厦深铁路流冲河特大桥
33～49墩承台基坑钢板桩围堰施工技术方案
武警水电部队厦深铁路项目部一分部五支队
2009年 4月
##流冲河特大桥水中墩钢板桩施工方案
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流冲河特大桥水中墩钢板桩施工方案
33#～49#基础钢板桩围堰施工技术方案 （开挖封底及承台施工阶段优化） 一、编制范围
厦深铁路广东段站前工程XSGZQ-7标流冲河特大桥（DK341+575.075）。33#～49#处流冲河中第一期筑岛围堰、承台、墩身施工即将开始，根据计划安排，承台计划在4月上旬开始施工。施工时期的流冲河控制水位的水位高度为＋0.43m～＋2.9m。本方案编制范围：根据项目部对流冲河采用筑岛进行桩基施工,承台、墩身采用钢板桩支护设想方案的基础上，针对流冲河流33#～49#承台钢板桩支护开挖方案根据流冲河水位地地质情况进行细化。 二、 编制依据
（1）流冲河特大桥设计图（厦深汕惠施（桥）-37（正式施工图））。 （2）承台及钻孔灌注桩参考图（厦深汕惠施（桥参）-1）。 （3）现场调查的相关资料。
（4）马钢新区拉森钢板桩支护工程实践 三、 工程概况
钻孔桩施工采用筑岛施工，筑岛尺寸为13.9m×16.2m。承台钢板桩支护采用矩形平面形式，平面尺寸为9.8m×13.1m。钢板桩采用拉森-Ⅲ型钢板桩，长15m，单个承台钢板桩共116根，重量132.4吨。钢板桩顶与筑岛高程持平，施打完毕钢板桩后进行基坑土方开挖，基坑开挖土体用于岛体加宽，,至时岛体尺寸加宽至17.99m×16.48m（所需土方为300m3），基坑底标高按最深基坑38#墩计算为-5.8m。
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支撑体系采用三层刚性对撑结构，围堰内支撑对承台施工影响较大。各墩筑岛顶面标高及承台底标高见下表。
37#～40#号墩台筑岛及钢板桩标高表：
墩号 37 38 39 40 岛项高程 1.8 1.8 1.8 1.8 承台底高程 -4.489 -5.826 -5.662 -5.499 基坑深 6.289 7.626 7.462 7.299 15m板桩入土 8.711 7.374 7.538 7.701 淤泥层顶 -8.12 -9.11 -9.72 -8.17 15m板桩入淤泥层
5.08 4.09 3.48 5.03
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筑岛及钢板桩施工平（立）面图：
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钢板桩围堰开挖采取分层开挖，砼封底的方式施工。钢板桩围堰施工主要工程量见下表。
33#～49#主要材料汇总表
材料（项目） 规格 单位 单岛 合计 备注 拉森-Ⅳ型钢板桩 400 m 1740 6960 围堰内围檩 土方开挖 m3 540 2160 筑岛回填土 土方开挖 m3 490 1960 原河床土方 混凝土 C20 m3 26 104 封底砼 碎石 m3 26 104 封底垫层 桩头凿除
根 12 48
四、施工计划
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流冲河特大桥37#-40#墩汛期前工期安排 起讫 日期 项目 墩 时号 长 37 38 39 40 起 讫 4月21日 起 讫 4月19日 起 讫 4月17日 起 讫 4月15日 桩基 钢板桩 基坑土方 破桩长 垫层 验桩 承台钢筋 承台模板 承台砼 养生待强 墩身钢筋 墩身模板 墩身砼 3 4月28日 4月30日 4月25日 4月27日 4月22日 4月24日 4月19日 4月21日 4 5月01日 5月04日 4月28日 5月01日 4月25日 4月28日 4月22日 4月25日 2 5月05日 5月06日 5月02日 5月03日 4月29日 4月30日 4月26日 4月27日 1 5月07日 5月07日 5月04日 5月04日 5月01日 5月01日 4月28日 4月28日 1 5月08日 5月08日 5月05日 5月05日 5月02日 5月02日 4月29日 4月29日 1 5月09日 5月09日 5月06日 5月06日 5月03日 5月03日 4月30日 4月30日 1 5月10日 5月10日 5月07日 5月07日 5月04日 5月04日 5月01日 5月01日 1 5月11日 5月11日 5月08日 5月08日 5月05日 5月05日 5月02日 5月02日 1 5月12日 5月12日 5月09日 5月09日 5月06日 5月06日 5月03日 5月03日 3 5月13日 5月15日 5月10日 5月12日 5月07日 5月09日 5月04日 5月06日 1 5月16日 5月16日 5月13日 5月13日 5月10日 5月10日 5月07日 5月07日 1 5月17日 5月17日 5月14日 5月14日 5月11日 5月11日 5月08日 5月08日 流冲河特大桥水中墩钢板桩施工方案
五、机械及劳动力配置 1、主要施工机具配置
流冲河支护内土体主要采用挖机进行开挖，对于底部淤泥亚粘土层则采用高压水枪配合泥浆泵除土开挖；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，最大打桩长度为15m（与四架子队共用）。
33#～49#承台钢板桩围堰施工主要机械配置见机械配置表 序号 1 2 2 3 4 5 6 机械设备名称 汽车吊 液压振动锤 混凝土罐车 翻斗车 挖机 泥浆泵 污水泵 型号 25T 45KW 8m3 6m3 9m臂 单位 台 台 台 台 台 台 台 数量 1 1 3 4 1 2 4 备注 其他附属设备如振捣棒、电焊机由现场组织。
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2、 人员
表4-2 劳动力配置
序号 1 2 3 4 5 6 7
六、 施工方案 1、综述
方案的要点是用在钢板桩外部采取消减土层标高在筑岛上形成内坡消减钢板桩的外部荷载，以达到尽量减少钢板桩的悬臂长度，减少内支撑以免影响施工目的。
（1）筑岛开挖后成内坡,开挖的土体用于岛外加宽加高在岛体四周形成围堰,挡水坝顶面标高为+1.8m,形成内坡后坑内标高为0.8m。
分项工程 打钢板桩、围檩加工 挖土 破桩头 封底浇筑 钢筋工 模板工 砼工 劳动力人数 10 5 4 10 8 10 8 备注 专业队伍 通用人员 专业队伍 通用人员 专业队伍 专业队伍 专业队伍 第2页共22页
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（2）采用12m拉森Ⅲ型钢板桩，根据钢板桩入土的深度，按单锚浅埋板桩计算，采用双层围囹支撑，钢板桩下层围囹作为加固措施，不参与计算，。
（3）围堰采用干施工封底，封底混凝土厚度20cm，底部铺设20cm碎石垫层。 1.2地质概况 根据设计图纸及筑岛情况，自上而下土层分布为： ①表层为筑岛回填土，为便于钢板桩的打入，在钢板桩打入范围内填料采用细粒土进行，挖除内坡后，土层厚度为自0.5～3.7m 。 ②次层稍密细砂，土层厚度为2～2.5m 。 ③桩端地层为为淤泥质粘土。 钢板桩施工地质图： 筑岛回填土（钢板桩顶面）筑岛回填土（河床底面高程）细砂淤泥质粘土 第3页共22页
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1.3、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，选用拉森Ⅳ号钢板桩，拉森Ⅳ号钢板桩宽度适中，抗弯性能好，依地质资料及作业条件决定选用钢板桩长度15m。 2、钢板桩设计方案 2.1计算拉森桩入土深度
根据钢板桩入土的深度，按单锚浅埋板桩计算，假定上端为简支，下端为自由支承。这种板桩相当于单跨简支梁，作用在桩后为主动土压力，作用在桩前为被动土压力，压力坑底以下的土重度不考虑浮力影响，计算简图如下。
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1 1 主动土压力 Ea= 2ea(H+t)=2γ(H+t)2Ka 1 1 被动土压力 Ep= 2ept= 2γt2Kp 式中: ea—主动土压力最大压强, ea=γ(H+t)Ka； ep—被动土压力最大压强, ep=γtKp； Ka—主动土压力系数，Ka=tgKp—被动土压力系数，Kp=tg2ψ ψ° 2(45°- 2)= tg(45°- 2)=0.49； ψ 20° 2(45°+ 2)= tg(45°+ 2)=2.04； 2 ψ—土的内摩擦角，ψ=20°； γ—土的重度，γ=17.5kN/m3； H—基坑开挖深度，H=6.6m； 为了使钢板桩保持稳定，在A点的力矩等于零，即ΣMA=0，亦即 2 2 EaHa-EpHp=Ea 3(H+t)-Ep(H+ 3t)=0 将以上数据代入上式中，可得下式： t3+6.76t2+41.29t+90.54=0 整理后即可求得所需的最小入土深度 第5页共22页
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t=5.03m 所以钢板桩总长为：
L=6.6+5.03=11.63m
故选择12m钢板桩作为围护支撑是合理的。 2.2、钢板桩稳定性验算
板桩入土深度除保证本身的稳定性外，还应保证基坑底部在施工期间不会出现隆起和管涌现象。
在软土中开挖较深的基坑，当桩背后的土柱重量超过基坑底面以下地基土的承载力时，地基的平衡状态受到破坏，常会发生坑壁土流动，坑顶下陷，坑底隆起的现象（如下图），为避免这种现象发生，施工前，需对地基进行稳定性验算。
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χχ 转动力矩 MOV=G 2 =(q+γh) 2； 2 稳定力矩Mr=χ∫0τχdθ； 将土层视为均质土，则Mr=πτχ2； 式中τ----地质不排水剪切的搞剪强度，在饱和性软粘土τ=0； 地基稳定力矩与传动力矩之比称抗隆起安全系数，以K表示，若K满足下式，则地基土稳定，不会发生隆起。 Mr K= MOV ≥1.2 z 将土层视为均质土层时，则 2πc K= q+γh ≥1.2 式中C--内聚力取经验值C=23.5kPa q--坑侧上部荷载回填土取q=5.0kN/m2 2π×23.5 147.6 K= 5+17.5×6.6 = 120.5=1.22>1.2 故基坑底不会产生隆起。 式中Mr未考虑土体与板桩间的摩擦力以及垂直面AB上土体的搞剪强度对土体下滑的阴力，故偏于安全。 3、封底砼厚度验算 第7页共22页
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钢板桩入土长度为6.5m，淤泥层为1.5m，淤泥层可视为不透水层，计算简式如下： γαLαK= γρLρ >1.2 γαLα—基坑内土体重量， =1.75×6.4=11.38； γρLρ—基坑内外水头压力， =1 ×7.6=7.6； γαLα11.38 K= γρLρ = 7.6=1.50>1.2； K>1.2 故地坑不会产生管涌及坑底冒水情况。式中基坑内土体重量未考虑土体与板桩间的摩擦力以砼封底及碎石垫层，故偏于安全。 4、钢板桩施工工艺 4.1钢板桩施工的一般要求 ⑴钢板桩的设置位置要符合设计要求，便于排水管廊基础施工，即在基础最突出的边缘外留有支模、拆模的余地。 ⑵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。 第8页共22页
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⑶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。 4.2钢板桩施工的顺序
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→整修平整施工机械行走道路→沉设围护桩→将围护桩送至指定标高→焊接围囹支撑→挖土→排水管廊施工→填土→拔除钢板桩。 4.3钢板桩的检验、吊装、堆放 ⑴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。
①锁口检查的方法：用一块长约2米的同类型、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。
②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
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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。
③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。 ④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。 ⑵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。 ⑶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： 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；
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②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；
③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3-4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。 4.4钢板桩打设
钢板桩施工要正确选择打桩方法、打桩机械和流水段划分，以便使打设后的板桩墙有足够的刚度和良好的防水作用，且板桩墙面平直，以满足基础施工的要求，对封闭式板桩墙还要求封闭合拢。 根据现场施工条件，采用单独打入法。
此法是从一角开始逐块插打，每块钢板桩自起打到结束中途不停顿。因此，桩机行走路线短，施工简便，打设速度快。但是，由于单块打入，易向一边倾斜，累计误差不易纠正，墙面平直度难以控制。 ⑴先由测量人员定出钢板桩围堰的轴线，可每隔一定距离设置导向桩，导向桩直接使用钢板桩，然后挂绳线作为导线，打桩时利用导线控制钢板桩的轴线，在轴向法向要求搞的情况下，采用导向架。 ⑵准备桩帽及送桩：打桩机吊起钢板桩，人工扶正就位。 ⑶单桩逐根连续施打，注意桩顶高程不宜相差太大。
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⑷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。 4.5挖土
⑴土方开挖应分层连续施工，用反铲挖机一次开挖至板桩顶以下4米处，进行围囹支撑施工。在施工完毕围囹支撑后，对乘余土体采用泥浆泵配合高压水枪松动的方式进行开挖。
⑵围囹制做安装：第一层围囹及支撑设置在板桩墙顶以下0.5米处，第二层围囹设在承台顶面以上0.5米处。根据设计位置在钢板桩内壁上焊围囹托架，然后吊装H型钢围檩并焊接加固。 ⑶基坑周边范围内严禁堆载。 ⑷地面及坑内设排水措施。
⑸开挖过程中注意支护体系的变形观察。 ⑹基坑内作业时，有专职安全员负责。 在基坑开挖过程中需要注意的问题：
由于工程在地下水位很高的软土地基中施工，所以钢板桩的垂直度及搭接就十分重要，当钢板桩未贴靠在围囹上部分，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、焊接必须严格按图施工。
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其次是挖土和支撑的架设施工过程必须紧密配合，挖土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。施工中切不可超挖和不及时施加支撑，土方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。 4.6钢板桩的拔除
基坑回填后，要拔除钢板桩，以便重复使用。拔除钢板桩前，应仔细研究拔桩方法顺序和拔桩时间，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，会给己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。设法减少拔桩带土十分重要，目前主要采用灌水、灌砂措施。
先用打拔桩机夹住钢板桩头部振动1min～2min，使钢板桩周围的土松动，产生“液化”，减少土对桩的摩阻力，然后慢慢的往上振拔。拔桩时注意桩机的负荷情况，发现上拔困难或拔不上来时，应停止拔桩，可先行往下施打少许，再往上拨，如此反复可将桩拔出来。 拔桩时应注意事项：
①拔桩起点和顺序：对封闭式钢板桩墙，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。
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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。 七、安全技术保障及措施
⑴、为提高深基坑围护的安全可靠性对拉森桩的入土深度，进行理论数据的计算，并对围护桩的强度及稳定性进行验证，确保深基坑施工的可靠性。
⑵、沉设围护桩的施工中，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拉森桩防漏性能，保证下道工序顺利进行。
⑶、采用250×250H型钢实施围护桩，周边围令加固，并根据具体情况增设对角斜撑距离及数量，现场配备压密注浆机，对个别渗漏处进行止漏处理，实现拉森桩围护项，技术参数达到规范要求。 ⑷、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10m～15m（1倍桩长）以外，坑土堆放要平整最大程度的减小堆土对围护桩的侧压力，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
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挖土机械单位受力面积，杜绝冲击荷载，对围护桩的破坏，确保基坑安全。
⑸、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。
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