拉森钢板桩在软土地基中的应用

拉森钢板桩在软土地基中的应用

宁波站建设项目位于浙江省宁波市。项目位于k144号线和k148号线，全长3.6公里。宁波站改造项目和宁波站改造过渡项目。该工程新建站房建筑面积5万m2,地下集散厅1.3万m2,新建无站台柱风雨棚5.85万m2,雨棚钢柱东西各36根,钢柱承台底面距离天然地面3.8m;在站房北面有一出站高架桥,桥墩承台为大直径2.5m的单桩承台,承台底面距离天然地面4.15m,该基坑深度范围内多为淤泥质粘土类软土,根据其地质情况、开挖深度和周边环境保护要求等,在保证安全的前提下,尽量做到经济合理、施工方便、缩短周期,基坑支护采用SP-Ⅳ型、长12m的拉森钢板进行支护。1层间夹粉土粘土场地位于宁波断陷向斜盆地中部,地形平坦开阔,地貌类型单一,属第四系属冲湖平原。以桥墩承台基坑为例,基坑开挖影响范围内的土层分布依次如下,各地层主要物理力学参数,见表1。①淤泥质粘土:灰色,流塑,厚层状构造,含少量植物碎屑,粘塑性好,韧性高,干强度很高,无摇震反应,该土层层位较稳定,高压缩性,层厚2.4~4.3m。②淤泥质粉质粘土:灰色,流塑,薄层状构造,层间夹粉土薄膜,粘塑性较好,局部岩性为淤泥质粘土,韧性高—中等,干强度中等,无摇震反应,层厚3.0~4.8m。③淤泥质粉质粘土:灰色,流塑,鳞片状构造,夹不规则粉砂薄膜或薄层,粘塑性较高,局部岩性为粘土或淤泥质粘土,韧性高—中等,干强度中等,无摇震反应,该土层物理力学性质差,具高压缩性,层厚3.0~6.0m。据地质报告反应,本场地浅层地下水属孔隙潜水,地下水位主要受大气降水和地表水渗流补给,场地内稳定地下水位为1m。2拉森钢板桩支护根据工程所在场地特点,结合钢板桩的特性(见表2)、施工方法等方面进行考虑,选用拉森Ⅳ钢板桩支护,围檩和斜撑采用400×400H型钢。由钢板桩入土深度不小于桩长的1/3等原则,选用桩长12m,呈@400L12m分布。钢板桩布置,如图1所示。3平均厚度、内摩擦角、粘聚力土方卸载基坑开挖深度h=4.15m,根据地质勘察报告,为方便计算,且在工程精度要求的范围内,取土的平均重度为γ=17.5kN/m3,平均内摩擦角为=9.5°,平均粘聚力c=13.5kPa。拉森钢板桩选用SP-Ⅳ型,单根钢板桩每米壁宽的截面模数W=2270cm3,围檩和斜撑采用400×400H型钢,围檩离桩顶的距离为h0=0.5m,拉森钢板桩设计计算如下。3.1动土压力强度值计算其中,Pb为挖土面处钢板桩墙后的主动土压力强度值:则,土压力为零处距坑底的距离为u:其中,k为修正系数,查《建筑施工计算手册》得k=1.2。3.2计算qb点支反演和切割力主动土压力合力Ea:3.3计算板的嵌入深度和板的长度其中,k为安全系数,根据规范,在土质较差时,应乘系数1.1~1.2。3.4计算最大弯曲角度为mmx最大弯矩处即剪力Q=0处,设剪力等于零处距钢板桩桩顶为x′:4拉森钢桩施工工艺4.1基础混凝土施工①根据施工图及高程放设沉桩定位线;②根据定位线控设沉桩导向槽;③整修平整施工机械行走道路;④打桩;⑤上支撑;⑥挖土;⑦混凝土施工;⑧填土;⑨拔除钢板桩。4.2拉森钢板桩的打桩工艺本次施工的打桩设备为挖掘机(小松PC450)加振动锤改装而成,振动锤为台湾产吴老吉牌PCF-300型,激振力200kN(见图3)。①采用单桩逐根打入法,施打拉森钢板桩,先放出基槽的边线和桩位线,在地面上设置定位槽,用两根10槽钢,固定于地面,中问为桩的位置,然后,在定位槽内桩的位置上打木桩,并用铁钉在木桩顶钉出桩中。②打桩时,应尽量保持桩身垂直,打桩机吊起钢板桩,人工扶直。如打桩时,发现桩的垂直度偏差过大,影响坑槽内施工时,应拔起重新打桩。③单桩逐根连续施打,注意桩顶高程不宜相差太大,根据现场地质及基槽开挖深度应作围护结构检算以确定桩点。4.3与钢板桩焊接挖土使用斗容量为1m3的挖掘机开挖,边挖边退。开挖到1.5m时,安装钢围檩和斜撑,钢围檩及斜撑为400×400H型钢,围檩距钢板桩顶0.5m处,注意围檩与钢板桩焊接要紧密,在开挖过程中,要将钢板桩上附着的泥土清理干净,并及时做好地面防水措施,及时排除槽内地下水,若在施工过程中,发现有渗漏和涌沙的现象出现,要及时采用水玻璃水泥浆以阀管双液灌浆系统施工堵漏。由于本次基坑开挖深度为4.15m,在做好钢围檩后,可一次性开挖到底,如果开挖深度很大,需采取“分层开挖”的方法,防止土压力卸载过快而影响基坑壁稳定。工程施工中要严格按设计图纸要求及施工规范规定施工,沟槽清底符合设计标高后,即通知甲方、监理及设计人员进行鉴定、验收。4.4拔桩的顺序和打设的顺序在管道铺设、基槽回填施工完成后,即可拔除钢板桩。拔除钢板桩时宜用振动锤,振动锤产生振动能扰动土体,破坏钢板桩与周围土体的薪结力,可减小拔桩阻力。拔桩的顺序应与打设的顺序相反,并尽量减少拔桩时所带上来的土,因为拔桩时带土过多,会引起地面沉降和土体位移,给已施工的地卜结构带来危害并影响邻近建筑物、道路和地下管线的安全,所以,必须及时用砂子回填并灌水振实拔桩后留卜的桩孔,以减少对邻近建筑物等的影响。另外,拔桩时,应密切注意桩机的负荷情况,若发现上拔困难或拔不上来时,应停止拔桩,先振动1~2min后再往下锤0.5~1.0m,然后再往上振拔,如此反复可将桩拔出来。4.5拉森钢板桩加钢支撑检测由于该施工场地为原火车站老地基,地质结构复杂,钢板桩打拔施工中常遇到一些难题,常采用如下几点办法解决:①打桩过程中有时遇上大的块石或其它不明障碍物,导致钢板桩打入深度不够,采用转角桩或弧形桩绕过障碍物。②钢板桩杂填土地段挤进过程中,受到石块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l.0~2.0m,再往下锤进,如此上下往复振拔数次,可使大的块石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。③钢板桩沿轴线倾斜度较大时,采用异形桩来纠正,异形桩一般为上宽下窄和宽度大于或小于标准宽度的板桩,异形桩可根据据实际倾斜度进行焊接加工;倾斜度较小时也可以用卷扬机或葫芦和钢索将桩反向拉住再锤击。④在基础较软处,有时发生施工当时将邻桩带入现象,采用的措施是把相邻的数根桩焊接在一起,并且在施打当桩的连接锁口上涂以黄油等润滑剂减少阻力。整个基坑在使用期问,支护结构安全稳定,未发生异常现象,说明拉森钢板桩加钢支撑围护形式在本工程基坑围护的应用中是成功的。主动土压力系数:被动土压力系数:根据公式设合力到桩顶距离为a:则,a=287.89/Ea=287.89/86.02=3.35m由等值梁AB根据平衡方程计算支撑反力Ra及B