橋梁深基坑承臺采用鋼板樁施工技術

1、橋梁深基坑承臺采用鋼板樁施工技術姜 彬 中鐵十一局集團第四工程有限公司 湖北武漢 430074摘 要 結合武漢天興洲大橋的施工實踐，介紹和總結應用鋼板樁施工深基坑承臺。從工藝流程、施工要點、施工注意事項等方面闡述鋼板樁及深基坑承臺的施工過程。關鍵詞 鋼板樁 橋梁 深基坑 承臺 施工 鋼板樁是橋梁基礎施工中常見的且十分重要的臨時設施，適用于軟弱地層、深水基坑的施工，其防水性能好,整體剛度性較強。在橋梁基礎深基坑施工中鋼板樁能達到安全、快速、減少基坑土方開挖量的目的。并能較好的適應市政工程工作面狹小的特點。1 工程概況武漢天興洲公鐵兩用長江大橋公路引線工程由位于在建的武漢天興洲公鐵兩用長江大橋北岸

2、的漢施公路立交工程、南岸的和平大道立交工程以及武青三干道立交工程組成。其主線全長8042.9米。本橋部分橋墩位于武漢青山區(qū)戴家湖中，戴家湖為青山熱電廠沖填粉煤灰池。地勢較為平坦，無障礙物，但地下水較豐富，承臺基坑開挖深度約9.711.7m，長度為10.6 m，寬度7.4m。橋墩基礎采用鉆孔灌注樁基礎，樁徑1.2m，承臺為低樁承臺，其尺寸為8.6 m 5.4 m2.5 m。根據(jù)工程地質(zhì)報告，層為粉煤灰，煤層厚度約10.8m，層為硬塑狀亞粘土，土層厚度約5.7m，層為亞粘土夾碎石，土層厚度約4m; 、該層為圍護樁持力層。（見下圖）28.20粉煤灰亞粘土亞粘土夾碎石強風化鈣質(zhì)礫巖2鋼板樁圍堰布置由于

3、地質(zhì)條件限制，擬采用新包IV 型拉森樁進行鋼板樁圍堰施工；對基坑采取周邊圍護，確保開挖基坑順利完成。鋼板樁每片寬40cm, 鋼板樁長度為18m，深入持力層6米，重量75kg/m ，截面模量W=2410cm3 ,允許應力為=200Mpa，圍堰尺寸10.6m7.4m。布置圖如下：平面圖立面圖附注： （1）、圖中尺寸以mm計，標高以m計。 （2）、支撐采用間距離2.7m+5m+4m三層布置，采用縱向支撐400*400H型鋼，斜腿支撐和內(nèi)導框采用400400H型鋼。2.1鋼板樁圍堰計算采用“支撐荷載的1/2分擔法”已知：200，19 KN/m3， 基坑深度H11.7m, 長*寬*深10.6*7.4*1

4、1.7m。主動土壓力系數(shù)：Ka=tg2(450-/2)=0.49被動土壓力系數(shù)：Kp=tg2(450+/2)=2.04最大土壓力強度Pa=0.8*H *Ka=0.8*19*0.49*11.787.15kPa。支撐采用間距離2.7+5+4m二層布置，對各層的計算如下：211計算支撐荷載對B1取矩 A*5=（87.15*2.34*1/2）*(5.36+2.34/3) +87.15*5.36*（5.36/2）=1877.96KN/m。 A=375.59KN/mB1=87.15*0.5*2.34+87.15*5.36-375.59=193.50 KN/m對基底取彎矩平衡：B2*4=87.15*（4-2

5、.34）*(2.34+1.66/2)+（87.15*2.34*1/2）*（2/3*2.34）=617.07KN/m。B2=154.42 KN/m。C =87.15*1.66+87.15*2.34*0.5-154.4292.21 KN/m則各支撐點的受力為 A=375.59 KN/mB=193.50+154.42347.91 KN/mC=92.21KN/m在7.4m方向設兩道支撐，在10.6m方向設兩道支撐。最大支撐間距為：10.6/25.3m。軸向最大支撐力： A=5.3*375.591990.63KNB=5.3*347.91=1843.92KNC=5.3*92.22=488.77KN最大支撐

6、荷載為1990.63KN。支撐采用200*200H型鋼，其截面系數(shù)為Wx=63.53cm3截面強度為：f=1990.63*1000/(63.53*100)=31.33MPa215MPa212、計算鋼板樁彎矩A點彎矩：Ma=-(87.15*2.34*(2.34/3+0.36)+87.15*0.36*0.36/2)=-238.13KN.m。AB間最大彎矩位置距離應力變化點的距離x為：Qx=2.34*87.15*1/2+87.15*x-375.59=0x=3.14mAB間的最大彎矩為：BC間的最大彎矩為： 距離C位置y，按照Qy=0,進行計算,則： Qy=87.15*y*0.5-92.22=0 y

7、=2.12m綜上最大控制彎矩為：238.13 KN.m采用IV 型拉森樁，截面模量，W=2410cm3 ,允許應力為=200Mpa。=M/W=238.13*1000*1000/（2410*10*10*10）=98.81m21.2*3.70=4.44m。214、防止管涌、流砂現(xiàn)象，鋼板控制入土深度為：當鋼板樁埋深為4.44m時，鋼板樁底位于亞粘土層。該層厚5.7m，建議穿透該層使之進入亞粘土夾碎石，延長滲流路徑，防止出現(xiàn)流砂、管涌等現(xiàn)象。故取鋼板樁延長至基礎底面以下6.3 m。 則：鋼板樁長為：11.7+6.318m215、基礎隆起穩(wěn)定性計算安全系數(shù)：Fsb=(Nb*u)/ (*h+q)=(7.

8、2*95.9)/(19*11.7+0)=3.1安全性得到保證。式中：11.7/10.7=1.094查表得Nb=7.2u=c+tga=15+19*11.7tg200=95.9KN故可以抵抗地基隆起216、降水設地面下4.0m處進入潛水層。管井深度18m。管井直徑0.3m?？傆克浚?Q=1.366k*(2H-S)*S/(log(1+R/r0)=1.366*15*(2*14-8.7)*8.7/(log(1+252.15/5.22)=2033.37m3式中：k為滲透系數(shù)，H為潛水含水層厚度，S為基坑水位降深；R為降水影響半徑；r0為基坑等效半徑。其中：r0=0.29*(10.6+7.4), R=2*

9、S*(k*H)(1/2) 單口井出水量：q=120*rs*l*k(1/3)120*3.14*0.15*2*15(1/3)=278.78m3rs過濾器半徑，l進水部分長度；降水井的數(shù)量為：n=1.1*Q/q=1.1*2032.31/278.92=8.02取降水井為8個，順著基坑邊沿均勻布置。布置井距離基坑距離0.30.5m。能使地基中的水面降至基礎底下1.0m.處。3鋼板樁圍堰施工工藝及流程鋼板樁施工一般采用單根插打法，該法施工速度快，鋼板樁施工的主要機械為振動錘及相應的起吊設備，振動錘與鋼板樁呈剛性連接,依靠錘內(nèi)偏心塊產(chǎn)生上下振動,強迫與之接觸的土體發(fā)生振動,大大降低土體的沉樁阻力，從而使鋼板

10、樁在自重及振動錘的壓重作用下順利沉入土體。為防止鋼板樁傾斜，在一根樁打入后應與前一根焊牢，它可避免先打入的鋼板樁被后打的樁帶入土中。鋼板樁施工工藝流程為：按設計下料鋼板樁的整理組裝加固制作圍籠設備安裝圍籠插打與合攏布置打設輕型井點實施降水開挖基坑抽水堵漏3.1施工準備按設計下料、整理鋼板樁、檢查振動錘：振動錘是打拔鋼板樁的關鍵設備，在打拔前一定要派專人檢查，確保線路暢通，振動錘的端電壓達到380420伏，夾板牙齒無太多磨損。3.2鋼板樁組樁及加固組樁及單塊樁兩側鎖口均在插打前涂以黃油或熱的混合油膏，以減少插打的摩阻力，并增加防滲性能。組樁的嵌縫用油灰及舊棉絮，用鈍鑿嵌塞緊密。組樁拼接后，每隔4

11、5米加一道夾板，使其固定，以便插打。3.3圍籠的制作及安裝鋼板樁圍堰尺寸可在承臺的基礎上每邊放大100厘米，鋼板樁圍堰尺寸10.6m7.4m。圍籠安裝時，先進行測量定位。鋼板樁導向裝置的設置：方形鋼板樁圍堰通常用方形導向，在圍堰的內(nèi)側打8根定位樁（可以用鋼板樁代替，待快要合攏時，將導向架拆除將鋼板樁插打到圍堰當中），焊接牛腿，安裝上導向框，如下圖：3.4插打與合攏鋼板樁的插打前，應設置全站儀觀測點，用以控制圍堰長，短邊方向的鋼板樁的施工定位。施打前、鋼板樁的鎖口應用止水材料捻縫，以防漏水。施打順序插打次序都是從一側中間導向架開始，沿鋼圍籠周圍分兩側對稱插打至另一側合攏。施打時宜將鋼板樁逐根或逐

12、組施打到穩(wěn)定深度然后依次施打到設計深度。施打時，應隨時檢查位置是否正確，樁身是否垂直，不符要求時應立即糾正或拔起重打。341、第一片鋼板樁插打第一片鋼板樁是插打的關鍵，為了確保其插正及位置準確，在導向架上設了一個限位框架，大小比鋼板樁每邊放大1厘米，插打時鋼板樁背靠緊導向架，一邊插打，吊車一邊緩慢下鉤，并在互相垂直的兩個方向用全站儀觀察，發(fā)現(xiàn)偏移，調(diào)整直到鋼板樁底達到設計標高。（見下圖） 342、插打過程的控制在插打過程中，由于鋼板樁鎖口和鎖口之間縫隙較大，而鋼板樁下端有土擠壓，上端是自由的，總會使鋼板樁產(chǎn)生向遠離第一根鋼板樁的方向傾斜，因此，每打45根鋼板樁就要用垂球吊線，將鋼板樁的傾斜度控

13、制在1%以內(nèi)，否則就用倒鏈糾偏，一次性糾偏不能太多，以免引起鎖口間別住，影響下一片鋼板樁的插打，當鋼板樁偏移太多時，只能采用多次糾偏的方法逐步減小偏移量，若因土質(zhì)太硬倒鏈拉不動時，可采用走四滑輪組糾偏。343、鋼板樁插打施工工藝流程見下：施工工藝流程圖用振動錘夾正鋼板樁起吊至圍堰頂部，對鎖口插入鋼板樁開啟振動錘，緩慢下鉤快速下鉤，調(diào)整好鋼板樁與導向架的距離，下到土面插打一段時間，拔起，讓水滲入，減小摩擦，再插打，如此往復，直到達到設計標高344、合攏時片數(shù)的確定在即將合攏時，開始測量并計算出鋼板樁底部的直線距離（X1），設鋼板樁寬度為d，設原設計還剩N設片，N設=X1/d， 當N設+2 N N

14、設增加兩片鋼板樁，并繞圓弧X2，使X2/d=N設+2當N設-1NN設向外繞圓弧X3，X3/d=N設345、合攏樁的處理為了便于合攏，合攏處的兩片樁應一高一低，合攏時往往出現(xiàn)“上小下大” 或“上小下大”的情況，此時可用兩個滑輪組向兩邊拉開或拉攏，直到合攏樁兩邊的樁頂距離等于d（鋼板樁寬度），并且接近平行，將合攏樁插入，起動振動錘，將合攏樁打入到設計標高。方形圍堰有四個面，打完的每一片都要保證鋼板樁沿導向架的法線和切線方向豎直，合攏應選擇在角樁附近(一般離角樁45片)，如果距離有差距，可通過調(diào)整相鄰一邊離導向的間距，直到合攏邊的距離X=X設 (仍然是以鋼板樁底部為基準)，為了防止合攏處兩片樁成異面

15、直線，角樁一定要調(diào)整好方向，讓其一面鎖口與對面的鋼板樁鎖口盡量保持平行，合攏時若兩片樁不在一條直線上，可拔除幾根，進行調(diào)整。3.5 設置井點降水在基坑四周設置8個300降水井，順著基坑邊沿均勻布置。351、井點安裝程序井點放線定位安裝高壓水泵鑿孔安裝埋設井點管布置安裝總管井點管與總管連接安裝抽水設備試抽與檢查正式投入降水程序。352、井點管埋設根據(jù)測量控制點，測量放線確定井點位置，然后在井位先挖一個小土坑，深大約500mm，以便于沖擊孔時集水、埋管時灌砂，并用水溝將小坑與集水坑連接，以便排泄多余水。用絞車將簡易井架移到井點位置，將套管水槍對準井點位置，啟動高壓水泵，水壓控制在0.40.8MPa

16、，在水槍高壓水射流沖擊下套管開始下沉，并不斷地升降套管與水槍。一般含砂的粘土，按經(jīng)驗，套管落距在1000mm之內(nèi)，在射水與套管沖切作用下，大約在1015min時間之內(nèi)，井點管可下沉10m左右，若遇到較厚的純粘土時，沉管時間要延長，此時可增加高壓水泵的壓力，以達到加速沉管的速度。沖擊孔的成孔直徑應達到300350mm，保證管壁與井點管之間有一定間隙，以便于填充砂石，沖孔深度應比濾管設計安置深度低500mm以上，以防止沖擊套管提升拔出時部分土塌落，并使濾管底部存有足夠的砂石。鑿孔沖擊管上下移動時應保持垂直，這樣才能使井點降水井壁保持垂直，若在鑿孔時遇到較大的石塊和磚塊，會出現(xiàn)傾斜現(xiàn)象，此時成孔的直

17、徑也應盡量保持上下一致。井孔沖擊成型后，應拔出沖擊管，通過單滑輪，用繩索提起井點管插人井孔，井點管的上端應用木塞塞住，以防砂石或其他雜物進入，井在井點管與孔壁之間填灌砂石濾層。該砂石濾層的填充質(zhì)量直接影響輕型井點降水的效果，應注意以下幾點：、砂石必須采用粗砂，以防止堵塞濾管的網(wǎng)眼。、濾管應放置在井孔的中間，砂石濾層的厚度應在60100mm之間，以提高透水性，并防止土粒滲入濾管堵塞濾管的網(wǎng)眼。填砂厚度要均勻，速度要快，填砂中途不得中斷，以防孔壁塌土。、砂石濾層的填充高度，至少要超過濾管頂以上10001800mm廠-般應填至原地下水位線以上，以保證土層水流上下暢通。、井點填砂后，井口以下1.01.

18、5m用粘土封口壓實，防止漏氣而降低降水效果。353、沖洗井點管將1530mm的膠管插入井點管底部進行注水清洗，直到流出清水為止。應逐根進行清洗，避免出現(xiàn)“死井”。354、管路安裝首先沿井點管線外側，鋪設集水毛管，并用膠墊螺栓把干管連接起來，主干管連接水箱水泵，然后拔掉井點管上端的木塞，用膠管與主管連接好，再用10#鉛絲綁好，防止管路不嚴漏氣而降低整個管路的真空度。主管路的流水坡度按坡向泵房5的坡度并用磚將主干管墊好。355、檢查管路檢查集水-下管與井點管連接的膠管的各個接頭在試抽水時是否有漏氣現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)這種情況應重新連接或用油膩子堵塞，重新擰緊法蘭盤螺栓和膠管的鉛絲，直至不漏氣為止。在正式運轉(zhuǎn)

19、抽水之前必須進行試抽，以檢查抽水設備運轉(zhuǎn)是否正常，管路是否存在漏氣現(xiàn)象。在水泵進水管上安裝一個真空表，在水泵的出水管上安裝一個壓力表。為了觀測降水深度，是否達到施工組織設計所要求的降水深度，在基坑中心設置一個觀測井點，以便于通過觀測井點測量水位，并描繪出降水曲線。在試抽時，應檢查整個管網(wǎng)的真空度，應達到550mmHg(73.33kPa)，方可正式投入抽水。356、抽水輕型井點管網(wǎng)全部安裝完畢后進行試抽。當抽水設備運轉(zhuǎn)一切正常后，整個抽水管路無漏氣現(xiàn)象，可以投入正常抽水作業(yè)。開機7d后將形成地下降水漏斗，井趨向穩(wěn)定，土方工程可在降水10d后開挖。3.6深基坑土方（粉煤灰）開挖由于該工程位于戴家湖

20、中粉煤灰開挖量大，同時在開挖粉煤灰的過程中需和支護施工密切配合。粉煤灰開挖采用二步開挖，第一部土開挖到2.7米設置內(nèi)支撐，第二部土開挖至7.7米再設置內(nèi)支撐，開挖時用吸泥泵配合高壓水槍吸去基坑外。 由于粉煤灰開挖為逐層開挖到底（預留30cm人工清槽），開挖過程中用水準儀隨時控制標高，以防超挖。3.7抽水堵漏鋼板樁圍堰的防滲能力好，但有鎖口不密，個別樁入土不夠及樁失打裂、打卷情況下，仍有滲漏。鎖口不密的漏水在抽水發(fā)現(xiàn)后以板條棉條等，在板樁內(nèi)嵌塞。堰腳漏水時，查明漏水位置，采用水下混凝土封底及水下壓漿辦法防滲。抽水前還應將鋼板樁導框之間空隙用墊塞緊，以保證導框受力均勻。抽水時，還應當對鋼板樁和內(nèi)導

21、環(huán)進行觀察，嵌縫和堵漏工作，每一層導環(huán)出水面后，必須即使進行清洗和檢查受力情況，并進行補楔工作。為了防止在抽水過程中發(fā)生以外事故，保證圍堰安全，還必須配備從圍堰外向內(nèi)倒灌的水泵。一旦發(fā)生異常情況，立即開動倒灌水泵，恢復堰內(nèi)水位，檢查處理后再抽水。3.8基坑監(jiān)測3.81、鋼板樁施工中監(jiān)測在鋼板樁施工中，打設的允許誤差一般為：樁頂標高偏差100mm；鋼板樁軸線偏差100mm；鋼板樁垂直度偏差為1%。在打設過程中，應監(jiān)測是否在允許誤差范圍內(nèi)，超出時及時糾正。3.82、支撐系統(tǒng)的監(jiān)測在鋼板樁施工完成、封底以后，就開始支撐的施工。在施工支撐及承臺的過程中，應對支撐系統(tǒng)進行監(jiān)測。主要監(jiān)測支撐的變形、鋼板樁的變形、基坑內(nèi)流動水量及圍堰的位移等。在施工過程中可能出現(xiàn)如下的情況：（1）鋼板樁彎曲變形嚴重。這主要是鋼板樁斷面選用偏小，土壓力計算偏低，基坑超挖或支撐間距過大等原因造成