燃气管道支护方案.doc

基坑围护设计方案 第19页

基坑围护设计方案
（专家论证后修改稿）

审 核：
项目负责：
设 计：
校 对：
总工程师：
院 长：
资质证书：
联系电话：
联系地址：

设计单位：XXXXXXXXXXXXX
设计时间：XXX年X月
目 录
前言 1
1围护工程概况 2
2场
.地工程地质条件 3
3围护结构选型 4
4围护结构施工 4
4.1钢板桩施工 4
4.1.1 钢板桩施工的一般要求 5
4.1.2 钢板桩施工的顺序 5
4.1.3 钢板桩的吊装、堆放 5
4.1.4 钢板桩施打 6
4.1.5 钢板桩的拔除 7
4.1.6 钢板桩土孔处理 7
4.2木桩施工 7
5基坑挖土施工 8
5.1 施工作业顺序 8
5.2 挖土施工要求 8
5.3 防渗漏、止水及降、排水措施 9
5.4施工组织注意事项 9
6 基坑监测 10
6.1 监测内容 10
6.2.监测报警值 10
6.3监测要求 11
7 应急预案 11
8围护结构工作量清单 12
9计算书 13
附 围护设计图纸
勘探点平面布置图
钻孔综合地质柱状图
前言
本次围护设计的目的：
1） 基坑开挖施工过程中确保外侧土体不发生滑坡现象。
2） 保证基坑外侧道路及西侧高压燃气管道的安全运行。
3） 保证基坑支护结构安全可靠及土体的整体稳定性，同时确保支护结构在施工期的安全。
本次围护设计工作的主要依据为：
1） 业主提供的管线竣工图；
2） 国家行业标准：《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-2012)；
3） 国家行业标准：《建筑基坑工程监测技术规程》(GB50497-2009)；
4） 浙江省标准：《建筑基坑工程技术规程》（DB33/T1008-2000）；
5） 国家标准：《钢结构设计规范》（GB 50017-2003）
6） 国家标准：《热轧U型钢板桩》（GB/T 20933-2007）
7） 国家标准：《热轧H型钢和部分T型钢》（GB/T 11263-2005）
8） 国家行业标准：《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204—2002）；
9） 国家行业标准：《混凝土结构设计规程》（GB50010-2010）；
10） 国家行业标准：《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB50202—2002）；
11） 行业标准：《钢筋焊接机验收规程》（JGJ 18-2003）
12） 浙江省标准：《建筑地基基础设计规范》(J10252-2003)；
13） 现场测绘地形资料;
14） 现场工程钻探地质资料；
15） 其他有关设计计算与施工的规范及规程。
1围护工程概况
受杭州市燃气集团有限公司的委托，我院承担文一西路绕城高速叉口东北角留祥高中压管道泄漏抢修燃气工程17+340处阀门井改造基坑围护设计的任务。
工程场地位于杭州市西湖区五常社区老年公寓内，即文一西路与绕城高速交叉口的东北角。根据现场踏勘发现需要改造的阀门井东侧紧挨着老年公寓内的场区道路，西侧埋设有一根高压天然气管，现场量出管中心距离为3.50m。具体详见参见照片1。

照片1 现场环境照
根据抢险施工单位提供的阀门井改造作业要求的范围为沿管道长度4.0，因此本基坑按12m×5m的范围开挖，具体详见平面图。根据施工单位现场量测出阀门井盖至井内顶板深度为4.0m，井内构筑物厚度为2.2m，施工单位要求作业深度至构筑物底以下0.5m；现场地道路路面标高为5.40m，井盖顶面标高为6.10m，因此抢险阀门井的开挖深度为6.0m。
根据业主提供西侧高压燃气现正在运行，管径为600mm，壁厚11mm；竣工图中表明管顶标高为0.71m。需要抢险的中压燃气管线现已停运，经检测管内无燃气，管径分别为529mm、壁厚6mm和273mm、壁厚6mm；竣工图中表明管顶标高为1.30m和1.15m。
2场地工程地质条件
根据现场地质钻探资料，浅层各土层性质特点如下：
1-1层 杂填土
黄灰色，松散，主要由粘性土夹碎石、砖块及少量的砼块等建筑垃圾组成。土质很不均匀，硬杂物大小一般5~30cm，含量10~40%，该层性质稍差。厚度为3.00m。
1-2层 素填土
灰色，软塑，岩性成份以黏性土为主，夹有少量的泥质结核，黏塑性较好，刀切面光滑，该层性质稍差。厚度为1.20m。
1-3层 暗塘土
灰~深灰色，流塑，主要由淤泥质土、植物根茎等组成，富含有机质碳化物，该层性质差，易触变。厚度为0.8m。
2层 粉质粘土
兰灰色，软塑，厚层状，含少量铁锰质氧化斑，土质均匀稍差，稍有光泽，无摇振反应，干强度和韧性中等。该层性质一般，中偏高压缩性。厚度为1.30m。
3层 淤泥质粘土
灰色，流塑，厚层状，含较多有机质斑、少量腐植物，土质较均匀，局部为淤泥质粉质黏土，易污手，有光泽，无摇振反应，干强度和韧性高。该层性质差，高压缩性。厚度为13.00m。
4-1层 粉质粘土
灰绿~灰黄色，可塑，局部硬可塑，厚层状，土质均匀，黏塑性好，稍有光泽，无摇振反应，干强度和韧性中等。该层性质一般，中偏高压缩性。厚度为4.00m。
场地的工程地质条件及基坑支护设计参数如下所示：
表2-2 工程地质参数表
层
号
岩性名称
天然
容重
固结快剪(峰值)
C
Φ
(kN/m3)
kPa
度
1-1
杂填土
17.5
12.0
15.0
1-2
素填土
17.5
14.0
9.0
1-2
暗塘土
17.0
8.0
6.0
2
粉质粘土
18.5
21.0
10.0
3
淤泥质粘土
17.3
10.0
8.0
4-1
粉质粘土
19.2
28.0
12.0
3围护结构选型
根据现场地质条件及其开挖深度要求，比较适合的围护类型主要有钻孔灌注桩+内支撑、SMW工法桩+内支撑、钢板桩+内支撑。
根据现场条件，需要抢险的中压燃气管与高压燃气管之间的中心间距为3.5m，即两者之间的管边间距为2.9m。在距离高压燃气管的近距离内不允许有机械施工，因此本工程在管道之间无法施工钻孔灌注桩和SMW工法桩，同时业主要求施工工期短，因此本基坑不适合采用钻孔灌注桩和SMW工法桩进行挡土支护。根据场地地质条件、周边环境、开挖深度最终选择了钢板桩+内支撑进行支护。
本次方案的钢板桩选用了SP-Ⅳ型钢板桩，长度为15.0m，支撑类型为钢支撑，采用φ609×10钢管，围梁采用双拼HW400×400型钢。
为了防止上部坡体滑塌，在东侧的坡面上加设钢板桩进行挡土。由于在南北向有管线分布，不宜直接先插钢板桩，因此在南北两侧直接采用大放坡，在坡脚挖至管线时加设松木桩。
4围护结构施工
4.1钢板桩施工
钢板桩的施打和拔出均会都西侧高压管道造成一定的影响。施打时由于土体的挤压或振动可能引起地基的变形，出现沉降、裂缝等；拔除时原桩体部分易形成空隙，导致板桩附近土体强度降低。因此，施工时应合理安排打桩顺序并采用合适的板桩的施打方式，尽量减少对西侧管线的影响，如在施打制作膨润土泥浆槽（浓度控制在8%左右），有利于打桩和拔桩；同时优化拔桩顺序和选用合适的拔除方法，拔除后做好防护措施，即在拔除的板桩孔内及时注浆，以减少土体扰动给周边环境带来的影响。
4.1.1 钢板桩施工的一般要求
（1）钢板桩的设置位置要符合设计要求，便于管道焊接作业。
（2）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。
（3）整个基础施工期间，在挖土、吊运、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。
4.1.2 钢板桩施工的顺序
钢板桩位置的定位放线－－挖沟槽－－安装导梁－－施打钢板桩－－拆除导梁－－挖土－－加设钢支撑－－挖土及坑内作业－－拔除钢板桩。
4.1.3 钢板桩的吊装、堆放
（1）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。
（2）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：
a、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；
b、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；
c、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。
4.1.4 钢板桩施打
拉森钢板桩施工关系到施工止水和安全，是本工程施工最关键的工序之一，在施工中要注意以下施工有关要求：
（1）桩长采用Ⅳ型15.0m与12.0m长密扣拉森钢板桩。拉森钢板桩采用履带式打桩机（带震动锤机）施打，施打前一定要熟悉地下管线、构筑物的情况，认真放出准确的支护桩中线。
（2）打桩前，对钢板桩逐根检查，剔除连接锁口锈蚀、变形严重的钢板桩，不合格者待修整后才可使用。
（3）打桩前，在钢板桩的锁口内涂油脂，以方便打入拔出。在施工槽中可以调制浓度8%的膨润土浆有助于施打和拔除。
（4）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。
（5）西侧靠近燃气高压燃气管道的钢板桩施打采用单根式打入法施工，并要求采用静压打入，其它区域可以采用屏风式打入法施工。通常将屏风墙两端的一组钢板桩打至设计标高或一定深度，并严格控制垂直度，用电焊固定在围檩上，然后在中间按顺序分1/3或1/2板桩高度打入。
钢板桩打设的公差标准如下表所示:
表4-1 钢板桩打设公差标准控制表
项目
允许公差
板桩轴线偏差
±10cm
桩顶标高
±10cm
板桩垂直度
5‰
（6）密扣且保证开挖后入土不小于2米，保证钢板桩顺利合拢；特别是工作井的四个角要使用转角钢板桩，若没有此类钢板桩，则用旧轮胎或烂布塞缝等辅助措施密封。
（7）打入桩后，及时进行桩体的闭水性检查，对漏水处进行焊接修补，每天派专人进行检查桩体。
4.1.5 钢板桩的拔除
（1）拔桩方法
为了尽量减少拔桩过程中对西侧高压管道的影响，拔桩时应采用静力拔桩或液压拔桩。
（2）拔桩时应注意事项
a、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，西侧靠近高压燃气管处应采用跳拔的方法。拔桩的顺序最好与打桩时相反。
b、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。
c、起重机应随振动锤的启动而逐渐加荷，起吊力一般略小于减振器弹簧的压缩极限。
d、供振动锤使用的电源为振动锤本身额定功率的1.2~2.0倍。
e、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。
4.1.6 钢板桩土孔处理
钢板桩拔桩时应应采用跳拔方式，并拔起桩后立即注入水泥浆，遵从边拔边注浆，注浆时注浆管应伸入孔底，从底部注起。
4.2木桩施工
1) 在南北两侧放坡区域，当开挖至管顶时，应在立即施打木桩，不得超挖。
2) 木桩采用履带式挖土机静压施打，施打前查明中压燃气管的分布范围，认真放出准确木桩中线。
3) 在插打过程中随时测量监控每根木桩的斜度不超过2%，当偏斜过大不能用拉齐方法调正时，拔起重打。
4) 木桩不能弯曲过大，弯曲度不大于100。
5基坑挖土施工
基坑开挖施工是整个地下工程施工的关键工序，施工时必须严格按设计的有关要求进行。
5.1 施工作业顺序
放样定出开挖边界——场地内放坡开挖土体至标高2.90m处——设坡面及地表砼面层，并设好地表排水明沟及集水井——放样出钢板桩桩位置，打设钢板桩——坑内挖土至围梁底面标高——设置围梁、支撑——分层放坡开挖土体至管道底部——拆除阀门及法兰——挖土至设计坑底标高——浇筑垫层——处理管基至管道底部0.2m——通球、焊接管道——按要求坑内分层回填素土——拆除支撑——拔出板桩——分层回填素土——整平场地。
5.2 挖土施工要求
挖土施工具体要求如下：
（1）.按设计要求挖至设计标高，并设好砼面层。
（2）.基坑土体开挖要求分段分层开挖，每层厚度不宜大于1.5m。
（3）.挖至管道底部，先拆除需要置换的阀门及法兰，在挖土至设计坑底标高后，浇筑200厚垫层板，按设计要求处理管基至管底标高下0.20m，再进行通球、焊接作业。
（4). 基坑各阶段挖土施工必须遵循"分层开挖、严禁超挖"的原则。
（5). 挖土至管道后以人工为主，机械为辅。浇筑垫层，并必须在6小时内完成。
（6）.在用机械挖土时必须注意，挖土深度严禁超过设计标高，不得损坏支护桩、碰撞燃气管。
（7）.坑内土体开挖时不得留陡坡，以免基坑内土体滑移而引起管道断裂。
（8）.挖土至管底以下，应设置支墩对管道进行临时支撑。
（9）.基坑内挖出的土方及时外运，基坑四周卸土范围内不得堆载，否则会使支护结构变形过大，危及基坑安全。
（10）.基坑挖土施工应做到"五边"施工，即：边挖、边凿、边铺、边浇、边砌,保证基坑土体不长期暴露,确保基坑稳定。
（11）. 基坑开挖前应根据《建设工程安全生产管理条例》、上述挖土要求及实际情况并结合施工单位自身经验制定合理的专项挖土方案，经各有关部门审查通过后方能实施，并由建设和监理单位监督执行。
5.3 防渗漏、止水及降、排水措施
（1）.按设计要求设好放坡区土体面层，并在基坑外侧地表设60厚C15砼防水面层，避免地表水大量渗入基坑。
（2）.围梁四周杂填土用粘性土换填夯实，以防杂填土内的孔隙水大量渗入基坑。
（3）.沿基坑外侧一米左右设排水明沟，并根据实际情况设地表集中排水井。
（4）.基坑内根据实际施工情况设纵横向排水沟，在坑底集中排水井。做好基坑内外有组织的排水工作，确保基坑内土体不受水浸泡。
5.4施工组织注意事项
（1）.在基坑土体开挖至坑内土体回填期间，除施工平台及规定的堆载区域外，其余范围地表超载不得超过10kPa。西侧高压燃气管上方任何施工机械不得进入，同时也不得有任何堆载。
（2）. 挖土前及挖土过程中均应对基坑内进行燃气检测，检查是否有燃气残余，注意施工安全。
（3）.在基坑开挖过程中，管理单位及施工单位须定时定人对基坑进行巡视，若发现裂缝及其他安全隐患，必须立即采取补缝等措施并汇报给有关单位进行处理。
（4）. 在施工中若出现有管道悬空现象，应在事先采用专项设计对其进行悬挂保护。
（5）. 开挖后管道底部的回填土材料及具体技术要求应根据相应的专项设计要求进行。
（6）.作业车应停放在施工平台或出土口位置，否则需采取加固措施。
（7）.本图纸须与现场作业区域内的管道埋深相一致时使用，支护结构施工前应与现场管道埋深进行核对,确认无误后方能进行施工。
（8）.基坑施工期间，各道工序必须经过交底并形成纪要后方能施工。
6 基坑监测
尽管本基坑开挖面积小和施工周期短，但其挖深较大，周边环境较复杂，基坑开挖和同球、焊接施工期间不可避免地会对基坑外侧2倍挖深范围内的四周环境产生不利影响，因此有关各方应引起高度重视并做好相关工作。
支护结构监测应请有资质、经验丰富，并能够详细分析监测数据变化原因的单位。监测单位应根据基坑支护结构监测要求及现场实际情况，并结合自身经验制定详细的基坑监测方案(包括监测点布置，监测日程安排及具体的报警值等)，发现异常情况及时分析原因并汇报给各有关单位。
6.1 监测内容
（1）深层土体位移监测，共6个监测点，孔深20m。
（2）支护结构水平、垂直位移监测，共6个监测点。
（3）沉降观测点，共7个监测点。
6.2.监测报警值
（1）深层土体位移为50mm，变形速率连续三天大于5mm/d。
（2）水平位移为45mm，变形速率连续三天大于3mm/d。
（3）垂直位移为25mm，变形速率连续三天大于3mm/d。
（4）周边地面沉降位移为40mm，变形速率连续三天大于3mm/d。
（5）燃气管道沉降位移为15mm，变形速率连续三天大于1.5mm/d。
6.3监测要求
各监测项目在基坑施工前测读初始值不应少于两次。
各项监测的时间间隔可根据施工进程确定。当观测指标超过警戒值或场地条件变化较大时，应及时报警并加密观测次数。当有危险事故征兆时，应进行连续监测。施工监测过程应持续至整个基坑结束。基坑监测具体频率和数量，可视基坑土体开挖的实际进度、气候及观测数据的变化而作适当调整。
监测结果必须附数据和图表说明，标明变化速率和累计变位值，发现异常变化情况须分析原因并及时报告。
工程结束时应提交完整的监测报告，内容包括：监测项目和各监测点的布置图；采用仪器的型号、规格；测试资料整理的计算方法；监测值全部过程变化曲线；监测最终结果及评述。
7 应急预案
基坑土体开挖施工时应根据现场测试数据及支护结构变形等实际情况，采取以下应急措施：
（1）. 在基坑外卸土,在坑内土方或混凝土快速回填。
（2）. 加补钢支撑。
（3）. 如发生局部位置荷载较大，可以考虑采取卸载、加强围护结构等措施。
（4）. 施工现场应配备一定数量的型钢、钢筋、钢管等应急备用材料。

8围护结构工作量清单
编 号
项目内容
根
m
一
钢板桩

15m
60
900

12m
74
888
二
HW400×400型钢

48
三
609×10钢管
4
15.2
四
松木桩
32
192
五
围梁托架
16

六
加劲板
块
㎡

-193.5×358×20
480
33.3

-650x650x20
8
3.4
七
垫层
m3
2.6
八
面层
㎡
310

9计算书
计算内容
整体稳定性验算
坑底抗隆起验算
抗倾覆稳定性验算
悬臂管道计算
1-1剖面
（1）概况
本基坑开挖深度为6.0m，采用板桩作围护结构，桩长为15m，桩顶标高为-2.5m。计算时考虑地面超载15kPa。

共设1道支撑，见下表。
中心标高（m）
刚度（MN/m2）
预加轴力（kN/m）
-3
150

基坑附近有附加荷载如下表和下图所示。

h
2.5
x
1
s
55

编号
P(kPa或kN/m)
a(m)
b(m)
c
1
1
3
3.5
0

（2）地质条件
场地地质条件和计算参数见表1。地下水位标高为-0.5m。

表1
土层
层底标高(m)
层厚(m)
重度(kN/m3)
j(°)
c(kPa)
M
(kN/m4)
kmax
(kN/m3)
加固土
-3
3
17.5
150
12
2000

加固土
-4.2
1.2
17.5
9
14
1800

淤泥质粘土
-5
0.8
17
6
8
600

粉质粘土
-6.3
1.3
18.5
10
21
2200

淤泥质粘土
-19.3
13
17.3
8
10
1000

粉质粘土
-23.3
4
19.2
12
28
5200

（3）、工况

工况编号
工况类型
深度(m)
支撑刚度
(MN/m2)
支撑编号
预加轴力
(kN/m)
1
开挖
3.5

2
加撑
3
150
1

3
开挖
6.5

4
换撑
4
500

5
拆撑

1

工况简图如下：

（4）、计算结果

2-2剖面
天然放坡支护

[ 基本信息 ]
规范与规程
《建筑基坑支护技术规程》 JGJ 120-2012
基坑等级
三级
基坑侧壁重要性系数γ0
0.90
基坑深度H(m)
6.00
放坡级数
2
超载个数
1
[ 放坡信息 ]
坡号
台宽(m)
坡高(m)
坡度系数
1
3.000
2.500
1.000
2
0.000
2.100
1.710
3
0.000
1.400
1.000
[ 超载信息 ]
----------------------------------------------------------------------
超载
类型
超载值
作用深度
作用宽度
距坑边距
形式
长度
序号

(kPa,kN/m)
(m)
(m)
(m)

(m)
1

10.000
---
---
---
---
---
[ 土层信息 ]
土层数
6
坑内加固土
否
内侧降水最终深度(m)
6.500
外侧水位深度(m)
2.000
[ 土层参数 ]
层号
土类名称
层厚
重度
浮重度
粘聚力
内摩擦角
与锚固体摩
粘聚力
内摩擦角

(m)
(kN/m3)
(kN/m3)
(kPa)
(度)
擦阻力(kPa)
水下(kPa)
水下(度)
1
杂填土
3.00
17.5
7.5
12.00
15.00
18.0
12.00
15.00
2
素填土
1.20
17.5
7.5
14.00
9.00
16.0
14.00
9.00
3
淤泥
0.80
17.0
7.0
8.00
6.00
14.0
8.00
6.00
4
粘性土
1.30
18.5
8.5
21.00
10.00
35.0
21.00
10.00
5
淤泥质土
13.00
17.3
7.3
10.00
8.00
20.0
10.00
8.00
6
粘性土
4.00
19.2
9.2
---
---
45.0
28.00
12.00
[ 基坑外侧花管参数 ]
基坑外侧花管排数
2
序
横向间距
纵向间距
入射角
钻孔直径
有效长度
发挥
抗拉力
号
(m)
(m)
(°)
(mm)
(m)
系数
(kN)
1
1.000
0.400
90.0
110
6.000
1.000
100.000
2
1.400
0.400
90.0
100
6.000
1.000
100.000
[ 设计结果 ]
[ 整体稳定验算 ]

天然放坡计算条件:
计算方法：瑞典条分法
应力状态：总应力法
基坑底面以下的截止计算深度: 2.00m
基坑底面以下滑裂面搜索步长: 1.00m
条分法中的土条宽度: 0.50m
天然放坡计算结果:
道号
整体稳定
半径
圆心坐标
圆心坐标

安全系数
R(m)
Xc(m)
Yc(m)
1
2.256
3.742
9.149
7.683
2
1.922
3.816
8.401
7.294
3
1.701
6.021
8.274
7.373
4
1.641
13.478
6.618
14.493
5
1.531
14.082
4.654
15.100
6
1.696
8.860
7.235
7.295
7
1.417
11.705
5.191
10.491
8
1.274
12.540
4.393
10.745
9
1.251
12.689
3.975
10.050
悬臂管道计算
土体开挖后管道悬空段长度为4.8m，拆除阀门及法兰后，两端悬臂的长度为0.67m。
根据《简明管道支架计算及构造手册》（机械工业出版社）中表2-23规定：
273mm×6mm冷煤气管道允许最大跨距（无附加荷载时）为12.6m，单侧悬臂为6.3m；
529mm×6mm冷煤气管道允许最大跨距（无附加荷载时）为19.0m，单侧悬臂为9.5m。
由于拆除阀门及法兰后两侧的悬臂管长度远小于允许的单侧悬臂长度，因此只要在管道上不增加附加荷载，可以对悬空管道不做专门悬挂的保护处理。