桥墩承台基坑支护专项施工方案

温州市域铁路S1线SG6A标段桥墩承台基坑支护专项施工方案中铁二局温州项目部2014年8月中铁二局温州项目部2014年8月温州市域铁路S1线SG6A标段桥墩承台基坑支护专项施工方案编制审核审批中铁二局温州项目部2013年8月目录一、工程概况1、设计概况2、地质水文条件3、主要工程量4、施工难点和重点二、专项施工方案总体概况三、基坑支护施工方案设计（一）、施工方案设计依据及参数（二）、计算基坑外侧向水土压力（三）、计算护壁钢板桩的支撑能力（四）、钢板桩横支撑及围檩设计四、主要工序施工工艺及施工方法（一）、主要工序施工工艺（二）、主要工序施工方法（三）、其他基坑施工支护方案的选择五、施工进度计划六、各项施工注意事项七、基坑临时支护工程量八、附件设计检算书九、部分设计图一、工程概况1、设计概况温州市域铁路S1线，设计速度目标值80120KM/H。本段双线铁路线间距为4M44M，铺设有碴轨道无缝线路。SG6A标段施工范围为温州特大桥315380墩，起止里程为DK1758906DK1989514。标段全长2300M，上部结构为30M、35M、40M现浇简支箱梁63孔，6010060M连续梁一联；下部结构，桥墩采用圆端形桥墩，承台为单层承台，基础为钻孔桩基础。标段内，陆地承台基坑开挖深度34M，根据地质情况及现场用地情况，采用放坡开挖或钢板桩支护；线路跨越6条河道，在河道两侧的承台部分侵入河道，采用筑岛围堰钢板桩施工,基坑开挖深度约6M，属于深基坑，以此为对象编制本专项方案。2、地质水文条件地质情况表层051M素填土，其下为20M深淤泥。水文情况地下水为孔隙水，埋深较浅，流量小，位于素填土层内。河道处平均水深3M，台风期为4M，属于内陆河，无潮汐影响。表1地质各土层物理力学参数表土层重度KN/M3粘聚力KPA摩擦角基本承载力（KPA）平均埋深层厚（M）表层素填土051下层淤泥185440203、主要工程量、填土筑岛约2400M3；、挖基坑外运土方20000M3；、清除筑岛外运土方2400M3；、支护结构采用拉森钢板桩序号承台尺寸（M）类型基坑个数（个）基坑深度（M）钢板桩根数（根）单根长度（M）11026925水中1261161821026925陆地3831169395592陆地122510794114925陆地23132951431043陆地2415494、施工的难点和重点地质较软弱，保证支撑受力可靠。侵占河道的水中基坑，防水、止水是重点。二、专项方案总体概况根据中华人民共和国住房和城乡建设部危险性较大的分部分项工程安全管理办法200987号文的要求，针对本工程水中桥墩施工安全性较大的深基坑分项工程编制专项施工方案。本专项方案编制的主要内容包括基坑护壁桩、护壁桩支撑、基坑开挖等工作内容。其筑岛及主体结构施工有危险的分项工程应按200987号文的相关要求，另行编制专项施工方案；没有危险的分项工程应按相关专业要求编制施工作业指导书。本桥位于河道两侧共计12个桥墩承台施工工期计划时间，应避开68月份的雨季施工。利用枯水期施工，河水位处于常水位及以下高度，可以大大减轻基坑侧壁压力，增强基坑支护结构的稳定性。本方案按照常水位水深约3M设计基坑施工方案。根据设计文件给出的桥址地质条件承台埋深在河床以下3M。考虑筑岛围堰要高出常水位1MM，基坑开挖深度在6M。由于本桥桥址河床覆盖的淤泥质粘土渗透水性能较差，决定止水钢板桩护壁围堰支护开挖施工方案，不进行暗降水。每个桥墩承台平面尺寸102M宽69M长。为满足承台底明排水需要，以及模板安装空间需要，每侧工作边预留15M宽。基坑护壁桩围护尺寸为132M宽99M长。基坑支护结构平面布置示意图如图1所示。基坑护壁桩采用国产拉森型钢板桩，插打止水口，单根长度不短于18M，基坑底以下打入深度12M。护壁钢板桩在基坑深度范围内设置一道水平横支撑梁。横支撑采用直径450MM、壁厚10MM钢管柱。基坑长边、短边各布置两根支撑柱。钢板桩与支撑柱间设置腰梁（或称围檩）。腰梁采用2根水平并置I50B工字钢梁，纵横腰梁拐角处形成刚性焊接三角支撑（I28B）。图1、基坑支护结构平面布置示意图三、基坑支护施工方案设计（一）、施工方案设计依据及参数1、温州市域铁S1线SG6A标段桥设计文件；2、实施性施工组织设计；3、铁路桥涵工程施工安全技术规程（TB103032009、J9462009）；4、铁路桥涵施工规范（TB102032002、J1622002）；5、铁路路基支挡结构设计规范（TB100252001、J1272001）；6、建筑基坑支护技术规程（JGJ12099）；7、钢结构设计规范（GB500172003）；8、基坑侧壁安全等级及重要性系数09；参考建筑基坑支O护技术规程（JGJ12099）取值；9、临时支护结构强度安全系数K13。（二）、计算基坑外侧向水土压力1、基坑深度范围内各土层内摩擦角加权平均值10O；K2、基坑深度范围内各土层内重度加权平均值18KN/M3；3、基坑深度范围内侧向朗金主动土压力系数072450KAITGK4、基坑侧壁土压力根据本桥桥墩埋置深度及地质条件，绘制基坑支护侧立面结构示意图图如图3所示。考虑坑顶有挖掘机、吊车、汽车、输送泵等车辆作业，地面活荷载记取Q20KN/M2。、顶面水平侧压力21/4MKNKAQEA；、坑底水平侧压力2689H，其中基坑深度MH6。图2、基坑支护侧立面结构示意图（尺寸单位以CM计）（三）、计算护壁钢板桩的支撑能力1、计算钢板桩的上端悬臂抗弯能力拟采用拉森型钢板桩，材质为Q235钢材。其物理技术规格如表2所示。表2拉森钢板桩技术规格尺寸规格单根钢板桩单根每米壁宽宽度高度厚度截面积理论重量惯性矩截面模量截面积理论重量惯性矩截面模量型号MMMMMMCM2KG/MCM4CM3CM2/MKG/MCM4/MCM3/MSP400125137642602220223191150168001340SP400170155969976146703622425190386002270SP50020024313381057960520267621063003150为考虑挖基施工方便快捷，基坑顶部不设置横支撑，拟定在基坑深度中部、承台以上位置设置一道横支撑，横支撑的设置位置兼顾钢板桩上部悬臂和满足下部承台施工空间需要。由于本桥处于河道中，远离建筑物，不重视坑外地表的沉降变形量，以满足坑内支护施工安全为主要目标。根据SP型钢板桩允许抵抗弯矩计算钢板桩墙顶部分的最大允许悬臂长度HWKAHMF32MAX6/1/；FQ235钢材的弯曲应力设计控制强度，取F210MPA经计算钢板桩的最大抗弯悬臂长度为MH3。根据基坑深度情况研判，需要布置一道横支撑。为满足承台施工空间方便，中间不转换支撑，取支撑点MH3处。横支撑以下深度3M，满足承台连续浇筑完工况需要，而不转换横支撑；承台施工完成后，基坑回填后撤掉横支撑，钢板桩剩余悬臂段依然满足支撑需要。在MH3处，钢板桩最大弯矩（等于最大悬臂弯矩）KNM719AX；钢板桩的最大弯曲应力527MPA，安全储备系数K4，MAX远大于13，结构安全满足要求。公式中F为Q235钢材的弯曲应力设计控制强度，取F210MPA；2、护壁钢板桩横撑上下设置间距考虑承台施工空间及钢板桩的承载能力需要，横支撑布置在3M处，钢板桩的最大弯矩远小于其抗弯曲能力。钢板桩横支撑布置间距如图3所示。图3、钢板桩横支撑布置间距示意图（尺寸单位以CM计）3、钢板桩整体抗倾覆（踢脚）稳定性验算为简便计算程序，桩墙外侧全高范围内各个土层内摩擦角加权平均值为10O，各土层密实重度加权平均值R18（KN/M3）。钢板桩抗倾覆受力分析简图如图4所示。图4、钢板桩结构抗倾覆受力分析简图（尺寸单位以CM计）、桩墙外侧主动土压力系数24502IKAITGK07；、基坑底部以下桩墙内侧被动土压力系数24502IKPITGK17。主动土压力水平力标准值21/4MKNAQE213/80EKH被动土压力水平抗力标准值2/367MKNHAEP经过计算，桩墙外主动土压力重心与桩墙内侧被动土压力重心距离R支撑点距离L187M，L211M。桩墙外主动土压力MKNHEEAA/2932/13；桩墙内侧被动土压力MKNHHEEPP/202/1。由力矩平衡公式，可得AL，满足要求。（四）、钢板桩横支撑及围檩设计1、横支撑水平布置间距的设定（1）、计算横支撑的允许支撑能力横支撑柱拟采用直径450MM、壁厚10MM钢管支撑柱，材质Q235钢材。其几何特征指标横截面积A13823CM2，基坑长边受压长度L1320CM，两端按铰接形式结构计算。回转半径I1196CM，长细比85，属于受压短杆形式。长细比折减系数查表，得0655；单根钢管支撑柱的允许支撑力根/1947KNAFR。注意水平支撑挠曲折减很小，已经忽略计算。未计算支撑管上临时堆放物品的工况。（2）、单根桩墙所需支撑荷载支反力按照钢板桩外侧土压力分布图图4所示，取10M宽钢板桩计算其水平支撑荷载值。按照1/2条块分割计算法，经过计算1M宽钢板桩每层支撑的最大水平荷载（分担的支撑反力）横支撑柱，每米宽钢板桩外侧土压力为R286（KN/M）。（3）、计算钢管支撑柱水平方向布置间距A支撑柱承压安全系数取K13。L132M长边基坑水平根数N149根；取N2根RKLNL99M的短边基坑水平根数N111根；取N2根RKLN长边布置两根、短边布置两根水平钢管支撑柱，对称布置，腰梁（或称围檩）转角处焊接斜撑。2、腰梁（围檩）强度、刚度验算围檩采用2根I50B工字钢梁并置，材质Q235钢材。其物理特征横截面惯性矩IX2IX97120（CM4），WX横截面积，Y250MMA258CM2。2I50B工字钢焊接成整体，形成连续梁。腰梁按三跨超静定连续梁结构验算。取支撑荷载较大的长边为计算对象。腰梁弯曲挠度不大于L/400,且不超过30MM。腰梁承担的桩墙背后土压力按1/2条块后，取平均线性荷载。其受力分析简图如图5所示。图5、横支撑腰梁受力分析简图（1）、围檩弯曲应力检算三等跨连续梁的最大弯矩MKNQLM51902MAX；最大弯曲应力MPAPIY34MAX，结构强度满足要求。（2）、围檩挠曲变形核算四等跨连续梁扰度MLEIQ140/5310674，满足要求。四、主要工序施工工艺及施工方法（一）、主要工序施工工艺（施工工艺流程图如图6所示）图6、基坑施工工艺流程图（二）、主要工序施工方法为减少筑岛填挖土方工程量，本方案填土筑岛高度是按设计常水位加高1M设计的。考虑潮汐及风浪高度影响，应在岛面下游一侧砌筑草袋围堰挡水坝，坝高、坝宽可根据现场设计水平影响情况而定。一般坝高1M2M、坝宽1M2M。1、插打钢板桩围堰对应承台基坑场地平整后，对照基坑开挖线安设钢板桩插打的导向定位墙。导向定位墙可采用工字钢横梁钢管桩制作。导向墙结构如图8所示。利用工字钢梁夹持钢板桩，控制钢板桩的下沉方向。图7、导向墙结构示意图钢板桩可采用锤击、震动、或辅助射水等方法下沉。但在黏土中不宜使用射水法。打入钢板桩，应使用激振力需要至少1300KN（130吨）的振动锤或打桩机。打桩应使用坚固夹具夹牢或佩戴特桩打桩帽。锤击时必须佩带桩帽。特制打桩帽制作钢板厚度不应小于T20MM后。钢板桩应使用整根成品拉森桩。如需接长，应采用等强度焊接，并磨平突出焊缝。钢板桩相邻接头应上下错开不小于2M。同一基坑应使用同一规格钢板桩。打入钢板桩施工中，插打顺序应按施工组织设计计划进行，宜可由上游分两侧插向下游合龙。分组组合插打，每组应将23根钢板桩拼成一组，交替插打到位。宜先将全部钢板桩逐根或逐组插打稳定，然后依次打到设计深度。开始插打的几根或几组钢板桩，应检查平面位置和垂直度。当发现倾斜时，应当即予以纠正。钢板桩应倾斜无法合拢时，应使用特制楔形钢板桩。楔形的上下宽度之差不得超过桩长的2。打钢板桩过程中，当导向设备失效时，钢板桩顶高度达到设计高程时，平面位置允许偏差陆地上打桩为10CM。插打前，在锁口内应涂抹防水混合料，组拼桩时应用油灰止水。基坑开挖后，若发生锁口漏水，可用板条、旧棉絮等在内侧嵌塞止水。2、基坑开挖基坑开挖前，应在坑口外设置好排水、截水沟渠等措施，防止地表水渗漏到坑内。基坑开挖应全坑面分层进行。每层开挖深度05M1M，最深不得大于05M，同时设置汇水坑。基坑开挖上层土方可使用挖掘机直接开挖，以及坑内下放小挖掘机配合挖掘。挖掘机站在基坑边缘1M之外，不可直接紧挨着钢板桩站位。横支撑以上土方开挖作业示意图如图8所示。图8、横支撑以上土方开挖作业示意图横支撑以下土方应使用人工挖装，汽车吊或者履带吊车配合吊出土石方。也可下放小型挖掘机配合装斗，汽车吊或者履带吊车配合吊出土石方。横支撑以下土方开挖作业示意图如图9所示。图9、横支撑以下土方开挖作业示意图基坑开挖机械及其他大型施工机械车辆，站位应在坑边1M以外处，以减少护壁桩的侧向挤压力。基坑挖到每层横支撑位置前，应停下挖掘，及时架设横支撑。待横支撑架设生效后，再继续下挖掘进。基底处理基坑开挖到设计深度后，由于围堰渗漏水，坑内泥泞。可超挖20CM深，回填大片石或凿桩的混凝土碎块铺垫，再浇筑混凝土垫层。3、安装横支撑钢板桩的横向支撑，应按分层开挖、分层安装。采取超前、主动支撑方式，以减小基坑开挖引起的钢板桩变形量，避免钢板桩侧弯变形过大而折断。超前支撑即当挖到每层横支撑位置还有50100CM深时，停止挖土，先把要安装钢管柱和腰梁的位置挖出来，进行横支撑架设安装。先架设长边横支撑后架设短边横支撑。先安装基坑长边腰梁架设基坑长边横支撑钢管柱，利用两台50吨手动千斤顶将将长腰梁施加顶力顶进，顶力不小于50吨，两台千斤顶在钢管柱左右对称安放；再使用钢板凳垫将钢管柱顶牢固，再卸下千斤顶；然后依次安装基坑短边腰梁，架设短边横支撑，预加50吨顶力顶进短边钢管柱。采用短腰梁支撑长腰梁布置方式。短腰梁与长腰梁搭接处使用搭接钢板焊接牢固。将长短边腰梁拐角搭接处焊接16MM搭接板，并与长短边腰梁搭接拐角处再焊接2I28B工字钢水平斜支撑（斜支撑长度5060CM长），斜支撑位置如图2所示。最后卸掉短边加力千斤顶。腰梁I50B工字钢接长，应采用10MM后钢板翼板及腹板夹板焊接，保证等强对接；钢管柱的接长应采用内衬管外包箍焊接，确保钢管柱接长同轴心及等强度拼接。腰梁安装就位后，将腰梁与没有受到支撑点钢板桩空隙间插打200MM大木楔，顶紧钢板桩。围檩角撑结构如图12所示。图10、腰梁角撑结构示意图若腰梁先用千斤顶加力支顶变形较大时，在安放短腰梁前，可先在腰梁旁边架设一临时加力支撑，将短腰梁的支撑间距顶大一些，待短腰梁架设就位后，将短腰梁与长腰梁焊接牢固，再卸掉临时加力支撑。横支撑架设、并支撑牢固后，方可继续往下开挖。严禁超挖后作支撑。4、横支撑拆除横支撑的拆除时间待承台全部完成后，及时回填承台外基坑、并夯实，确认承台外回填土已经具备支撑能力，方可拆除横支撑及腰梁。桁撑拆除前，应将纵横钢管柱及腰梁竖向增设临时稳定设施，以防支撑卸落后突然坠落伤人。横支撑拆除方法使用千斤顶将支撑柱松开，再卸掉钢板凳松开千斤顶卸落钢管柱。最后使用乙炔切割，将长短腰梁连接处切割断开，吊出腰梁。5、钢板桩围堰拆除待墩身施工完毕后，依次拔出钢板桩。为防止钢板桩侧向弯曲损坏，基坑内回填土方活灌满水平衡，再逐根拔出钢板桩。（三）、其他基坑施工支护方案的选择根据本方案的设计检算结果，国产拉森型钢板桩悬臂支撑能力达到5M深。依据其支撑能力，其他基坑的支护结构选择建议如下1、对深度在3M以内，地表覆土层较厚的基坑条件的基坑，若基坑旁10M内无建筑物，可采用1115的放坡开挖方案，基坑内明排水、地表截水方案即可。2、对于深度在3M以内，地表覆土层较薄的，存在大量淤泥的基坑，应打设钢板桩防护方案，为减小钢板桩打入深度，设置一道围檩支撑。（见附件3M基坑计算书）。3、对于深度4M的覆土层较厚的基坑，底部存在大量淤泥的基坑，应打设钢板桩防护方案，为减小钢板桩打入深度，设置一道围檩支撑。（见附件4M基坑计算书）。4、6M以内基坑，均参照本设计方案施工，横支撑安装高度以满足承台施工空间需要即可。5、关于基坑稳定检算项目的建议基坑深度在5M以内的基坑支护结构应做抗倾覆（桩踢脚）项目检算，若是淤泥和粉砂地质的基坑，应增加坑底抗渗流稳定性检算项目。由于本项目桥梁基础均为钢筋混凝土桩基础，具有较大的抗剪切稳定能力。基坑面积有限，一般不需要进行基底隆起、地基稳定性验算、地基强度检算和桩墙整体稳定性验算。基坑周围临近无高大建筑，一般不需要进行基坑周围地面土体变形验算。对于临近既有铁路线的基坑，通过加深钢板桩长度、超前支撑和主动支撑、坑内明排水等措施，可以控制临近地表的沉降总量，再结合线路及时起拨道的养护维修，就能保证既有铁路的运行安全。五、施工进度计划河中12个桥墩计划在2015年1月2015年7月前完成，工期以不耽误上部现浇梁进度为前提。每一基坑的分部工程施工计划进度为1、安装导向墙3天；2、插打钢板桩每个基坑插打116根18M钢板桩，需要7天；3、基坑开挖及横支撑安装7天；4、凿除桩头、浇筑早强混凝土垫层2天；5、承台施工6天（绑扎钢筋2天、立模板1天、浇筑砼1天、养生2天）。6、承台基坑回填、拆除横支撑2天；7、墩身施工10天；10、拔出钢板桩10天；以上一个基坑施工周期大约为47天。六、各项施工注意事项1、拉森钢板桩进场后，新板桩应验收出厂合格证、机械性能和尺寸是否符合要求；经修正或焊接后的钢板桩，应用同类型的钢板桩作锁口通过试验检查。存放时应分类、平整摆放，锁口内不得有积水。2、基坑支护过程中，对支撑应随时检查，发现变形，及时加固或更换，更换时应先撑后拆。基坑顶边缘严禁堆载。支护结构发生异常情况时，应立即停止挖土，不应立即查清原因和采取措施，方可继续挖土。3、本桥基坑开挖，为确保施工安全，应做到边监测边施工，根据监测信息对可能发生的问题提前采取措施，基础施工完成后要及时恢复，基坑回填时按施工规范要求夯填密实。4、挖基出土的吊斗应有防护措施，严禁碰撞支撑结构。5、开挖至坑底标高后坑底应及时进行浇筑垫层满封闭，尽快进行承台