某顶管工程深基坑施工方案

某顶管工程深基坑施工方案某整治工程——某分洪道（过某大道顶管段），深基坑（4.0m~9.0m）开挖，进水口、出水口渠箱基坑深4.5m，基坑宽度24m。工作井、接收井处渠箱基坑深9m，宽13m~16m。地质情况复杂，施工难度很较大，现编制符合现场实际情况，技术较先进，经济合理的施工组织设计，确保深基坑工程的安全及周围环境的安全。基坑开挖施工顺序为：施工准备拉森钢板桩支护基坑开挖支撑管基施工渠箱施工回填拔支护桩一、施工准备1、根据施工图纸测量放线，确定渠箱边线，在边线上每20m设基线桩，然后撒白灰线，作为管沟打支护桩之依据。2、依据撒灰线位置，迁移绿化、拆除障碍物及各种既定设施，平整施工场地。3、做好临建设施和安全、文明措施，作为施工时的用水、用电准备工作。4、作好施工机械及设备的调试运转工作。二、打支护桩由于受场地限制，且基坑地层以杂质土、淤泥层和粉质粘土层为主，土的摩擦力较小，透水性大，土质稳定性差，基坑开挖较深，不具备自然放坡条件，为确保开挖时基坑内施工作业的安全和对周围建、构筑物及市政设施的正常使用造成影响及危害，该基坑支护结构选择拉森钢板桩，它具有强度高，结合紧密，堵水性好，速度快等特点。1、打桩机械选择根据工程规模、土质情况、作业能力，作业环境打拉森式钢板桩，采用振动冲击打桩机械，即采用PC200履带式挖土机带油压振动锤打桩。2、打桩方式的选择打桩方式采用单桩打入法，施工简便、可不停地打、桩机行走路线短、速度快，但是容易倾斜，对此可在一根桩打入后，把它与前一根焊牢，既防止倾斜又避免被后打的桩带入土中。3、挡土钢板桩支护计算挡土钢板桩根据基坑挖土深度、土质情况、地质条件和邻近建筑管线情况，选用多锚（支撑）板桩形式，对坑壁支护，以便基坑开挖。根据现场实际情况分析，最危险处是工作井、接收井处渠箱施工，基坑开挖深9米，宽15米的基坑支护计算。多锚支撑式板桩计算，钢板桩选用日本产拉森FSP-IV型钢板桩，每延长米截面矩W=2270cm3/m，[f]=200Mpa，取基坑深H=9.0m，距板桩外2m地面附加荷载q=30KN/㎡。根据地质资料，不同深度层土的密度r，内摩擦角Ф及粘聚力C的值，求得其加权平均值为45001500036004400。10.58.0人工填土:r=18.75KN/m3φ=10C=5.0KPa中粗砂:r=20.0KN/m3φ=30°C=0KPa粉质粘土:r=19.8KN/m3φ=18°　C=22KPa泥质粉砂岩:r=20.5KN/m3φ=25°C=28KPa(强风化)r1=(18.75×3.6+4.4×20+1×19.8)/9=19.48kN/m3φ1=(10º×3.6+30º×4.4+18º×1)/9=20.7ºC1=(5×3.6+0+22×1)/9=4.4kpar2=(19.8×1.5+20.5×4.5)/6=20.325kN/m3φ2=(18º×1.5+20.5º×4.5)/6=23.3ºC1=(22×1.5+28×4.5)/6=26.5kpa故该土层为上软下硬土层的情况（1）计算作用于板桩上的土压力强度，土压力分布Ka1=tan2(45º-20.7º/2)=0.478Ka2=tan2(45º-23.3º/2)=0.433Kp2=tan2(45º+23.3º/2)=2.309考虑钢板桩与土间的摩擦力作用，取墙前K=1.666得K.Kp2=1.666×2.309=3.846K.Kp2-Ka2=3.413eAq=qka1=30×0.478=14.34kN/㎡yq=tan(45º+20.7º/2)×2=2.89meAh=r1HKa1-2c1√(ka1)+[(H-3.7)-(H-3.7)Ka1]rw=19.48×9×0.478-2×4.4×√(0.478)+(5.3-5.3×0.478)×10=83.803-6.084+27.666=105.685kN/m2B点上Pb上=eAq+eAh=105.385+14.34=119.725kN/m2B点下Pb下=r1HKa2-2c2√(ka2)+[(H-3.7)-(H-3.7)Ka2]rw+qka2=19.48×9×0.433-2×26.5×√(0.433)+(5.3-5.3×0.433)×10+30×0.433=75.914-34.875+30.051+12.99=84.08kN/m2eAc=r1Ka1×2.5=19.48×0.478×2.5=23.279kN/m234.45223.27939.457xPs0.39等值梁计算简图Rch0=2.5myd=2.89RDh1=3.3mh2=3.2m200065.493y=0.4884.08105.385119.725（2）计算板桩墙上土压力强度等于零的点离控土面的距离y，在y处板桩墙前的被动土压力等于板桩墙后的被动土压力，即y=Pb下/{(r2-rw)(kkp2-ka2)+2c2[(√kkp2)+√(ka2)]}=84.08/[(20.325-10)×3.413+2×26.5×[√(3.846)+√(0.433)]=84.08/(35.239+138.815)=0.48m（3）确定支撑层数及间距按等弯矩布置法确定各层支撑的间距，板桩顶部悬臂的最大允许跨度为：h=3√[(6[f]w)/(r1ka1)]=3√[(6×200×105×2270)/(19.48×103×0.478)]=308cm=3.0m取h0=2.5mh1=1.11×3.0=3.42m取h1=3.3mh2=3.2m（4）用力矩分配法求解AS连续梁a、计算固端弯矩AC段：MFCA=2.5×23.279×2.5/6=24.25kN.m/mCD段：MFDC=24.25×3.32/8+(2.91-2.91/3.3)×14.34×3.32/8+(39.457-23.279)×3.32/15+(65.493-39.457)(8-9×2.1/3.3+12×2.12/15/3.32)×2.12/24-MFCA/2=33.010+39.591+11.745+12.423-12.125=84.644kN.m/mDS段：MFDS=-64.493×3.22×(3.2-3.2/3.68)/8-14.34×3.22(3.2-3.2/3.68)/8-(105.385-65.493)×3.22×(8-9×3.2/3.68+12×3.22/15/3.682)/24-84.08×0.482×(1-3×0.482/5/3.682)/6=-195.363-42.776-13.256-3.196=--254.591kN.m/mb、计算分配系数结点DμDC=3EI/3.3/(3EI/3.3+3EI/3.68)=EI×1.1×3.68/(1.1×6.98EI)=0.527μDS=1-0.527=0.473105.385119.72577.719S368084.0833002500ACD力矩分配求得支点弯矩MC=24.25kN.mMD=174.206kN.m各支座反力：取CD段为隔离体65.49339.45779.83333001.20.3924.2523.279RDRC由∑MD=0RC×3.3=24.25+29.1×3.3+23.279×3.32/2+14.34×(3.3-0.39)2/2+(39.457-23.279)×3.32/2/3+(65.493-39.457)×(3.3-1.2)2/2/33.3RC=24.25+96.03+126.754+60.716+29.363+19.136RC=107.944kN/m再由∑MS=0RC×(6.5+0.48)+RD×(3.2+0.48)=77.719×9×(1/3+0.48)/2+(105.385-77.719)×(6.5-1.2)×[(6.5-1.2)/3+0.48]/2+14.34×(6.5-0.39)×[(6.5-0.39)/2+0.48]+84.08×0.48×2×0.48/2/33.68RD=1217.080+164.714+155.959+6.457-753.449RD=214.881kN/m又因Ep-Ea=R故Ps=77.719×9/2+[(105.385-77.719)×(6.5-1.2)]/2+14.34×(6.5-0.35)+84.08×0.48/2-RC-RDPS=349.736+73.315+87.617+20.179-214.881-107.944PS=208.022kN/m（5）计算钢板桩的最小入土深度t0。t0=y+xx可根据Ps承墙前被动土压力对钢板桩底端D点的力矩相等求得，即PsX=(r2-rw)(kkp2-ka2)/2+2C2[√(kkp2)+√(ka2)]X2/3=(35.239X2+138.815X)X/66×208.022=35.239X2+138.815X解得：t0=y+x=0.48+3.25=3.73m钢板桩下端的实际埋深应位于X之下所需实际板桩的入土深度为t=1.1t0=1.1×3.73=4.0m实际操作时，把原地面降低1.5m，故12m长桩可以满足基坑深9m，钢板桩入土深度不少于4.0m要求的。（6）选择钢板桩截面Mmax=174.206kN.m，钢板桩允许抗弯应力[f]=200mpa(=200×103kN/m2)，则所需钢板桩的截面抵抗矩W为W=Mmax/[σ]=174.206×106/(200×103)=871.03cm3/mW=2270cm3/m故选用日本产拉森FSP-IV型钢板桩满足要求（7）板桩稳定性验算板桩入土深度除保证本身的稳定外，还应保证基坑底部在施工期间不会出现隆起和管涌现象。A、基坑底后隆起验算当墙背后的土柱重量超过基坑底面以下的地基承载力时，地基上的塑性平衡状态便受到破坏，墙背后的土就会发生从墙脚下向基坑内流动，基坑底面向上隆起，坑顶下陷的现象。为防止这种现象发生，应验算挡墙入土深度能否满足抵抗基坑底隆起的要求。Ks=(γtNq+cNc)/[γ(h+t)+q]式中t——墙体入土深度（m）；取t=4.0mh——基坑开挖深度（m）；取h=9.0mγ——坑底及墙后土体的密度（KN/m3）；取γ=19.777KN/m3C——土的粘聚力（KN/m2）；取C=15.147KN/m2Q——地面超载（KN/m2）；尽量减少Nq、Nc——地基承载力系数，可按下式计算Nq=tan2(45°+Φ/2)eπtanφNc=(Nq-1)/πtanφ一般要求坑隆起安全系数Ks≥1.1-1.2Nq=tan2(45°+18.70/2)eπtg18.7°=1.9133eπ0.3301=1.9133e1.0372=5.40Nc=(5.40-1)/(πtan18.70)=4.24Ks=(19.777×5.4×4+15.447×4.24)/(19.777×12+0)=515.139/237.324=2.171.2故坑底不会产生隆起B、基坑底的管涌验算管涌主要是由于水头差所引起的，当板桩插入透水性和内聚力均小的饱和土中，如粉砂、淤泥....等,施工采用坑内明沟排水时,则有可能发生管涌或流砂现象。为了安全施工，应验算防止这种现象的发生。其验算式为：K=γ´/j式中K——坑管涌安全系数，一般取15~2.0取K=1.5γ´——土的浮重度；γ´=19.777-10=9.777KN/m3j——最大渗流力（动水压力）j可采用下式计算：j=i=h´/（h´+2t）γw式中i——水头梯度t——板桩的入土深度t=4.0mh´——地下水位至坑底的距离（即地下水形成的水头差）；h´=9.0-2.5=6.5mγw——地下水的重度γw=10KN/m3t=(1.5×6.5×10-6.5×9.777)/(2×9.777)=(97.5-63.6)/39.55=0.86m4m没有可能产生管涌现象。4．钢板桩的打设支护桩采用拉森钢板桩，桩长度为12.0m，采用挖掘机配振动锤方法打桩，为保证桩的垂直度，应用两面三台经纬仪加以控制，打桩开始的一、二块钢板桩的打设位置和方向要确保精度，以起导向样板的作用，故每入土1m测量一次。钢板桩施工常遇问题的分析及处