非对称拉锚式钢板桩围堰施工技术

非对称拉锚式钢板桩围堰施工技术

作者：周忠陆

来源：《城市建设理论研究》2013年第20期

摘要：结合工程特点，采用非对称拉锚式钢板桩围堰，解决了在保持河流畅通条件下桥梁基础深大基坑支护的问题，可为同类型工程施工提供参考。 关键词：深大基坑支护；非对称拉锚式钢板桩围堰；止水 中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号： 一、工程特点

佛山市三水区三达路北延线工程BT项目位于三水区中心城区的北侧，为承担中心城区南北的主要交通的城市主干道。道路为南北走向，全长为1977.69米，设计等级为城市主干道，道路横断面标准宽度为80米，主车道为双向八车道，设计车速为60km/h；两侧辅道采用单向二车道，宽度为7.6米，设计车速为40km/h。

其中大棉涌改河桥设计桥长32 m，桥宽80m，与主线40.50斜交,，上部结构为2×16m后张法预制空心板桥，下部结构为墩柱式盖梁及薄壁式桥台，采用钻孔灌注桩、承台、系梁基础。施工过程中要保证河涌畅通。

本项目的特点是施工条件比较差：（1）桥梁部分位于主线上，承台埋深大，承台施工时开挖深度大，加大了施工的难度。桥位所处的原地面高程为3.0米，承台基础底高程为-1.9米，开挖深度将近5米，属于大埋深基础桥梁；（2）桥梁的右幅部分位于河涌中，施工时必须保证河涌畅通，基础施工时不能采用常规的围堰方案施工；（3）桥梁所在河涌处的地质较差，河床底为淤泥质砂，基础开挖深度大，施工时受河涌影响工作面小，开挖施工时支护及截水难度较大。 二、施工技术措施

1、河涌中大埋深桥梁基础基坑开挖支护施工技术

该桥梁的右幅承台基础位于大棉涌中，地面标高为3m，基坑底-1.9m，开挖深度达4.9m，且地质条件差，为土层地质为淤泥质土。由于河涌是排洪主渠道，河涌径流量大，施工时不能断流，所以不能采用常规的围堰开挖施工技术。根据同类桥梁施工经验，拟采用安全经济的钢板桩围堰施工技术。由于开挖基坑面积大，不能采用简单对称，通过采用可靠度高的非

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对称钢板桩支护，同时采用拉锚式钢板桩的组合办法，解决钢板桩支护在淤泥层、砂层等复杂地质条件的稳定性问题。 1）钢板桩方案设计

该基坑支护受高压线及河涌的影响，采用既施工方便又能起到围堰作用的钢板桩的支护形式较为合理，受高压线影响段的钢板桩的长度选定为9米，其余的可以考虑12m。考虑到河水水位易受暴雨等因素影响，钢板桩顶标高比河涌常水位高1m，即相对标高3m，河涌底标高1m，基坑底-1.9m。高压线影响段段由于悬臂钢板桩入土处靠近河涌地质条件复杂多样且淤泥层厚，入土嵌固深度3.9m不足，为解决此问题，采用非对称拉锚式钢板桩支护的支护形式，支护剖面示意图如下图1。 图1拉锚式钢板桩支护示意图 2）钢板桩设计支护验算

根据本工程特点，9m的钢板桩扣除水位2m及挡土的2.9m，最大入土深度为4.1m，采用理正深基坑支护结构设计软件6.0计算，安全系数小于1，满足不了要求，针对本工程周边复杂的环境，考虑拉锚式的支撑形式，具体计算过程如下：仍采用理正深基坑支护结构设计软件6.0计算，计算中，水位采用C、φ均为0的“虚土”，按水压力加至支护钢板桩；拉锚则采用内支撑的计算形式，采用直径19.5mm的钢丝绳，考虑到后排拉锚的钢板桩存在一定的变形，材料抗力采用0.5的调整系数。

根据设计图纸提供的地质及现场实际勘察情况，河床高程为1.0米，土层地质为淤泥质土，土性质为：γ为9.4 KN/m3、φ为10°、C为16 KN/m2。 A、钢板桩支护稳定性计算

---------------------------------------------------------------------- [ 基本信息 ]

---------------------------------------------------------------------- [ 土层信息 ]

---------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------- [ 土层参数 ]

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---------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------- [ 支锚信息 ]

---------------------------------------------------------------------- 支锚道数 1

---------------------------------------------------------------------- [ 工况信息 ]

---------------------------------------------------------------------- [ 整体稳定验算 ]

---------------------------------------------------------------------- 计算方法：瑞典条分法 应力状态：总应力法 条分法中的土条宽度: 1.00m 滑裂面数据

整体稳定安全系数 Ks = 1.752 圆弧半径(m) R = 8.016 圆心坐标X(m) X = -0.615 圆心坐标Y(m) Y = 4.851

---------------------------------------------------------------------- [ 抗倾覆稳定性验算 ]

---------------------------------------------------------------------- 抗倾覆安全系数:

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Mp——被动土压力及支点力对桩底的抗倾覆弯矩, 对于内支撑支点力由内支撑抗压力 决定;对于锚杆或锚索，支点力为锚杆或锚索的锚固力和抗拉力的较小值。 Ma——主动土压力对桩底的倾覆弯矩。 注意：锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算。 工况1：

注意：锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算。 序号 支锚类型 材料抗力(kN/m) 锚固力(kN/m) 1 内撑 0.000 ---

Ks = 14.439 >= 1.200, 满足规范要求。 工况2：

注意：锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算。 序号 支锚类型 材料抗力(kN/m) 锚固力(kN/m) 1 内撑 43.500 ---

Ks = 16.862 >= 1.200, 满足规范要求。 工况3：

注意：锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算。 序号 支锚类型 材料抗力(kN/m) 锚固力(kN/m) 1 内撑 43.500 ---

Ks = 1.727 >= 1.200, 满足规范要求。 ---------------------------------------------- 安全系数最小的工况号：工况3。

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最小安全Ks = 1.727 >= 1.200, 满足规范要求。 ---------------------------------------------------------------------- [ 嵌固深度计算 ]

---------------------------------------------------------------------- 嵌固深度计算参数： 嵌固深度计算过程：

按《建筑基坑支护技术规程》 JGJ 120-99单支点结构计算支点力和嵌固深度设计值hd： 1) 按ea1k = ep1k 确定出支护结构弯矩零点hc1 = 0.000 2) 支点力Tc1可按下式计算： hT1 = 3.900m Tc1 = 22.863 kN

3) hd按公式：hp∑Epj + Tc1(hT1+hd) - βγ0ha∑Eai>=0确定 β = 1.200 ， γ0 = 1.000

hp = 1.109m，∑Epj = 197.807 kPa ha = 2.607m，∑Eai = 117.783 kPa 得到hd = 2.650m，hd采用值为：3.100m B、拉锚板桩计算

1、拉锚钢板桩的水平力核算：

打入河涌中的拉锚式钢板桩为钢板桩支护作用反向受拉力，且拉锚式板桩可认为只是被动土压力，由于该段受高压线影响较少，入土深度为10m，钢丝绳水平夹角为20°。 被动土压力为：根据φ为 10°，查表得Ka=0.704，Kp=1.42， Ep=1/2Kpγt2=1/2×1.42×16×102=1136 KN>108.12×cos20°KN。

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经过以上钢板桩力学验算，钢板桩支护满足受力要求，安全、稳定。 2、钢板桩的抗拔力核算

该地层钢板桩的侧阻力按土层经验，取值为15kpa，单根钢板桩含土柱周长约0.8m，则抗拔力估算为0.8×10×15=120KN，其值远大于108.12×sin20°，可认为钢板桩的抗拔力远大于实际受力。

3）钢板施工及止水处理技术

由于受大棉涌的影响，基础承台基础施工时没有足够的工作面，所以钢板桩支护防水效果不好时，对承台基础的施工质量和进度影响大，所以解决钢板桩的止水问题是保证承台基础施工的关键。受河涌水位变化影响，钢板桩上部易渗漏水，而本工程钢板桩上面是水，下面是淤泥质砂，采用传统的棉纱塞缝止水方法因在土层中而无法实施，本工程通过采用特殊的钢板桩支护止水技术，解决基坑渗漏水问题，从而而影响下部结构施工的问题。 图2钢板桩支护平面图 具体的施工工艺：

A、在钢板桩1施打前，将钢板桩调直，锁口处清理干净，并在锁口涂抹黄油，一方面可以起润滑作用，另一方面可以起到止水作用。

B、进行钢板桩1的施打，采用汽车吊配合45kw振动锤施工，保证钢板桩施工的垂直度，钢板桩的锁口应插起来。

C、用同样的方法施工施工锚桩，并做好锚索施工。

D、进行基础土方开挖。土方开挖应分层开挖，并做好钢板桩的监测工作，确保施工安全。

E、在开挖降水过程中，如果钢板桩漏水量较大，应在锁扣间隙内投放级配砂土。如右图3所示。级配砂土为粘土与粉细砂按1:1的比例混合或者为粘土、粉细砂和细砂按1:2:1的比例混合或者为粘土、粉细砂、细砂和中砂按1:2:2:1的比例混合。砂土级配需根据锁扣间隙3处的渗水量来确定。随着承台基坑的降水，基坑内外存在压力差，基坑外的水持续流入，级配砂土会随水流走，由于钢板桩锁扣形状不规则，从而使得砂石在锁扣间隙中沉积，最终将锁扣的所有空隙全部堵实，从而达到止水的效果。 三、结语