钢板桩设计计算.doc

I40钢板桩设计计算及施工方案本标段施工范围内共有75个承台，分8种类型：A类承台:下部采用8根1.0 m钻孔灌注桩，承台尺寸为8.47m（横顺）, 厚2m。主要适用于32+32m跨径组合；B类承台: 下部采用10根1.25m 钻孔灌注桩，承台尺寸为8.48.2m（横顺）, 厚2.6m。主要适用于24+32m跨径组合；C类承台: 下部采用15根1.5 m钻孔灌注桩，承台尺寸为8.47m（横顺）, 厚2.4m。主要适用于80m跨径组合；D类承台: 下部采用8根1.2 m钻孔灌注桩，承台尺寸为8.48.2m（横顺）, 厚2.6m。主要适用于30+40m跨径组合；E类承台: 下部采用6根1.2 m钻孔灌注桩，承台尺寸为8.45.34m（横顺）, 厚2.5m。主要适用于25+30m跨径组合（斜交20）；F类承台: 下部采用9根1.2 m钻孔灌注桩，承台尺寸为8.48.34m（横顺）, 厚2.6m。主要适用于33.5+33.5m跨径组合（斜交20）；G类承台: 下部采用9根1.2 m钻孔灌注桩，承台尺寸为8.48.872m（横顺）, 厚3.0m。主要适用于40+40m跨径组合（斜交40）；H类承台: 下部采用10根1.0m钻孔灌注桩，承台尺寸为27.04.5m（横顺）, 厚1.5m。主要适用于桥台基础；拟采用I型钢板桩实施围护，以确保基坑安全开挖、承台结构和墩身结构的顺利施工。 二、地质情况根据地质勘察报告显示：勘察深度范围内（河床底至钻孔桩底）可分为7个地质单元层，钢板桩深度主要在：层为近代人工堆填土，黄灰黄色粘土和灰黄灰色砂质粉土,(3)灰色粉质粘土三、钢板桩施工方案1、钢板桩的选用 根据工程所在地场地特点，结合钢板桩的特性、施工方法等方面进行考虑，选用I型钢板桩。I型WUR13型冷弯钢板桩桩宽度适中，抗弯性能好，依地质资料及作业条件决定选用钢板桩长度。 2、打桩设备 拟采用Z550型液压振动沉桩机，作为沉设钢板桩的主要动力。投入钢板桩打拔桩机1台用于施工。打拔桩机为挖掘机加液压高频振动锤改装而成，激振力220kN。 四、钢板桩设计方案现对承台钢板桩围堰设计进行计算如下： 1、上海A8三标桩基658根，承台75个。承台宽8.4m，长5.348.872m（0#台除外，0# 台长宽为4.527m。根据地质勘察报告显示：勘察深度范围内（河床底至钻孔桩底）可分为7个地质单元层。为保证设计安全，取土的重度选为：18.8KN/m3，内摩擦角选为=20.1。2、现场实际情况施工现场已经打设12米长I型钢板桩，并提供以下数据：打设钢板桩尺寸为沿道路方向承台尺寸两侧各加0.5m；钢板桩露出地面高度为0.5米(现场实际情况可能要糟糕一些，非人为因素影响)。3单支撑钢板桩计算 支撑层数和间距的布置是钢板桩施工中的重要问题，根据现场的支撑材料和开挖深度，我们采取在钢板桩内侧加一层围囹并设置支撑，按单支撑进行钢板桩计算。围堰采用I型钢板桩，W=1346cm3，f=350Mpa。4、土的重度为：18.8KN/ m3，内摩擦角=20.15、距板桩外1.5m均布荷载按20KN/ m2计。基坑开挖深度不大于4m.钢板桩平面布置、板桩类型选择，支撑布置形式，板桩入土深度、基底稳定性设计计算如下：(1)作用于板桩上的土压力强度及压力分布图ka=tg（45-/2）= tg（45-20.1/2）=0.49Kp= tg（45+/2）= tg（45+20.1/2）=2.05板桩外侧均布荷载换算填土高度h1，h1=q/r=20KN/ m218.8KN/ m3=1.06m基坑底以上土压力强度Pa1：Pa1=r*(h1+4)Ka=18.8(1.06+4) 0.49=46.6KN/m2合力Ea距承台底的距离y为2.53m. (2)确定内支撑层数及间距按等弯距布置确定各层支撑的间距,根据I型钢板桩能承受的最大弯距确定板桩顶悬臂端的最大允许跨度h:h= = =313cm=3.13mh1=1.11h=1.113.13=3.47mh2=0.88 h =0.883.13=2.75m根据具体情况，确定采用【桥涵（施工手册）】图5-44的形式布置。支撑间距:S1=0.4754+0.16（0.344+0.12）=2.13mS2=0.5254-0.16（0.344+0.12）=1.87m （3）WUR13型冷弯钢板桩厚度以0.36m计，围囹以10m长计， 围囹受力计算如下:围囹采用2 I40a工字钢，翼板间每隔1m采用钢板满焊连接，形成半封闭箱型结构。钢材屈服强度值fy=235N/mm2，钢材抗压强度设计值f=215N/mm2。2I40a工字钢惯性矩/静力矩（Ix /Sx）=68.2cm，截面模数=2180cm3。a. 支承力：18.80.492.13（2.13+1.87）/2=78.49kN/m P2=78.4910/7=112.13kNb.弯距Mmax=112.132.252/8=49.67kNmmax=49.67106/（2180103）=17.68N/mm2fy=235N/mm2，满足要求。c.剪力=RSx/(Ixt)=R/( tIx/Sx)=94.18103/(510-368.210-2)=32.88MPa=120MPa，满足要求。（4）横桥向支撑杆，采用30010的钢管，支撑在顺桥向支撑上，型钢与钢管之间满焊连接。钢管外径D=300mm，管壁厚度d=10.0mm，钢材屈服强度值fy=235N/mm2，钢材抗压强度设计值f=215N/mm2。钢管截面积A=1/4(D2-d2)=/4(302-282)=91.06cm2钢管的回转半径截面惯性矩I=(D4-d4)/64=( 304-284)/64=9584.1cm4截面回转半径i=(I/A)1/2=(9584.1/91.06)1/2=105.25cm钢管的长细比=l/i=2150/105.25=20.42.69m，满足要求。 (7) 基坑底部的隆起验算考虑地基土质均匀,依据地质勘察资料,其土体力学指标如下: r=18.8 KN/m3，c=21.1Kpa，q=20 KN/m2由抗隆起安全系数K=2C/（q+rh）1.2则：h (2C -1.2q)/1.2r(2*3.14*21.1-1.2*20)/1.2*18.8 4.8m即钢板桩周围土体不超过4.8m时，地基土稳定，不会发生隆起。实际施工中，尽量减小坑沿活载，同时适当降低板桩侧土体高度(坑外堆土最大允许高度3m)，以避免基坑底部的隆起。（8）基坑底管涌验算(按水中墩验算)根据不发生管涌条件：K=（h+2t）r/ hrw1.5r=rs-rw=18.8-10.0=8.8 KN/m3, t=4.5m h=4.0m rw=10.0 KN/m3则K=(4+24.5) 8.8/410=2.861.5即当钢板桩入土深度4.5m时， 满足条件，不会发生管涌。（9）坑底渗水量计算：Q=KA= KA h/( h+2t)根据设计地质资料，土的综合渗透系数取0.08m/d则Q=(0.089.4104)/(4+24.5)=2.31m3根据其渗水量的大小，为到达较好的降水效果利于承台施工，在承台外侧与钢板桩之间可设置2个降水井。 （10）围囹和支撑杆布置方式钢板桩打入土体后，进行围堰内基坑开挖。当开挖至距钢板桩顶端2.63m处，进行围囹和支撑施工。围囹采用2I40a工字钢，支撑杆采用三道等间距横桥向直撑，支撑杆采用300mm10mm的钢管。工字钢之间采用500 mm500mm10mm钢板每隔1米进行两面满焊连接，工字钢间隙按照0.08米设置。各道支撑与围囹之间进行满焊连接，并保证焊接质量。若支撑杆未贴靠在与围囹上，需作加垫钢板处理，使围囹上的力传到支撑上，以起到支撑的作用。支撑与围囹的材料、制作、焊接必须严格按要求施工。立模板时需要将模板割开以便穿过支撑杆，随后将支撑杆一起浇筑在混凝土中。五、钢板桩施工工艺 1、钢板桩施工的一般要求 钢板桩的设置位置要符合设计要求，便于施工，即在基础最突出的边缘外留有支模、拆模的余地。 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。 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、钢板桩施工的顺序 施工流程: 根据施工图及高程，放设沉桩定位线实施表层回填矿渣土剥离根据定位线控设沉桩导向槽整修加固施工机械行走道路及施工平台沉设钢板桩将钢板桩送至指定标高焊接围囹支撑挖土施工承台、墩身及顶帽填土拔除钢板桩。 3、钢板桩的检验、吊装、堆放 钢板桩的检验 钢板桩运到工地后，需进行整理。清除锁口内杂物(如电焊瘤渣、废填充物等)，对缺陷部位加以整修。 锁口检查的方法：用一块长约2m的同类型、同规格的钢板桩作标准，将所有同型号的钢板桩做锁口通过检查。检查采用卷扬机拉动标准钢板桩平车，从桩头至桩尾作锁口通过检查。对于检查出的锁口扭曲及“死弯”进行校正。 为确保每片钢板桩的两侧锁口平行。同时，尽可能使钢板桩的宽度都在同一宽度规格内。需要进行宽度检查，方法是：对于每片钢板桩分为上中下三部分用钢尺测量其宽度，使每片桩的宽度在同一尺寸内，每片相邻数差值以小于1 为宜。对于肉眼看到的局部变形可进行加密测量。对于超出偏差的钢板桩应尽量不用。 钢板桩的其它检查，对于桩身残缺、残迹、不整洁、锈皮、卷曲等都要做全面检查，并采取相应措施，以确保正常使用。 锁口润滑及防渗措施，对于检查合格的钢板桩，为保证钢板桩在施工过程中能顺利插拔，并增加钢板桩在使用时防渗性能。每片钢板桩锁口都须均匀涂以混合油，其体积配合比为黄油：干膨润土：干锯沫5：5：3。 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。 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3-4m，且上、下层垫木应在同一垂直线上，堆放的总高度不宜超过2m。 4、定位在钢板桩施工中，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、坚固的导向架，亦称“施工围檩”。导向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2535m，双面围檩之间的间距不宜过大，一般略比板桩墙厚度大815mm。 安装导向架时应注意以下几点： a.采用经纬仪和水平仪控制和调整导梁的位置。 b.导梁的高度要适宜，要有利于控制钢板桩的施工高度和提高施工工效。 c.导梁不能随着钢板桩的打设而产生下沉和变形。 d.导梁的位置应尽量垂直，并不能与钢板桩碰撞。 5、钢板桩施工（1）制作角桩和支撑组件，首先在岸上按设计要求加工、焊接角桩和支撑组件。 （2）钢板桩的插打采用内导向框架法，即内支撑作内导向柜架逐片插打钢板桩直到合拢。施打钢板桩时，以内支撑作导向框，顺着导向框用45KW振动锤施打钢板桩（钢板桩在岸上予以整形符合要求）。（3）开挖及支护 a.首先用水泵排净围堰内的水，然后用挖掘机对基坑进行开挖，挖掘机施工够不到部位可以考虑用挖掘机进行基坑的开挖。施工到钢板桩顶以下2.63m位置处，进行围囹和支撑施工，然后继续开挖。围堰开挖时应分层分区连续施工，并对称开挖。 b.围囹及支撑制做安装：根据设计位置在钢板桩内壁上焊围囹托架，然后吊装工字钢围囹并焊接加固。钢管支撑与围囹之间的连接要进行满焊，并保证焊接质量。c.开挖基坑内设置排水措施，基坑开挖时要做好排水，以便于开挖。机械支撑部位要铺垫钢板以扩散压力，保证施工平台受力均匀。 d. 基坑周边（约一倍桩长）范围内严禁堆载。 e. 开挖过程中注意支护体系的变形观察。 f. 基坑内作业时，要有专职安全员负责。 在基坑开挖过程中需要注意的问题： 首先是钢板桩未贴靠在围囹上的部分，需作加垫处理，使钢板桩的压力传到围囹及支撑上，支撑的材料、制作、焊接必须严格按要求施工。 其次是开挖和支撑的架设施工过程必须紧密配合，开挖过程要保证安全的前提下，迅速为支撑施工创造工作面，支撑结构必须能较快地产生整体刚度或预紧力，两者配合就能较好地利用软土施工中的时空效应，有效地控制围护体系在受力后的变形。施工中切不可超挖，及时做到施加支撑。开挖施工要求分层均匀高效，以使支护结构处于正常的受力状态。开挖至设计标高，进行封底混凝土施工，封底混凝土采用C20混凝土。封底混凝土要在围堰范围内满铺以兼作围堰的支撑，为钢板桩的支撑提供安全保障；为便于拨除钢板桩和钢管支撑，可以在封底混凝土与钢板桩、钢管支撑之间铺设一层油毛毡，以减少混凝土与钢板桩间、钢管支撑的摩阻力。（5）凿除桩头至设计位置，进行根据要求进行桩基检测，检测合格后方可进行下道工序。（6）拔桩。 承台及墩身施工完毕后进行钢板桩的拔除。钢板桩拔桩前，先将围堰内的支撑拆除。先略锤击振动各拔高12m，然后挨次将所有钢板桩均拔高12m，使其松动后，再从两侧依次拔除，对桩尖打卷及锁口变形的桩，可加大拔桩设备的能力。 拔桩时应注意事项： a.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振动锤将桩振下100300mm，再与振动锤交替振打、振拔。 b.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。 六、安全措施1、为提高基坑围护的安全可靠性，对钢板桩的入土深度已经进行了理论数据的计算，也对钢板桩的围护强度及稳定性进行验证，确保了基坑施工的可靠性。2、沉设钢板桩的施工中，严格按照沉桩规范施工，基坑四角必需采用角桩，最大程度的提高小齿口钢板桩的防漏性能，保证下道工序顺利进行。 3、围囹与支撑之间的连接要进行满焊，保证焊接质量。4、吊装过程中要严格遵守操作规范，严禁违章作业。5、施工过程中,钢板桩渗漏处要及时进行止漏处理保证施工时的安全。 6、严格按照基坑施工规范实施每道工艺的施工，开挖坑土堆放至10m15m（1倍桩长）以外，坑土堆放要平整最大程度的减小堆土对钢板桩的侧压力，增强围护的安全系数，即时对坑内积水进行抽排。在对基层实施挖土时，挖土机械严格按照规范操作，最大程度的减小挖土机械单位受力面积，杜绝冲击荷载，对钢板桩的破坏，确保基坑安全。 7、作好基坑围护工作，设置护栏及醒目标志，设置防坠落警示牌。8、雷雨、风力六级以上(含六级)天气不得进行作业。9、建立严格的工序交接程序，制定科学、严谨、可行的施工计划，最大程度的调动施工群体的主观能动性，拟定合理的奖罚条律，坚持以人为本，安全第一的原则，加强协作意识，高度重视施工质量，如期完成施工任务。