1、xx有限公司2010年12月鋼管樁結合拉森鋼板樁圍堰施工技術研究報告工程概況盤營客運專線盤海特大橋起于盤山縣新開鎮、止于海城市西四 鎮，橋址中心里程為DK61+019。盤海特大橋全橋長20094.19米，總計 孔垮為633孔,其中簡支梁跨為595孔,其余孔跨采用連續梁通過，在跨 越三岔河主河道時采用45+70+70+45m懸澆梁跨越。本聯連續梁的下 部結構為盤海特大橋478#、479# （連續梁主墩）、480# （連續梁主墩）、 481#墩，其中478#、479#墩由我工區施工。三岔河枯水期河寬230m， 最深處水深6m，橋梁沿既有溝海線走行，采用圓端形橋墩，鉆孔樁基 礎，其中479#、480

2、#、481#墩均在水中，479#墩需由河面高程垂直下 挖18m深，屬于超深基坑開挖。擬采用筑島圍堰，鋼板樁與鋼管樁結 合防護基坑的方案。采用的防護方案由于479#墩在三岔河河道中，且承臺基坑開挖深度屬于超深基 坑，若是單獨采用拉森鋼板樁圍堰，圍堰防護的剛度難以保證，基坑 可能發生巨大變形，若是單獨采用鋼管樁圍堰做基坑防護，圍堰的泌 水性難以保證，基坑排水會困難很大，介于此情況，擬采用筑島圍堰， 鋼板樁與鋼管樁結合防護基坑的方案。筑島頂面標高填筑到+3.6m（按 筑島填土厚度4m而定），河床標高為-0.4m，承臺底面標高-12.558， 承臺平面尺寸為18.6X 14.6m。采用鋼管樁結合拉森鋼

3、板樁圍堰進行承臺施工時，鋼管樁采用 630X 10X24000mm、拉森鋼板樁采用575 X 10X 12000 mm （豎向2根焊 接接長到24000mm），圍堰平面尺寸為21.6X17.6m （每邊擴大1.5m）， 共設置5道內支撐，承臺底面以下2m為C30封底混凝土。圍堰樁頂標高為+3.6m，第一道內支撐位于樁頂以下2m，標高為 +1.6m，以下逐道間距3+3+2.5+2.5m逐道支撐，第五道支撐到封底混 凝土頂距離為3.5m （此值保證承臺模板的支立），如圖1。圖1鋼管樁圍堰及內支撐位置示意圖結構應力驗算3.1地質資料479#墩址回填土筑島厚度約4m為素填黃土，回填土以下為粉細 砂。3

4、.1.1筑島回填黃土填土厚度4m，內摩擦角？ 1=14，y 1=18.0kN/m3；主動土壓力系數 Ka1=tg2(45 p 1/2)=0.61。3.1.2粉細砂厚度20m，內摩擦角？ 2=32，y 2=19.5kN/m3；主動土壓力系數 Ka2=tg2(45 -? 2/2)=0.307。3.2結構參數鋼管樁：630 mmX10 mmX24000mm；按16Mn鋼，抗彎容許應 力o w=250Mpa；彈性模量 E=210Gpa。拉森鋼板樁：Q345鋼，575mm X 10mm X 24000mm，截面模量 W=1346cm3/m，抗彎容許應力o w=250Mpa；彈性模量 E=210Gpa。內

5、支撐：Q235鋼，容許壓應力o =160Mpa；抗彎容許應力o w=170Mpa；容許抗剪應力t =95Mpa。3.3.鋼管樁強度驗算說明：驗算時的荷載最不利位置均位于第五道支撐到封底混凝土 底面段3.5m+2m=5.5m范圍。理由是：(1)該段為開挖最深段，土壓 力最大；（2）該段跨度最大（5.5m）。分析：3.3.1開挖到樁頂以下約2.5m深處，設置第一道支撐。設置第一 道支撐前，管樁在外側土壓力下樁頂向內側傾移，這一傾移使得管樁 外側土壓力由靜土壓力（開挖前）變為主動土壓力（開挖后）。此時，樁外側為主動土壓力，內側為部分被動土壓力及靜土壓力。 （之所以稱之為部分被動土壓力，是因為樁頂向內

6、側傾移或有傾移趨 勢，但這一被動土壓力遠未達到臨界狀態的被動土壓力一一朗金理論 中的被動土壓力一一土體被壓臨界破壞時的土壓力。）3.3.2封底混凝土底部以上共18.5m，設置第一道支撐后，向下逐 段（或逐層）開挖的過程中，鋼管樁不會再向內側傾移。原因是：各 道橫向內支撐約束了管樁向內側傾移。3.3.3鋼管樁實際會產生微小的向內側傾移量，這一微小傾移量 為內支撐的彈性壓縮量，這一微小傾移量使得管樁外側土壓力由靜土 壓力變為主動土壓力。3.3.4封底混凝土層以下5.5m范圍內土層受力相對較復雜：開挖 頂層土時，樁端部外側一定范圍內為部分被動土壓力；開挖到一定深 度后，隨著各道內支撐的設置及向下開挖

7、卸載，其外側的部分被動土 壓力逐漸減小，直到最后成為主動土壓力；而管樁內側土則反之，開 始在樁端部內側一定范圍內為主動土壓力，開挖到一定深度后，隨著 各道內支撐的設置及向下開挖卸載，其內側的主動土壓力逐漸增大， 直到最后成為被動土壓力。3.3.5不考慮臨界狀態管樁的最小入土深度。理由是：設置的各 道支撐限制了管樁的傾移，不會產生朗金被動土壓力理論中或板樁計 算理論中的臨界狀態。3.3.6基于以上各條分析，針對改進方案，對長24m的鋼管樁結 合拉森板樁圍堰進行受力驗算。經上面各條分析，鋼管樁受力模型為下圖（圖2）：圖2中：p1 = K y h = 0.61 x 18 x 4 = 43.92kN

8、/m2p = K y h + K y h = 43.92 + 86.80 = 130.7kN/m2 2a1 1 1a2 2 2取單位寬度1m為計算對象，則P、=43.92kN / m ； P2=307kN / m取最不利荷載AB段為驗算對象：計算假定：五道內支撐視為剛性；各支撐間的鋼管樁段由連續梁簡化為簡支梁。因此，計算跨度LAB= 5.5m；以一根鋼管樁結合一片拉森板樁為一個組合單元進行計算，寬度 為630+575=1.205m；于是，q=1.2。5（1307-3。=1215kN/m （減3ok/ 是由于帶水開 挖）1 ql 2 = - x 121.5 x 5.52 = 459.4Mmax=

9、 88Mpa由計算資料知1m寬度內拉森板根數為100cm：57.5cm=1.74根所以，W 拉森板=1346：1.74=773.6兀（D，D 內3）+W=W=W 管樁+W 拉森板二32 拉森板 2264+773.6=3037.6cm3a w= W =151.24 MpaWo w=250 MPa結論：從整體結構驗算結果得知，鋼管樁結合拉森鋼板樁強度滿 足要求。3.4拉森鋼板樁強度驗算（屬于局部強度驗算）28.7528.75單位：cm圖3拉森板樁最不利荷載位置受力圖（取高度方向10cm板帶）在最大土壓力處取寬575cm、高10cm的拉森板帶作為計算對象， 如圖3。最大土壓力 p=130.7kN/m

10、2；高10cm范圍內鋼板的荷載線集度為q=0.1 X 130.7=13kN/m;計算跨徑為l = 0.575/2 = 0.2875m ;受力模型為一端固結、一端鉸接的板。-ql 2 = - x 13 x 0.28752 = 0.5373kN - mMmax= 220.1x 0.1x 0.0126=1.667 x10-6 m3Mmaxa w= W =322.3 Mpaa w=250 MPa結果分析：在對拉森板不加支撐的情況下，靠一端焊接于管樁上 的固結作用，其抗彎強度是不能滿足要求的。拉森板一半的長度為287.5mm，在其中部加焊豎向鋼板時（圖4）， 計算跨徑變為575/4=143.75mm。1

11、 ql 2 = - x 13 x 0.143752 = 0.13433 - m因此，這時的Mmax= 22=1.667 x10-6 m3=1.667 x10-6 m3W =66Mmaxa w= W =80.58 MpaW o w=250 Mpa結論：在拉森板樁的中點附近加焊豎向鋼板后，拉森板可滿足強度要 求。3.5拉森鋼板樁剛度驗算（局部穩定驗算）加焊豎向鋼板情況下（如圖4）：bh3 bh3 _ 0.1 x 0.013121=8.333 x 10-9 cm 4f =_ ql4 =13 x 103 x 0.1444=8EI - 8 x 210 x 109 x 8.333 x 10-9 = 0.4

12、mm這說明在加焊豎向鋼板情況下，拉森板變形很小。3.6內支撐驗算3.6.1分析原地面開挖到一定深度，到達設置第一道支撐位置。第一道支撐設置前，鋼管樁頂部在外側土壓力下向內傾移，作用 在鋼管樁上的主、被動土壓力自平衡狀態下設置第一道支撐。也即： 土壓力已經平衡后，才設置第一道支撐，此時，第一道內支撐是沒有 起到支撐作用的（水平向支撐的壓力為零）。繼續開挖到設置第二道內支撐位置時，設置第二道內支撐前，土 壓力由第一道內支撐承受。此時，設置的第二道內支撐并不受水平向 壓力，只有繼續向下開挖時，第二道內支撐開始受水平向壓力。如此類推，第三到第五道內支撐受力同上述分析。圖5基于上述分析，可知（參圖5）：

13、第一道支撐：承受下挖AB段土體時產生的土壓力； 第二道支撐：承受下挖BC段土體時產生的土壓力； 第三道支撐：承受下挖CD段土體時產生的土壓力； 第四道支撐：承受下挖DE段土體時產生的土壓力； 第五道支撐：承受下挖EF段土體時產生的土壓力； 由圖5知，第五道支撐為最不利荷載位置，作為驗算對象。圖6計算第五道支撐反力示意圖圖6計算第五道支撐反力示意圖帶水開挖時，圍堰內的水壓力卸載掉部分管樁外側土壓力。2求得 R5=5815.8kN取入土深度1.5m處為彈性支撐點，則有: （5.5 +1.5）R廣些+些一 55） x 6 婦x 212求得 R5=5815.8kNS =玉=58戚8 x 103 = 0

14、.03635m 2。160 x 106一根？ 630內支撐截面 S1=n (0.3152-0.3052)=0.0195m2n = S = 1.864 = 2根數根（計算模型中已含大于1.5根數根（計算模型中已含大于1.5的安內支撐 1全系數）3.6.2結論最不利荷載處采用2根？ 630內支撐滿足要求。（由于鋼管內支撐 屬于點支撐，而鋼管樁外側土壓力屬于分布荷載，點支撐對分布荷載， 會引起局部變形，因此，應在圍堰四角加設斜向支撐）。3.7綜上，得出以下驗算結論3.7.1? 630鋼管樁結合575型拉森板樁鎖口圍堰方案可行。3.7.2內支撐采用5層，每層2道？ 630鋼管結合原方案中的斜向H 型角

15、支撐，方案可行。施工注意事項4.1開挖過程中，內支撐上疏下密原則；但是，由于承臺（含加 臺）高度一次立模澆注的需要，方案中出現上密而下疏現象，建議適 當提高第一道支撐（因為設置第一道支撐前，土壓力完全由管樁自平 衡），第五道支撐位置固定，上面四道支撐可減少為三道，但按上疏 下密原則布置。4.2隨時觀測板樁變形；測量管口相對距離，板樁壁相對距離； 有條件的情況下，建議對第五道支撐上下1.5m范圍內設置一定數量 應變片，并記錄應變片粘貼位置及應力、應變值。4.3記錄管樁打入過程中的入土速度、難易程度；從什么標高開 始入土緩慢、采用什么方法進行了處理等都應記錄。打樁過程中，入 土不易時可采用吸泥泵等

16、插入鋼管樁吸泥處理，但是，接近封底砼底 部標高附近應盡量避免采用吸泥機，以防止對底部土壤過多擾動而導 致開挖時發生涌水。一一也即，打樁過程中，能不采用吸泥機，最好 不采用。4.4設置第五道（即最下面一道支撐）支撐后，繼續開挖直到封 底砼底面，本段豎向開挖深度最大（5.5m），建議下挖3m后，進行回 注水一定深度后再對下面2.5m深度范圍進行帶水開挖。4.5過程中，深約12m以下的開挖，應隨時觀測板樁、支撐等變 化情況，同時，應加強局部支撐或支護，以防止局部失穩。4.6橫向內支撐上是容易布設應變片的，最好使用應變片實測一 些定量數據。4.7封底砼厚度不宜太小，以防止浮力造成的向上撓曲破壞。4.7

17、.1通過以上理論計算鋼管樁采用直徑 630mm，拉森樁采用 575mm。479#基坑采用長24m, 479#基坑采用長21m，壁厚10mm的鋼管 樁加拉森樁支護， 630mm管樁上兩邊焊接拉森樁，將全部管樁連接 在一起，通過拉森樁來止水。根據開挖深度自上而下，鋼管樁內側設置五道支撐體系，第一道支撐設在樁頂向下2m,第二至第五道支撐由 上到下分配，分別為3m、3m、2.5m、2.5m、3.5m （封底混凝土為2.0m） （支撐見圖7）。鋼管樁內側圍檁采用H40型鋼，前三道內支撐采用？630X10的Q235A鋼管，后兩道內支撐用？ 630X12的無縫鋼管，內支 撐兩端增加型鋼斜撐，斜撐采雙并40工

18、字鋼，轉角處的斜撐采用H40 型鋼并帖焊鋼鋼管適當加強。圍堰結構（見圖8）。基坑支護斷面貿底混疑土單位:cm圖7圖8基坑防護平面圖單位：cm基坑支護斷面貿底混疑土單位:cm圖7圖8基坑防護平面圖單位：cm4.7.2采用單根長度為24m的鋼管樁，鋼管樁打設寬度比承臺最 大結構尺寸每邊寬至少1.5m，根據鋼管樁單根寬度和底承臺最大截面 尺寸18.6*14.6鋼鋼管樁打設寬度分別為21.6m和17.6m，每邊寬1.5m， 鋼管樁需露出正常水位1m，以阻擋受潮水影響，河水流向基坑內。鋼 管樁內部設五道圍檁。圍檁及加固圖（圖9）。圖9圍檁及加固圖其中DZ180振動錘負責全部管樁的拔出與部分圍堰的管樁打設

19、。6.1施工順序先施打角樁，保證第一根鋼管樁的垂直度，并且保證沿挖好的基 坑中線施打；然后，在兩側同時展開管樁施工，施工中控制好管樁互 相穿插時的自由長度，以保證圍堰的順利合攏。6.2施工工藝流程插打定位角樁一逐根插打鋼管樁至圍堰合攏一挖掘機、吸泥開挖 一邊支護邊堵漏一混凝土墊層一承臺施工一拆除鋼管樁圍堰6.3施工準備630鋼管，H40型鋼運到工地后，加工焊接施工平臺，在平臺將 三種材料點焊在一起，然后再轉移開進行焊接，控制好角樁、平樁三 種材料的角度。6.4經測量定位后，沿圍堰四周布置好開挖線6.4.1鋼管樁插打：為保證鋼板樁打設精度采用屏風式打入法。 先用吊車將鋼板樁吊至插樁點處進行插樁，插樁時鎖口要對準，每插 入一塊即套上樁帽輕輕錘擊。在打樁過程中，為保證垂直度，用兩臺 經緯儀在兩個方向加