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深基坑开挖采用钢板桩支护施工技术

2012-03-23李学强

城市建设理论研究 2012年4期
关键词:围堰钢板荷载

李学强

摘要:本文通过实例简述了钢板桩结构尺寸的设计、力学验算和施工方法,对深基坑施工采用钢板桩支护技术具有一定的参考价值。

关键词:深基坑钢板桩施工技术

Abstract: in this article, through it states the steel sheet pile structure size of the design, mechanical check and construction method of deep foundation pit construction USES the steel plate pile supporting technology to have the certain reference value.

Keywords: deep foundation pit steel sheet pile construction technology

中图分类号:TV551.4+2文献标识码:A 文章编号:

一、前言

近年来,随着我国铁路建设事业的飞速发展,各种基础建设项目相继增多,基坑开挖的支护是铁路承台施工的重要环节。对于一些跨越地方河流的承台设计比较深,随之基坑开挖深度较深,加之地下水特别丰富,基坑开挖安全成了一个很重要的问题。对于地下水位丰富、开挖比较深的基坑,采用钢板桩支护可以有效阻止地下水,确保施工安全,加快施工进度,缩短工期。

二、施工特点

1、深基坑开挖采用钢板桩有效的阻止了地下水,确保基坑开挖的安全。

2、设备、人力投入少,劳动力强度低,安全性强。

3、施工简单、施工速度快,可以缩短工期,周转材料利用率高,施工成本低。

三、钢板桩围堰尺寸设计及力学验算

(一)钢板桩围堰设计

以我公司施工京沪高铁青沧特大桥跨河北省力通联钢管厂人工湖施工为例,承台尺寸为12.5m×8.1m矩形尺寸,承台基坑开挖前,选用15米拉森Ⅲ型钢板桩(型号为400mm×170mm×15.5mm)进行围堰施工,确保钢板桩入土深度不小于5米,围堰设置要求大于承台尺寸2.0米,钢板桩围堰尺寸定为:16.5m×12.1m矩形尺寸。围堰自上而下设置4道内部支撑,采取“分层开挖、分层支撑”设置原则;内部支撑由围囹、纵向支撑和斜撑组成;围囹采用35H型钢,纵向支撑、斜撑采用壁厚10mm的Ф426螺旋钢管。基坑开挖至承台底标高以下0.5米处,基坑底部浇注0.5米厚C25封底砼。见下图(尺寸:cm):

(二)钢板桩支护结构验算

1、内部支撑验算

对于多层支点的支护体系,常采用等弯矩布置的形式以充分利用钢板桩的抗弯强度,减少支护体系的投入量。其计算步骤为:根据所选钢板桩型号由以下公式确定最大悬臂长度h

(简明施工计算手册)

式中,f——钢板桩抗弯强度设计值;f=200MPa

W——截面抗弯模量;W=2270cm3

——土压力容重;

Ka——土压力系数;(见土压力计算)

根据表1计算各支撑的跨度

2、钢板桩验算

对于15米钢板桩,根据土压力分布特点,其第四层支撑和基坑底承受的荷载最大,那么只计算第四层支撑距离基坑底部的钢板桩受力情况。拉森钢板桩[σ]=200Mpa,I=38600cm4,W=2270cm3。

(1)土压力计算

根据地质资料,主动土压力的容重加权平均值, 被动土压力的容重加权平均值为,摩擦角=30°,土的凝聚力c=10kPa。内力图如下(尺寸:cm):

根据朗肯土压力公式(简明施工计算手册)

主动土压力应力公式

被动土压力应力公式

=18×15×0.333=89.91kN/ m2

=18×5×3=270 kN/ m2

第四道支撑的应力

=18×7×0.333=41.96kN/m2

=0.5×18×152×0.333=674.33kN

=0.5×18×25×3=675kN

(2)强度计算

受力情况为梯形分布荷载,故可以分解为均布荷载和三角形分布荷载,受力计算时采用两个荷载计算叠加。见下图:

故满足要求。

(3)挠度计算

,故满足要求。

四、施工方法

1、施工准备

将新旧钢板桩运到工地后,详细对其检查、丈量、分类、编号,同时对两侧锁口用一块同型号长2~3m的短桩作通过试验,锁口通不过或桩身有弯曲、扭曲、死弯等缺陷,采用冷弯、焊补、割除、接长等方法加以整修。为保证插打过程顺利,在锁口处涂以适量的黄油。

2、插打方法

插打钢板桩之前必须进行测量放样,放出钢板桩围堰尺寸,并洒出灰线,钢板桩采用单根插打,钢板桩插打顺序即先从远离便道侧向便道侧进行插打。将钢板桩运至指定位置,然后用吊车的两个吊钩吊起,使钢板桩成垂直状态,脱出小钩,用液压钳夹住钢板桩移向安插位置,插入已就位的钢板桩锁口中。钢板桩在淤泥质地段挤进过程中,受到淤泥中块石或其它不明障碍物等侧向挤压作用力大小不同容易发生偏斜,采取以下措施进行纠偏:在发生偏斜位置将钢板桩往上拔1.0~2.0m,再往下锤进,如此上下往复振拔数次,可使大的块石等障碍物被振碎或使其发生位移,让钢板桩的位置得到纠正,减少钢板桩的倾斜度。与合拢口相邻的10-15片钢板桩先插打至桩的稳定标高,利用钢板桩调整桩的位置,并且合拢口两侧钢板桩具有高差,便于插打,待合拢后,再将钢板桩打至设计标高。

3、钢板桩围堰支撑的安设

基坑采用挖掘机进行开挖。结合本基坑工程的特点,围堰自上而下设置四层支撑,在确保安全的前提下,基坑支撑的施工与基坑开挖同步进行,采取“分层开挖、分层支护”的原则,围堰内部支撑由四周围檩围檩、纵向水平支撑、斜撑组成,其连接处全部采用焊接,必须焊接牢固。

基坑开挖时,由于钢板桩的咬合不紧密会出现漏水现象,现场采用棉絮、再生棉等物品进行堵塞。

4、钢板桩围堰支撐的拆除

钢板桩围堰支撑拆除与安制是一个相反的过程。支撑支撑必须严格按照“自下而上、分层回填、分层拆除”原则进行。即先给围堰内回填土,回填至要拆除的内支撑的位置,拆除该层内支撑。回填时,要保证回填的土顶面低于围囹30cm,严禁回填土过高,给拆除支撑带来不便;拆除支撑后,为了防止钢板桩和未拆除支撑的变形过大,回填土要求必须是干土,严禁回填淤泥等软土。

五、结束语

由中铁十八局集团路桥工程公司施工的京沪高铁青沧特大桥,在DK214+960~DK215+490段跨河北省力通联钢管厂人工湖施工中,对15个深基坑开挖中使用了钢板桩支护,有效的阻止了地下水,确保施工安全,施工工艺简单,劳动力强度低,施工速度快,周转材料利用率高,缩短了工期,取得良好的经济效益和社会效益。

注:文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。

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