宿淮铁路钢板桩基坑防护设计计算.doc

目 录
一、基本资料 1
二、计算过程 1
1、围挡入土深度的计算 1
2、支撑T的计算 2
3、板桩的最大弯矩的计算 2
三、方案比选 2
1、钢管桩方案 2
2、钢板桩方案 2
2.2支撑的选择 3
四、施工方案 4
1、钢板桩施工的一般要求 4
2、钢板桩围挡基坑施工顺序 4
3、钢板桩的检验、吊装、堆放 4
3.1钢板桩的检验 4
3.2钢板桩吊运 4
3.3钢板桩堆放 4
4、导架的安装 5
5、钢板桩施打 5
6、钢板桩的拔除 6
6.1拔桩方法 6
6.2钢板桩土孔处理 7
五、其它保障措施 7

一、基本资料
连续梁结构为40-64-40。连续梁基础为10-1.5米钻孔灌注桩基础，承台尺寸为14×10.5×3.5米。基坑基底标高为63.529，原地面标高为69.21，拟采用有挡开挖。
待开挖基坑为粉质粘土，取土的容重，，c=12KPa，因为桥位处地下水变动比较大，计算不考虑土的饱和容重、浮容重和地下水的静水压力，而通过取安全系数K=2来保证围挡结构安全。
考虑到基坑作业，围挡结构平面尺寸拟定为17×13米。按照围挡结构安全，施工方便的原则，拟定围挡结构的支撑体系为单撑。按照板桩下端为自由支撑建立计算模型。
二、计算过程
1、围挡入土深度的计算
假定板桩入土深度为t，被动土压力
安全系数为K，计算模型如右图示：
当，朗金土压力系数：
m=0.7，㎡=0.49，=1.428，=2.04
则：

（式一）
在钢板桩支点T处，=0，得：
（式二）
将式一代入式二，当K=1.6，t=5米。
2、支撑T的计算
由平衡条件，得：
=115KN
3、板桩的最大弯矩的计算
设板桩的最大弯矩截面在基坑底L处，则该截面的剪力应等于零，即
（4.66L+19.53）×(6+L)=(19.38L+17.14)×L/K+115
L≈0
可求得每延米板桩墙的最大弯矩：
T×4.5-=283KN·m
则每延米要求支挡结构的抗弯截面系数为：

三、方案比选
2、钢板桩方案
对于钢板桩选用德国拉森型的可以选用拉森Ⅲ型的，每延米断面模量为1363
拉森型钢板桩材质为SY295的，承受的抗弯强度为395 KN·m，可以通过。
另外考虑到基坑在洪河边，选用12米的板桩，防水渗入。
2.1围囹的选择
钢板桩在顶部向下1.5米位置加一道围囹，围囹采用40a型工字钢，2根并列，根据前面计算可知，围囹在2支点之间承受均布荷载，荷载强度为115KN/m，返算围囹的支撑间距：
，要求5.7m，基坑加固型式如下图：
2.2支撑的选择
中间的支撑选用Ф293型圆管。支撑计算如下：
取最不利状况，钢管支撑承受的轴向力为5.6×115KN=644KN。

其中：—为中心受压直杆的临界力
长度系数取1，则对于Ф293×10圆管，==1344KN
—为撑杆在自重作用下的挠度值
=10㎜
—钢管撑的抗弯截面系数606
代入上式，求的=83MPa
因此符合要求。
四、施工方案
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，便于方承台基础施工，即在基础最突出的边缘外留有支模、拆模的余地。
  （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、扎钢筋、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。
2、钢板桩围挡基坑施工顺序
  板桩方案选择→场地平整→钢板桩位置的定位放线→板桩检查→施打钢板桩→挖沟槽至围囹位置→安装围囹、支撑→继续开挖至承台设计标高→正常干地承台施工→拆除承台模板→回填土→拆除支撑、围囹→拔除钢板桩
 3、钢板桩的检验、吊装、堆放
3.1钢板桩的检验
    对钢板桩，一般有材质检验和外观检验，以便对不合要求的钢板桩进行矫正，以减少打桩过程中的困难。
  （1）外观检验：包括表面缺陷、长度、宽度、厚度、高度、端部矩形比、平直度和锁口形状等项内容。检查中要注意：a）对打入钢板桩有影响的焊接件应予以割除；b）割孔、断面缺损的应予以补强；c）若钢板桩有严重锈蚀，应测量其实际断面厚度。原则上要对全部钢板桩进行外观检查。
3.2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。
  3.3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：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、导架的安装
    在钢板桩施工中，为保证沉桩轴线位置的正确和桩的竖直，控制桩的打入精度，防止板桩的屈曲变形和提高桩的贯入能力，一般都需要设置一定刚度的、坚固的导架，亦称“施工围檩”。导架采用单层双面形式，通常由导梁和围檩桩等组成，围檩桩的间距一般为2．5～3．5米，双面围擦之间的间距不宜过大，一般略比板桩墙厚度大8～15mm。
5、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）采用Ⅲ型12米长密扣拉森钢板桩。拉森钢板桩采用履带式挖土机（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。
  （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）钢板桩施打采用屏风式打入法施工。屏风式打入法不易使板桩发生屈曲、扭转、倾斜和墙面凹凸，打入精度高，易于实现封闭合拢。施工时，将10-20根钢板桩成排插入导架内，使它呈屏风状，然后再施打。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。屏风式打入法的施工顺序有正向顺序、逆向顺序、往复顺序、中分顺序、中和顺序和复合顺序。施打顺序对板桩垂直度、位移、轴线方向的伸缩、板桩墙的凹凸及打桩效率有直接影响。因此，施打顺序是板桩施工工艺的关键之一。其选择原则是：当屏风墙两端已打设的板桩呈逆向倾斜时，应采用正向顺序施打；反之，用逆向顺序施打；当屏风墙两端板桩保持垂直状况时，可采用往复顺序施打；当板桩墙长度很长时，可用复合顺序施打。
    总之，施工中应根据具体情况变化施打顺序，采用一种或多种施打顺序，逐步将板桩打至设计标高，一次打入的深度一般为0.5-3.0米。
钢板桩施工允许偏差
板桩入土深度（cm）
-20，+100
板桩轴线偏差
±5cm
板桩垂直度
8%，不超10cm
支撑位置偏差
±20cm
  (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；特别是工作基坑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。
6、钢板桩的拔除
    基坑回填后，要拔除钢板桩，以便重复使用。拔除钢板桩前，应仔细研究拔桩方法顺序和拔桩时间及土孔处理。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，会给己施工的地下结构带来危害，并影响临近原有建筑物、构筑物或底下管线的安全。设法减少拔桩带土十分重要，目前主要采用灌水、灌砂措施。
  6.1拔桩方法
    本工程拔桩采用振动锤拔桩：利用振动锤产生的强迫振动，扰动土质，破坏钢板桩周围土的粘聚力以克服拔桩阻力，依靠附加起吊力的作用将桩拔除。
  6.2拔桩时应注意事项
 （1）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，必要时也可用跳拔的方法。拔桩的顺序最好与打桩时相反。
 （2）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。有时，为及时回填拔桩后的土孔，当把板桩拔至比基础底板略高时暂停引拔，用振动锤振动几分钟，尽量让土孔填实一部分。
 （3）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。
 （4）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。
 （5）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。
6.2钢板桩土孔处理
对拔桩后留下的桩孔，必须及时回填处理。为了最大限度的减小对洪河防洪堤的影响，回填土要分层夯实处理。
五、其它保障措施
1、在钢板桩施工前，场地平整时可以适量降低原地面标高，以起到卸载作用。
2、钢板桩施工时间为5月底6月初，此时已处在洪河汛期的前期，为了预防洪水的影响，采取如下措施：
（1）现场准备袋装粘土，水位涨至钢板桩顶时用袋装粘土价高板桩高度。
（2）如果洪水来势较大，超出安全水位，可以讲板桩围堰内注满水，以保证安全度汛。
（3）汛期过后，板桩围堰内的积水排除时速度不可过快，保证板桩均匀受力。

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