第十一期施工技術(shù)管理培訓(xùn)：鋼板樁圍堰施工設(shè)計(主講：黃鋒)

鋼板樁圍堰施工設(shè)計施工設(shè)計事業(yè)部鋼板樁圍堰的定義鋼板樁圍堰是最常用的一種板樁圍堰。鋼板樁是帶有鎖口的一種型鋼，其截面有直板形、槽形及Z形等，有各種大小尺寸及聯(lián)鎖形式。常見的有拉爾森式，拉克萬納式等。優(yōu)點及適用范圍其優(yōu)點為：強度高，容易打入堅硬土層；可在深水中施工，必要時加斜支撐成為一個圍籠。防水性能好；能按需要組成各種外形的圍堰，并可多次重復(fù)使用，因此，它的用途廣泛。適用范圍：深水或深基坑，流速較大的砂類土、黏性土、碎石土及風(fēng)化巖等堅硬河床。拉森鋼板樁型號鋼板樁材質(zhì)圍堰構(gòu)造板樁墻圈梁（圍囹）內(nèi)支撐封底混凝土圍堰構(gòu)造內(nèi)支撐為型鋼桁架形式破壞原因1、在結(jié)構(gòu)的設(shè)計和安裝過程中，缺乏對細(xì)節(jié)的關(guān)注2、對水位和環(huán)境的可能變化缺少考慮3、對開挖過程中遇到的新情況，沒有及時校核4、超挖5、支撐設(shè)計不當(dāng)或者支撐力不足（數(shù)量和強度）6、在設(shè)計中沒有考慮作用在支撐構(gòu)件上的荷載7、結(jié)構(gòu)構(gòu)件上的意外損壞沒有及時修復(fù)8、板樁入土深度不足，不能預(yù)防管涌或隆起，沒有考慮管涌或隆起對土壓力的影響9、交底不夠充分很多情況下，工程事故可能是以上多種因素共同作用的結(jié)果。設(shè)計要求1、圍堰必須能夠承受作用在其上的各種荷載。2、控制滲入圍堰內(nèi)的水量，用泵抽干。3、在每個施工階段必須保證施工面穩(wěn)定，不發(fā)生不可控制的隆起、流沙或者管涌。4、圍堰墻體和支撐變形不能影響圍堰附近的永久結(jié)構(gòu)或者其他既有結(jié)構(gòu)。5、必須保證斜坡或潛在滑動面導(dǎo)致土體失衡時能夠維持圍堰整體穩(wěn)定。6、圍堰大小必須合適，能夠滿足其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的施工要求。7、臨時圍堰必須要能夠最大限度的回收和重復(fù)利用建筑材料。計算荷載水壓力主動土壓力被動土壓力水土分算是計算全部的靜水壓力，并用浮重度計算土壓力，水土合算是采用天然重度或飽和重度計算土壓力，不再計算靜水壓力。從數(shù)值看前者大于后者，水土分算適用于滲透性較好的碎石土和砂土。計算荷載計算荷載計算荷載計算荷載修正系數(shù)計算土壓力強度時，應(yīng)考慮板樁墻與土的摩擦作用，將板樁墻前與墻后的被動土壓力分別乘以修正系數(shù)，為安全起見，對主動土壓力則不予折減。土的內(nèi)摩擦角φ40°35°30°25°20°15°10°K2.302.001.801.701.601.401.20K’0.350.400.470.550.640.751.00板樁擋土墻分類懸臂單錨支撐多錨支撐板樁擋土墻分類鋼板樁的橫斷面最小入土深度支撐間距及尺寸計算分類計算的主要內(nèi)容懸臂無支撐單錨支撐多錨支撐淺埋深埋板樁擋土墻分類常見3類邊界條件（1）自由端【如：樁頂端】AMA=0，QA=0（2）鉸支端（活動或固定）xB=0，yB=0,θB=0（3）固定端【如：深埋樁底端】MA=0，xA=0AxBy【如：淺埋樁底端或其它】計算假定等值梁法計算鋼板樁圍堰，為簡化計算，常用土壓力等于零點的位置來代替正負(fù)彎矩轉(zhuǎn)折點的位置，并設(shè)為鉸接點。計算時取1m寬單位寬度鋼板樁。在土處于飽和水狀態(tài)下，為簡化計算且偏安全考慮，不考慮土的粘聚力（c=0）假設(shè)鋼板樁在封底混凝土面以下0.5m處固結(jié)。懸臂式板樁懸臂式擋土結(jié)構(gòu)，對于土的性質(zhì)、荷載大小等非常敏感，它完全依靠足夠的入土深度來保持其穩(wěn)定性，故其懸臂高度一般不大于4ｍ。懸臂樁看似一端固定的懸臂梁，實際上二者有根本的不同之處。首先是懸臂樁難以確定固定端位置，因為樁在兩側(cè)土壓力作用下，每個截面都會發(fā)生水平方向的位移和轉(zhuǎn)角變形。其次，嵌入坑底以下部分的作用力很復(fù)雜，難于確定。因而期望以懸臂梁為基本構(gòu)件體系，考慮樁墻和土體的變形一致來進行解題將是非常復(fù)雜的。懸臂式板樁Htabcdefght2t1EaEpH1EwEw1Ew2i1、試算確定埋入深度t1，對各力對e點取力矩，滿足防傾覆的安全系數(shù)不小于2。即2、確定實際所需的深度t，在t1的基礎(chǔ)上增加15%，確保板樁的穩(wěn)定。懸臂式板樁Htabcdefght2t1EaEpH1EwEw1Ew2i3、計算剪力為0點g。g點以上部分板樁內(nèi)外壓力相等。主動土壓+水壓＝被動土壓+水壓計算出t24、計算最大彎矩。等于板樁內(nèi)外壓力對g點彎矩之差。5、選擇板樁截面。

根據(jù)求得的最大彎矩和板樁材料的容許應(yīng)力，選擇板樁的截面、型號。懸臂式板樁擋土墻高度3.6m，超挖0.4m，超載10KPa懸臂式板樁通過試算確定樁趾的深度，本例的長度是7.022m，對該點取矩懸臂式板樁懸臂式板樁地面下5.570m處的剪力為0（此高度以上的主動土壓力分布圖的面積等于被動土壓力分布圖的面積），對該點取矩懸臂式板樁最大彎矩M=141.1KNm對以上彎矩乘以1.2的分項系數(shù)后得到極限設(shè)計值。所需截面模量W=1.2×141.1×1000/270=627cm3/m單錨淺埋假定上端為簡支，下端自由支撐（相當(dāng)于活動鉸）。單錨淺埋相當(dāng)于單跨簡支梁，作用在樁后為主動土壓力，作用在樁前為被動土壓力。單錨淺埋HtabcdeEaEpHaRaHpepea單錨淺埋板樁墻擋土高度7.0m，地下水位如圖，地面超載=10kpa。單錨淺埋主動力矩=被動力矩的深度為9.447m。單錨淺埋拉桿力=329.93-250.00=79.93KN/m地面以下5.195處剪力為0，對該點取矩M=184.3KNm所需截面模量W=1.2×184.3×1000/270=819cm3/m單錨深埋

圖中ab梁一端固定一端簡支，彎矩圖的正負(fù)彎矩在c點轉(zhuǎn)折，若將ab梁在c點切斷，并于c點加一自由支承形成ac梁，則ac梁上的彎矩將保持不變，即稱ac梁為ab梁上ac段上的等值梁。

等值梁原理ababcac單錨深埋tBP0HRaACDt0yxt-t0土壓力分布圖彎矩圖等值梁為簡化計算，常用土壓力等于零點的位置來代替正負(fù)彎矩轉(zhuǎn)折點的位置，并設(shè)為鉸接點。單錨深埋1、繪制土壓力圖。計算土壓力強度時，應(yīng)考慮板樁墻與土的摩擦作用，將板樁墻前與墻后的被動土壓力分別乘以修正系數(shù)，為安全起見，對主動土壓力則不予折減。2、計算土壓力為0的點離挖土面的距離yBP0HRaACDt0yxt-t0土壓力分布圖t單錨深埋3、按簡支梁計算等值梁最大彎矩和反力Ra、P0。4、計算板樁墻的最小入土深度t0BP0HRaACDt0yxt-t0土壓力分布圖t5、實際埋深取多錨DP0HRaAPEt0yxt-t0tRbBRcCDP0HRaAPyRbBRcCP0PExγx(Kp-Ka)單錨深埋板樁墻擋土高度7.0m，地下水位如圖，地面超載=10kpa。單錨深埋假定彎矩圖上反彎點的位置在主動土壓力和被動土壓力相等處，即y-y處，該點Pa=Pb。單錨深埋y-y處深度為7+d單錨深埋對該點取矩單錨深埋計算得樁長10.953m，對該點取矩單錨深埋為了修正由簡化方法造成的偏差，反彎點以下的深度增加20%因此，所需樁長=7+0.724+1.2×（10.953-7.724）=11.599m地面以下4.779處剪力為0，對該點取矩M=135.2KNm所需截面模量W=1.2×135.2×1000/270=601cm3/m基床系數(shù)法在計算樁的水平抗力的時候，一般采用線彈性地基反力法（基床系數(shù)法），即假設(shè)樁側(cè)土為Winkler離散線性彈簧，不考慮樁土之間的黏著力和摩阻力，假定土的抗拉強度為零，既彈簧只受壓而不受拉，可以得出任一深度樁側(cè)土反力與該點的水平位移成正比。即：p=k(z)*y*b0基床系數(shù)法k(z)的確定方法有四種，其中最著名的和應(yīng)用最廣的就是m法，即：k(z)=m*z就是說，k(z)隨深度線性增加，m為土的水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)基床系數(shù)法1、確定m值2、確定支撐剛度3、確定樁長內(nèi)支撐計算圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計中，支撐布置是最關(guān)鍵的。支撐的豎向布置決定了板樁的彎矩，水平布置決定了結(jié)構(gòu)內(nèi)部施工的難易度。為了確保主體結(jié)構(gòu)的完整性，支撐布置必須與永久結(jié)構(gòu)施工聯(lián)系起來，盡可能減小對主體結(jié)構(gòu)的干擾?？傮w原則是盡可能簡化。內(nèi)支撐計算內(nèi)支撐計算抗隆起計算管涌驗算tj不產(chǎn)生管涌的安全條件為K——抗基坑底管涌安全系數(shù)——水容重——土的浮容重——水力梯——最大滲流力——水位至坑底的距離——鋼板樁入土深度封底混凝土抗浮系數(shù)G——封底混凝土自重T——封底混凝土與護筒粘結(jié)力P——封底混凝土底面浮力封底混凝土強度驗算封底混凝土封底混凝土抗彎一般根據(jù)護筒間距按四鉸點簡支板計算封底厚度宜比計算值增加0.30m封底混凝土容許彎曲應(yīng)力一般按主拉應(yīng)力的0.8倍選取封底混凝土強度等級不應(yīng)低于C25計算實例施工順序：（1）插打鋼板樁，降水，開挖至第一道支撐下部。（2）安裝頂層支撐，開挖，降水至第二道支撐下部。（3）安裝底部支撐，開挖至設(shè)計高程。計算實例工況一：開挖至頂部支撐下安裝頂部支撐前，鋼板樁圍懸臂結(jié)構(gòu)，計算土壓力分布圖。很明顯，本例后續(xù)工況中，鋼板樁所需的長度和抗彎強度要比本工況大很多，因此該工況不做計算。計算實例工況二：開挖至底部支撐下假定安裝底部支撐所需的開挖深度為6.1m，計算土壓力分布圖。計算實例由于開挖深度較小，入土深度較大，認(rèn)為樁端固定，假定彎矩圖上的反彎點在主動土壓力與被動土壓力相等的位置，即y-y處Pa=Pp63.21+60.18y/4.9=391.35y/4.9y=0.935m計算實例Ea=210.14KNMa=520.6KNm（對y-y）支撐力=520.6/6.035=86.26KN/m通過對假定樁趾處取矩來確定樁長，根據(jù)力矩平衡，d=4.252m為了修正簡化方法的誤差，將反彎點以下的樁長增加20%所需樁長=6.1+0.935+1.2（4.252-0.935）=11.015m地面下4.523.處剪力為0，對該點取矩M=175.3KNm/m計算實例工況三：開挖至基坑底面開挖至坑底設(shè)計標(biāo)高，考慮0.2m超挖，被動區(qū)的設(shè)計開挖深度為8.10m。計算實例項目工況2工況3所需樁長m11.0211.02最大彎矩KNm175.3188.3頂部支撐KN/m86.2652.79底部支撐KN/m248.21斜坡上的圍堰導(dǎo)向框安裝一般利用圍堰頂層圈梁當(dāng)作導(dǎo)向，導(dǎo)向的作用：一是界定圍堰的尺寸大?。欢亲鳛榘鍢恫宕驎r線型控制的參照；三是作為板樁插打時，施工人員的操作通道；四是圍堰合攏后，繼續(xù)作為頂層支撐參與受力。導(dǎo)向的型鋼截面大小由頂層內(nèi)支撐受力檢算確定，但還要考慮現(xiàn)場插打時，在導(dǎo)向框上焊接限位板與板樁連接，導(dǎo)向框也承擔(dān)部分振動荷載，型鋼截面不宜偏小，容易造成變形。導(dǎo)向框安裝鋼板樁打設(shè)1.順著事先固定好的導(dǎo)梁依次插打鋼板樁，鋼板樁順著首樁的鎖口插入，插樁入土一定深度，導(dǎo)梁限位。2.鋼板樁插打時，可用全站儀跟蹤測量，或用鉛錘吊線的方法，或用水平靠尺的方法進行測量，隨時檢查鋼板樁的偏位情況；當(dāng)鋼板樁發(fā)生偏斜時及時用倒鏈或小螺旋頂校正，以利于及時糾偏，當(dāng)偏斜過大不能用拉擠的方法調(diào)整時，應(yīng)拔起重新插打。3.當(dāng)下插困難時，可在鋼板樁鎖口處摸少許黃油，以減少摩擦；陸地或筑島插打時，也可用水槽蓄水，用水潤滑，減少土壤摩擦力。鋼板樁打設(shè)鋼板樁打設(shè)鋼板樁打設(shè)①鋼板樁插打可以逐根（組）插打到底或者全圍堰（矩形圍堰可為一邊），先插合攏后，再逐根（組）打入。②矩形圍堰一般先插上游邊，在下游合攏。盡量短邊合攏。③若采用先插后打合攏，到剩下最后10～20片時，先插好輕打，若合攏有誤，用倒鏈或滑車組對拉，或者配異型樁使之合攏，合攏后，再逐根打到設(shè)計深度；若采用逐根插打到底合攏，到剩下最后10～20片時，提前測量，在導(dǎo)梁上做出標(biāo)識，把誤差均攤到剩余每根樁，最后合攏口選擇在角樁附近幾根樁，充分利用角樁的兩個方向的可調(diào)性。鋼板樁打設(shè)鋼板樁打設(shè)鋼板樁放線施工，樁頭就位必須正確、垂直、沉樁過程中，隨時檢測，發(fā)現(xiàn)問題，及時處理。沉樁容許偏差：平面位置縱向100mm，橫向為-50mm～0mm；垂直度為5mm。沉樁施前必須平整清除地下、地面及高空障礙物，需保留的地下管線應(yīng)挖露出來，加以保護。基坑開挖后鋼板樁垂直平順，無嚴(yán)重扭曲、傾斜和劈裂現(xiàn)象，鎖口連接嚴(yán)密?；油练胶徒Y(jié)構(gòu)施工期間，對基坑圍巖和支護系統(tǒng)進行動態(tài)觀測。發(fā)現(xiàn)問題，及時處理。打樁注意事項導(dǎo)向樁打好之后，以槽鋼焊接牢固，確保導(dǎo)向樁不晃動，以便打樁時提高精確度；線樁插打，鋼板樁起吊后人力將樁插入鎖口，動作緩慢，防止損壞鎖口，插入后可稍松吊繩，使樁憑自重滑入；鋼板樁振動插打到小于設(shè)計標(biāo)高20~40cm時，小心施工，防止超深發(fā)生。鋼板樁打設(shè)常見問題預(yù)防及糾正措施帶樁（施打時和已打入的鄰樁一起下沉）1、若是傾斜度過大造成，造成鎖口咬緊帶樁，不要硬打，及時糾正傾斜度過大的樁，重新插打；2、若是區(qū)域地質(zhì)變軟，造成樁一起下沉，樁與樁在頂部施焊部分豎縫，靠前面已打樁的摩擦力克服鎖口摩擦力。樁體平面位置扭轉(zhuǎn)1、打樁前，插樁好后，用導(dǎo)向上的限位卡死；2、打樁前，此樁前面數(shù)根樁保證與導(dǎo)向用加勁板焊接在一起，限位。前進方向上樁身后仰不可避免，施打時預(yù)先考慮，樁身有意前傾糾正。內(nèi)支撐安裝內(nèi)支撐安裝保證節(jié)點焊接質(zhì)量，尤其是接頭仰焊質(zhì)量；內(nèi)支撐型鋼連接符合設(shè)計要求。抄墊可用小型鋼或者木方抄墊。

抽水堵漏圍堰第一次抽水時，要強抽水，即形成較大的內(nèi)外壓力差，使板樁鎖口咬合緊密；抽水堵漏時，鋼板樁圍堰在抽水后若存在較小的漏水現(xiàn)象，在抽水時，可以看到哪條縫出現(xiàn)漏水，利用漏水處水壓差降產(chǎn)生吸力的原理，在漏水處鋼板樁上迅速溜下一袋干細(xì)砂或鋸木屑、粉煤灰（煤碴）等填充物，在吸力的作用下，填充物會被吸入接縫的漏水處，將漏水通道堵塞，有效的減少漏水量。

圍堰封底基坑開挖基坑開挖的原則“先裝支撐后開挖，嚴(yán)禁超挖；先裝支撐后抽水，分層支撐分層抽水”；內(nèi)支撐安裝的原則“保證節(jié)點焊接質(zhì)量，保證抄墊密實”?；尤⊥粮鶕?jù)取土方便性與現(xiàn)場土方機械配置，分范圍分層次取土。鋼板樁拔除基坑回填土?xí)r，拔出鋼板樁，修整后重復(fù)使用。拔除前要注意鋼板樁的拔除順序、時間及樁孔處理方法。拔樁時會產(chǎn)生一定振動，如拔樁再帶土過多引起土體位移、地面沉降，給已施工的地下結(jié)構(gòu)帶來危害，影響鄰近建筑物、道路和地下管線的正常使用。拔除鋼