工字钢桩基坑支护专项施工方案

1、邵阳市资江北路以北农排系统改造工程工字钢桩基槽支护专项施工方案编制:审核:审批:日期:2016年5月3日邵阳市南方建设工程有限公司工字钢桩基坑支护专项施工方案一、工程概况邵阳市资江北路以北农排系统改造工程共分为三段，分别为魏源路以北段农排管涵在工商银行与农发行之间巷子里进行截流，排入魏源路已建排水箱涵，魏源路以南、蔡铐路以西段农排管涵截流原排入农排涵支管污水，最后接入资江北路排水箱涵内，魏源路以南、蔡铐路以东农排管涵，以支农排涵起点（和润宾馆Y13#）的接入支管为控制点，提升支农排涵的高程，与老主农排涵有相交后，重新设计排水管道，最后接入资江北路排水箱涵；道路两侧新增雨水支管、砌筑雨水口、其中

2、魏源路以南、蔡铐路以东桩号K0+201至K0+401段敷设电力管线，恢复或改造因农排系统施工破除的部分道路。本工程改造管线主线路全长约1032m,沟梢开挖约3m至6m深。二、工程地质情况根据现场挖探调查（调查点K0+015区域，K2+401区域），上层4米，左右为杂填土，杂填土下为2米深淤泥质粉质粘土，淤泥质土下为粉质粘土。地表水不很发育，地下水深距地面以下约2m。道路较窄（7米）且二边民房较多，基坑无法按正常坡比放坡，主下水管道开挖，增设工字钢桩边坡支护，工字钢之间采用竹架板临时挡土。三、施工机械及设备机械参数机械名称型号数量功率使用部位液压振动锤MIL-20001台安装于挖掘机上打工字钢桩

3、履带式单斗挖掘机W-10011台1M3吊液压振动锤汽车式起重机1台30T用于拔工字钢桩震动拔桩机1台45KW,拔工字钢桩履带式单斗挖掘机W-10011台1M3挖梢、配合桩机作业及修路四、施工工艺及方法本工程农排涵基梢开挖采用工字钢132c(间距500)支护。工字钢采用履带式液压挖土机KATO-1250的液压振锤的锤机施打，施打前先熟悉地下管线、构筑物的情况，准确放出支护桩中心线，控制打入精度。1、工字钢支护施工的一般要求(1)工字钢支护施工的设置位置要符合设计要求，便于管道施工，尤其是在检查井边缘外留有支模、拆模的余地。(2)基梢护壁工字钢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

4、准工字钢的利用和支撑设置。(3)在整个管道施工期间，挖土、吊运、扎接口、回填等施工作业中，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。2、工字钢支护施工的顺序(1)工字钢位置的定位放线(2)施打工字钢(3)挖土(4)排水管、检查井施工(5)拔除工字钢位置回填中粗砂3、工字钢的检验、吊装、堆放(1)工字钢的检验对工字钢，一般有材质检验和外观检验，以便对不合要求的工字钢进行矫正，以减少打桩过程中的困难。外观检验：包括表面缺陷、长度、宽度、厚度、高度、端部矩形比、平直度和形状等项内容。检查中要注意：a)对打入工字钢有影响的焊接件应予以割除；b)害好L、断面缺损

5、的应予以补强；c)若工字钢有严重锈蚀，应测量其实际断面厚度。原则上要对全部工字钢进行外观检查。材质检验：对工字钢的化学成分及机械性能进行全面试验。包括钢材的化学成分分析，构件的拉伸、弯曲试验，强度试验和延伸率试验等项内容。每一种规格的工字钢至少进行一个拉伸、弯曲试验。每20-50t重的工字钢应进行两个试件试验。(2)工字钢吊运装卸工字钢宜采用两点吊。吊运时，每次起吊的工字钢根数不宜过多，并应注意保护工字钢免受损伤。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。(3)工字钢堆放：工字钢堆放的地点，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

6、运往打桩施工现场。堆放时应注意：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；工字钢要按型号、规格、长度分别堆放，并在堆放处设置标牌说明；工字钢应分层堆放，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、工字钢施打工字钢施工关系到施工质量和安全，是本工程施工最关键的工序之一，在施工中要注意以下施工有关要求：(1)全线采用I32c工字钢7米至12m长工字钢。工字钢采用履带式挖土机(带震动锤机)施打。(2)打桩前，对工字钢逐根检查，变形严重的工字钢，不合格者待修整后才可使用。(3)打桩前，在工字钢的端部宜

7、涂抹黄油以保证施打的顺利和提高防水效果，以方便打入拔出。(4)在插打过程中随时测量监控每块工字钢的斜度不超过2%,当偏斜过大不能用拉齐方法调正时，拔起重打。施工中应根据具体情况变化施打顺序，采用一种或多种施打顺序，逐步将板桩打至设计标高工字钢桩打设公差标准项目允许公差工字钢轴线偏差土10Cm工字钢顶标高土10Cm板桩垂直度土2%(5)打入桩后，及时进行桩体矫正，每天派专人进行检查桩体。(5)内支撑架设经过计算工字钢支护采用1道内支撑，必要时采用2道内支撑。5、挖土土方开挖应分段连续施工，开挖至工字钢顶以下1.5米处，进行第1道支撑施工，开挖至板桩顶以下4.5米处，进行第2道支撑施工。围囹制做安

8、装：围囹及支撑根据不同的开挖深度按设计要求设置，根据设计位置在工字钢内壁上焊围囹托架，然后吊装400*400H型钢围楝并焊接加固。因本工程管道开挖区为杂填土，井点降水效果差，一般采用集水井集水潜水泵排水法，排除基梢渗水，保持基坑内无积水，减小土侧压力对工字钢支护边坡影响，便于管道施工。基坑周边(约一倍桩长)范围内尽量避免堆载。开挖过程中注意支护体系的变形观察。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：由于本工程在地下水位很高，工字钢的垂直度及布置线性十分重要，当工字钢未贴靠在围囹上部分，需作加垫处理，使工字钢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。其

9、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。6、工字钢的拔除基梢回填压实后，尽早拔除工字钢，加快工字钢周转速度。拔出后马上用中粗砂将桩孔灌实。(1)拔桩方法本工程拔桩采用振动锤拔桩：利用振动锤产生的强迫振动，扰动土质，破坏工字钢桩周围土的粘聚力以克服拔桩阻力，依靠附加起吊力的作用将桩拔除。(2)拔桩时应注意事项拔桩起点和顺序：可根据沉

10、桩时的情况确定拔桩起点，必要时也可用跳拔的方法。振打与振拔：拔桩时，可先用振动锤将工字钢周围土质振松以减小土的粘附，然后边振边拔。为及时回填拔桩后的土孔，当把工字钢拔至比基础底板略高时暂停引拔，用振动锤振动几分钟，尽量让土孔填实一部分。对引拔阻力较大的工字钢，采用间歇振动的方法，每次振动15min,振动锤连续不超过1.5h。7、工字钢土孔处理对拔桩后留下的桩孔，及时采用中粗砂灌入密实。五、基坑监测措施1、基准网的建立为了科学地预测基坑支护的稳定和周边环境变化，及时预报和提供准确可靠的变形数据，因此建立基坑支护施工变形与沉降测网，定期进行变形沉降观测。2、基坑支护变形观测基坑支护水平位移观测：在

11、基坑边坡顶上布置基线（每基坑边一条），每条基线上设1-N个变形观测点，同时又作为沉降观测点。基坑支护沉降观测：利用远离场区的城市高程系水准控点或独立水准点作为沉降观测的起算点，与以上点联测，构成基坑支护沉降观测网。四面围墙周边附近各布置四个沉降观测点，与基坑周边浅埋基础建（构）筑物、重要管线监测周边环境的沉降观测网。3、观测方法：、水平位移观测：分别在基线点四个角上设站，用J2型经纬仪观测四边网的水平角度（四边形内角），并与城市的大地控制网点联测水平夹角，检查基线点是否发生位移，在基线点正确无误的情况下，同时在四角测端上分别以对应的相邻角点定向，并观测定向基线上各预埋点的水平位移量初始读数。、

12、沉降观测：对基坑边上的各点及周边建立的沉降观测网的测量方法为：首先自远离基坑的城市水准控制点开始观测，引测至基坑周围后，按编定的各点观测次序观测，最后测到另一水准控制点符合，观测仪器采用S3型精密水准仪。4、基坑周围建（构）筑物等的监测措施本工程对基坑周边50米范围内的所有建（构）筑物进行监测，并特别对临近坑边1.5H-2.0H范围内建（构）筑物，包括道路、市政管道、电力电缆、电信管网等加强监测力度。具体监测措施是：对建（构）筑物，定期进行沉降变形观测。施工前，了解地下管线的分布情况，对整个场地的地下管线进行摸底，并在地面投影其轴线走向，布置变形观测点进行监测，对某些变形要求较高及紧邻基坑开挖

13、边缘的重要管线，预先做好加固处理措施。六、安全施工措施1、基坑顶周边设置连续封闭的安全护栏，防止人员坠落。2、开挖前，先进行围楝施工，做好支撑后才能开挖至设计深度。3、为切实保证施工人员安全，树立安全第一，预防为主”的思想，根据国家建设部颁发的安全检查评分标准制订具体措施。4、建立安全保证体系，除企业已有的机构外，工地设立安全管理机构，工程项目设立安全小组、班组设安全员，形成一个健全的安全保证体系，工地的安全管理机构负责工地日常的安全工作，定期组织安全检查，对不符合要求的要及时发出整改通知，指导工程项目部和班组安全员的工作，对违章作业者进行批评教育和处罚。5、优化安全技术组织措施，包括以改善施

14、工劳动条件，防止伤亡事故和职业病为目的的一切技术措施，如积极改进施工工艺和操作方法，改善劳动条件，减轻劳动强度，消除危险因素，机械设备应设有安全装置。6、机械操作人员必须持证上岗，各种作业人员应配带相应的安全防护用具及劳保用品，严禁操作人员违章作业，管理人员违章指挥。7、施工中所有机械、电器设备必须达到国家安全防护标准，自制设备、设施应通过安全检验，一切设备应经过工前性能检验合格后方可使用，并由专人负责，严格执行交接班制度，并按规定定期检查保养。8、凡进入现场的一切人员，均要戴安全帽，正确使用三宝”。要配合公司安全月检工作，工程项目部要实行周检，项目点要日检，施工中应抽检，及时消除安全隐患。9

15、、严格执行各项安全操作规程，施工前要进行安全交底，每月定期进行安全教育，加强工人的安全意识教育。10、在主要入口处挂醒目的安全防火宣传语牌。11、现场施工用高低压设备及线路，严禁电线随地走，所有电掣应有门、有锁，有危险标志。严格执行施工现场临时用电安全技术规范的规定，现场采用兰相五线”制供电，执行人机一闸一漏电保护开关”制度。所有电器设备及金属构架均应按规定设置可靠的接零及接地保护，施工现场所有用电设备，必须按规定设置漏电保护装置，要定期检查，发现问题及时处理。12、加强安全教育和监督，坚持经常性的安全交底制度，提高施工人员的安全生产意识，及时消除事故隐患。13、在施工过程中，对地面沉降、支护

16、位要定期观察测试，加强对支护的监控。14、所有施工人员均应掌握安全用电基本知识和设备性能，用电人员各自保护好自用设备的负荷、地线和开关箱，发现问题及时找电工解决，严禁非专业电气操作人员乱动电器设备。15、配电系统分级配电，本电箱、开关箱外观必须完整、牢固，防雨防尘。16、多机作业用电必须分闸，严禁一闸多机和一闸多用，施工现场电缆、电线必须按规定架设，严禁拖地和乱拉乱搭。17、各种机械要有专人负责维修、保养，并经常对机械运行的关键部位进行检查。18、使用机械时，操作员要密切注意机上的仪器、仪表、指针是否超出安全范围，机体是否有异常振动及发出异响，出现问题应进行停电关机处理，不得擅离职守，隐瞒不报

17、。19、设备基础必须平稳、牢固，基本的锚固、支撑措施必须齐全，不得使用临时支撑，高大机械在多风季节前设缆风绳。七、工字钢桩（方案二）受力验算由于没有地质资料图，根据现场实际开挖获取的地质资料提取验算参数。因本工程工字钢桩施工区地质情况复杂，且无明显变化界限，为确保安全，选有代表性的地质断面分别计算荷载，取最不利荷载对工字钢桩支护进行验算，代表性地质断面情况如下表(按11.5m深度统计)，场地狭窄，大部分是填筑土，以表1的地质情况验算1、土层参数内摩擦角小取值见建筑施工计算手册第77页表2-1表1地质断面情况表地层名称层厚(m)土的容重r(KN/m3)内摩擦角小(0)凝聚力c(KPa)人工回填土

18、1.919.1231.616.94.45.5粉质粘土820.122.217.3参考同类土质试验成果参考同类土质试验成果参考同类土质试验成果备注2、工字钢桩参数表2工字钢桩参数表工字钢桩型号每延米截面积2cm每延米惯矩4、Ix(cm)每延米抵抗矩Wx(cm3)容许弯曲应力bw(MPa容许剪应力t(mpo)备注I32c79.956X312200X3760X3210120每延米3根3、汽车荷载换算成等代均布荷载的土层厚:装土车安排1台在坑边，装土后总重=自重20+土重20=40t荷载换算成的土层厚度:装土时汽车荷载分布示意图(单位：m)H=2P/(BLr)=40X10/(3.55X8.05X18.4

19、)=0.77m4、工字钢桩最大悬臂长度的计算:4.1 土体参数计算根据现场调查，安设工字钢桩的地段，最小开挖深度h=3m以上，取3m范围的土层计算土体参数加权平均值。土平均容重r=(18.4X1.9+16.9X1.1)/3=17.85KN/m3土平均摩擦角：=(23X1.9+4.4X1.6)/3=16.912主动土压力系数Ka=tga(45小/2)=0.553m深度处的最大主动土压力荷载：主动土压力荷载q=rX(h+0.77)XKa=17.85X3.77X0.55=37.02KN/m工字钢桩悬臂部分受力图(单位：m)4.2 工字钢桩最大悬臂长度计算工字钢桩(用于开挖深度36.6m的管道)Max

20、三WX6河1/6X(h+0.77)X(h+0.77)X17.85X(h+0.77)X0.55X10000)三2037X210由上式得出h三2.2m因工字钢桩用于开挖的深度均大于2.2m,大于其最大悬臂长度，故都需加支撑5、工字钢桩入土深度5.1 土的参数计算初步拟定，基槽开挖深度在34m采用9m长工字钢桩，基槽开挖深度在46m采用12m长工字钢桩。5.1.1 长9m工字钢桩(取土层最大影响深度9M土体参数r=(18.4X2.67+16.9X1.6+20.1X5.5)/9.77=19.11KN/m3小二(23X2.67+4.4X1.6+22.2X5.5)/9.77=19.5Ka=tga2(45-

21、19.5/2)=0.5Kp=tga2(45+19.5/2)=2.0025.1.2 长12m工字钢桩(取土层最大影响深度12娥士体参数3r=(18.4X2.67+16.9X1.6+20.1X8.5)/12.77=19.34KN/m小二(23X2.67+4.4X1.6+22.2X8.5)/12.77=20.13Ka=tga2(45-20.13/2)=0.49Kp=tga2(45+20.13/2)=2.0495.2 计算简图根据工字钢桩入土的深度，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

22、力影响，计算简图如下：叩&_*拉癖铜板枪荷翻分布图汽车荷载换算土层厚度工字钢桩入土深度计算简图5.3 最小入土深度的计算5.3.1 开挖4m深工字钢桩最小入土深度为使工字钢桩保持稳定，在A点的力矩等于零，即汇M=0,亦即EaHa-EpH尸EaX2/3X(H+0.77+t)-1.5-0.77-Ep(H-1.5+2/3Xt)=0其中：主动土压力Ea=1/2ea(H+0.77+t)=1/2XrX(H+0.77+t)2Ka=4.7775t2+45.5774t+108.7被动土压力Ep=1/2ept=1/2XrX12Kp=17t2r=19.11KN/m3,6=19.5,Ka=0.5,Kp=2.002,H

23、=4mF=Ea-Ep将各参数分别代入弯矩平衡方程式得：t3+1.3679t211.9088t10.3381=0解得t=3.3m,工字钢桩4m开挖深度最小长度为：开挖深度4m+入土深度3.3m=7.3m9m,故采用9m工字钢桩支护，能满足34m基槽开挖深度的要求。5.3.2 开挖5m深,工字钢桩最小入土深度为使工字钢桩保持稳定，在A点的力矩等于零，即汇MA=0,亦即EaHa-EpH尸EaX2/3X(H+0.77+t)-1.5-0.77-Ep(H-1.5+2/3Xt)=0其中：主动土压力Ea=1/2ea(H+0.77+t)=1/2XrX(H+0.77+t)2Ka=4.7775t2+55.1324t

24、+159.0568被动土压力Ep=1/2ept=1/2XrXt2Kp=19.1291t2r=19.11KN/m3,6=19.5,Ka=0.5,Kp=2.002,H=5mF=Ea-Ep将各参数分别代入弯矩平衡方程式得：t3+2.3685t220.1679t26.2102=0解得t=4.2m,拉森工字钢桩5m开挖深度最小长度为：开挖深度5m入土深度4.2m=9.2m,大于9米，故采用9m工字钢桩单支撑支护，顶部桩侧3米横向宽度范围内挖除上层土厚度0.7米，这样工字钢桩埋深达4.7米，埋深有11%勺富余系数,能满足45m基槽开挖深度的要求。5.3.3开挖6m深，工字钢桩最小入土深度为使工字钢桩保持稳

25、定，在A点的力矩等于零，即汇MA=0,亦即EaHa-EpH尸EaX2/3X(H+0.77+t)-1.5-0.77-Ep(H-1.5+2/3Xt)=0其中：主动土压力Ea=1/2ea(H+0.77+t)=1/2XrX(H+0.77+t)2Ka=4.7383t2+68.8949t+250.4329被动土压力Ep=1/2ept=1/2XrX12Kp=19.8138t2r=19.34KN/m3,小=20.13,Ka=0.49,Kp=2.049,H=6.5mF=Ea-Ep将各参数分别代入弯矩平衡方程式得：t3+4.072t234.2741t64.2023=0解得t=5.1m。拉森工字钢桩6m开挖深度最小

26、长度为：开挖深度6m入土深度5.1m=11.1m12m故采用12m拉森IV型拉森工字钢桩单支撑支护，顶部桩侧3米横向宽度范围内挖除上层土厚度0.7米，这样工字钢桩埋深达6.2米，埋深有22%勺富余系数，能满足56m基槽开挖深度的要求。6、坑底涌砂验算因6.5m开挖范围内为粘土，无粉砂土及细砂等，故基坑抽水时不会引起涌砂7、工字钢桩支撑腰梁验算7.1 开挖4m深基坑，单支撑腰梁7.1.1 计算参数HW40CX400腰梁参数：Ix=66900cmWx=3340cm6w=210MPa弋=_2120MPa,S=219.5cm由4.3.1中得知q=F/L=(EaEp)/L=(456.03-478.23)

27、/1=22.2KN/m其中：Ea=1/2ea(H+t)=1/2XrX(H+0.77+t)2Ka=1/2X19.11乂(4+0.77+5)2X0.5=456.03KNEp=1/2ept=1/2XrX12Kp=1/2X19.11X52X2.002=478.23KN7.1.2 荷载分布图为简化计算采用3等跨连续梁进行受力验算，支撑间距初拟9米。腰梁弯矩图4米深基坑腰梁受力计算简图7.1.3 抗弯验算最大弯矩Mmax0.08Xql2=0.08X22.2X52=44.4KN?mWXMmax=44.4KN?m故腰梁尺寸型号(HW400400)及拟定的支撑间距(9米)满足腰梁抗弯要求。7.1.4 抗剪验算最

28、大剪力Qmax0.6Xql=0.6乂22.2乂5=66.6KNrXS=210X219.5/10=4609.5KNQmax=66.6KN故腰梁尺寸型号(HW400400)及拟定的支撑间距(9米)满足腰梁抗剪要求。7.2 开挖5m深基坑，单支撑腰梁7.2.1 计算参数HW40CX400腰梁参数：Ix=66900cmWx=3340cm6w=210MPa弋=120MPa,S=219.5cm由4.3.2得知q=F/L=Ea-Ep=(461.51-309.75)/1=151.76KN/m其中：Ea=1/2ea(H+t)=1/2XrX(H+0.77+t)2Ka=1/2X19.34乂(5+0.77+4)2X0

29、.5=461.51KNEp=1/2ept=1/2X19.34X42X2.002=309.75KN7.2.2 荷载分布图为简化计算采用3等跨连续梁进行受力验算，支撑间距初拟5米。q-L5l.7Wn腰梁荷载分布图腰梁弯矩图5米深基坑腰梁受力计算简图7.2.3 抗弯验算最大弯矩Mmax0.08Xql2=0.08X151.76X52=303.52KN?mW必6收=3340X210/1000=701.4KN?mMmax=303.52KNm故腰梁尺寸型号(HW400400)及拟定的支撑间距(5米)满足腰梁抗弯要求7.2.4 抗剪验算最大剪力Qmax0.6Xql=0.6乂125.35乂5=376.05KNr

30、XS=210X219.5/10=4609.5KNQmax=376.05KN故腰梁尺寸型号(HW400400)及拟定的支撑间距(5米)满足腰梁抗剪要求7.3 开挖6m深基坑，单支撑腰梁7.3.1 计算参数HW400400腰梁参数：Ix=66900cmWx=3340crr3S=219.5cm26河=210MPaG=120MPa由4.3.2得知q=F/L=Ea-Ep=(772.69-599.36)/1=173.33KN/m其中：Ea=1/2ea(H+t)=1/2XrX(H+0.77+t)2Ka=1/2X19.34X(6+0.77+5.5)2X0.49=772.69KNEp=1/2ept=1/2X19

31、.34乂5.52X2.049=599.36KN7.2.2 荷载分布图为简化计算采用3等跨连续梁进行受力验算，支撑间距初拟4米。腰梁荷载分布图5米深基坑腰梁受力计算简图7.2.3 抗弯验算最大弯矩Mmax0.08Xql2=0.08X173.33X42=221.86KN?mWXMmax=221.86K?Jn故腰梁尺寸型号(HW400400)及拟定的支撑间距(4米)满足腰梁抗弯要求。7.2.4 抗剪验算最大剪力Qmax0.6Xql=0.6X173.33乂4=415.99KNrXS=210X219.5/10=4609.5KNQmax=415.99KN故腰梁尺寸型号(HW400400)及拟定的支撑间距(4米)满足腰梁抗剪要求。7.2.5 桩支撑验算8.1 挖深4m基坑，单层支撑验算8.1.1 不考虑土的粘结力情况下单层支撑验算，支撑间距拟定9米。N=5q=5X22.2=222KN回转半径i=(D2d2)=1.8cm4按最大开挖宽度9m自由长度lo=0.5*(3-0.4)=1.3m长细比九=2=230/1.8=72.7i查建筑施工计算手册附表2-58得：小=0.398容许压应力6=140MPa钢管截面积Am=tt/4X(d2d2)=3.14/4X(0.3332-0.3252)=0.0041m2N/Am=222/(0.0041X1000)=54.16MPa小X