顶管工程深基坑施工方案

'某顶管工程深基坑施工方案某整治工程——某分洪道（过某大道顶管段），深基坑（4.0m~9.0m）开挖，进水口、出水口渠箱基坑深4.5m，基坑宽度24m。工作井、接收井处渠箱基坑深9m，宽13m~16m。地质情况复杂，施工难度很较大，现编制符合现场实际情况，技术较先进，经济合理的施工组织设计，确保深基坑工程的安全及周围环境的安全。基坑开挖施工顺序为：施工准备拉森钢板桩支护基坑开挖支撑管基施工渠箱施工回填拔支护桩一、施工准备1、根据施工图纸测量放线，确定渠箱边线，在边线上每20m设基线桩，然后撒白灰线，作为管沟打支护桩之依据。2、依据撒灰线位置，迁移绿化、拆除障碍物及各种既定设施，平整施工场地。3、做好临建设施和安全、文明措施，作为施工时的用水、用电准备工作。4、作好施工机械及设备的调试运转工作。二、打支护桩由于受场地限制，且基坑地层以杂质土、淤泥层和粉质粘土层为主，土的摩擦力较小，透水性大，土质稳定性差，基坑开挖较深，不具备自然放坡条件，为确保开挖时基坑内施工作业的安全和对周围建、构筑物及市政设施的正常使用造成影响及危害，该基坑支护结构选择拉森钢板桩，它具有强度高，结合紧密，堵水性好，速度快等特点。1、打桩机械选择根据工程规模、土质情况、作业能力，作业环境打拉森式钢板桩，采用振动冲击打桩机械，即采用PC200履带式挖土机带油压振动锤打桩。2、打桩方式的选择打桩方式采用单桩打入法，施工简便、可不停地打、桩机行走路线短、速度快，但是容易倾斜，对此可在一根桩打入后，把它与前一根焊牢，既防止倾斜又避免被后打的桩带入土中。3、挡土钢板桩支护计算挡土钢板桩根据基坑挖土深度、土质情况、地质条件和邻近建筑管线情况，选用多锚（支撑）板桩形式，对坑壁支护，以便基坑开挖。根据现场实际情况分析，最危险处是工作井、接收井处渠箱施工，基坑开挖深9米，宽15米的基坑支护计算。多锚支撑式板桩计算，钢板桩选用日本产拉森FSP-IV型钢板桩，每延长米截面矩W=2270cm3/m，[f]=200Mpa，取基坑深H=9.0m，距板桩外2m地面附加荷载q=30KN/㎡。根据地质资料，不同深度层土的密度r，内摩擦角Ф及粘聚力C的值，求得其加权平均值为 r1=(18.75×3.6+4.4×20+1×19.8)/9=19.48kN/m3φ1=(10º×3.6+30º×4.4+18º×1)/9=20.7ºC1=(5×3.6+0+22×1)/9=4.4kpar2=(19.8×1.5+20.5×4.5)/6=20.325kN/m3φ2=(18º×1.5+20.5º×4.5)/6=23.3ºC1=(22×1.5+28×4.5)/6=26.5kpa故该土层为上软下硬土层的情况（1）计算作用于板桩上的土压力强度，土压力分布Ka1=tan2(45º-20.7º/2)=0.478Ka2=tan2(45º-23.3º/2)=0.433Kp2=tan2(45º+23.3º/2)=2.309考虑钢板桩与土间的摩擦力作用，取墙前K=1.666得K.Kp2=1.666×2.309=3.846K.Kp2-Ka2=3.413eAq=qka1=30×0.478=14.34kN/㎡yq=tan(45º+20.7º/2)×2=2.89meAh=r1HKa1-2c1√(ka1)+[(H-3.7)-(H-3.7)Ka1]rw=19.48×9×0.478-2×4.4×√(0.478)+(5.3-5.3×0.478)×10=83.803-6.084+27.666=105.685kN/m2B点上Pb上=eAq+eAh=105.385+14.34=119.725kN/m2B点下Pb下=r1HKa2-2c2√(ka2)+[(H-3.7)-(H-3.7)Ka2]rw+qka2=19.48×9×0.433-2×26.5×√(0.433)+(5.3-5.3×0.433)×10+30×0.433=75.914-34.875+30.051+12.99=84.08kN/m2eAc=r1Ka1×2.5=19.48×0.478×2.5=23.279kN/m2（2）计算板桩墙上土压力强度等于零的点离控土面的距离y，在y处板桩墙前的被动土压力等于板桩墙后的被动土压力，即y=Pb下/{(r2-rw)(kkp2-ka2)+2c2[(√kkp2)+√(ka2)]}=84.08/[(20.325-10)×3.413+2×26.5×[√(3.846)+√(0.433)]=84.08/(35.239+138.815)=0.48m（3）确定支撑层数及间距按等弯矩布置法确定各层支撑的间距，板桩顶部悬臂的最大允许跨度为： h=3√[(6[f]w)/(r1ka1)]=3√[(6×200×105×2270)/(19.48×103×0.478)]=308cm=3.0m取h0=2.5mh1=1.11×3.0=3.42m取h1=3.3mh2=3.2m（4）用力矩分配法求解AS连续梁a、计算固端弯矩AC段：MFCA=2.5×23.279×2.5/6=24.25kN.m/mCD段：MFDC=24.25×3.32/8+(2.91-2.91/3.3)×14.34×3.32/8+(39.457-23.279)×3.32/15+(65.493-39.457)(8-9×2.1/3.3+12×2.12/15/3.32)×2.12/24-MFCA/2=33.010+39.591+11.745+12.423-12.125=84.644kN.m/mDS段：MFDS=-64.493×3.22×(3.2-3.2/3.68)/8-14.34×3.22(3.2-3.2/3.68)/8-(105.385-65.493)×3.22×(8-9×3.2/3.68+12×3.22/15/3.682)/24-84.08×0.482×(1-3×0.482/5/3.682)/6=-195.363-42.776-13.256-3.196=--254.591kN.m/mb、计算分配系数结点DμDC=3EI/3.3/(3EI/3.3+3EI/3.68)=EI×1.1×3.68/(1.1×6.98EI)=0.527μDS=1-0.527=0.473力矩分配求得支点弯矩MC=24.25kN.mMD=174.206kN.m各支座反力：取CD段为隔离体由∑MD=0RC×3.3=24.25+29.1×3.3+23.279×3.32/2+14.34×(3.3-0.39)2/2+(39.457-23.279)×3.32/2/3+(65.493-39.457)×(3.3-1.2)2/2/33.3RC=24.25+96.03+126.754+60.716+29.363+19.136RC=107.944kN/m再由∑MS=0RC×(6.5+0.48)+RD×(3.2+0.48)=77.719×9×(1/3+0.48)/2+(105.385-77.719)×(6.5-1.2)×[(6.5-1.2)/3+0.48]/2+14.34×(6.5-0.39)×[(6.5-0.39)/2+0.48]+84.08×0.48×2×0.48/2/3 3.68RD=1217.080+164.714+155.959+6.457-753.449RD=214.881kN/m又因Ep-Ea=R故Ps=77.719×9/2+[(105.385-77.719)×(6.5-1.2)]/2+14.34×(6.5-0.35)+84.08×0.48/2-RC-RDPS=349.736+73.315+87.617+20.179-214.881-107.944PS=208.022kN/m（5）计算钢板桩的最小入土深度t0。t0=y+xx可根据Ps承墙前被动土压力对钢板桩底端D点的力矩相等求得，即PsX=(r2-rw)(kkp2-ka2)/2+2C2[√(kkp2)+√(ka2)]X2/3=(35.239X2+138.815X)X/66×208.022=35.239X2+138.815X解得：t0=y+x=0.48+3.25=3.73m钢板桩下端的实际埋深应位于X之下所需实际板桩的入土深度为t=1.1t0=1.1×3.73=4.0m实际操作时，把原地面降低1.5m，故12m长桩可以满足基坑深9m，钢板桩入土深度不少于4.0m要求的。（6）选择钢板桩截面Mmax=174.206kN.m，钢板桩允许抗弯应力[f]=200mpa(=200×103kN/m2)，则所需钢板桩的截面抵抗矩W为W=Mmax/[σ]=174.206×106/(200×103)=871.03cm3/m<1.2故坑底不会产生隆起A、基坑底的管涌验算管涌主要是由于水头差所引起的，当板桩插入透水性和内聚力均小的饱和土中，如粉砂、淤泥....等,施工采用坑内明沟排水时,则有可能发生管涌或流砂现象。为了安全施工，应验算防止这种现象的发生。其验算式为：K=γ´/j式中K——坑管涌安全系数，一般取15~2.0取K=1.5γ´——土的浮重度；γ´=19.777-10=9.777KN/m3j——最大渗流力（动水压力）j可采用下式计算：j=i=h´/（h´+2t）γw式中i——水头梯度t——板桩的入土深度t=4.0mh´——地下水位至坑底的距离（即地下水形成的水头差）；h´=9.0-2.5=6.5mγw——地下水的重度γw=10KN/m3t=(1.5×6.5×10-6.5×9.777)/(2×9.777)=(97.5-63.6)/39.55=0.86m<4m没有可能产生管涌现象。4．钢板桩的打设支护桩采用拉森钢板桩，桩长度为12.0m，采用挖掘机配振动锤方法打桩，为保证桩的垂直度，应用两面三台经纬仪加以控制，打桩开始的一、二块钢板桩的打设位置和方向要确保精度，以起导向样板的作用，故每入土1m测量一次。钢板桩施工常遇问题的分析及处理：常遇问题倾斜（板桩头部向打桩行进方向倾斜）共连（打板桩时和打入的邻桩一起下沉）原因分析打桩行进方向板桩贯入阻力小钢板桩倾斜弯曲使槽口阻力增加防止措施1）施工过程中用仪器随时检查、控制、纠正2）发生倾斜时，用钢丝绳拉住桩身，边拉边打，逐步纠正1）发生板桩倾斜及时纠正2）把发生共连的桩和已打好的桩一块或数块用角铁电焊临时固定5．基坑支护工程的现场监测（1）基坑观测的内容基坑监测是本工程施工中一个必不可少的环节，施工中应观测基坑的稳定性，周围建筑物的变形等。其中基坑的稳定观测包括基坑外围土体位移、沉降的观测。施工中要进行全面观测，施工前在基坑四周设置观测点，按照设计要求，每隔25m设置一个观测点，边施工边观测，保证基坑施工的安全。（2）基坑观测点的布置按照设计要求每隔约25m 设置一个观测点，基坑南、北面各布1个观测点，东、西面各布5个观测点，共布置12个观测点，每面的观测点成直线布置。在基坑四角各布置2个观测控制点，施工过程中对控制点应加以保护。其他观测点布置根据现场情况而定。观测点的制作要求规范美观，并用水泥砂浆围筑，观测点做好后，必须严加保护，不得碰撞，拟采用砖块围筑，待须观测时再移开砖块。（3）监测频率基坑监测的频率要随土方开挖进度和基坑变化情况作调整，基坑监测点布设两天后开始读测原始值，且应不少于2次。当基坑开始挖土时，监测次数要增加，开挖以后每天测量一次，当基坑边坡位移出现突变量，增加到一天两次甚至两小时观测一次，当边坡位移趋于稳定时，测量间隔时间可延长至5～10天。本基坑的监测时间为从基坑开挖至清水池结构完成，土方回填。观测结果务必全面、真实、整洁，并整理成册。三、基坑开挖1、准备工作a、先测放出基坑中线，沿基坑中线钉立木桩且编号，桩间距20m，测量各桩号原地面标高，计算并标明各桩号处挖土深度。b、根据施工图纸及会同业主，查明地下既有埋设管线等设施的位置、埋深，开挖前对地下查明的既有管线等设施作好标志，对作业人员进行交底。c、线位控制桩和高程控制桩，须复检合格，且办好预检手续。2、基坑开挖基坑开挖采用PC200挖掘机进行土方开挖（对既有管线及设施的进行人工开挖），在施工区段，开挖方向由基坑的一端向另一端进行，视工程进度情况也可由坑中间开始向两端同时开挖，泥土由自卸汽车装车外运弃土。在挖到距槽底50cm以内时，测量放线人员应配合抄出距槽底50cm水平线，在坑壁上钉水平标高木桩，间距为每3m钉一个，随时以木桩校核坑底标高，最后拉通线检查槽底标高，据此修整坑底，进行整平。防止错挖或超挖，基底高程允许偏差±20mm。若出现超挖，必须回填石屑，夯实至设计标高。基坑挖宽按下式：B=D+b×2B——基坑底部宽度（mm）D——管道外径（mm）b——管道一侧工作面宽度（mm）基坑土方开挖后，基底四周挖排水明沟，于低洼处挖深设集水井，及时抽排基底积水，基坑顶部四周设截水沟，或用粘土筑成拦水坝，防止地表水流入基坑。严禁积水渗泡基底。3、土方外运开挖的土留足回填土后，余土均外运，外运至指定地点并堆放。本工程外弃土受广州市道路交通的制约和影响，外弃土拟安排夜间集中进行，为保持清洁防止车辆漏土，车斗门须严密，装土时低于车箱高度，严禁水土混装，车箱顶部须覆盖，车辆须车身及车轮干净，不污染路面。4、基坑开挖中出现的问题及相应的应变措施 开挖中可能出现的问题1、支护结构出现渗水、漏泥或开挖面以下出现冒水。2、开挖土方不均衡，支撑延时导致支护墙壁和支撑的受力变形速率变化过大，基坑回弹和周围土体变位过大。3、护结构刚度，强度不足，围护结构变形过大。4、基坑隆起，变形过大5、支撑挠曲变形6、支撑截面不足，有压损迹象7、围护、支撑，周围地表变形，坑底土体隆起变化速率均急剧加大，基坑有失稳趋势。安全、稳定应变措施1、出现渗水，漏泥应及时采取止水堵漏措施2、发现止水体在设计施工中的薄弱环节，及时采取加固弥补措施采用调整开挖及支撑的施工部位及参数，使基坑外荷均衡，减少每步开挖的空间尺寸，加快开挖支撑的时间，增加支撑复加预加轴力的次数。1、增加支撑临时斜撑、角撑2、支撑加改预应力3、调整支撑的竖向间距4、基坑四周卸载或坑内压载1、分区分步开挖，并在最下层开挖中，分步挖分步浇筑快硬砼垫层，先形成部分垫层底板抵制墙体位移。2、采用中心岛法施工3、在坑底被动区土层中谨慎地超前一步进行双液快凝分层注浆加固土体或压载1、加固支撑杆件，采用临时拉系构件缩短长细比必要时在水平向及竖向增设支撑2、地面上对称卸载，坑内压载对支撑断面加固，在竖向及水平向增设支撑对基坑进行局部甚至全面回填或放水回灌以得到临时稳定，赢得时间进行地基或支撑加固5、支撑开挖支撑施工是决定深基坑工程成败优劣的关键工序，基槽两侧之间设横压梁（围檩）加支撑的方法支护，应边开挖边支撑，围檩应沿挡墙周边连续走通设置，围檩和支撑梁要用2I36b槽钢焊接钢梁，支撑用Φ500钢管，每2.5m设一根，见基坑支护剖面图。（深4-5m基坑只设一道支撑）a、支撑验算： 由于支撑最大反力RD=214.881kN/m，设支撑间距为2.5m，支撑轴心压力为N=214.881×2.5=537.203kN外径Φ500钢管，壁厚10mm，理论重量120.83kg/mi=0.35d0d0=(d+D)/2=(480+500)/2=490b、截面几何特性：A=(50/2)2π-(48/2)2π=49π=153.86cm2i=0.35d0=0.35×49=17.15cmc、λ和φ值：λ=l/I=2300/17.15=134.1<[λ]=150查表因焊接对任意轴属b类φ=0.307d、支撑的整体稳定：N/(φA)=537.203×103/(0.307×153.86×102)=94.4N/mm2