承台钢管桩支护

承台开挖基坑钢管桩支护计算书
1 工程概况
秦淮河特大桥56#墩位于原芦苇塘中，实测地面标高+5.889m，承台底标高+2.024m，开挖深度为3.865m。

实际开挖地层以流塑淤泥为主，地下水位高度以地面以下1m考虑。

如图1所示。

考虑到承台施工的作业空间，钢管桩围堰尺寸每边比承台大1.5m左右，同时考虑钢管桩施工。

承台平面尺寸为8.9m×13.4m，则钢管桩围堰平面尺寸为12m×16.5m。

2 受力计算
2.1 计算模型
因基坑开挖深度近4m，在顶部设一道支撑，按单桩浅埋板建模计算。

计算模型如图2所示。

图2 计算图示
按单锚浅埋板进行验算，假定上端为简支，下端为自由支撑，相当于支护钢管桩为单跨简支梁，力学模型如图3所示：
图3 力学计算模型
基坑深度3.865m，上层淤泥质粘土层厚1m，
3
==?
g f
kN m c kPa
18/,8,13
地下水面以下为淤泥质粘土层，则
3
'8/,8,13kN m c
kPa g f ==?
选用Φ530mm δ10mm 钢管桩34
4168.83,55237.05W cm Ix cm ==
2.2 管桩入土深度计算
根据已知条件，计算结果如下：
2
2
2
2
2
10.672.86521 2.43250.522(2.865)
31 2.910.673
1 3.8650.5
2 3.8650.6781181
(45)/2 6.8a
282181(45)(2.865
)13.6(2.865)a 2
838(2.865)(45)2
H a h
H a h h H a h
H p h H p h Ea tg kP Ea tg h h kP Ea h tg =+=+==++=+
=+=+=+°=创?
=°=创??=+°=?窗-2
2
2
2
/23(2.865)a
81213(45)29.9a
28218(45)/211.9a
2
h kP Ep tg h hkP Ep h
tg h kP =+°=创?
?°=创?=
主动土压力和被动土压力对A 点的力矩为：
2
2
3
2
2
1122
33
6.80.67
13.6(2.865)(2.43250.5)3(2.865)(2.910.67)
123.214474.7376613.54910.671122
29.9(3.865
0.5)11.9(3.865
0.67)
115.563560.9435M a Ea H a Ea H a Ea H a h h h h h h h M p Ep H p Ep H p h h h h h h =?? =?+++++=+++=? =?+?=+37.9731.165h M a M p h
m
+=?
即钢管桩入土深度大于1.165m 时即可维持稳定，为保证安全，取安全系数为2，即钢管桩入土深度为2.33m ，选钢管桩长6.5m 。

2
2
2
2
2
2
2
2
81181
(45)/2 6.8a
282181(45)(2.865
)13.6(2.865)a=54.8a 2
838(2.865)(45)/23(2.865)a=48.72a
2
81213(45)29.9a=34.83a
2218(45Ea tg kP Ea tg h h kP kP Ea h tg h kP kP Ep tg h hkP kP Ep h
tg °=创?
=°=创??=+°=?窗-=+°=创?
?=创?2
8)/211.9a=16.15a
2
h kP kP °=
2.3 管桩截面验算
将钢管桩视为上端简支，下端自由支撑的单跨简支梁，根据以上
计算结果建模如下：
图4
建模图
图5 剪力图
图6 弯矩图
可知：最大弯矩Mmax=101.88k N ·m ，最大剪力为71.4kN 。

因此需要截面为
34
3
33
6
max 101.8810
9.4810
9484168.632150.510
M W m
cm cm
s
-´=
=
=?<创故满足使用要求。

2.4 围囹支撑计算
因开挖深度不大，故只在顶部设一道支撑。

支撑平面图和立面图如图7、图8所示。

图7 钢管桩支护立面图（单位：m）
图8 钢管桩支护平面图（单位：m）
支撑反力
=??++-+=
R Ea Ep kPa
(6.854.848.72)(34.8316.15)59.34
则围囹和对撑计算建模如图9
计算结果如图10、图11、图12所示
图10 轴力图（kN）
图11 剪力图（kN）
图12 弯矩图（k N·m）
由上述可知，围囹最大轴力Nmax=316.26kN ，最大弯矩Mmax=253.24k N ·m ，最大剪力为Vmax=209.46kN 。

斜撑最大轴力Nmax=214.19kN ，最大弯矩Mmax=65.55k N ·m ，对撑最大轴力Nmax=173.3k N ·m 。

2.4.1 围囹计算
3
3
3
3
62
3
3
6m ax 253.2410 1.74610
174614510
I36a 875,30.7,10A=152.6cm
209.46101=
34.1[]8530710
2316.2610=2.14010
M W m
cm
Ix cm m m Sx
Sx M Pa M Pa Ix s
d t t d
s
-´=
=
=?´==状=
?<=状´=
´3
所需截面选用双工字钢，单工字钢W=cm ，V 则剪应力N
两道斜撑中间段围囹轴应力A=-322
25910m =22.59cm
I36a ´故选用双工字钢作为围囹满足受力要求。

2.4.2 斜撑计算
3
3
2
2
63
4
33
6
2
3
6
2
3
m ax 214.1910 A 1.5310
15.31401065.5510 4.510
45014510
I32a ,67214.191065.5510126.7[]1406710
69210
N m
cm m
cm
A cm M M Pa M Pa
W
s
s
s --´=
==?´´=
=?´=创+=
+
=<=创3
斜撑主要承受轴力作用，所需截面积M 所需抗弯截面W=
选用工字钢，W=692cm N A 故I32a 选用工字钢作为斜撑满足受力要求。

2.4.3 对撑计算
3
3
2
2
62
m ax 173.310 A 1.2410
12.414010
529m m 10m m 163N m
cm
A cm s
f d -´=
=
=?´=对撑主要承受轴力作用，所需截面积选用螺旋钢管桩，故能满足要求
经过检算，采用选用WRS9型冷弯钢管桩，单块宽度75cm ，单根长度6.5m ，入基坑底深度不少于2.4m 即能保持稳定。

顶部设一道双I36a 工字钢围囹，四角设一道斜撑，斜撑采用单I32a 工字钢，与围囹焊接连接。

对撑两道，采用Φ530mm δ10mm 螺旋钢管桩。

钢管桩与围囹工字钢卡接。

南京南站站前及相关工程
NJZQ-1
（仙西联络线秦淮河特大桥）
跨秦淮河特大桥
软弱地层段承台基坑开挖支护方案
文件编号：NJZQ-5-01
版本号：
修改状态：
编制：
审核：
批准：
有效状态：
中铁四局南京南站站前工程
项目经理部五队
二00八年九月五日
跨秦淮河特大桥软弱地质段承台开挖支护方案
1编制依据及说明
1.1编制依据
⑴《客运专线铁路桥涵工程施工质量验收暂行标准》（铁建设[2005]160号）
⑵《铁路混凝土工程施工质量验收补充标准》（铁建设[2005]160号）
⑶《客运专线铁路桥涵工程施工技术指南》；
⑷《客运专线铁路混凝土工程施工技术指南》（TZ210-2005）；
⑸南京南站秦淮河特大桥设计图纸和施工现场实际情况。

1.2编制说明
本方案是针对秦淮河特大桥56#承台基坑开挖编制的支护方案。

适用于地质条件类似的承台开挖支护。

2工程概况
秦淮河特大桥为仙西联络线的重要组成部分，为双线桥。

红线宽度20.6m。

其中56#墩承台尺寸为8.9m×13.4m×3m，整个承台10根钻孔桩，钻孔桩从2008年7月6日（56#-10）开始施工，2008年8月22日（56#-7）结束，拟定2008年8月28日开挖。

地面实测高程+5.5m，回填厚度约为1.3m。

3 方案拟定
根据实地调查，承台处地质以淤泥质粉质粘土为主，饱和流塑，直接开挖不能成型。

加之距红线只有3.6m的距离，为保证基坑开挖以及承台施工安全，和不侵占红线外土地，采取支护开挖的方式。

支护用管桩材料考虑的是槽钢与钢板桩，因槽钢桩刚度较差，施工时垂直度难控制，容易出现扭曲变形的情况，故采用钢板桩支护材料。

后因钢板桩材料一次性投入较大，故采用既有材料螺旋钢管桩支护。

支护尺寸每边比承台大1.55m。

经过检算，选用6.5m长钢管桩进行基坑支护，入基坑底深度不
小于2.4m ，顶部设一道双I36a 工字钢围囹，围囹与钢管桩围堰采用托架放置。

围囹之间采用搭接焊连接。

四角设一道I36a 工字钢斜撑，与围囹焊接连接。

中间设两道Φ529mm δ10mm 螺旋钢管桩。

钢管桩与围囹工字钢卡接，此种方式能满足施工需要。

结合实际螺旋钢管桩长度为12m 的情况，实际采用长度为8m ，入土深度约4m 。

基坑支护如图1，图2示意。

4
围囹托架
双I 36a 工字钢围囹?530m m 螺旋钢管桩对撑
连接软管
排水管接至真空泵
井点降水管，伸至承台底1.5m 以上
5
1.5
1.5
承台底标高+2.024m
螺旋钢管桩@0.8m 桩长8m
地面标高+5.824m
钢管桩顶标高+6.024m
钢管桩底标高-1.976m
4
12
图1钢管桩支护立面图（单位：m ）
轻型井点降水管@1.5m
0.8×20=16m
0.8×15=12m
真空泵3
真空泵2
真空泵1
便道
对拉索
12
16.5
6
5
10
9
7
8
14
23
2.5
3.5
4.5
2.5
3.5
6.5
2.75
2.75
图2 钢管桩支护平面图（单位：m ）
4 方案实施
4.1 施工准备工作
4.1.1 场地清理
为减小土对钢管桩的侧压力，基坑开挖之前，清除原回填杂填土平台土，露出原地面，并做好地面排水沟，防止积水。

4.1.2 测量定位
根据拟定的方案，放出支护轮廓，定位四个拐角。

考虑到基坑内模板安装空间需要以及钢管桩尺寸，56#承台支护尺寸为12m（顺桥向）×16.5m（横桥向）。

如图3所示。

图3 基坑轮廓线放样示意图
4.1.3 施工材料
基坑支护用材料含钢管桩，围囹工字钢、斜撑工字钢以及对撑螺旋钢管桩。

所用材料数量如表1所示：
4.1.4 施工机具
钢管桩下沉采用振动锤沉入，利用现场既有的50t履带吊和DZ60柴油振动锤沉入，电焊机2台。

4.2 钢管桩支护
4.2.1钢管桩沉入
为保证钢管桩打设精度，在平整好的地面上用白灰线撒出基坑支护轮廓线，标出桩位，然后逐根打入。

因本处地质软弱，可先插入3m左右，调直，回过头重新打入，一次压到设计标高。

4.2.3 便道侧加固
因红线宽度窄，基坑开挖时便道不采取支护只能中断。

因此在便道另一侧打设3根钢管桩，深度与支护钢管桩相同，焊接双I36a工字钢将便道两侧的钢管桩各自连成整体，然后采用钢丝绳对拉锁定。

钢管桩与工字钢之间的空隙采用钢板填塞，确保力的传递。

5 井点降水
本地段地下水丰富，地质为淤泥和淤泥质粉质粘土，遇水即液化，流动性强，易从钢管桩之间到空隙涌入基坑，故采取轻型井点降水阻挡外部水进入基坑。

轻型井点降水布设2圈，外圈布设在距钢管桩支护3m处的外围，起阻挡水流的作用，内圈布设在钢管桩之间，起降低基坑底水流的作用。

降水管长6m，埋入基坑底约2m。

采用射水法埋设，降水管底部采用木塞封堵，顶部采用透明塑料管与主管连接，做好密封，接至真空泵处，真空压力-0.6MPa。

降水起效果的时间不定，可多次试开挖确定能否开挖成功。

6 基坑开挖
支护完毕，进行基坑开挖。

用长臂挖掘机开挖，基坑拐角不便于机械操作的，人工清理。

基坑底拐角设置积水坑，及时抽排积水。

7 封底
基坑开挖完毕，为防止涌砂和便于操作，视基底的土层情况，施作0.5～1m的C20混凝土封底。

8 安全保护措施
基坑开挖涉及到机械吊装、电焊作业、氧焊作业、基底清理等，必须遵守相应的操作规程以及安全防护措施。

如机械吊装必须有专人指挥；电焊机用电作业，必须做到一机一闸一漏保，并且做到机身接地，规范佩戴劳保用品，作业人员持证上岗；氧焊作业保证氧气乙炔瓶的安全距离大于5m，并配备有效的压力表及回火装置，氧气瓶斜放45°，乙炔瓶立放，并都有覆盖防止阳光暴晒，作业人员持证上岗；基底清理人员必须规范佩戴安全帽，并在基坑内至少设置两处稳固的爬梯，爬梯采用刚度较大的方木或者Φ20以上的粗钢筋制作，便于意外情况发生时逃生。

基坑开挖之后，在基坑四周用钢管进行维护，立杆高出地面1.2m，挂密目安全网，并挂醒目的安全警示标志。

非基坑作业人员不要靠近。

基坑挖土方及时运至距离基坑边5m以外，防止坍方。

基坑开挖后严禁泡水，在基坑底设集水坑及时抽排。

对容易出现问题的钢管桩稳定性进行观测，在钢管桩外侧相对稳定的地方设置观测桩，采用相对距离法观测位移情况，每天测定一次。

发现钢管桩有较大变形时及时通知现场管理人员，采取加固处理措施。

9 环保措施
由于承台位于国家农田保护区，基坑开挖最大的环保问题就是开挖弃土以及机械油品渗漏。

严禁就地弃土，应及时用封闭车将土方运至弃土场。

机械注意保养，避免油品渗漏事故发生。

10 附件《承台开挖基坑钢管桩支护计算书》。