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污水管道深基坑开挖钢板桩支护施工专家论证方案

第一章 工程概况
一、 工程概述
本项目起点位于与XX路交叉点处, 向南延伸至XX, 终点位于与XX交叉口上。本工程南侧规划污水提升泵站设计规模为9万m3/d,总变化系数为1.3, 则污水管道及污水泵站的设计流量为1.35m3/s。污水管道布置于道路东侧非机动车道下, 距离道路中心线1.5米。沿线设计管为DN400-DN1200.设计坡度0.1%-2.31%。
深基坑开挖区域为K0+000-K1+799.913段污水管道, 长度1799.913米。根据地质勘查报告资料显示, 该段土质为素填土、 杂填土、 耕植土、 粉质粘土、 淤泥、 中砂、 粉质粘土和残积粘性土层。素填土、 杂填土、 耕植土地下属上层滞水, 水量不大, 受季节影响大; 粉质粘土、 淤泥、 粉质粘土属微透水层、 为相对隔水层, 透水性差; 中砂属强透水层, 为主要含水量, 水量丰富。为了给基坑开挖提供良好干燥的施工坏境, 保证施工机械和工作人员的顺利作业, 提高土体固结强度, 稳定边坡、 减缓基坑变形, 我部决定对该段深基坑采用拉森钢板桩进行支护。
第二章 支护、 支撑系统的结构设计
一、 支护、 支撑结构选型
根据岩土工程勘察报告, 本工程基坑开挖深度范围的土层主要为素填土、 杂填土、 耕植土、 粉质粘土、 淤泥、 中砂、 粉质粘土和残积粘性土层, 地质条件差, 同时管道基坑深度较大。本工程根据基坑开挖深度, 采用拉森钢板桩支护方式。
( 一) 管道基坑支护形式
1、 管道基坑支护方式
①K0+000-K0+700段, 离围墙较近, 西侧采用9米槽钢支护, 设有350*350的H型钢腰梁; K0+700-K1+470段( K0+950-K0+970除外) 西侧采用先按挖1米后, 打9米槽钢支护, 设350*350的H型钢腰梁。
②K0+950-K0+970、 K1+470-K1+799.411段, 采用9米长III型拉森钢板桩加二道内支撑进行基坑支护, 钢板桩之间采用HW250*250*11*11围檩进行连接, 直径DN300*10的钢管进行内支撑。第一道支撑距地面1000㎜, 第二道支撑距第二道支撑 ㎜。

管道基坑支护方式示意图
二、 本工程投入的拉森钢板桩的参数
本工程投入的拉森钢板桩采用III型拉森钢板桩, 宽400mm, 高170mm, 厚15.5mm, 理论重量68 Kg/m, 要求拉森钢板桩无穿孔, 修边调直后方可使用。
拉森钢板桩之间用HW250*250*11*11围檩进行连接, 围檩与每根拉森钢板桩之间空隙需打入木楔抵紧。转角需设置专用构件, 采用φ300×10钢管进行内支撑, 内支撑水平间距为4.0m, 管道安装需调整对撑间距并及时回顶。
三、 基坑监测要求
1、 监测内容
( 1) 基坑周边沉降及位移监测
监测点和控制点均采用钢筋水泥制作, 设置稳固。
采用或全站仪观测水平位移, 采用精密水准仪观测垂直位移。
基坑开挖期间每开挖一层观测2次或每天观测2次, 时间为上午开工前, 下午收工后。
( 2) 土体侧向变形监测
沿基坑周边每20m布设一个测斜孔, 测斜孔采用专用PVC管, 管内正交的两组导向槽, 埋入深度以进入弱风化岩为宜。测斜孔埋置时角保其中一组导向槽垂直于基坑边线, 测斜孔与钻孔壁间的空隙密实填砂并用水泥密封。基坑开挖过程中每开挖支护一层观测一次。
( 3) 地下水位监测
观测孔成孔口径φ90, 深15米, 全长置入口径φ48向钻眼、 外包塑料滤网的PVC管; PVC管与钻孔间隙1米以下填砾, 深1米至孔口填膨润土并用水泥砂浆抹面; PVC管口配保护盖。
基
第三章 总体施工安排
本基坑工程主管道线长约1799.913m, 分段施工。管沟支护采用9 m长III型拉森钢板桩支护1799.913m, 拟安排三个井位为一个作业面, 平行组织流水作业。拉森钢板桩支护段打拔拉森桩采用振动打桩机/锤, 每个作业面2台, 挖掘机3台(1台超长臂挖掘机)。
拉森钢板桩支护段拟采用200T履带吊垫钢板下管, 吊车和人工配合管道对正, 采用外拉法用两台15T手拉倒链平行对管子进行接口。
第四章 基坑支护施工工艺及施工程序
一、 钢板桩支护施工工艺及施工程序
钢板桩采用III型拉森钢板桩, 钢板桩之间采用HW250*250*11*11围檩进行连接, 围檩与每根钢板桩之间空隙须打入木楔抵紧, 转角必须设置专用构件。采用直径φ300×10的钢管进行内支撑, 管道安装须调整对撑间距并及时回顶。吊装好管道后且回填砂密实度达到90%以上后方可拆除管道上方的钢支撑, 以此为准, 每3个井位为一个作业段。
1、 钢板桩施工的一般要求
( 1) 板桩的设置位置要符合设计要求, 便于基础施工, 即在基础最突出的边缘外留有施工作业面。
( 2) 基坑护壁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。
2、 板桩施工的顺序
板桩准备→围檩支架安装→板桩打设→偏差纠正→拔桩。
3、 板桩的检验、 吊装、 堆放
( 1) 板桩的检验
对板桩, 一般有材质检验和外观检验, 以便对不合要求的板桩进行矫正, 以减少打桩过程中的困难。
外观检验: 包括表面缺陷、 长度、 宽度、 厚度、 高度、 端头矩形比、 平直度和锁口形状等项内容。
( 2) 板桩吊运
装卸板桩宜采用两点吊。吊运时, 每次起吊的板桩根数不宜过多, 注意保护锁口免受损伤。吊运方式有成捆起吊和单根起吊。成捆起吊一般采用钢索捆扎, 而单根吊运常见专用的吊具。
( 3) 板桩堆放: 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:
① 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;
② 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;
③ 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, 一般由导梁和围檩桩等组成, 围檩桩的间距一般为2.5～3.5米, 双面围檩之间的间距不宜过大, 一般略比板桩墙厚度大8～15mm。
安装导架时应注意以下几点:
( 1) 采用全站仪和水平仪控制和调整导梁的位置。
( 2) 导梁的高度要适宜, 要有利于控制板桩的施工高度和提高施工工效。
( 3) 导梁不能随着板桩的打设而产生下沉和变形。
( 4) 导梁的位置应尽量垂直, 并不能与板桩碰撞。
5、 板桩施打
( 1) 板桩用吊机带振锤施打, 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, 对板桩逐根检查, 剔除连接锁口锈蚀、 变形严重的普通板桩, 不合格者待修整后才可使用。
( 3) 打桩前, 在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) 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 根板桩成排插入导架内, 使它呈屏风状, 然后再施打。一般将屏风墙两端的一组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。
( 6) 密扣且保证开挖后入土不小于2 米, 保证板桩顺利合拢; 特别是工作井的四个角要使用转角板桩, 若没有此类板桩, 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、 板桩的拔除
基坑回填后, 要拔除板桩, 以便重复使用。拔除板桩前, 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, 会给已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。
( 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。
( 2) 拔桩时应注意事项
① 拔桩起点和顺序: 对封闭式板桩墙, 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。
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。
7、 板桩土孔处理
对拔桩后留下的桩孔, 必须及时回填处理。回填的方法采用填入法, 填入法所用材料为砂。
二、 槽钢支护的施工工艺及施工程序
1、 槽钢支护根据本工程场地地质情况特点, 本工程槽钢主要作用是为了防止防止基坑塌方, 管道基槽采用[25a槽钢、 钢板支护, 桩长9m, 基槽开挖前围护桩入土深度3m, 基槽在开挖前要和设计图中的水位进行比较, 如果水位高于井底, 则设沙管井进行降水作业, 沙管井深度应大于井底10m以上, 安排一口沙管井降水。为了保证周围结构物不受施工影响, 车辆行人安全, 穿越井施工时采用钢板桩围护法施工。
3.槽钢及围护施工
槽钢打设前先在距基槽边沿外侧1m位置测放施工位置, 保证基槽施工空间。
( 1) 材料选择。采用[25a槽钢和-10厚钢板。
( 2) 槽钢、 钢板检验
由于本工程的槽钢、 钢板用于基槽的临时支护和止水, 故不需进行材质检验而只对其做外观检验, 以便对不符合形状要求的槽钢进行矫正, 以减少打桩过程中的困难。
外观检验包括表面缺陷、 长度、 宽度、 厚度、 端头矩形比、 平直度和锁口形状等内容。检查中要注意: ①、 对打入槽钢有影响的焊接件应予以割除; ②、 有割孔、 断面缺损的应予以补强; ③、 若槽钢有严重锈蚀, 应测量其实际断面厚度, 以便决定在计算中是否需要折减。原则上要对全部槽钢进行外观检查, 对不符合要求的槽钢需进行矫正。
5、 槽钢吊运及堆放
装卸槽钢宜采用两点吊。吊运时, 每次起吊的槽钢根数不宜过多, 并应注意保护锁口免受损伤。吊运方式有成捆起吊和单捆起吊、 钢筋捆扎、 专人指挥。槽钢堆放的顺序、 位置、 方向和平面布置应考虑到以后的施工方便, 并按型号、 规格、 长度施工部位分别堆放, 堆放的高度不宜超过2m。
7、 操作方法
(1)、 基线确定: 施工员的在基槽边龙门架上定出轴线, 留出以后施工需要的工作面, 确定槽钢施工位置。
(2)、 定桩位。按顺序标明槽钢的具体桩位, 洒灰线标明。
(3)、 打槽钢桩。采用单独打入法, 即吊升第一支槽钢, 准确对准桩位, 振动打入土中, 使桩端透过砂层进入粘土层。吊第二支槽钢, 振动打入土中, 如此重复操作, 直至基槽二侧槽钢桩打设完成。
(4)、 围檩、 支撑
为加强槽钢墙的整体刚度, 沿槽钢墙全长设置围檩, 围檩用槽钢组成, 经过拉杆固定。在二道槽钢墙上另用槽钢做支撑, 在支撑上另用槽钢或角钢做角撑。槽钢之间用木板填塞。如右图所示。

(5)、 回填
基槽围护完成后, 尽快安装排水管, 为了不将铁路基础的稳固性破坏, 防止拔取槽钢时引起塌方, 因此管道安装完毕后, 不进行槽钢拔取就立即进行回填处理, 回填一般用挤密法或填入法, 所用材料为中砂和道渣。
第五章 基坑开挖及排水
一、 基坑开挖
由于管槽开挖的土方量不大, 每延米开挖出土量平均约7～9m3, 每个作业段用二台挖掘机开挖与人工配合清底的方式, 挖土要遵循”纵向分段、 竖向分层先支后挖”的原则进行。
( 一) 拉森钢板桩支护管沟开挖
基坑深度H<6000㎜, 采用9米长III型拉森钢板桩加二道内支撑进行基坑支护, 第一道支撑距地面1000㎜, 第二道支撑在挖至基底后安装。
( 1) 基坑开挖配备二台挖掘机, 采取分层分段对称进行, 在开挖过程中掌握好”分层、 分步、 对称、 平衡、 限时”五个要点, 遵循”竖向分层、 纵向分段、 先支后挖”的施工原则。
( 2) 在基坑开挖过程中先掏槽安装-500mm( 或-1000 mm) 处钢围檩、 架设钢支撑, 以尽早对围护结构进行支撑。自卸汽车运输, 基底以上30cm采用人工突击开挖, 严格控制最后一次开挖, 严禁超挖。
( 3) 分段开挖两端设截流沟和排水沟, 渗水及雨水及时泵抽排走。雨季备足排水设备, 做好预警工作, 确保基坑安全。
( 4) 开挖过程中, 按既定的监测方案对基坑及周围环境进行监测, 以反馈信息指导施工。