鋼板樁在莫桑比克貝油井工程中的應(yīng)用

鋼板樁在莫桑比克貝油井工程中的應(yīng)用

1基坑開挖深度莫桑比克-博爾德堡項目的地下結(jié)構(gòu)由矩形油壓機(jī)組成，長約50米，最大深度為5.3米。由于油水分離器距離庫區(qū)東側(cè)正在運營的輸油管排支墩為4.2m,距離南側(cè)的廠區(qū)鐵路為3.6m,施工場地非常狹窄(見圖1),因此無法采用常規(guī)放坡開挖的方法進(jìn)行基坑開挖和主體結(jié)構(gòu)施工,必須采取相應(yīng)的支護(hù)措施。2地下水層序細(xì)砂層本工程地質(zhì)勘察報告顯示,油水分離器區(qū)域的自然地面以下地層和土質(zhì)情況依次為:(1)雜填土層:濕~飽和,平均厚度1.7m,結(jié)構(gòu)松散。(2)淤泥夾砂層:很濕,平均厚度16.8m,夾雜少量腐殖質(zhì),流(液)體狀。(3)中砂層:平均厚度8.3m,由石英、中砂、細(xì)砂為主組成,飽和,松散~密實狀。場區(qū)的地下水主要埋藏在中砂層中,實測地下水位埋深0.4m,含水層水量豐富,且存在流砂、管涌現(xiàn)象。各土層的物理力學(xué)指標(biāo)見表1。3支架結(jié)構(gòu)的選擇和設(shè)計3.1比較方案的選擇該類場地基坑支護(hù)通常采用鉆孔灌注樁、鋼板樁和鋼筋混凝土板樁等支護(hù)形式,它們的主要特點分別如下:3.1.1無擠土現(xiàn)象,對周圍環(huán)境影響小多用于坑深7~15m的基坑工程。其特點有:施工時無振動、無噪音、無擠土現(xiàn)象,對周圍環(huán)境影響小;墻身強度高,剛度大,支護(hù)穩(wěn)定性好,變形小;但是,樁間縫隙易造成水土流失,特別是在高水位軟黏土質(zhì)地區(qū),需根據(jù)工程條件采取注漿、水泥攪拌樁、旋噴樁等施工措施以解決擋水問題。3.1.2鋼渣適用于地基土層軟弱和地下水位高且水量豐富的地區(qū),具有重量輕、強度高、施工便捷、止水效果好、能有效防止流砂現(xiàn)象等特點。3.1.3主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較鋼筋混凝土板樁具有施工簡單、現(xiàn)場作業(yè)周期短等特點,但由于鋼筋混凝土板樁的施打一般采用錘擊方法,振動與噪音大,同時沉樁過程中擠土也較為嚴(yán)重,因此,在場地狹窄區(qū)域和城市受到一定限制。此外,其制作一般在工廠預(yù)制,再運至工地,成本較灌注樁等略高。以上各方案主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較見表2(其中工期為設(shè)備和材料到位后,現(xiàn)場施工所需要的時間)。通過以上的分析比較,綜合考慮各方案的造價、工期要求和當(dāng)?shù)氐臈l件,確定選用鋼板樁支護(hù)方案:以鋼板樁作為基坑的擋土結(jié)構(gòu),并形成防滲、止水帷幕。3.2支持結(jié)構(gòu)的設(shè)計3.2.1基坑土方開挖的次首先,支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)做到安全可靠,滿足支護(hù)結(jié)構(gòu)本身強度、土體穩(wěn)定以及變形對支護(hù)結(jié)構(gòu)影響的要求;其次,要設(shè)計便于基坑開挖的支撐結(jié)構(gòu),以免給基坑土方開挖施工帶來不必要的困難;第三,對基坑工程,要明確支護(hù)結(jié)構(gòu)變形觀測的項目和要求,用現(xiàn)代化的手段,獲得開挖基坑過程中各支護(hù)結(jié)構(gòu)變形、位移、支撐軸力及地下水位變化情況等數(shù)據(jù),從而指導(dǎo)基坑施工,確保施工安全和鄰近建(構(gòu))筑物的安全使用。3.2.2型鋼支撐體系本工程采用拉森Ⅳ型鋼板樁,其截面規(guī)格和相關(guān)參數(shù)為:單根長度L=12m,寬度b=400mm,高度h=170mm,腹板厚度t=15.5mm,單位長度質(zhì)量g=76.1kg/m,慣性矩Ix=38600cm4,截面模量Wx=2270cm3,允許應(yīng)力[σ]=200MPa。支撐體系主要由HW350×350型鋼組成。支護(hù)結(jié)構(gòu)選用鋼材均為Q235鋼。支撐桿的斷面尺寸由基坑開挖深度、寬度、支撐間距、支撐材質(zhì)決定。就本工程而言,由于開挖深度已經(jīng)確定,支撐的斷面尺寸由支撐的間距確定。設(shè)支撐間距為a,則每根支撐所受的軸力為Tdl·a=1.25γ0·Tcl·a,為軸心受壓構(gòu)件。其中,Tdl為第一層內(nèi)支撐支點力設(shè)計值,Tcl為其計算值,γ0為建筑基坑側(cè)壁重要性系數(shù)。選用HW350×350型鋼組成內(nèi)支撐體系,型鋼支撐桿長細(xì)比λ=79.2,查表得穩(wěn)定系數(shù)準(zhǔn)=0.688,型鋼相關(guān)參數(shù):截面積A=17390mm2,截面模量=776000mm3,允許應(yīng)力[σ]=200MPa?？汕蟮米畲笤试S支撐間距為:a=3.3m。4鋼渣施工技術(shù)和技術(shù)措施4.1施工過程場地平整→確定基線→定樁位→鋼板樁施打→挖土→圍檁、角撐、支撐焊接安裝→安裝降水設(shè)備→挖土至基槽底→構(gòu)筑物施工→填土→拔除鋼板樁。4.2技術(shù)措施4.2.1外觀檢驗和修正由于本工程的鋼板樁是用于基坑的臨時支護(hù),故不需進(jìn)行材質(zhì)檢驗,而只對其做外觀檢驗,以便對不符合形狀要求的鋼板樁進(jìn)行矯正,以減少打樁過程中的困難。外觀檢驗包括表面缺陷、長度、寬度、厚度、端頭矩形比、平直度和鎖口形狀等內(nèi)容。此外還要注意以下幾點:(1)對打入鋼板樁有影響的焊接件應(yīng)予以割除;有割孔、斷面缺損的應(yīng)予以補強。(2)清除鎖口內(nèi)雜物(如電焊瘤渣、填充物等),對缺陷部位加以整修,以確保正常使用。(3)對于檢查合格的鋼板樁,在每片鋼板樁鎖口都須均勻涂以混合油膏,其體積配合比為黃油干膨潤土∶干鋸末=5∶5∶3,以減少插拔時的摩阻力,并加強使用時的防滲性能。4.2.2轉(zhuǎn)角處與角樁鋼板樁施工要正確選擇打樁方法和打樁機(jī)械,以便使板樁墻有足夠的剛度和良好的防水作用,且板樁墻面平直,以滿足基礎(chǔ)施工的要求。根據(jù)本工程現(xiàn)場施工條件,確定使用國產(chǎn)DZ40型電機(jī)振動錘配合吊車進(jìn)行打樁施工,并采用單獨打入法。轉(zhuǎn)角處使用配套的角樁。施工中應(yīng)注意:(1)振樁前,振動錘樁夾應(yīng)夾緊鋼板樁上端,并使振動錘與鋼板樁重心在同一直線上。(2)振動錘夾緊鋼板樁吊起,使鋼板樁垂直就位或鋼板樁鎖口插入相鄰樁鎖口內(nèi),待樁穩(wěn)定、位置正確并垂直后,再振動下沉。鋼板樁每下沉1~2m,停振,檢測樁的垂直度,發(fā)現(xiàn)偏差,及時糾正。(3)單樁逐根連續(xù)施打,使樁頂與現(xiàn)有地面基本平齊,如此重復(fù)操作。注意施打完成的樁頂高程不宜相差太大。(4)為了確保插打位置準(zhǔn)確,第一片鋼板樁是插打的關(guān)鍵。施工時,在互相垂直的兩個方向用經(jīng)緯儀觀測,來確保鋼板樁插正、插直,然后以第一根鋼板樁為基準(zhǔn),再向兩邊對稱插打鋼板樁。4.2.3圍和橫向支撐基坑采用挖掘機(jī)進(jìn)行開挖,分上下三級開挖。第一級為2m,待坑內(nèi)積水的標(biāo)高基本穩(wěn)定后方可進(jìn)行第二級土方開挖。挖出的土方應(yīng)隨挖隨運出場地外,以避免增加坑壁頂面的荷載和下滲的水對鋼板樁的側(cè)壓力。第一級開挖完畢后,應(yīng)及時安裝圍檁和橫向支撐。為防止坑底擾動,基坑挖好后應(yīng)盡量減少暴露時間,及時進(jìn)行下一道工序的施工,如不能立即進(jìn)行下一工序時,應(yīng)預(yù)留15~30cm厚覆蓋土層,待基礎(chǔ)施工時再挖除。在基坑開挖過程中需要注意的問題:(1)開挖過程中應(yīng)密切關(guān)注支護(hù)體系的變形,必要時應(yīng)及時采取應(yīng)急措施。(2)挖土和支撐的安裝施工過程必須緊密配合,挖土過程在保證安全的前提下,迅速為支撐施工創(chuàng)造工作面,支撐結(jié)構(gòu)必須能較快地產(chǎn)生整體剛度,兩者配合就能較好地利用軟土施工中的時空效應(yīng),有效地控制圍護(hù)體系在受力后的變形。(3)挖土?xí)r不能碰撞鋼板樁,做到邊挖邊外運,土方必須堆放在距基坑20m以外。4.2.4w330400型鋼的組成為加強鋼板樁墻的整體剛度,沿鋼板樁墻全長設(shè)置內(nèi)圍檁,圍檁用HW350×350型鋼組成,設(shè)置在樁頂以下1.0m處。在池的橫斷面采用HW350×350型鋼作為支撐,兩端放在內(nèi)圍檁上,并焊接。為穩(wěn)妥起見,在鋼板樁墻四個轉(zhuǎn)角上另用槽鋼或工字鋼做角撐。4.2.5基坑暗溝充填根據(jù)現(xiàn)場條件,基坑開挖完成后降低地下水位的方法可以采取設(shè)置明(暗)溝和集水井進(jìn)行排水。施工中將基底超挖0.2m,然后回填0.2m厚的碎石,并在基坑縱橫方向(包括四周)均設(shè)置排水暗溝,用碎石回填,間距約4~5m,深約0.3m,以疏通水流;在基坑的四角均設(shè)置深1m、直徑為0.5m與暗溝連通的集水井,井內(nèi)套鋼筋籠,外包過濾布,四周回填中砂,主要用于收集基坑內(nèi)的水流,再利用水泵排出基坑外,以保持基坑無積水。選用水泵類型時,一般選用潛水電泵,其排水量應(yīng)為基坑涌水量的1.5~2倍(并留1~2臺備用)。4.2.6地面沉降觀測因降水有可能造成地面沉降,為安全起見,基坑四周地面設(shè)置一定數(shù)量的觀測點,以對地面沉降進(jìn)行監(jiān)測。若地面沉降量較大,對相關(guān)建筑物造成影響時,需及時采取有效的保護(hù)措施。4.2.7拔樁注意事項主體土建工程施工完畢后即進(jìn)行鋼板樁的拔除,以便重復(fù)使用。采用DZ40型電機(jī)振動錘配合吊車來進(jìn)行鋼板樁的拔除。拔除鋼板樁前,應(yīng)仔細(xì)研究拔樁方法、順序和拔樁時間,否則,由于拔樁的振動影響,以及拔樁帶土過多會引起地面沉降和位移,給已施工完成的地下結(jié)構(gòu)帶來危害,還可能影響臨近原有建筑物、構(gòu)筑物或管道的安全。拔樁時的注意事項:(1)拔樁時,先用打樁機(jī)夾住鋼板樁頭部,振動10~20s,使鋼板樁周圍的土松動,產(chǎn)生液化,減少土對樁的摩阻力,然后慢慢地往上振拔。(2)起重機(jī)應(yīng)隨振動錘的啟動而逐漸加荷,起吊力一般略小于減振器彈簧的壓縮極限。(3)對拔樁后留下的樁孔,必須及時回填處理?；靥钏貌牧弦话銥槭蓟蛘咧猩?。5鋼板樁支護(hù)是保水施工的好基礎(chǔ)(1)從本工程鋼板樁應(yīng)用的實際效果來看,使用鋼板樁做基坑圍護(hù),具有施工進(jìn)度快、安全、占地空間小、對周圍環(huán)境影響較小等優(yōu)點。此外,鋼板樁可以重復(fù)使用,節(jié)省投資。(2)采用鋼板樁進(jìn)行圍護(hù)截滲,并通過實施有效的降水措施,使坑底的土層消除了地下水位差引起的壓力,防止了坑底的管涌和流沙,從而為下一工序施工創(chuàng)造了有利條件。(3)基坑抽干水后可觀察到鋼板樁擋水、止水效果:鋼板樁內(nèi)表面基本沒有漏水;基坑內(nèi)也沒有出現(xiàn)滲漏、管涌等現(xiàn)象。說明鋼板樁支護(hù)是成功的。綜上所述,支護(hù)結(jié)構(gòu)的選型