深水基础钢板桩围堰施工工法

第３６卷第１６期　２　０　１　０年６月　山　西　建　筑　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ　ＶｏＩ．３６　Ｎｏ．１６　Ｊｕｎ．２０１０　・７７・　文章编号：１００９—６８２５（２０１０）１６—００７７—０３　深水基础钢板桩围堰施工工法　彭亚飞　摘要：以京沪高速铁路沧德特大桥工程为例，对深水基础钢板桩围堰施工工法进行了介绍，分别对工法特点，适用范围，　工艺原理，施工工艺，质量控制，安全措施及效益作了具体阐述，为今后深基坑施工提供了丰富的计算数据和施工经验。　关键词：深基坑，钢板桩围堰，稳定性，施２Ｋ＿Ｔ＿艺，安全措施　中图分类号：ＴＵ４７３．５　文献标识码：Ａ　１概述　高以下０．５　１ＴＩ处，基坑底部浇筑０．５　ｍ厚（２５封底混凝土（见图１）。　近年来，随着我国铁路建设事业的飞速发展，各种基础建设　４．２钢板桩支护结构验算　２．１　内部支撑验算　项目相继增多，基坑开挖的支护是铁路承台施工的重要环节。对　４．于一些跨越地方河流的承台设计比较深，随之基坑开挖深度较　深，加之地下水特别丰富，基坑开挖安全成了一个很重要的问题。　一　最大悬臂长度：　。　对于地下水位丰富、开挖比较深的基坑，采用钢板桩支护可以有　效阻止地下水，确保施工安全，加快施工进度，缩短工期。由中铁　２　其中，厂为钢板桩抗弯强度设计值，ｆ＝２００　１ＶＩＰａ；Ｗ为截面　十八局集团第六工程有限公司施工的京沪高速铁路沧德特大桥，　抗弯模量，Ｗ＝２　２７０　ｃｍ３；ｙ２为土压力容重，ｙ２＝１８　ｋＮ／ｍ３；Ｋ　在ＤＫ２２１＋７１１～ＤＫ２２２＋２０２段跨越小流津河，采用筑岛围堰施　为土压力系数，Ｋ　＝０．３３３（见土压力计算）。　工，其中５个１０．５　ｍ深基坑采用１５　Ｉｎ钢板桩支护，确保了施工　安全，有效的阻止了地下水，加快了施工进度，缩短了工期，取得　了良好的社会效益和经济效益。为便于推广应用，总结成工法。　３　６．Ｉｚ　—　１８×　１０３　０　３　×　．　３３　一　６９　ｍ。ｕ　儿　　根据表１计算各支撑的跨度。　表１支撑跨度表　支撑跨度　ｈ１　ｈ２　２工法特点　１）深基坑开挖采用钢板桩有效的阻止了地下水，确保基坑开　挖的安全。２）设备、人力投入少，劳动力强度低，安全性强。３）施　与ｈ的比值　ｌ　１１　０．８８　工简单，施工速度快，可以缩短工期，周转材料利用率高，施工成　本低。　ｈ３　ｈ４　ｈ５　６　ｈ７　０．７７　０．７０　Ｏ．６５　０．６１　Ｏ　５８　３适用范围　本工法适用基坑开挖比较深、地质比较差，且地下水特别丰　富的深基坑支护。可以确保施工安全，加快施工进度，缩短工期。　第一道支撑筑岛标高　ｈ８　０．５５　ｈ１＝１．１１×７．６９＝８．５４　ｍ＞２．５　ｍ，满足要求；　ｌ蠡　箜三堕塑　钢板桩＼　箜三堕　湖底标高＼　ｈ，＝０．８８×７．６９＝６．７７　ｍ＞２．５　ＩＴＩ，满足要求；　ｈ　０．７７×７．６９＝５．９２　ｍ＞２．５　ｍ，满足要求；　ｈ　＝０．７０×７．６９＝５．３８　ｍ＞２．５　ｍ，满足要求。　４．２．２钢板桩入土深度验算　采用盾恩近似法求板桩入土深度。　（Ｋ　一Ｋ　）Ｉｚ　一Ｋ。Ｈｚ—Ｋ　皿＝０（简明施工计算手册）。　其中，Ｈ为开挖深度，Ｈ＝１０　ｍ；Ｌ为最底层支撑距基坑底距　量　—塑登　围檩　＼　ｌ　　设计承台底标高　ｌ＼　壁　垄　封底混凝土　图１　钢板桩围堰断面图（单位：ｅｒａ）　离，Ｌ＝３．０　ｍ。代入公式，得ｚ＝２．６６　ｍ；取Ｋ＝１．５系数的ｚ＝　３．９９＜５，故满足要求。　４工艺原理　４．１钢板桩围堰设计　以京沪高铁沧德特大桥跨小流津河施工为例，承台尺寸为　钢板桩（型号为４００　ｍｒｎＸ１７０　ＩＴｌｍ×１５．５　ｍｍ）进行围堰施工，确保　钢板桩入土深度不小于５　ｍ，围堰设置要求大于承台尺寸２．０　ｍ，　钢板桩围堰尺寸定为：１６．５　ＩＴＩ×１２．１　１ＴＩ矩形尺寸。围堰自上而　４．２．３抗倾覆稳定性验算　抗倾覆稳定性又称踢脚稳定性，是验算最下道支撑以下的主　ＭＲＣ　“Ｑ—Ｍｏｃ。　１２．５　ｍ×８．１　ｍ矩形尺寸，承台基坑开挖前，选用１５　ｍ拉森Ⅲ型　动、被动土压力绕支撑点的转动力矩是否平衡，按下式计算：　—其中，Ｋｏ为抗倾覆安全系数，根据基坑重要性取值；ＭＲｃ为　取开挖面以下钢板桩内侧人土深度范围内的土压　下设置４道内部支撑，采取“分层开挖、分层支撑”设置原则；内部　抗倾覆力矩，支撑由围囹、纵向支撑和斜撑组成；围囹采用３５Ｈ型钢，纵向支　力，对最下一道支撑点的力矩；Ｍｏｃ为倾覆力矩，取最下一道支撑　撑、斜撑采用壁厚１０　ｉＴｌｒｎ的似２６螺旋钢管。基坑开挖至承台底标　点以下钢板桩外侧入土压力支撑点的力矩。　收稿日期：２０１０—０２—２３　作者简介：彭亚飞（１９７２一），男，湖北工业大学在职硕士研究生，高级工程师，中铁十八局集团有限公司，天津３００２２２　・７８・７父．　　．第３２　０　１６卷藿１　０　６年　月　６智　　山　西　建　筑越　’　用冷弯、焊补、割除、接长等方法加以整修。为保证插打过程顺　利，在锁口处涂以适量的黄油。　ＭＲｃ＝２７０×５×０．５×（３＋３．３３３）＝４　２７５　ｋＮ‘ｍ。　Ｍｏｃ＝４１．９６×８×４＋（８９．９１—４１．９６）×８／２×６．３３３＝　２　５５７．３９　ｋＮ・ｉｎ。　ＫＱ　８４。　２）插打方法。插打钢板桩之前必须进行测量放样，放出钢板　桩围堰尺寸，并撒出灰线，钢板桩采用单根插打，钢板桩插打顺序　即先从远离便道侧向便道侧进行插打。将钢板桩运至指定位置，　然后用吊车的两个吊钩吊起，使钢板桩成垂直状态，脱出小钩，用　液压钳夹住钢板桩移向安插位置，插入已就位的钢板桩锁口中。　用钢板桩调整桩的位置，而且合龙口两侧钢板桩具有高差，便于　满足规范要求。　４．２．４基底抗隆起稳定性验算　Ｃ，　的抗隆起验算法”。　基底抗隆起稳定性验算的方法较多，本文仅介绍“同时考虑　与合龙口相邻的１０片～１５片钢板桩先插打至桩的稳定标高，利　待合龙后，再将钢板桩打至设计标高。　结构底平面作为求极限承载力的基准面，可由以下公式求抗　插打，隆起安全系数：　Ｋ　＝　ｙ２　＋ｃＮｃ　其中，ｙ１，ｙ２分别为坑内、外土层的容重加权平均值；Ｃ为桩　底处地基土粘聚力；ｑ为坑外地面荷载；Ｈ为基坑开挖深度；ｔ为　钢板桩入土深度；　，　均为地基承载力系数；　为桩底处地基　土内摩擦角；Ｋ　为抗隆起安全系数，根据基坑重要性取值。　＝　≠ｔｇ２（４５。＋　）。　＝　。　根据以上公式计算如下：　＝ｅａｒｌｇ３　ｔｇ２（４５。＋１５。）＝１８．４０。　：　：３０．１３８。　［ｇＪｕ　Ｋ　：　ｓ一　量　１８×（５＋１０）　：７一　’．　’２５，　满足规范要求。ｂ文１　。　４．２．５抗管涌验算　地下水位较高的地区，开挖后会形成水头差，产生渗流，当渗　流力较大时，有可能造成底部管涌稳定性破坏，因此，验算管涌稳　定性也是十分必要的，可通过下式对其进行验算：　Ｋ：　（简明施工计算手册）。　其中，Ｋ为抗管涌安全系数，一般取１．５～２．０；），　为土的浮　容重，７　＝８　ｋＮ／ｍ３；丘　为地下水位至基坑底的距离；　，为地下水　的容重，　＝１０　ｋＮ／ｍ　；ｔ为钢板桩入土深度。　根据上述计算公式计算如下（取ｈ　＝８　ｍ）：　Ｋ＝　＝１．８＞１．５，满足规范要求。　５施工工艺　５．１　工艺流程　场地平整一测量放线一打桩机就位一振动打桩一基坑开挖　第一层土方一安制第一层支撑一开挖第二层土方一安制第二层　支撑一开挖第三层土方一安制第三层支撑一开挖第四层土方一　安制第四层支撑一开挖最底层土方一施工承台一回填土方至承　台顶面一拆除第四道支撑一施工加台一回填土方至加台顶面一　自下而上拆除剩余三道支撑的纵向顶管一施工墩柱一回填至第　三层支撑处一拆除第三层支撑一回填至第二层支撑处一拆除第　二层支撑一回填至第一层支撑处一拆除第一层支撑一回填至原　地面一拔钢板桩，进入下一个循环。　５．２操作要点　１）施工准备。将新旧钢板桩运到工地后，详细对其检查、丈　量、分类、编号，同时对两侧锁口用一块同型号长２　ｍ～３　ｍ的短　桩作通过试验，锁口通不过或桩身有弯曲、扭曲、死弯等缺陷，采　３）钢板桩围堰支撑的安设。基坑采用挖掘机进行开挖。结　合本基坑工程的特点，嗣堰自上而下设置四层支撑，在确保安全　的前提下，基坑支撑的施工与基坑开挖同步进行，采取“分层开　挖、分层支护”的原则，围堰内部支撑由四周围檩、纵向水平支撑、　斜撑组成，其连接处全部采用焊接，必须焊接牢固。基坑开挖时，　由于钢板桩的咬合不紧密会出现漏水现象，现场采用棉絮、再生　棉等物品进行堵塞。　４）钢板桩围堰支撑的拆除。钢板桩围堰支撑拆除与安制是　一个相反的过程。支撑必须严格按照“自下而上、分层回填、分层　拆除”原则进行。即先给围堰内回填土，回填至要拆除的内支撑　的位置，拆除该层内支撑。回填时，要保证回填的土顶面低于围　囹３０　ｃｍ，严禁回填土过高，给拆除支撑带来不便；拆除支撑后，为　了防止钢板桩和未拆除支撑的变形过大，回填土要求必须是干　土，严禁回填淤泥等软土。　６质量控制　１）为了确保钢板桩围堰的垂直度，打桩时，安排两名技工配　合机械打桩，打人时观察桩的前后左右的偏位，发现偏位及时纠　正。２）施工时，严格按照审批方案施作，严格控制每层支撑的位　置和上下层支撑的间距。３）支撑的焊接必须由专业的熟练焊工　施作，保证每个接头的焊接质量。４）施工时，安排专人检查每道　支撑围囹接头、围囹与斜撑接头焊缝是否饱满，焊接是否牢靠。　５）严格三检制度，换班或工序交接时要填写交接记录。６）经常对　钢板桩、围　进行检查，如有变形，应及时采取加固措施。　７安全措施　１）成立以项目经理为组长的安全领导小组，施工前，对施工　班组进行交底，并签订安全责任状，制定奖罚措施，责任到人。２）　现场施工人员必须正确佩戴安全帽，配备防护用品，安全员全程　跟班作业。３）基坑开挖时，基坑周围必须采用＋４８　ｍｍ钢管对基　坑进行防护。防护高度不小于１．２　ｍ，水平钢管每３　ｍ设置立杆，　立柱钢管距离基坑边缘不小于０．５　ｍ，立杆外侧用防护网维护，并　悬挂安全警示牌，夜问要设置警示灯。４）钢板桩连接紧密，尤其　是转角处，制作角桩，防止漏水；支撑严格按照“逐层开挖、逐层设　嚣围囹和支撑”原则进行，围囹与钢板桩间隙用型钢顶紧、焊牢　固；支撑与围圈交接处必须加垫钢板。５）基坑开挖的土方要及时　清运，不得在基坑周围堆载，以防增加基坑的侧压力。６）起重有　专人指挥，吊装前对吊具进行检查，重点检查钢丝绳、吊钩是否磨　并保证梯　子牢靠稳定。８）特种作业人员必须做到持证上岗。　８效益分析　对于地下水比较丰富的深基坑开挖，使用钢板桩支护可以使　施工速度快，钢板桩循环使用，节　约了大量钢材，缩短　工期，节约成本，取得良好的经济效益。　损。７）在基坑内施作支撑时，每个基坑设置两把梯子，施工工艺简单，劳动力强度低，第３６卷第１６期　２　０　ｌ　０年６月　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ　山　西　建　筑　ｖ０】．３６　Ｎｏ．１６　Ｊｕｎ．２０１０　・７９・　文章编号：１００９—６８２５（２０１０】１６—００７９—０２　滑坡失稳后变形过程分析　朱承鸿　摘要：针对滑落体滑动过程的速度和变形的不均匀性、变形能的积累与释放以及滑体与滑床的摩擦等，建立了滑落体　运动的弹簧滑块模型，分析了滑块运动过程，结果表明：该模型通过数值方法可以计算滑落体滑动全过程的变形，同时可　以计算滑落体每一条块在滑动全过程的速度和交形以及滑落体的滑动时间和最大运动距离。　关键词：滑坡，变形，弹簧滑块模型，活动强度　中图分类号：ＴＵ４５７　文献标识码：Ａ　０　引言　键，同时由于实际岩土体材料的复杂性和非均质性使得滑落体运　动过程分析具有一定的困难。近几十年来，为了预测滑坡活动强　度，国内外许多专家作了大量的研究和实践工作，提出了多种预　相等，只是宽度ｂ　和高度ｈ　发生变化。将滑体分为　块，其中时　　计算滑落体运动过程的能量转化是预测滑坡活动强度的关　刻任一滑块的受力情况如图２所示。测方法。例如，潘家铮（１９８０年）在《建筑物的抗滑稳定和滑坡分　析》一书中，提出用条分法计算滑坡速度并给出了计算公式ｌ１　；刘　忠玉等（２０００年）基于对高速滑坡发生机理的认识及其运动特征　和堆积特征的分析，建立了预测高速滑坡运动轨迹的块体运动模　图１　滑落体简化模型　型Ｅ２　Ｊ；汪洋等（２００４年）认为滑体中某一条块受到前后条块的作用　力矢量为零，然后根据牛顿运动学公式建立滑体动力学平衡方程　求解每一块体在各个运动阶段的加速度Ｅ３　；现行方法往往因忽略　的因素过多，使得应用受到一定的限制。　本文考虑到滑落体滑动过程的速度和变形的不均匀性、变形　能的积累与释放以及滑体与滑床的摩擦等，建立了滑落体运动的　弹簧滑块模型，该模型通过数值方法可以计算滑落体滑动全过程　的变形，同时可以计算滑落体每一条块在滑动全过程的速度和变　图２第ｉ个条块受力分析图　如图１所示的弹簧滑块模型是高次超静定的，为了求解滑块　形以及滑落体的滑动时间和最大运动距离。本模型具有简单实　运动速度，本文采用不平衡推力法的假定，即认为在滑落体滑动　用的优点，计算结果对于边坡工程防治有重要的指导意义。　期间，条问力的方向与上一条滑块底面相平行。根据弹簧滑块模　１　滑落体运动的弹簧滑块模型　平方向且与滑落体运动方向相同，假设滑床各段几何形状已知且　只考虑平面问题。假定滑落体在滑动过程中条块侧边始终保持　竖直，条块底部始终与滑床紧密接触，且任意时刻每一条块的面积　型，ｔ时刻第ｉ个和第ｉ＋１个滑块之问水平条间力　．　与第ｉ个　＝．　　建立如图１所示的坐标系统，ｏｙ为竖直方向，ｚ轴正向为水　滑块的变形即宽度的改变量Ｓ，（以压缩为正）的关系为：Ｈ．０＋ｋｉＳ　（１）　（２）　Ｈ，　＝Ｐ　ｃｏｓ口　其中，ｋ　为弹簧系数；　．０为滑落体突滑瞬间条块问的水平作　…】…】…】…】…】………】…】　９工程实例　板桩支护，有效的阻止了地下水，确保施工安全，施上工艺简单，劳动　施工速度快，周转材料利用率高，缩短了工期，取得良好的　京沪高速铁路沧德特大桥，在Ｉ￣，２２１＋７１１－ＤＫ２２２＋２０２段跨　力强度低，经济效益和社会效益，同时也为今后深基坑施工提供了丰富的计算　越小流津河，在５个１５　ｍ深基坑和７个１２　ＩＴＩ深基坑开挖中使用了钢　数据和施工经验。　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｌ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｃｏｆｆｅｒｄａｍ　ｏｆ　ｓｔｅｅｌ　ｓｈｅｅｔ　ｐｉｌｅｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｄｅｅｐ－ｗａｔｅｒ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ＰＥＮＧＹａ－ｆｅｉ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｏｆ　Ｃａｎｇｄｅ　ｅｘｔｒａ　ｌａｒｇｅ　Ｂｒｉｄｇｅ　ｏｎ　Ｊｉｎｇ￣Ｈｕ　ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ　ｒａｉｌｗａｙ　ａｓ　ａｎ　ｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｅ　ｔｈｅｓｉｓ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃ—　ｔｉｏｎａｌ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｃｏｆｆｅｒｄａｍ　ｏｆ　ｓｔｅｅｌ　ｓｈｅｅｔ　ｐｉｌｓ　ｉｅｎ　ｔｈｅ　ｄｅｅｐ－ｗａｔｅｒ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ，ｓｅｐａｒａｔｅｌｙ　ｉｌｌｕｍｉｎａｔｅｓ　ｔｈｅ　ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ　ａｓｐｅｃｔｓ　ｉｎ　ｄｅｔａｉｌｓ：ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｌ　ｍｅｔｈｏｄｓ，ｔｈｅ　Ｍｏｐｅ　ｏｆ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ｐｒｏｃｅｓｓ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｌ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｑｕａｌｉｔｙ　ｃｏｎｔｒｏｌ，ｓｅｃｕｒｉｔｙ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ａｎｄ　ｂｅｎｅｆｉｔｓ，ｗｈｉｃｈ　ｐｒｏｖｉｄｅｓ　ｒｉｃｈ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｄａｔａ　ａｎｄ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｌ　ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ　ｂｒ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｄｅｅｐ—ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｐｉｔｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｆｕ—　ｔｕｒｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｄｅｅｐ—ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｐｉｔ，ｃｏｆｆｅｒｄａｍ　ｏｆ　ｓｔｅｅ１　ｓｈｅｅｔ　ｐｉｌｅ，ｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｌ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｓｅｃｕｒｉｔｙ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　收稿日期：２０１０—０２—０６　作者简介：朱承鸿（１９７９一），男，工程师，福建省交通规划设计院，福建福州３５０００４