钢板桩支护设计与施工问题

摘要:基坑支护技术是一个综合性的岩土工程难题,既涉及土力学中典型的强度、稳定及变形问题,又涉及到土与支护结构的共同作用问题,它较桩基础、地基处理具有更大的难度。

关键词:钢板桩 支护 设计

一、工程概况

本工程是上海站下行联络线特大桥工程。上海上、下行联络线特大桥位于上海市嘉定区境内,沿途跨越沪宁、嘉金公路及黄翔高架铁路,里程段内河道众多,地质环境复杂。

上海站下行联络线特大桥在69号墩处经过既有厂房,既有厂房为一栋三层楼房,建筑面积约500m2,厂房外墙距69号墩承台开挖线约3m。为保证既有建筑安全使用,设计钢板桩围堰进行基坑围护。

二、钢板桩支护方案的确定

在确定钢板桩上设计桥墩的设计方案时,需要注意地面上的各种情况、地下水位、土质参数及周围环境等都有密切的关系,涉及的内容包括:围护结构、支撑体系、挖土方案、换撑措施、降水方案和地基加固等。这几方面的内容是互相关联的,必须综合考虑。支护方案应首先考虑安全,其次是经济。

经过初步的分析,本方案是在既有建筑物附近开挖桥梁基坑,因此,基坑围护的方案选择钢板桩围堰,设计采用拉森钢板桩和I 300×300工字钢支撑,这两种型材。其设计任务主要是确定钢板桩的入土深度、支撑的设置和土方开挖方案。

三、钢板桩施工

(1)钢板桩整修。因钢板桩可重复使用,对于旧的钢板桩,施工前应进行整修,纠正几何偏差及按设计长度截取或拼接。

(2)打设钢板桩。钢板桩的施工工艺流程为:吊起振动锤安装锤夹器同时吊起钢板夹住钢板吊动钢板对中调校垂直、周正开动振动锤缓慢振动钢板入土至设计深度振动锤移位。

通过上述工序循环将带锁口的拉森钢板桩按设计位置打入土中,使之在基坑三边封闭合拢,并保证板桩的垂直和抗渗质量。

施工中应注意的事项:①在正式打桩前一般要先清除地下障碍物和试桩,以掌握各项参数是否正常。如本工程中开始使用的是45kW振动锤,入土太慢而且造成的震动很大,个别位置打不进,改用60kW振动锤后状态正常,单桩入土时间约在10~20min;②正式打桩时从夹角的位置开始打入;③本工程中未设围檩支架定位,主要是为了方便施工,并且根据施工经验钢板桩入土垂直度偏差可控制在±1%左右,对支护的效果无影响;④因本工程中的土质为粘土,桩身入土时桩孔位置加入适量的水有作用,可加快入桩速度和减少震动。

四、支撑设置及土方开挖

支撑的实施要和基坑土方开挖方案一起考虑,本工程中为了加快施工速度,采用挖土机配合自卸汽车的土方挖运和边挖边撑的方案。此时打桩机可退场而用挖土机吊装支撑,提高机械的利用率。

(1)钢板桩打入完成后先做好支撑设置和土方开挖的各项准备工作,然后将土方整层开挖至支撑设置点-1.8m的位置。

(2)在需对撑的两侧钢板桩的-1.8m处,沿横向焊接工字钢。焊接要牢固,以集中传递钢板桩的土压力。

(3)机械挖方挖至距设计高程25cm,改用人工清理至设计高程,并排除少量的基坑渗透水。每完成一定的工作面后应及时浇筑混凝土垫层,以保护基础面。

五、换撑及支撑拆除

基坑支护及土方开挖完成后,进行型钢支撑以下部分的施工,一周后拆除模板。其余部分施工必须在支撑拆除后进行。换撑及原支撑的拆除是本工程施工的一个关键点,其完成质量的好坏直接影响整个支护方案的成败。

本工程中支撑拆除时应换撑,并验算支护结构。由于承台外侧与钢板桩之间的空隙用土方不易填实,而且拔桩时容易造成松动,将影响两侧厂房基础的安全。故采用天然级配的砂砾料回填,并灌水振捣密实,为防止砂砾料顶层因刚度小而造成钢板桩位移,采用直径不小于10cm的原木,每隔1m以稍长打入,形成预应力对撑的方法撑紧。经分析,砂砾层与小木撑及型钢支撑的共同作用形成的整体,将等效于为未开挖前的原土传递支撑力。换撑完成后拆除型钢支撑,进行剩余部分的施工。经过连续几天的观测,未发现桩身位移,支撑拆除成功。

六、钢板桩拔除及土方回填

承台砼施工完成后待砼养护28天达到设计强度后拆除钢板桩。拔除钢板桩前,要仔细研究拔桩方法、顺序和拔桩时间以及土孔处理。否则,由于拔桩的振动影响,以及拔桩带土过多引起的地面沉降和位移,会给已施工的结构带来危害,并影响临近的建筑物和地下管线的安全。设法减少拔桩带土十分重要,本工程中,由于板桩与承台砼间已用砂砾料回填,拔桩时会随桩的振动拔出而填实桩孔,故只需加填预计会坍落的砂砾料方量,待钢板桩全部拔除后,其余部分可用土方回填压实。

拔桩时采用打桩时用的振动锤拔桩。先将板桩锁口振活以减少粘附,然后边振边拔。为有利于砂砾料塌落回填拔桩后的土孔,每拔离一段距离,暂停引拔,用振动锤振动几分钟,尽量让桩孔填实。

七、结语

本基坑支护方案针对工程的具体特点而采取了适宜的构造,试用了回填密实的砂砾料和预应力小木桩的联合作用可取代原土传递支撑力的方法,在场地较狭窄的情况下实现了机械化施工和钢板桩全部回收,达到了安全、快速和经济的效果,确保了工程的顺利实施和保护邻近建筑物的安全。

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