洪园闸支护方案计算.docx
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洪园闸支护方案计算
南水北调济南市区段输水工程施工6标
洪园闸段
暗涵基坑支护、开挖施工方案
山东省水利工程局南水北调
济南市区段输水工程施工6标项目经理部
2009年10月20日
目录
一、综合说明
1、工程概况
2、工程地质条件
3、编制依据
二、基坑支护原因
三、基坑支护、加固方案
四、钢管桩支护方案
1、施工方案
2、锚杆施工
3、预应力锚杆抗倾覆稳定性计算
4、钢管桩的稳定性计算
五、洪园闸控制室基础加固方案
1、高压旋喷桩施工方案
2、固结灌浆施工方案
六、基坑土方开挖工程
1、基坑开挖方案
2、基坑开挖施工
3、基坑监测
一、综合说明
1、工程概况
南水北调东线第一期工程济南～引黄济青段输水工程位于鲁中北地区，沿小清河左堤外通过暗涵、明渠和分洪道子槽输水。
该工程位于济南市区华山镇段，北临黄河，南依泰沂山脉，场区地貌单元为黄河冲积平原，地势平坦，上部杂填土较多。
支护部分位于桩号22+095-22+180段，该段暗涵右侧与小清河洪园闸启闭机控制室相邻，最近处紧靠其基础底板，最远处为2.6m，距其两侧圆弧挡土墙外轮廓线分别为0.57m、0.61m。
基坑开挖底高程为17.10m，低于洪园闸控制室墙体底板6.5m，小清河现状水位高程为：
19.88m。
2、工程地质条件
场区位于小清河流域，总体地势南高北低，小清河呈北东走向，位于山前倾斜平原与微倾斜低平原的分界处，南部为山前倾斜平原，北部为微倾斜低平原。
据《山东省地貌图》，工程场区所属地貌类型为微倾斜低平原区（
）的黄河冲积平原亚区（
1），微地貌以缓平坡地为主，地形较平坦开阔，地势由西向东北缓倾。
剥蚀残丘包括马鞍山和华山，马鞍山位于天桥区西侯庄以西，呈马鞍形，山势陡峻，范围较小，最高点高程82.0米。
华山位于历城区华山镇，呈北东走向。
山势陡峻，范围较小，最高点高程75.9米。
该段微地貌类型为缓平洼地，范围较小，地形低洼开阔，为黄河冲击平原，地势平坦，地面高程24.5米左右，地下水为第四系孔隙潜水，主要含水层为砂壤土。
由于大自然降水和小清河补给，地下水比较丰富。
地下水为第四系孔隙潜水，主要含水层为砂壤土。
通过地质勘察报告分析洪园闸段暗涵地层依次为：
杂填土：
色杂，包括碎石、壤土、建筑垃圾和淤泥质土等；
粘土：
棕褐色，软可塑，湿；
砂壤土：
黄褐色～浅灰褐色，松散，饱和；
淤泥质粘土：
灰褐色～黑色，软塑～可塑，富含小贝壳碎片；
粘土：
灰褐色，可塑，局部软塑，偶含姜石；
粘土夹姜石：
黄褐色，可塑，含直径1～2㎝的小姜石，量约10%。
3、编制依据
3.1《南水北调东线第一期工程济南～引黄济青济南市区段输水工程工程地质勘察报告》山东省水利勘测设计院
3.2《南水北调济南市区段输水工程济洛路~洪家园桥输水暗涵第Ⅵ标段施工图设计》山东省水利勘测设计院
3.3《建筑施工安全检查标准》【JGJ59-99】
3.4《建筑基坑支护技术规程》【JGJ120-99】
3.5《建筑边坡工程技术规范》【GB50330-2002】
3.6《建筑地基基础设计规范》【GB50007-2002】
3.7《锚杆喷射混凝土支护技术规范》【GB50086-2001】
3.8《建筑基坑工程技术规范》【YB9258-97】
二、基坑支护原因
此段暗涵施工和洪园闸产生交叉，受洪园闸控制室的影响，我方无法按照设计边坡进行放坡，为保证施工过程中洪园闸控制室的安全及基坑开挖边坡的稳定，需要对该段采取支护及加固措施。
三、基坑支护、加固方案
该段工程基坑深度大，地层状况差，暗涵基坑距离洪园闸控制室太近，无法放坡，为保证施工期间控制室的安全，防止塌方，我局结合以往相似工程经验，经多方面比较分析，拟对该工程基坑支护采用钢管桩预应力锚杆与高喷防渗墙相结合的支护方式形成一重力式挡土墙，这样可以达到既经济合理又安全可靠的目的。
其原理是天然土体通过钢管桩与预应力锚杆侧壁与土体的摩擦力几种结构力相结合高喷墙防渗止水,形成一个类似重力墙式的挡土墙结构。
其特点在于设备简单、施工场地小，成本低、变形小、无噪音、无污染、施工工期短等。
对控制室墙体底部土体采取固结灌浆形式，以提高土体的整体强度，防止控制室基础部位不均匀沉降，提高基础土的密实度，减小基础沉降变形。
四、钢管桩支护方案
1、施工方案
钢管桩采用114mm无缝钢管，长8.0m，钢管桩深入基坑底以下1.5m，桩距选为1.0m，成桩后钢管内灌纯水泥浆，在距洪园闸控制室基础底板0.3m位置布置。
根据施工程地质情况及以往施工经验，选用100型油压地质钻机。
使用的压浆泵的工作压力0.5～4.0MPa，并保证在所有压力下都有足够的供浆量，保证压力稳定，出水均匀，工作可靠。
钻机安放在平整稳固的钻机平台上，钻孔时，必须保证孔向、孔位准确，加强钻孔过程的控制。
钢管施工完成及进行灌浆，灌浆水泥采用P.O42.5复合普通硅酸盐水泥。
2、锚杆施工
钢管桩完成后，采用锚杆对钢管桩进行加固。
锚杆为Φ20钢筋，长9m，与水平线方向成45°角从钢管上部位置斜向插入土中，另一端与钢管焊接连接。
3、预应力锚杆抗倾覆稳定性计算
支护平面示意图
说明：
（1）钢管桩深8.0m，桩间距1.0m
（2）防渗墙采用高喷工艺，墙深15.0m
（3）锚杆长9.0m，间距1.0m
有无冠梁
有
放坡级数
1
超载个数
0
支护结构上的水平集中力
0
[锚杆自由段长度计算简图]
4、钢管桩的稳定性计算
地质报告土工试验建议值
层号
土层名称
层厚
（m）
重度
（kN/m³）
压缩系数
粘聚力（kPa）
内摩擦角（度）
1
杂填土
3.20
20.0
0.000
10.00
15.00
2
粘性土
1.60
18.6
0.000
12.60
7.10
3
砂壤土
1.90
19.2
0.371
3.50
10.00
4
淤泥质粘土
3.90
19.5
0.551
9.00
8.00
5
粘性土
1.10
20.5
0.338
9.00
15.10
6
粘性土
12.00
19.2
0.465
19.00
17.00
基坑被动土的压力强度：
Ep=1/2（RHH∪a）×1.25（动载系数）
R土溶重
H从地面到基坑底部的垂直距离
∪a常数：
坡比大于1：
0.1时取∪a=0.135
土的平均溶重1.94克/立方厘米
基坑深度取6.5米Ep=1/2×1.94×114×114×0.135×1.25=2127.28
当钢管桩与预应力锚杆形成的挡土墙向内移动，但其位移还不足以使墙后的土体达到被动极限平衡状态时，土中剪切力均小于抗剪强度，土体将仍处于平衡状态，这时土对墙的侧压力（弹性拉力），即土拉力与墙位移成正比，现基坑开挖前以降水，水动态压力可忽略不计（因地层为粘性土地下水渗透系数较小），即被动土的侧向压力即水平剪切力。
钢管的抗剪强度经验公式为
Ep钢管=1.6KN/平方毫米×S面积×0.5（系数）
114钢管桩的抗剪强度为
Ep钢管=1.6KN/平方毫米×57×57×3.14×0.5系数=5199.97Kpa
钢管桩与预应力锚杆墙的稳定性系数
Ks=5199.97/2127.28=2.4＞1.2满足规范要求
结论：
可采用114㎜钢管桩与预应力锚杆墙对基坑支护，钢管桩间距为1.0米，深8.0米，锚杆长度为9.0米。
五、洪园闸控制室基础加固方案
1、高压旋喷桩工程
1.1施工方案
旋喷桩深度为暗涵基坑以下8米，桩长15米，自控制室下游导流墙开始，沿31#、30#、29#暗涵开挖边线布置，并和上游导流墙连接，稳定此段的土坡。
拟采用MGJ-50型旋喷桩高压钻机，单管法施工。
1.2施工方法
（1）施工工艺
钻机就位→清水压力钻进成孔→旋喷成桩→桩头以下3米复喷→成桩→移动钻机，进行下一桩体施工。
（2）旋喷桩施工前必须有充分的电力设备和清水来源，为防止旋喷桩在施工过程中堵塞喷嘴施工前必须准备好足够的无杂质清水。
施工场地的平整度直接影响旋喷桩停灰面的控制从而影响桩头的整齐性，为提高旋喷桩的垂直度，施工前必须进行场地平整和压实。
（3）旋喷桩垂直度的现场控制：
现场桩机垂直度主要利用桩机上面自备的水平尺测量水平度来控制；每次钻杆接长或者缩短时均需水平尺调平。
（4）水灰比及浆液中颗粒粒径的现场控制：
现场施工前将每个拌浆捅的体积统计出来，然后根据拌浆捅的体积和水灰比计算出拌浆桶中合适的停水面，每桶浆液先后分两次加水、加水泥拌制。
为防止浆液中颗粒粒径过大堵塞喷嘴，现场施工时设置两道浆液过滤网片，网片中网格的规格为0.5mm*0.5mm。
为了保证浆液的浓度，应当采用二次搅拌配制浆液，即在第一只搅拌桶中按确定的水灰比配制并搅拌水泥浆液。
搅拌3-5分钟后放入第二只搅拌桶中待用。
禁止采用一只搅拌桶，一边配浆一边抽浆，否则难以控制浆液水灰比。
（5）施工参数的选择及现场控制：
根据施工地质情况，单管旋喷参数选择：
旋喷压力：
14~18Mpa，转速：
30～40转速r/min，升速：
20～24cm/min
（6）旋喷桩隔桩施工
旋喷桩施工时应该隔桩施工，如果不隔桩施工则会直接影响相邻且刚施工完毕的旋喷桩的质量（桩径、桩的垂直度、桩身强度不均匀、断桩），原因如下：
旋喷钻机利用高压浆液切割周围土体成桩，浆液在切割土体的同时必然会冲击周围土体从而使刚施工完毕距离最近的旋喷桩与正在施喷的旋喷桩的之间土体发生位移或者被击穿，如果土体发生位移就会改变刚施工完毕未达到强度的旋喷桩的垂直度和桩径，如果土体被击穿就会造成泥浆挤压到刚施工完毕的旋喷桩浆液中同时也会把刚施工完的旋喷桩上部分的浆液给排挤出来。
1.3旋喷桩施工过程中特殊情况的处理
（1）保证桩身连续性：
在喷浆过程中经常会因为停电、机械故障、喷嘴堵塞等原因造成施工暂时停止，喷浆连续性得不到保障桩身就不会有连续性，根据以往的施工经验再次喷浆时搭接长度为50cm。
（2）桩底托盘的形成和桩头以下3～4米复喷：
为了增加桩的端承力，在桩底部脱档旋喷30秒，即钻杆原位旋转喷浆不上升，以增加此部位的搅拌效果和扩大桩体的直径，形成桩底盘。
为加强桩头3米以下桩体的质量，对发挥桩体的承载力起关键作用，桩头以下3～4米进行复喷处理。
（3）施喷过程中土洞的处理：
在施工过程中碰到土洞会出现冒浆少或者不冒浆等现象，如遇土洞则利用旋喷机进行注浆填满土洞直到冒浆恢复正常。
2、固结灌浆工程
2.1施工方案
固结灌浆范围为基坑开挖边线及钢管桩支护右侧，临近基坑建筑物周边部分。
固结灌浆按分序加密的原则进行，拟分为二序施工。
孔位间距为1.0m，斜孔倾角为6度，钻孔深度为10米。
靠近暗涵基坑右侧控制室墙体处，为提高墙体基础底部土体的整体强度，垂直孔和斜孔穿插布置，
（孔位及垂直孔斜孔布置详见附图）
2.2施工方法
钻孔孔径为75～110mm，灌浆采用纯水泥浆液，水灰比为0.5～0.8，水泥采用P.O42.5复合普通硅酸盐水泥。
浆液压力采用0.5～2.0MPa，灌浆封口厚度不小于1.0m。
在规定的压力下，当注入率不大于0.4L/min时，继续灌注30min,灌浆可以结束。
根据施工区工程地质情况，结合以往施工经验，使用XY-1型油压回转式钻机，采用不同直径的金刚石钻头钻进，孔径为110mm。
钻孔时，必须保证孔向，孔位准确。
灌浆孔的施钻按I序、II序分序段进行。
为了保护基础及便于施工，灌浆孔顶部下套管护壁或注浆护壁。
每一孔在灌浆前，均进行孔内冲洗。
灌浆压力与灌浆方法：
采用全孔一次灌浆法，灌浆压力为0.5～2.0MPa。
灌浆按分序加密的原则进行，灌浆分二序孔，按I、
顺序进行。
灌浆过程中，发现冒浆、漏浆时，根据现场具体情况考虑采用嵌缝、表面封堵、低压浓浆、限流、限量、间歇灌浆等方法进行处理。
灌浆过程中发生串浆时，若串浆孔具备灌浆条件，同时进行灌浆，一泵灌一孔，否则将串浆孔用塞塞位，待灌浆孔灌浆结束后，串浆孔再行扫孔、冲孔，而后继续钻进和灌浆。
浆液水灰比和搅浆标准：
灌浆浆液浓度由稀到浓逐级变换，浆液按水灰比分为三级：
0.8:
1，0.6:
1，0.5:
1，当灌浆压力保持不变时,或当注入率保持不变而灌浆压力持续升高时,不改变水灰比。
当某一比级浆液注入量已达300L以上，或灌注时间已达1h，而灌浆压力和注入率均无显著改变时，应换浓一级水灰比浆液灌注，当注入率大于30L/min时，根据施工具体情况，可越级变浓。
每个灌浆孔全孔灌浆结束后，排除钻孔内的积水和污物，采用压力灌浆法进行封孔，并将孔口抹平。
钻孔灌浆施工工艺框图
四、基坑土方开挖工程
1、基坑开挖方案
待边坡支护、固结灌浆完成且达到一定的强度时即进行土方开挖。
由于基坑开挖较深，边坡较陡，靠近建筑物较近等因素，土方拟分层、分段开挖施工，上下游导流墙及控制室墙体位置采用钢管桩支护，垂直开挖。
土方开挖顺序：
先进行31#暗涵开挖，然后再开挖30#暗涵，临时道路改至28#时，开挖29#暗涵。
本段开挖深度基本在7米左右，为保证基坑的稳定，尽量减少基坑暴露时间，拟分两层、按节分段开挖，先开挖3.5米深度，再开挖剩余部分，同时先开挖暗涵左侧部分，后开挖右侧支护部分。
开挖完成一节基坑后，立即组织基坑的验收，争取在最短时间内进行构筑物的施工，为缩短回填时间，浇筑暗涵墙体时，先浇筑最右侧暗涵墙体，达到强度后，尽快进行土方的回填，考虑到土的侧压力影响，先回填到3米高度，待顶板浇筑完成验收后再回填剩余部分。
待右侧土方回填至3米高度后，即按照以上原则，开挖下一节基坑。
2、基坑开挖施工
土方开挖采用挖掘机配合自卸车施工，开挖土堆放我标段临时存土场。
在开挖过程中，技术人员经常校核开挖平面位置、高程、边坡坡度是否按照拟定方案施工，现场管理人员和测量人员要随时观测边坡的稳定情况，降水情况，做到全过程施工监测。
现场管理人员合理指挥机械，杜绝闲杂人员进入，同时在施工基坑周围设置安全警示标志，预防事故发生。
由于本工程地形复杂，现场施工中应该随时注意开挖坡度，防止坍塌，禁止在控制室附近堆土。
为保证施工期间洪园闸交通道路的畅通，在第29节暗涵位置预留一条5米宽的临时道路，待该位置下游侧的暗涵完成并达到设计强度后，将该临时道路改至上游侧，再进行该节暗涵的施工。
3、基坑监测
在基坑工程施工前，我项目部和洪园闸施工方对建筑物的现状进行详细的检查、检测，内容包括：
建筑物现状沉降资料，开挖前基准点和各监测点的高程，建筑物裂缝的宽度、长度和走向等情况，并做好测量记录、文字描述和拍照录像等工作，对实际现状检查记录双方签字认可，并在基坑开挖和暗涵施工过程中，对以上情况做好监测。
附：
洪园闸段基坑支护、灌浆区域平面布置图
洪园闸段基坑开挖、支护剖面图
山东省水利工程局南水北调济南
市区段输水工程施工6标项目经理部
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