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鋼板樁在城市排水系統(tǒng)施工中的應(yīng)用論文
摘要：通過鋼板樁支護(hù)，使排水渠施工能有一個(gè)安全的施工環(huán)境，同時(shí)防止基坑出現(xiàn)塌方，減少對(duì)周圍建筑物的破壞。
關(guān)鍵詞：鋼板樁 支護(hù) 基坑安全
隨著我國城鄉(xiāng)建設(shè)的發(fā)展，人民生活水平的不斷提高，對(duì)城市的防洪要求也不斷提高，舊城區(qū)原有的排水系統(tǒng)已經(jīng)不能適應(yīng)新要求。因此，要對(duì)舊城區(qū)的排水系統(tǒng)進(jìn)行改造。而舊城區(qū)的地下管線錯(cuò)綜復(fù)雜，街道兩旁的建筑物基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)參差不齊，為了防止基坑開挖的塌方，減少對(duì)周圍建筑物的破壞，對(duì)不同城市地形、地質(zhì)特點(diǎn)可以采用不同的施工方法。本文結(jié)合江門市良化大道排水改造工程施工的實(shí)際，淺談鋼板樁支護(hù)施工技術(shù)，希望能起到一些借鑒作用。
1、工程概況
1.1、工程簡介
江門市良化大道排水改造工程是為解決白石林水浸問題而興建的，該工程位于江門市繁華鬧區(qū)里，行人、車輛比較多，排水渠結(jié)構(gòu)邊離建筑物最近的距離為7.5米，開挖深度大部分在5米左右，最深達(dá)5.9米，最大開挖寬度為7.5米，全長約1000米，北起白石大道，南接江北路良化泵站。
1.2、巖土工程地質(zhì)情況
1.2.1、地形地貌
擬建場地在地貌上原屬三角洲沉積地帶，由于人工改造，在里程0+000~0+300段表面已覆蓋了厚度不一的填筑土，地面標(biāo)高多在+4.00m~+4.50m之間，其余段里程則已鋪設(shè)混凝土路面，路面標(biāo)高在-3.90m~-5.10m（黃海高程）之間。
1.2.2、土層特征
勘察查明，在鉆探所達(dá)深度范圍內(nèi)，場地地層可分為四個(gè)土層，現(xiàn)分述如下：
層號(hào)土層名稱揭露厚(m)均厚(m)土層特征描述fak(Kpa)①筑填土1.80~11.203.03黃褐色，主要由亞粘土組成，稍密，頂部有厚0.2~0.9m的砼和填石100②亞粘土1.50~5.903.59褐黃色，主要由粉粒和粘粒組成，含少量沙粒，軟塑100③淤泥0.90~19.209.74灰黑色，主要由粘粒組成，底部含少量粉砂，飽和、流塑，zk8、zk10、zk11、zk11-1未見揭露。50④亞粘土1.00~8.304.10灰褐色，主要由粉粒和粘粒組成，含少量石英粒，硬塑300
1.2.3、地下水簡況
在勘察深度范圍內(nèi)，筑填土層、淤泥及亞粘土為弱透水層，在淺部筑填土層內(nèi)賦存少量孔隙潛水，主要靠大氣降雨及側(cè)向徑流補(bǔ)給。
據(jù)終孔后統(tǒng)一測量的水位，地下水埋藏深度在1.1~2.1m之間，水位標(biāo)高在+2.24~+3.00之間，無明顯規(guī)律性。
2、支護(hù)方案
本項(xiàng)目基槽開挖深度約5米，根據(jù)工程地質(zhì)分析，槽壁開挖范圍主要為人工填土和淤泥，而槽底則基本位于淤泥中。因此，若處理不當(dāng)，將無法保證兩側(cè)的穩(wěn)定，引起整體滑波、基底隆起等嚴(yán)重后果，開挖前必須進(jìn)行可靠而有效的基坑支護(hù)處理。
針對(duì)本工程的地質(zhì)特點(diǎn)，采用鋼板樁、IIP型鋼圍檁加內(nèi)支撐支護(hù)方案，鋼板樁采用間隔施打，樁中心距0.8m，與內(nèi)支撐結(jié)合可保證不會(huì)傾覆破壞，在打完鋼板樁之后，在鋼板樁頂以下1.0米處設(shè)置一道IIP型鋼圍檁及直撐。
基坑開挖期間可通過變形觀測對(duì)鋼板樁的位移進(jìn)行有效控制，充分保證基坑安全。鋼板樁施工簡便，工序簡單、容易控制質(zhì)量。同時(shí)施工快捷、工期短且現(xiàn)場整潔，完工后即可開挖基坑，另外鋼板樁可重復(fù)使用，節(jié)省投資。
3、設(shè)計(jì)計(jì)算
3.1、地下無淤泥層區(qū)段設(shè)計(jì)計(jì)算
3.1.1、計(jì)算參數(shù)
土層按ZK11號(hào)孔作為典型斷面進(jìn)行計(jì)算。
C、、γ值取各土層的加權(quán)平均值，即γ=19.5KN/m2，c=18.2Kpa、=16.48度。
地面附加荷載q=20Kpa。
3.1.2鋼板樁樁長計(jì)算
沿基槽邊取一延長米計(jì)算，開挖深度約5米，板樁墻前后土壓力采用水土壓力合算模式進(jìn)行:
eaa=qK0-2c<0
h0=(2c-q K0)/(γK0)=1.47m
eab =(q+γh+γt) K0-2c=38.37+10.88t
epc=2c=48.74KN/m
epb=γt K0+2c=34.94t+48.74
由樁上作用力對(duì)支撐點(diǎn)d點(diǎn)的力矩平衡得：
1/2*(38.37+10.88t)*(t+3.53)(2t/3+2.82)
=48.74t*(t/2+4)+1/2*34.94t2*(2t/3+4)
解得：t=1.45m
則樁入土深度d=1.1t=1.6m
地面卸載0.6m后,使用6m長的鋼板樁。
3.1.3、鋼板樁強(qiáng)度計(jì)算：
H=0 得：
T=1/2*(38.37+10.88t)*(t+3.53)-1/2*(2*48.74+34.94t)t
=27.42KN/m
設(shè)鋼板樁的最大彎矩截面在距地面x0處
則1/2[（q+γx0）K0-2c](x0-1.47)=T
即x02-2.94x0-2.88=0 x0=3.72m
Mmax=T(x0-1)-1/6[（q+γx0）K0-2c](x0-1.47)2
=53.96Kn.m
間隔打U型Ⅲ號(hào)鋼板樁 W=278.75cm
σmax=Mmax/W=193.58Mpa<f=215Mpa
3.1.4、圍檁強(qiáng)度計(jì)算:
圍檁間距取L=5m
Mmax=1/8TL2=85.69Kn.m
選用HP300*300*94.5kg/m型鋼 W=1360cm
σmax=Mmax/W=63.0Mpa<f=215Mpa
3.1.5、支撐強(qiáng)度計(jì)算
軸向力 N=27.42*5=137.1KN
最大支撐長度約6m
材料選用HP300*300*94.5kg/m型鋼
W=1360cm2 W=450cm2 i=7.51cm A=132cm2
Λ=L/i=79.9 查表得=0.687
=N/(A)=15.12Mpa<f=215Mpa
3.2、地下淤泥層較厚區(qū)段設(shè)計(jì)計(jì)算
3.2.、1計(jì)算參數(shù)
土層按ZK14號(hào)孔作為典型斷面進(jìn)行計(jì)算。
C、、γ值取各土層的加權(quán)平均值，即γ=18.52KN/m2，c=11.54Kpa，=10.32度。
地面附加荷載q=20Kpa
3.2.2、鋼板樁樁長計(jì)算
沿基槽邊取一延長米計(jì)算，開挖深度約5米，板樁墻前后土壓力采用水土壓力合算模式進(jìn)行。
ead =qK1-2c<0
h0=(2c-qK)/(γK)=0.41M
eab =(q+γh+γt)K-2c=59.12+12.89t
epc=2c=22.67KN/M
epb=γtK+2c=26.61t+27.67
由樁上作用力對(duì)支撐點(diǎn)d點(diǎn)的力矩平衡得：
1/2*(59.12+12.89t)*(t+4.59)(2t/3+2.47)
=27.67t*(t/2+4)+1/2*26.61t2*(2t/3+4)
解得：t=5.3m
則樁入土深度d=1.2t=6.36m,取樁長L=12m
3.2.3、鋼板樁強(qiáng)度計(jì)算
H=0 得：
T=1/2*(59.12+12.89t)*(t+4.59)-1/2*(2*27.67+26.61t)t
=109.79KN/m
設(shè)鋼板樁的最大彎矩截面在距地面x0處
則1/2[（q+γx0）K-2c](x0-0.41)=T
即x02-0.82x0-16.88=0 x0=4.54m
Mmax=T(x0-1)-1/6[（q+γx0）K-2c](x0-0.41)2
=237.44KN.m
間隔打U型Ⅲ號(hào)鋼板樁 W=1340CM2
σmax=Mmax/W=177.20Mpa<f=215Mpa
3.2.4、圍檁強(qiáng)度計(jì)算
圍檁間距取L=4M
Mmax=1/8TL2=219.58KN.m
選用HP300*300*94.5kg/m型鋼 W=1360cm2
σmax=Mmax/W=161.46Mpx<f=215Mpa
3.2.5支撐強(qiáng)度計(jì)算
軸向力 N=109.79*4=439.16KN
最大支撐長度約6m
材料選用HP300*300*94.5kg/m型鋼
Wx=1360cm2 Wy=450cm2 iy=7.51cm A=132cm2
Λ=L/ iy =79.9 查表得=0.687
σ=N/(A)=48.43Mpa<f=215Mpa
4、鋼板樁施工工序及施工方法：
本工程基坑支護(hù)采用6～12米鋼板樁配合內(nèi)支撐進(jìn)行支護(hù)，鋼板樁施打深度根據(jù)排洪渠基礎(chǔ)的不同而變化，在排洪渠基礎(chǔ)為換填或木樁段鋼板樁施打深度為6～9米，在排洪渠基礎(chǔ)為攪拌樁段鋼板樁施打深度為12米。施工機(jī)械采用40T履帶吊車，配合振動(dòng)錘及200KW專用（三相220V）發(fā)電機(jī)施工。兩排鋼板樁間距為6米。用振動(dòng)錘打入拉森U型III號(hào)鋼板樁作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，樁長6～12米，支撐體系采用HP300*300型鋼水平內(nèi)支撐，沿軸線方向間距5米設(shè)一道支撐，位置距鋼板樁頂以下1.0米。內(nèi)支撐與鋼板樁之間連接處設(shè)置HP300*300型鋼圍檁，全部采用焊接固定。
4.1鋼板樁矯正、除泥、除銹，在吊機(jī)配合下，使用千斤頂、大錘和氧氣、乙炔等工具材料完成包括端部修整、樁體澆曲、扭曲及局部變形矯正、鎖口變形矯正等矯正內(nèi)容。
4.2按設(shè)計(jì)長度拼接鋼板樁：在吊機(jī)配合下，在工場或工地現(xiàn)場設(shè)置平臺(tái)，將待拼接樁段固定于同一軸線，然后采用魚尾板焊接法接樁至設(shè)計(jì)樁長。
4.3測量放線，并將軸線延至施工場外以利于觀測和檢驗(yàn)。
4.4鋼板樁打入施工：為達(dá)到基坑支護(hù)規(guī)范要求的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，并按施工圖要求，施工機(jī)械采用40T履帶吊車，配合振動(dòng)錘及200KW專用（三相220V）發(fā)電機(jī)施工，嚴(yán)格控制垂直度，將鋼板樁打平基槽地面。
4.5土方開挖至板樁頂以下1米處，進(jìn)行圍檁、支撐施工。
4.6圍檁制安：圍檁及支撐設(shè)置在板樁墻頂以下0.5米處，根據(jù)設(shè)計(jì)位置在鋼板樁內(nèi)壁上焊圍檁托架，然后吊裝IIP型鋼圍檁并焊接加固。
4.7土方開挖至基底，排洪渠主體施工及回填。
4.8圍檁及支撐拆除。
4.9鋼板樁拔出：采用履帶吊車，配合振動(dòng)錘及200KW專用（三相220V）發(fā)電機(jī)拔樁。
5、幾點(diǎn)體會(huì)
5.1在深槽區(qū)5米的基坑開挖中，采用鋼板樁支護(hù)，可以保證兩側(cè)的穩(wěn)定，避免引起整體滑波、基底隆起等嚴(yán)重后果，有效地消除安全隱患。
5.2采用鋼板樁支護(hù)，可以準(zhǔn)確地根據(jù)雨水渠結(jié)構(gòu)形式的寬度進(jìn)行控制，防止超控和塌方，減少開挖的工程量，可以減少恢復(fù)原路面的工作量。
5.3在舊城區(qū)主要道路進(jìn)行深基坑開挖施工，地下管線錯(cuò)綜復(fù)雜，若采用大開挖的方法，對(duì)管線的保護(hù)較為困難，萬一發(fā)生意外，后果不堪設(shè)想。采用這種支護(hù)方法后，可以起到保護(hù)作用，易于地下管線的支護(hù)，從而達(dá)到節(jié)省費(fèi)用的目的。
5.4采用鋼板樁支護(hù)，施工環(huán)境較好。機(jī)械設(shè)備開挖、運(yùn)輸可以靠近基坑邊進(jìn)行，在5米深的基坑下進(jìn)行雨水渠主體結(jié)構(gòu)施工，就有一個(gè)安全的條件，工作效率可以大大提高。
5.5在進(jìn)行鋼板樁的支護(hù)施工中要特別注意地下水的影響。遇到有水的情況一定要采取有效措施進(jìn)行堵塞，防止泥砂隨滲水排出。遇到離建筑物較近，地質(zhì)條件較差的地段，可以考慮打加密樁的方法，更有利于施工并防止泥水排出。
5.6基坑開挖及排水渠主體結(jié)構(gòu)施工期間可以通過變形觀測對(duì)鋼板樁的位移進(jìn)行有效控制，就易保證基坑安全。鋼板樁施工簡便，工序簡單，質(zhì)量容易控制，工期短，且現(xiàn)場整潔。另外，鋼板樁可以重復(fù)使用，節(jié)省投資。
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