=2.47m

东、西、北侧反弯点位置：

y= （Pa3+pa4）/(18×3-18×0.333)=1.84m

4.4、钢板桩受力验算

本工程采用拉森Ⅳ型钢板桩，其结构尺寸及截面特性如下：

型号宽度高度厚度断面积每桩单重每米墙身惯性矩截面模数mm mm mm Cm2/m Kg/m Kg/ m2Cm4/m Cm3/m 拉森Ⅳ型400170×215.596.9976.1190.4386002270

（1）钢板桩抗弯强度验算

南侧钢板桩受力验算：

按简支梁计算钢板桩，其受力简图如下图所示。

每片钢板桩承受0.4m范围内的力。

qa1=36.98×0.4=14.79KN/m

qa2=41.18×0.4=16.47KN/m

qa3=57.6×0.4=23.04KN/m

qa4=61.16×0.4=24.46KN/m