钢板桩围堰.doc
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钢板桩围堰标准化施工手册
目录
1.前言………………………………………………………………………………1
2.编制原则…………………………………………………………………………1
3.适用范围…………………………………………………………………………1
4.结构形式…………………………………………………………………………1
5.施工流程…………………………………………………………………………4
6.材料与机械设备…………………………………………………………………6
7.质量安全保证措施………………………………………………………………7
8.钢板桩围堰计算书………………………………………………………………9
一、前言
钢板桩是带有锁口的一种型钢，其截面有直板形、槽形及Z形等，有各种大小尺寸及联锁形式。
钢板桩围堰整体刚度大，防水性能好，能按需要组成各种外形的围堰，在粘性土层深水河床桥墩基础施工中，甚至不需水下作业，打拔桩容易，回收率高，可节省大量现场加工构件，有一定的优越性。
因此，它的用途广泛,是最常用的一种板桩围堰。
二、编制原则
1.《公路桥涵设计通用规范》（JTG060-2004）
2.《建筑基坑支护工程技术规程》（DBJ/T15-20-97）
3.《公路交通安全设施设计细则》（JTG/TD81-2006）
4.《公路桥梁地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）
三、适用范围
适用于深水或深基坑，流速较大的砂类土、黏性土、碎石土及风化岩等坚硬河床。
四、结构形式
4.1、支护型式
本案以某大桥承台施工为实例，其承台结构尺寸为10.2*12.6m。
据现场调查，地下水位为+73.20m，其地层组成：
表层细砂，松散，标高+76.5m～+75.0m；淤泥质亚粘土，呈流塑状，标高+75.0m～+71.0m；粉砂、中砂层，饱和、松散，标高+71.0m～+64.0m；下部为燕山晚期二长花岗岩，主要由花岗岩变质而成的混合岩形成，自上到下依次为全风化混合岩、强风化混合岩、弱风化混合岩和微风化混合岩。
钢板桩围堰根据基础尺寸加堰内作业空间及钢板桩的宽度模数布置，基坑支护尺寸为：
14.4m*12m，开挖深度为6.5m。
钢板桩长度根据基础底面标高经过分析确定，采用15mⅣ型拉森钢板桩。
如图1钢板桩围堰立面图、图2钢板桩围堰平面图所示：
图1钢板桩围堰立面图（单位：
m）
图2钢板桩围堰平面图（单位：
m）
4.2、支撑型式
支撑的形式应综合考虑下列因素进行选择：
1.基坑平面的形状、尺寸和开挖深度；
2.基坑周围的环境保护要求和邻近地下工程的情况；
3.地下工程的结构布置、地下工程与土方开挖的施工顺序及施工方法；
4.支护结构的型式和传力要求。
本例支撑型式采用角撑、对撑相结合的形式，腰梁采用双拼I32c工字钢，腰梁与每根钢板桩之间空隙须打入楔形块抵紧并进行焊接，转角必须设置专用构件，以确保形成闭合的框架结构。
角撑采用双拼I32c工字钢，对撑采用D300钢管。
具体布置形式如图3支撑平面布置图所示。
4.3支撑设置
本例共设置一道支撑，支撑设置在开挖面以下2.0米处。
图3支撑平面布置图（单位：
m）
五、施工流程
5.1、基坑开挖支护流程
打入钢板桩
基坑开挖
设置支撑
开挖至支撑底0.5m处
基坑开挖
水下砼封底
抽水
承台结构施工
底板、墙身结构施工
图4基坑开挖工艺流程图
5.2、钢板桩施工的顺序
板桩准备→围檩支架安装→板桩打设→偏差纠正→拔桩。
5.2.1、板桩的检验
对板桩，一般有材质检验和外观检验，以便对不合要求的板桩进行矫正，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、端头矩形比、平直度和锁口形状等项内容。
5.2.2、导向架的安装
在板桩施工中，为保证沉桩轴线位置的正确和桩的垂直度，控制桩的打入精度，防止板桩的屈曲变形和提高桩的贯入能力，一般都需要设置一定刚度的、坚固的导向架。
导向架采用单层双面形式，通常由导梁和围檩桩等组成，围檩桩的间距一般为2.5～3.5米，双面围檩之间的间距不宜过大，一般略比板桩墙厚度大8～15mm。
5.2.3、板桩施打
板桩施打采用屏风式打入法施工。
屏风式打入法不易使板桩发生屈曲、扭转、倾斜和墙面凹凸，打入精度高，易于实现封闭合拢。
施工时，将10～20根板桩成排插入导向架内，使它呈屏风状，然后再施打。
通常将屏风墙两端的一组板桩打至设计标高或一定深度，并严格控制垂直度，用电焊固定在围檩上，然后在中间按顺序分1/3或1/2板桩高度打入。
打入桩后，及时进行桩体的闭水性检查，如在板桩接缝处或转角位置咬合不好，有渗漏现象需进行及时处理，可用木楔或烂布塞缝等辅助措施密封；如缝隙较大，难以填塞，可采用在钢板桩外侧漏水处施打旋喷桩止水。
5.3.1、基坑开挖
本例采用长臂挖掘进行挖土，长臂挖机臂长16m。
由于钢板桩框架内设置角撑，四个支撑角挖掘无法施工，故采用人工进行清理。
基坑开挖过程中，挖机不要碰撞支撑及钢板桩，要有专人指挥开挖。
在基坑开挖过程中要，注意基坑周边的土体变化情况及支撑变化情况，同时要做好降排水措施。
5.3.2支撑设置
基坑开挖至支撑底50cm处，停止开挖，设置腰梁、角撑及顶撑，腰梁及角撑采用双拼I32c工字钢，顶撑采用D300钢管；如图5支撑示意图所示：
图5支撑示意图（单位：
m）
5.3.3封底
支撑设置完成后，继续开挖至设计标高底20cm，降水整平，浇注20cm垫层砼,进行承台施工。
5.4、基坑排水措施
基坑的地下水控制方法应根据基坑开挖深度、基坑周围环境、支护结构型式及场地水文地质条件等选取。
本例拟采用截水、降水、止水等施工技术措施来保证基坑开挖的顺利进行。
5.4.1基坑截水措施
沿围堰顶四周距基坑边0.5m处设50×50cm的截水明沟，水沟内外侧采用M7.5砂浆抹面，钢板桩打设时顶面高出原地面0.25m，防止地表水流向基坑内。
5.4.2降水措施
在基坑外侧四角埋设4个直径1.5m的钢护筒作为降水点，护筒内各设一台潜水泵抽水，降低基坑外侧的地下水位。
基坑内侧埋设两个直径600mm的钢护筒，护筒内放入潜水泵排除基坑内的水。
保证基坑外侧的水位随基坑开挖的深度下降到开挖线以下。
5.4.3止水措施
由于钢板桩在施打过程中，有可能会出现咬合不紧密的现象，接缝或转角处有会有渗漏，根据渗水量的大小，可以采取内堵外止的办法。
一般渗漏不严重可在内侧打木楔、棉絮等封堵。
六、材料与机械设备
表1钢板桩围堰标准化施工投入主要材料工程数量
序号
材料名称
规格
单位
数量
单重（KG）
合重（KG）
备注
1
钢板桩
SP-Ⅳ
m
1980
76.1
150678.0
2
工字钢
I32c
m
132.2
62.8
8302.2
3
D300钢管
D300
m
24
92.63
2223.1
合计
161203.3
表2钢板桩围堰标准化施工投入主要机械工程数量
序号
机械名称
型号
单位
数量
1
长臂挖掘机
16m长臂挖掘机
台
1
2
打桩机
250型
台
1
3
吊车
20T
台
1
4
水泵
50GW25-10-1.5
台
3
七、质量安全保证措施
7.1质量保证措施
7.1.1在拼接钢板桩时，两端钢板桩要对正顶紧夹持于牢固的夹具内施焊，要求两钢板桩端头间缝隙不大于3mm，断面上的错位不大于2mm，使用新钢板桩时，要有其机械性能和化学成份的出厂证明文件，并详细丈量尺寸，检验是否符合要求。
7.1.2对组拼的钢板桩两端要平齐，误差不大于3mm，钢板桩组上下一致，误差不大于30mm，全部的锁口均要涂防水混合材料，使锁口嵌缝严密。
7.1.3为保证插桩顺利合拢，要求桩身垂直，并且围堰周边的钢板数要均分，为保证桩身垂直，于第一组钢板桩设固定于围堰支撑上的导向木，顺导向木下插，使第一组钢板桩桩身垂直，由于钢板桩桩组上下宽度不完全一致，锁口间隙也不完全一致，桩身仍有可能倾斜，在施工中加强测量工作，发现倾斜，及时调整，使每组钢板桩在顺围堰周边方向及其垂直方向的倾斜度均不大于5‰，同时为了使围堰周边能为钢板桩数所均分，事先在围堰导梁上按钢板桩组的实际宽度画出各组钢板桩的位置，使宽度误差分散，并在插桩时，据此调整钢板桩的平面位置，使误差不大于±15mm，当仍有困难时，将合龙口两边各几组钢板桩不插到标高位置，在悬挂状态下进行调整。
在无法顺利合拢时，则根据合拢口的实际尺寸制造异形钢板桩合拢，但要控制异形钢板桩上下宽度之差不超过桩长的2%。
7.2安全保证措施
7.2.1因场地内地质条件较差，土方开挖过程中必须切实保证机械人员施工安全，由专人负责指挥挖机操作，挖掘机上基坑必须保证有足够的安全坡度，挖掘机行走地方土层必须有足够的强度，强度不够的地方，必须采取措施，铺设钢板、碎石、砂袋等。
7.2.2挖土施工安全要求：
1）使用时间较长的临时性挖方，土坡坡度要根据工程地质和土坡高度，结合当地同类土体的稳定坡度值确定。
2）土方开挖宜从上到下分层分段进行，并随时作成一定的坡势以利泄水，且不应在影响边坡稳定的范围内积水。
3）在斜坡上方弃土时，应保证挖方边坡的稳定。
弃土堆应连续设置，其顶面应向外倾斜，以防山坡水流入挖方场地。
但坡度陡于1/5或在软土地区，禁止在挖方上侧弃土。
在挖方下侧弃土时，要将弃土堆表面整平，并向外倾斜，弃土表面要低于挖方场地的设计标高，或在弃土堆与挖方场地间设置排水沟，防止地面水流入挖方场地。
7.2.3搭设临边防护栏时，必须符合下列要求：
1）防护栏杆应有上、下两道横杆及栏杆柱组成，上杆离地面高度为1.0～1.2m，下杆离地面高度为0.5～0.6m。
2）基坑四周固定时，可采用钢管并打入地面50～70cm深。
钢管离边口的距离，不应小于50cm。
当基坑周边采用板桩时，钢管可打在板桩外侧。
3）栏杆柱的固定及其与横杆的连接，其整体构造应使防护栏杆在杆上任何处，能经受任何方向的1000N外力。
当栏杆所处位置有发生人群拥挤、车辆冲击或物件碰撞等可能时，应加大横杆截面或加密柱距。
4）防护栏杆必须自上而下用安全立网封闭，或在栏杆下边设置严密固定的高度不低于18cm的挡脚板或40cm的挡脚笆。
挡脚板与挡脚笆上如有孔眼，不应大于25mm。
板与笆下边距离底面的空隙不应大于10mm。
5）当临边的外侧面村道时，除防护栏杆外，敞口立面必须采用满挂安全网或其他可靠措施作全封闭处理。
7.2.4钢支撑的拆除，应按次序进行。
多层支撑应自下而上逐层拆除，随拆随填。
拆除支撑时，应防止附近建筑物和构筑物等产生下沉和破坏，必要时采取加固措施。
换、移支撑时，应先设新支撑，然后再拆旧支撑。
支撑的拆除应按回填顺序进行。
多层支撑应自下而上逐层拆除，随拆随填。
拆除支护结构时，应密切注视附近建（构）筑物的变形情况，必要时应采取加固措施。
八、钢板桩围堰计算书
8.1钢板桩围堰验算
8.1.1 计算作用于钢板桩上的压力强度
钢板桩计算简图见图6钢板桩计算简图，作用于钢板桩上的土压力强度分布见图7土压力强度分布图。
图6钢板桩计算简图（单位m）
图7土压力强度分布图
1）主动土压力：
A点（h=0）
PaA=0
B点（h=0.5m）
PaB=Ka1γ1h1′
=tan²（45º-28º/2）*17.8*0.5
=3.21kN/m²
C´点（h=2*tan（45º-28º/2）=1.202m）
PaC´上=Ka1（γ1h1′+γsat1h1″）
=tan²（45º-28º/2）*（17.8*0.5+20.5*0.702）
=8.41kN/m²
PaC´下=Ka1（γ1h1′+γsat1h1″+q）
=tan²（45º-28º/2）*（17.8*0.5+20.5*0.702+30）
=19.24kN/m²
C点（h=1.5m）
PaC上=Ka1（γ1h1′+γsat1（h1-h1′）+q）
=tan²（45º-28º/2）*（17.8*0.5+20.5*1+30）
=21.45kN/m²
PaC下=Ka2（γ1h1′+γsat1（h1-h1′）+q）-2C2
=tan²（45º-28º/2）*（17.8*0.5+20.5*1+30）-2*8*tan（45º-33º/2）
=8.82kN/m²
D′点（h=6.5*tan（45º-33º/2）=3.906m）：
PaD´上=Ka2（γ1h1′+γsat1（h1-h1′）+γsat2h2″+q）-2C2
=tan²（45º-33º/2）*（17.8*0.5+20.5*1+20.9*2.406+30）-
2*8*tan（45º-33º/2）
=23.65kN/m²
PaD´下=Ka2（γ1h1′+γsat1（h1-h1′）+γsat2h2″）-2C2
=tan²（45º-33º/2）*（17.8*0.5+20.5*1+20.9*2.406）-
2*8*tan（45º-33º/2）
=14.80kN/m²
D点（h=5.5m）
PaD上=Ka2（γ1h1′+γsat1（h1-h1′）+γsat2h2）-2C2
=tan²（45º-33º/2）*（17.8*0.5+20.5*1+20.9*4）-
2*8*tan（45º-33º/2）
=24.63kN/m²
PaD下=Ka3（γ1h1′+γsat1（h1-h1′）+γsat2h2）
=tan²（45º-30º/2）*（17.8*0.5+20.5*1+20.9*4）
=37.67kN/m²
E点（h=6.5m）
PaE=Ka3（γ1h1′+γsat1（h1-h1′）+γsat2h2+γsat3h3′）
=tan²（45º-30º/2）*（17.8*0.5+20.5*1+20.9*4+20.2*1）
=44.40kN/m²
G点（h=hd+6.5m）
PaE=Ka3（γ1h1′+γsat1（h1-h1′）+γsat2h2+γsat3h3′）
=tan²（45º-30º/2）*（17.8*0.5+20.5*1+20.9*4+20.2*（hd+1））
=6.73hd+44.40kN/m²
2）被动土压力：
E点（h=0）
PpE=0
F点（h=0.5m）
PpF=Kp3γ3h3″
=tan²（45º+30º/2）*17.9*0.5
=26.85kN/m²
G点（h=hdm）
PpF=Kp3（γ3h3″+γsat3（h3-h3″）
=tan²（45º+30º/2）*（17.9*0.5+20.2*（hd-0.5））
=606.6hd-3.45kN/m²
8.2钢板桩嵌固深度计算
8.2.1支护结构支点力计算
基坑底面以下支护结构设定弯矩零点位置至基坑底面的距离hc1的计算：
Pp1k=Pa1k
式中：
Pp1k——水平荷载标准值（kPa）
Pa1k——水平抗力标准值（kPa）
hc1——基坑底面至设定弯矩零点的距离（m）
则：
60.6hc1-3.45=6.73hc1+44.40
得：
hc1=0.888m
支点水平力Tc1：
式中：
Tc1——支点水平力（kN/m）
Mac1——基坑外侧各土层水平荷载标准值的合力之和对弯矩零点位置处弯矩（kN•m/m）
Mpc1——基坑内侧各土层水平荷载标准值的合力之和对弯矩零点位置处弯矩（kN•m/m）
Mac1=3.21*0.5/2*（0.888+6+0.5/3）+
（3.21+8.41）*0.702/2*（0.888+5.298）+（2*3.21+8.41）*0.702²/6+
（19.24+21.45）*0.298/2*（0.888+5）+（2*19.24+21.45）*0.298²/6+
（8.82+23.65）*2.406/2*（0.888+2.594）+（2*9.22+24.05）*2.406²+
（14.80+24.63）*1.594/2*（0.888+1）+（2*14.80+24.63）*1.594²/6+
（2*37.67+6.73*0.888+44.40）*1.888²/6
=401.53kN.m
Mpc1=26.85*0.5/2*（0.888-0.5+0.5/3）+
（2*26.86+60.6*0.888-3.45）*0.388²/6
=6.33kN.m
则：
Tc1=（401.53-6.33）/（6.5+0.888）=53.49kN.m
8.2.2嵌固深度设计值hd计算
嵌固深度设计值hd可按下式确定：
MPG+Tc1（hT+hd）-βγ0MaG≥0
式中：
hT——内支撑支点距基坑底距离，hT=4.5m；
β——嵌固深度的安全系数，取β=1.2
γ0——建筑基坑侧壁重要性系数，一级结构取γ0=1.1，二级结构取γ0=1.0，三级结构取γ0=0.9，本例取γ0=1.1。
MaG=3.21*0.5/2*（hd+6+0.5/3）+（3.21+8.41）*0.702/2*（hd+5.298）+
（2*3.21+8.41）*0.702²/6+（19.24+21.45）*0.298/2*（hd+5）+
（2*19.24+21.45）*0.298²/6+（8.82+23.65）*2.406/2*（hd+2.594）+
（2*9.22+24.05）*2.406²/6+（14.80+24.63）*1.594/2*（hd+1）+
（2*14.80+24.63）*1.594²/6+（2*37.67+6.73*hd+44.40）*（hd+1）²
=1.121666667hd³+22.2hd²+122.46605hd+274.4848166kN.m
MpG=26.85*0.5/2*（hd-0.5+0.5/3）+（2*26.85+60.6hd-3.45）*（hd-0.5）²/6
=10.1hd³-1.725hd²+0.8625hd-0.14375kN.m
以上数据代入解方程得：
Hd=6.473m
钢板桩总长L=6.5+6.473=12.973m，实际取L=15m，满足要求!
8.3钢板桩强度检算
设距基底以下xm处钢板桩所受弯矩最大，则
当0≤X≤0.5m时
M（x）=8.95x³+53.49*（4.5+x）-（1.121666667x³+22.2x²+122.46605x+274.485）
令M′（x）=0则：
23.199999x²-44.4x-68.97605=0
在【0,0.5】范围内无解，故在边界M（x）取得最大值，经计算当x=0.5m时，弯矩最大。
即：
Mmax1=-72.85kN.m
当x>0.5m时
M（x）=10.1x³-1.725x²+0.8625x-0.14375+53.49*（4.5+x）-
（1.121666667x³+22.2x²+122.46605x+274.4858166）
令M′（x）=0则：
26.935x³-47.85x-68.11355=0
在（0.5，+∞）范围内解得：
X2=2.710m
把X2=2.710m代入得：
Mmax=-212.82kN.m
采用拉森Ⅳ型钢板桩W=2200cm3，则：
f=Mmax/W=212.82*106/2200*103=98.6N/mm2<【f】=200N/mm2，计算结果表明拉森Ⅳ型钢板桩满足强度要求。
8.4钢板桩围堰内部支撑验算
（1）围檩计算
双拼I32c围檩计算简图如图8围檩强度计算简图所示。
图8围檩强度计算简图（单位m）
Mmax=ql2/8=53.49*52/8=167.16kN.m
双拼I32c的截面抵抗矩W=1520cm3，则：
σ=Mmax/W=167.16*106/1520*103=110.0N/mm2<【σ】=215N/mm2，计算结果表明采用双拼I32c围檩满足强度要求。
f=5ql4/384EI=5*53.49*50004/384*210*103*2.434*108=8.5mm<【f】=l/500
=10mm，满足要求。
（2）Φ300mm钢管的稳定性验算
圆管壁厚t=12mm，直径D=300mm。
E=206*103N/mm2，A=1.086*104mm2,I4=1.128*108mm4
圆管的回转半径;
杆的长细比λy=ly/i=12000/101.9=117.76<【λ】=150
查表得φ=0.4654
圆管在外力N=53.49*5/2=133.73kN作用下，截面应力
σ=N/φA=133.73*103/0.4654*1.086*104=26.5N/mm2<【σ】=205N/mm2
即采用钢管支撑，稳定性满足要求。
8.5基底的隆起验算
采用Terzaghi（太沙基）公式：
=22.456
=37.163
满足规范要求
综合以上，钢板桩围堰的强度、刚度、稳定性均满足要求。
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