第14章

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1 第 14 章 钢 板 桩 支 护 结 构 设 计 与 施 工 14.1 概 述 钢 板 桩 支 护 结 构 属 板 式 支 护 结 构 之 一, 适 用 于 地 下 工 程 施 工 因 受 场 地 等 条 件 的 限 制, 基 坑 或 基 槽 不 能 采 用 放 坡 开 挖 而 必 需 进 行 垂 直 土 方 开 挖 及 地 下 工 程 施 工 时 采 用 钢 板 桩 支 护 结 构 在 国 内 外 的 建 筑 市 政 港 口 铁 路 等 领 域 都 有 悠 久 的 使 用 历 史 钢 板 桩 钢 板 桩 是 一 种 带 锁 口 或 钳 口 的 热 轧 ( 或 冷 弯 ) 型 钢, 靠 锁 口 或 钳 口 相 互 连 接 咬 合, 形 成 连 续 的 钢 板 桩 墙, 用 来 挡 土 和 挡 水 ; 具 有 高 强 轻 型 施 工 快 捷 环 保 美 观 可 循 环 利 用 等 优 点 钢 板 桩 断 面 形 式 很 多, 英 法 德 美 日 本 卢 森 堡 印 度 等 国 的 钢 铁 集 团 都 制 定 有 各 自 的 规 格 标 准 常 用 的 钢 板 桩 截 面 形 式 有 U 型 Z 型 直 线 型 及 组 合 型 等, 参 见 图 14-1 U 型 t s Z 型 t h s h b b b b 直 线 型 t CAZ 型 y h y b b b 图 14-l 常 用 钢 板 桩 截 面 形 式 由 于 种 种 原 因, 以 前 我 国 国 内 生 产 钢 板 桩 规 格 很 少, 仅 鞍 钢 等 少 数 钢 厂 生 产 过 小 规 格 的 拉 森 式 (U 型 ) 钢 板 桩, 在 沿 海 地 区 港 口 工 程 中 多 使 用 日 本 卢 森 堡 等 国 钢 铁 集 团 生 产 的 钢 板 桩, 而 进 口 钢 板 桩 的 价 格 较 高, 这 些 因 素 都 限 制 了 在 我 国 国 内 钢 板 桩 的 大 规 模 应 用 近 年 来 随 着 国 民 经 济 的 高 速 发 展, 国 内 各 种 建 设 项 目 钢 板 桩 的 用 量 逐 年 递 增, 钢 板 桩 应 用 水 平 也 在 不 断 提 高, 带 动 了 钢 板 桩 行 业 的 发 展 为 此 在 2007 年, 由 中 国 钢 铁 工 业 协 会 牵 头, 制 订 了 国 内 热 轧 U 型 钢 板 桩 标 准 热 轧 U 型 钢 板 桩 (GB/T ), 为 大 力 推 广 国 产 钢 板 桩 的 生 产 和 应 用 打 下 了 良 好 的 基 础 近 年 来 钢 板 桩 朝 着 宽 深 薄 的 方 向 发 展, 使 得 钢 板 桩 的 效 率 ( 截 面 模 量 / 重 量 之 比 率 ) 不 断 提 高, 此 外 还 可 采 用 高 强 度 钢 材 代 替 传 统 的 低 碳 钢 或 是 采 用 大 截 面 模 量 的 组 合 型 钢 板 桩, 这 都 极 大 地 拓 展 了 钢 板 桩 的 应 用 领 域 钢 板 桩 支 护 结 构 钢 板 桩 支 护 结 构 由 打 入 土 层 中 的 钢 板 桩 和 必 要 的 支 撑 或 拉 锚 体 系 组 成, 以 抵 抗 水 土 压 力 并 保 持 周 围 地 层 的 稳 定, 确 保 地 下 工 程 施 工 的 安 全 从 使 用 的 角 度 可 分 为 永 久 性 结 构 和 临 时 性 结 构 两 大 类, 永 久 性 结 构 主 要 应 用 于 码 头 船 坞 坞 壁 河 道 护 岸 道 路 护 坡 等 工 程 中 ; 临 时 性 结 构 则 多 用 于 高 层 建 筑 桥 梁 水 利 等 工 程 的 基 础 施 工 中, 施 工 完 成 后 钢 板 桩 可 拔 除 本 章 中 主 要 述 及 后 者, 重 点 介 绍 作 为 临 时 工 程 的 钢 板 桩 支 护 结 构 的 设 计 和 施 工 的 要 点 根 据 基 坑 开 挖 深 度 水 文 地 质 条 件 施 工 方 法 以 及 邻 近 建 筑 和 管 线 分 布 等 情 况, 钢 板 桩 支 护 结 构 型 式 主 要 可 分 为 悬 臂 板 桩 单 撑 ( 单 锚 ) 板 桩 和 多 撑 ( 多 锚 ) 板 桩 等, 此 外 常 见 的 围 护 ( 挡 土 挡 水 ) 结 构 还 有 桩 板 式 结 构 双 排 或 格 型 钢 板 桩 围 堰 等 1. 悬 臂 式 结 构 悬 臂 式 钢 板 桩 挡 墙 无 撑 无 锚, 完 全 依 靠 板 桩 的 结 构 强 度 和 入 土 深 度 保 持 挡 墙 的 稳 定 和 整 1

2 体 的 安 全 坑 侧 土 体 易 于 产 生 变 形, 围 护 结 构 的 桩 顶 位 移 和 弯 矩 值 均 较 大 此 外, 该 结 构 形 式 要 求 坑 底 及 板 桩 底 部 土 体 有 足 够 的 强 度 以 抵 抗 产 生 的 反 力, 因 此, 在 基 坑 底 部 被 动 区 土 体 地 质 条 件 不 良 时, 可 考 虑 采 用 土 体 加 固 的 方 式 以 提 高 被 动 区 土 压 力 2. 单 撑 ( 单 锚 ) 及 多 撑 ( 多 锚 ) 式 结 构 单 撑 ( 单 锚 ) 式 钢 板 桩 支 护 结 构 由 钢 板 桩 围 护 体 系 和 单 道 内 支 撑 ( 或 墙 后 锚 拉 结 构 ) 组 成 内 支 撑 可 以 采 用 钢 筋 砼 支 撑 或 钢 支 撑, 墙 后 锚 拉 结 构 根 据 地 基 条 件 的 不 同 可 以 采 用 锚 杆 或 ( 钢 或 钢 筋 砼 ) 拉 杆 连 接 锚 桩 ( 或 锚 碇 墙 ) 构 成 单 锚 式 钢 板 桩 支 护 结 构 同 一 般 的 板 式 内 支 撑 结 构 类 似, 但 它 属 于 无 内 支 撑 支 护 结 构, 后 方 须 有 足 够 的 场 地 条 件 以 设 置 锚 拉 结 构 多 撑 ( 多 锚 ) 式 钢 板 桩 支 护 结 构 由 钢 板 桩 围 护 体 系 和 多 道 内 支 撑 ( 或 墙 后 锚 拉 结 构 ) 组 成 内 支 撑 或 锚 拉 结 构 的 增 多 使 得 该 结 构 形 式 可 适 用 于 较 大 开 挖 深 度 的 基 坑 围 护 中 由 于 钢 板 桩 间 锁 口 相 互 咬 合, 锁 口 处 止 水 技 术 的 发 展 使 得 单 撑 或 多 撑 式 的 钢 板 桩 支 护 结 构 也 可 应 用 于 临 水 的 基 坑 工 程 中, 临 水 基 坑 钢 板 桩 支 护 结 构 是 在 水 上 施 打 钢 板 桩, 钢 板 桩 自 身 ( 或 与 陆 域 结 构 ) 形 成 封 闭 的 的 围 护 体 系, 并 通 过 设 置 单 道 ( 或 多 道 ) 钢 ( 或 钢 筋 砼 ) 内 支 撑 ( 或 圆 形 环 梁 ) 形 成 的 支 护 结 构 3. 桩 板 式 支 护 结 构 桩 板 式 支 护 结 构 是 采 用 工 字 钢 钢 管 桩 或 箱 型 钢 板 桩 等 结 合 横 档 板 构 成, 根 据 需 要 设 内 支 撑 体 系 或 拉 锚 结 构 该 支 护 结 构 主 要 由 钢 桩 承 受 土 压 力, 由 于 不 能 挡 水, 只 能 用 于 能 干 施 工 的 情 况 下 该 结 构 形 式 曾 常 用 于 浅 埋 地 下 铁 道 箱 涵 等 施 工 中 4. 其 它 钢 板 桩 结 构 形 式 双 排 钢 板 桩 围 堰 结 构 是 将 钢 板 桩 围 护 结 构 呈 两 排 打 入 地 基 中, 顶 部 依 靠 ( 钢 筋 砼 或 钢 ) 拉 杆 相 连, 内 部 填 充 砂 土 形 成 一 定 宽 度 的 墙 体 格 型 钢 板 桩 围 堰 则 是 将 直 线 型 钢 板 桩 打 设 成 圆 形 或 圆 弧 形, 在 其 中 间 充 填 砂 土 以 形 成 连 续 墙 体 两 者 均 可 视 为 一 种 自 力 式 的 重 力 体, 以 钢 板 桩 结 构 强 度 和 内 部 填 充 物 的 自 重 和 抗 剪 能 力 来 抵 抗 外 力 常 用 于 水 利 基 坑 开 挖 的 临 时 支 护 码 头 岸 壁 结 构 或 圈 围 造 地 的 围 护 结 构 14.2 钢 板 桩 支 护 结 构 的 设 计 钢 板 桩 支 护 结 构 设 计 参 考 资 料 钢 板 桩 支 护 属 传 统 的 板 式 支 护 结 构 之 一, 由 于 具 有 施 工 速 率 快 可 重 复 利 用 等 明 显 的 优 点, 世 界 各 国 应 用 均 较 为 广 泛, 也 展 开 了 较 为 全 面 的 研 究 世 界 大 型 的 钢 板 桩 制 造 商 如 ARCELORMITTAL 新 日 本 制 铁 株 社 等 有 自 行 编 制 的 钢 板 桩 的 设 计 施 工 手 册, 具 有 很 好 的 借 鉴 意 义 此 外 也 可 参 照 我 国 建 筑 基 坑 支 护 技 术 规 程 JGJ 板 桩 码 头 设 计 与 施 工 规 范 JTJ 日 本 建 筑 学 会 挡 土 墙 设 计 施 工 准 则 及 深 基 坑 工 程 设 计 施 工 手 册 欧 洲 EN : Design of steel structures:piling DIN EN Execution of special geotechnical work-sheet piling construction United States Steel 的 Steel Sheet Piling Design Manual US Army Corps Design of Sheet Pile Walls(EM ) 等 规 范 或 专 著 钢 板 桩 支 护 结 构 的 荷 载 作 用 1. 水 土 压 力 如 第 四 章 所 述, 一 般 砂 土 地 基 采 用 水 土 分 算, 而 黏 土 和 粉 土 地 基 一 般 采 用 水 土 合 算 支 护 结 构 承 受 的 土 压 力, 与 土 层 地 质 条 件 地 下 水 状 况 支 护 结 构 各 构 件 的 刚 度 以 及 施 工 工 况 方 法 质 量 等 因 素 密 切 相 关, 且 呈 现 出 时 空 效 应, 由 于 这 些 因 素 千 变 万 化, 十 分 复 杂, 因 此 难 于 计 算 土 压 力 的 精 确 值, 目 前 国 内 外 常 用 的 计 算 土 压 力 方 法 仍 以 库 仑 公 式 或 朗 肯 公 式 为 基 本 计 算 公 式 具 体 土 压 力 模 式 及 计 算 公 式 可 参 见 第 四 章 相 关 内 容 库 仑 公 式 及 郎 肯 公 式 均 为 假 设 土 体 为 极 限 平 衡 状 态 下 的 计 算 公 式, 实 测 资 料 表 明, 围 护 结 构 变 形 和 土 压 力 的 调 整 使 得 作 用 于 基 坑 围 护 结 构 上 的 土 压 力 往 往 处 于 非 极 限 平 衡 状 态, 第 四 章 给 出 了 4 种 非 极 限 平 衡 条 件 下 土 压 力 与 墙 体 位 移 的 函 数 模 型, 此 外, 在 US Army Corps Design of Sheet Pile Walls(EM ) 中 提 供 了 一 种 简 化 的 函 数 模 型, 即 假 设 极 限 平 衡 土 压 力 间 土 压 力 与 墙 体 位 移 呈 线 性 关 系 水 土 分 算 下 水 压 力 的 计 算 根 据 具 体 情 况 可 分 别 考 虑 按 照 三 角 形 分 布 ( 考 虑 渗 流 ) 或 梯 形 2

3 分 布 ( 不 考 虑 渗 流 ) 来 进 行 计 算, 具 体 参 见 第 四 章 中 有 关 水 压 力 计 算 的 相 关 内 容 2. 水 流 力 波 浪 力 临 水 基 坑 钢 板 桩 结 构 一 侧 或 多 侧 临 水, 围 护 结 构 可 能 承 受 水 流 力 及 周 期 性 波 浪 作 用 力 而 在 潮 汐 河 口 或 河 流 中, 受 潮 汐 作 用 影 响, 水 压 力 将 处 于 实 时 变 动 之 中 ; 此 外, 临 水 基 坑 可 能 一 侧 临 水, 一 侧 挡 水 土, 本 身 两 侧 压 力 不 均 因 此, 水 上 基 坑 钢 板 桩 支 护 结 构 同 陆 上 基 坑 有 所 不 同, 应 考 虑 对 基 坑 围 护 结 构 两 侧 压 力 不 平 衡 所 带 来 的 影 响 受 潮 汐 影 响 的 临 水 基 坑, 基 坑 外 设 计 水 位 一 般 取 设 计 高 低 水 位,25 年 一 遇 极 端 高 低 水 位 ( 基 坑 使 用 周 期 较 长, 基 坑 破 坏 损 失 严 重 时 可 考 虑 使 用 50 年 一 遇 ) 进 行 校 核 计 算 不 受 潮 汐 影 响 的 基 坑, 其 临 水 侧 坑 外 设 计 水 位 按 对 应 水 体 的 设 计 高 低 水 位 取 值, 并 应 考 虑 暴 雨 预 降 水 位 工 况 当 有 防 洪 防 汛 要 求 的 基 坑, 坑 外 设 计 水 位 应 按 相 应 防 洪 防 汛 要 求 选 用 临 水 基 坑 钢 板 桩 结 构 上 的 水 流 力 可 按 下 式 进 行 计 算 : ρ 2 F = CW V A ( 14-1 ) 2 式 中 : F 水 流 作 用 力 (kn); V 水 流 设 计 流 速 (m/s), 取 基 坑 所 处 范 围 内 可 能 出 现 的 最 大 平 均 流 速 ; C w 水 流 阻 力 系 数, 根 据 表 14-1 取 值 ; ρ 水 的 密 度 (t/m 3 ), 淡 水 取 1.0, 海 水 取 1.025; A 钢 板 桩 围 护 结 构 与 流 向 垂 直 平 面 上 的 投 影 面 积 ( m 2 ) 钢 板 桩 迎 水 侧 水 流 力 可 考 虑 采 用 倒 三 角 形 分 布, 即 上 式 水 流 力 作 用 点 作 用 于 水 面 下 1/3 水 深 处 水 流 阻 力 系 数 表 14-1 矩 形 长 / 宽 C w 圆 形 0.73 此 外, 若 考 虑 临 时 基 坑 受 斜 向 水 流 作 用 的 影 响, 水 流 阻 力 系 数 应 乘 以 影 响 系 数 m,m 应 按 表 14-2 取 值 : 受 斜 向 水 流 作 用 的 影 响 系 数 表 14-2 名 称 简 图 m 圆 端 α α( o ) 方 形 α α( o ) 若 钢 板 桩 支 护 结 构 需 考 虑 波 浪 作 用 时, 设 计 波 浪 的 重 现 期 可 取 为 25 年 一 遇 由 于 波 峰 作 用 时, 钢 板 桩 结 构 受 到 波 压 力 作 用 ; 而 波 谷 作 用 时, 钢 板 桩 结 构 受 到 波 吸 力 作 用 因 此, 应 根 据 可 能 出 现 的 不 同 工 况, 按 最 不 利 的 组 合 进 行 计 算 根 据 波 浪 要 素 基 坑 围 护 外 形 及 尺 度 钢 板 桩 外 侧 水 深 等 参 数 的 不 同, 波 浪 对 钢 板 桩 结 构 的 作 用 主 要 表 现 为 波 浪 对 直 墙 式 建 筑 物 的 作 用 ( 图 14-2) 或 波 浪 对 斜 坡 式 建 筑 物 的 作 用 具 体 作 用 力 的 计 算 与 波 态 波 要 素 水 深 等 因 素 有 关, 较 为 复 杂, 因 篇 幅 有 限, 此 处 不 再 一 一 列 出, 可 参 照 我 国 海 港 水 文 规 范 (JTJ ) 或 美 国 Coastal Engineering Manual (EM ) 中 有 关 波 浪 力 的 计 算 内 容 3

4 p' d (a) 波 峰 作 用 时 (b) 波 谷 作 用 时 图 14-2 波 浪 对 直 墙 式 建 筑 物 的 作 用 3. 其 它 作 用 力 同 其 它 支 护 形 式 的 基 坑 一 样, 在 基 坑 设 计 时 还 需 要 考 虑 施 工 车 辆 荷 载 及 基 坑 周 边 的 超 载 建 筑 基 础 荷 载 等 荷 载 而 临 水 基 坑 的 钢 板 桩 支 护 结 构 中, 钢 板 桩 除 受 波 浪 水 流 荷 载 作 用 外, 还 可 能 出 现 其 它 环 境 荷 载, 特 别 是 当 钢 板 桩 在 水 面 以 上 的 悬 臂 段 较 长 时, 风 荷 载 成 为 不 可 忽 略 的 因 素, 风 荷 载 的 可 参 照 相 关 规 范 计 算 上 述 支 护 结 构 计 算 所 用 的 荷 载 计 算 理 论 或 方 法, 虽 经 长 期 实 践 证 明 是 可 行 的 但 从 安 全 经 济 等 因 素 综 合 评 价, 尚 有 不 足 之 处 因 为 基 坑 土 方 开 挖, 钢 板 桩 围 护 墙 两 侧 土 压 和 水 压 的 平 衡 即 被 破 坏, 使 钢 板 桩 受 力 发 生 变 形, 圈 梁 支 撑 等 相 继 承 受 作 用 力, 随 着 土 方 向 下 继 续 开 挖, 变 形 不 断 发 展, 结 构 承 受 的 作 用 力 亦 不 断 发 生 变 化 因 此, 整 个 土 方 开 挖 及 支 护 结 构 施 工 过 程 中, 支 护 系 统 呈 现 复 杂 的 受 力 状 态 本 节 中 上 述 各 种 荷 载 的 计 算 方 法 没 有 反 映 出 支 护 结 构 所 承 受 的 侧 压 力 随 基 坑 开 挖 而 变 化 的 实 际 状 态 因 此, 有 条 件 时 最 好 采 用 能 动 态 反 映 支 护 结 构 受 力 的 弹 塑 性 法 进 行 设 计, 相 关 内 容 可 参 见 第 6 章, 但 计 算 中 采 用 的 有 关 参 数, 应 尽 可 能 地 反 映 地 层 的 实 际 情 况, 并 结 合 实 践 经 验 进 行 反 分 析 以 综 合 判 断 而 临 水 基 坑 所 受 波 浪 水 流 力 的 计 算 亦 可 采 用 模 型 试 验 加 以 确 定 钢 板 桩 支 护 结 构 的 计 算 钢 板 桩 支 护 结 构 的 计 算 方 法 很 多, 包 括 古 典 的 静 力 平 衡 法 等 值 梁 法 等, 和 解 析 求 解 的 弹 性 法 到 弹 性 地 基 梁 法 ( 平 面 / 空 间 ) 连 续 介 质 数 值 计 算 方 法 等 弹 性 地 基 梁 法 ( 平 面 / 空 间 ) 连 续 介 质 数 值 计 算 方 法 等 参 见 第 6 章 相 关 内 容, 本 章 主 要 介 绍 古 典 计 算 方 法 古 典 的 静 力 平 衡 法 等 值 梁 法 均 不 考 虑 墙 体 及 支 撑 变 形, 将 土 压 力 作 为 外 力 施 加 于 支 护 结 构, 然 后 通 过 求 解 水 平 方 向 合 力 及 支 撑 点 弯 矩 为 零 的 方 程 得 到 结 构 内 力, 虽 然 这 些 方 法 未 考 虑 墙 体 变 形 及 墙 体 与 土 的 相 互 作 用, 但 在 工 程 界 仍 广 泛 运 用, 在 国 内 外 的 板 式 支 护 结 构 钢 板 桩 结 构 的 计 算 规 范 或 手 册 中 均 有 推 荐 1. 悬 臂 式 钢 板 桩 计 算 悬 臂 式 钢 板 桩 挡 墙 无 撑 无 锚, 完 全 依 靠 钢 板 桩 的 入 土 深 度 保 持 挡 墙 的 稳 定 一 般 用 于 开 挖 支 护 深 度 不 大 的 基 坑 工 程 中 静 力 平 衡 法 ( 自 由 支 撑 法 ): 悬 臂 式 板 桩 的 入 土 深 度 和 最 大 弯 矩 的 计 算 通 常 按 以 下 步 骤 进 行 ( 图 14-3) 图 14-3 悬 臂 式 板 桩 计 算 简 图 (1) 通 过 试 算 确 定 板 桩 埋 入 深 度 t, 假 定 埋 入 深 度 为 t 1 1, 然 后 将 净 主 动 土 压 力 acd 和 净 被 动 土 压 力 def 对 e 点 取 力 矩, 要 求 由 def 产 生 的 抵 抗 力 矩 大 于 由 acd 所 产 生 的 倾 覆 力 矩 的 2 倍, 即 防 倾 覆 的 安 全 系 数 为 2 以 上 4

5 (2) 确 定 实 际 所 需 深 度 t, 将 通 过 试 算 求 得 的 t 1 增 加 15%, 以 确 保 钢 板 桩 的 稳 定 t 2 (3) 求 入 土 深 度 处 剪 力 为 零 的 点 g, 通 过 试 算 求 出 g 点, 该 点 净 主 动 土 压 力 acd 应 等 于 净 被 动 土 压 力 dgh (4) 计 算 最 大 弯 矩, 此 值 应 等 于 acd 和 dgh 绕 g 点 的 力 矩 之 差 值 (5) 选 择 板 桩 截 面, 根 据 求 得 的 最 大 弯 矩 和 钢 板 桩 材 料 的 允 许 应 力 ( 钢 板 桩 取 钢 材 屈 服 应 力 的 1/2), 计 算 板 桩 的 最 小 横 截 面 积 确 定 板 桩 型 号 2. 单 撑 ( 单 锚 ) 钢 板 桩 计 算 单 撑 ( 单 锚 ) 板 桩 根 据 入 土 深 度 的 深 浅, 计 算 方 法 分 为 两 种, 当 入 土 深 度 较 浅 时, 板 桩 上 端 为 简 支, 下 端 为 自 由 支 承 ; 当 入 土 深 度 较 深 时, 下 端 则 为 固 定 支 承 (1) 单 撑 浅 埋 钢 板 桩 计 算 假 定 上 端 为 简 支, 下 端 为 自 由 支 承 这 种 板 桩 相 当 于 单 跨 简 支 梁, 作 用 在 板 桩 后 的 土 压 力 为 主 动 土 压 力, 作 用 在 墙 前 的 为 被 动 土 压 力 ( 图 14-4) 即 (a) 土 压 力 分 布 (b) 叠 加 后 的 土 压 力 分 布 图 (c) 钢 板 桩 弯 矩 图 (d) 钢 板 桩 变 形 图 图 14-4 单 撑 浅 埋 板 桩 计 算 计 算 简 图 R 为 使 钢 板 桩 保 持 稳 定, 作 用 在 板 桩 上 的 力 a E E a p 必 须 平 衡, 对 A 点 取 矩 等 于 零, M A = 0, 亦 即 2 2 Ea H a E p H p = Ea ( H + t) E p ( H + t) = 整 理 上 式 可 求 得 最 小 入 土 深 度 t : (3E p 2Ea ) H t = 2( Ea E p ) (14-2) 再 由 X = 0, 即 可 求 得 作 用 在 A R 点 的 支 撑 反 力 a Ra = Ea E p (14-3) 根 据 求 得 的 入 土 深 度 t 和 支 撑 反 力 R a, 可 计 算 并 绘 出 钢 板 桩 的 内 力 图, 依 此 求 得 剪 力 M max 为 零 的 点, 该 点 截 面 处 的 弯 矩 即 为 板 桩 最 大 弯 矩, 据 此 最 大 弯 矩 和 钢 板 桩 材 料 的 允 许 应 力 选 择 板 桩 的 截 面 而 由 支 撑 反 力 即 可 设 计 内 支 撑 或 锚 拉 结 构 由 于 E 和 均 为 t a E 的 函 数, 所 以 先 要 假 定 t 值, 进 行 验 算, 如 不 合 适, 再 重 新 假 定 t p 值, 直 至 合 适 为 止 板 桩 的 入 土 深 度 主 要 取 决 于 桩 前 的 被 动 土 压 力, 而 被 动 土 压 力 只 有 当 土 体 产 生 较 大 变 形 时 才 会 产 生, 因 此 计 算 时, 被 动 土 压 力 ( 三 角 形 BCD) 只 取 其 一 部 分, 安 全 系 数 多 取 为 2 (2) 单 撑 深 埋 钢 板 桩 计 算 单 撑 深 埋 板 桩 上 端 为 简 支, 下 端 为 固 定 支 承, 用 等 值 梁 法 计 算 为 简 便 其 计 算 简 图 如 图 14-5 所 示 5

6 (a) 等 值 梁 法 (b) 板 桩 上 土 压 力 分 布 图 (c) 板 桩 弯 矩 图 (d) 等 值 梁 图 14-5 用 等 值 梁 法 计 算 单 撑 板 桩 简 图 ab 为 一 根 梁, 一 端 为 简 支, 另 一 端 固 定, 其 反 弯 点 在 C 点 如 C 点 切 断 ab 梁, 并 于 C 点 置 一 自 由 支 承 形 成 ac 梁, 则 ac 梁 上 的 弯 矩 图 将 保 持 不 变, 此 ac 梁 即 为 ab 梁 上 ac 段 的 等 值 梁 用 等 值 梁 法 计 算 板 桩, 为 简 化 计 算, 常 用 土 压 力 等 于 零 点 的 位 置 来 代 替 反 弯 点 的 位 置 其 计 算 步 骤 如 下 : (1) 计 算 作 用 于 钢 板 桩 上 的 土 压 力 强 度, 并 绘 出 土 压 力 分 布 图, 计 算 土 压 力 强 度 时, 应 考 虑 板 桩 墙 与 土 的 摩 擦 作 用, 将 板 桩 墙 前 和 墙 后 的 被 动 土 压 力 分 别 乘 以 修 正 系 数 ( 为 安 全 起 见, 对 主 动 土 压 力 则 不 予 折 减 ), 钢 板 桩 的 被 动 土 压 力 修 正 系 数 见 表 14-3 t o 深 度 以 下 的 土 压 力 分 布 可 暂 不 绘 出 钢 板 桩 的 被 动 土 压 力 修 正 系 数 表 14-3 土 的 内 摩 擦 力 40 o 35 o 30 o 25 o 20 o 15 o 10 o K( 墙 前 ) K( 墙 后 ) (2) 计 算 板 桩 墙 上 土 压 力 强 度 等 于 零 的 点 离 挖 土 面 的 距 离 y, 在 y 处 板 桩 墙 前 的 被 动 土 压 力 等 于 板 桩 墙 后 的 主 动 土 压 力, 即 γ KK y = γk ( H + y) = P + γk y p a b P y = γ ( KK p K a ) (14-4) P 式 中 b 挖 土 面 处 板 桩 墙 后 的 主 动 土 压 力 强 度 值 ; 其 余 符 号 意 义 同 前 M (3) 按 简 支 梁 计 算 等 值 梁 的 最 大 弯 矩 max R 和 两 个 支 点 的 反 力 ( 即 a 和 P ) t (4) 计 算 板 桩 墙 的 最 小 入 土 深 度 t = y + x x 可 根 据 P 和 墙 前 被 动 土 压 力 对 板 桩 底 端 D 点 的 力 矩 相 等 求 得, 即 : ( KK p K a ) 2 P = γ x 6 6P x = γ ( KK p K a ) (14-5) 板 桩 下 端 的 实 际 埋 深 应 位 于 x 之 下 ( 图 14-5(b)), 所 需 实 际 板 桩 的 入 土 深 度 为 t = (1.1 ~ 1.2)t 一 般 取 下 限 1.1, 当 板 桩 后 面 为 填 土 时 取 1.2 用 等 值 梁 法 计 算 板 桩 是 偏 于 安 全 的, 实 际 计 算 时 常 将 最 大 弯 矩 予 以 折 减,US Army Design of Sheet Pile Walls(EM ) 中 给 出 了 砂 土 和 粘 性 土 中 钢 板 桩 结 构 计 算 弯 矩 的 折 减 计 算 图 表 折 减 系 数 据 经 验 为 0.6~0.8 之 间, 一 般 采 用 0.74 a 6

7 3. 多 撑 ( 多 锚 ) 式 钢 板 桩 计 算 (1) 支 撑 ( 锚 杆 ) 的 布 置 和 计 算 支 撑 ( 锚 杆 ) 层 数 和 间 距 的 布 置, 影 响 着 钢 板 桩 支 撑 围 檩 的 截 面 尺 寸 和 支 护 结 构 的 材 料 量, 其 布 置 方 式 有 以 下 两 种 : 1) 等 弯 矩 布 置 这 种 布 置 是 将 支 撑 布 置 成 使 板 桩 各 跨 度 的 最 大 弯 矩 相 等, 充 分 发 挥 钢 板 桩 的 抗 弯 强 度, 可 使 钢 板 桩 材 料 用 量 最 省, 计 算 步 骤 为 : 1 根 据 工 程 的 实 际 情 况, 估 选 一 种 型 号 的 钢 板 桩, 并 查 得 或 计 算 其 截 面 模 量 W 2 根 据 其 允 许 抵 抗 弯 矩, 计 算 板 桩 悬 臂 部 分 的 最 大 允 许 跨 度 h M f = 由 W 1 γ K ah = W max 6 6 fw h = 3 γk a 式 中 f 板 桩 的 抗 弯 强 度 的 设 计 值 ; γ 板 桩 墙 后 的 土 的 重 度 ; 3 (14-6) K a 主 动 土 压 力 系 数 3 计 算 板 桩 下 部 各 层 支 撑 的 跨 度 ( 即 支 撑 的 间 距 ), 把 板 桩 视 作 一 个 承 受 三 角 形 荷 载 的 连 续 梁, 各 支 点 近 似 地 假 定 为 不 转 动, 即 把 每 跨 看 作 两 端 固 定, 可 按 一 般 力 学 计 算 各 支 点 最 M 大 弯 矩 都 等 于 max M min 时 各 跨 的 跨 度, 其 值 如 图 14-6 所 示 4 如 果 算 出 的 支 撑 层 数 过 多 或 过 少, 可 重 新 选 择 板 桩 的 型 号, 按 以 上 步 骤 进 行 计 算 2) 等 反 力 布 置 这 种 布 置 是 使 各 层 围 檩 和 支 撑 所 受 的 力 都 相 等, 使 支 撑 系 统 简 化 计 算 支 撑 的 间 距 时, 把 板 桩 视 作 承 受 三 角 形 符 载 的 连 续 梁, 解 之 即 得 到 各 跨 的 跨 度 如 图 14-7 所 示 : 图 14-6 支 撑 的 等 间 距 布 置 图 14-7 支 撑 的 等 反 力 布 置 这 样 除 顶 部 支 撑 压 力 为 0.15P 外, 其 他 支 撑 承 受 的 压 力 均 为 P, 其 值 按 下 式 计 算 : 1 2 ( n 1) P P = γk a H 2 2 γk a H P = 2( n ) (14-7) 通 常 按 第 一 跨 的 最 大 弯 矩 进 行 板 桩 截 面 的 选 择 以 上 两 种 支 撑 布 置 方 法 是 一 种 理 想 状 况, 实 际 施 工 中 可 能 由 于 主 体 结 构 影 响 等 各 种 原 因 不 能 按 上 述 方 法 布 撑, 此 时, 则 将 板 桩 视 作 承 受 三 角 形 荷 载 的 连 续 梁, 用 力 矩 分 配 法 计 算 板 桩 的 弯 矩 和 反 力, 用 来 验 算 板 桩 截 面 和 选 择 支 撑 规 格 由 于 多 撑 ( 多 锚 ) 式 钢 板 桩 结 构 为 超 静 定 结 构, 其 计 算 中 常 引 入 新 的 假 设 条 件, 如 前 述 7

8 等 值 梁 法 分 工 况 计 算 钢 板 桩 及 支 撑 结 构 内 力 时, 假 设 上 一 工 况 所 得 上 一 道 支 撑 轴 力 不 变 而 1/2 分 担 法 假 设 支 撑 承 担 半 跨 内 的 主 动 土 压 力 此 外, 多 撑 ( 多 锚 ) 式 钢 板 桩 结 构 计 算 中 常 用 的 还 有 Terzaghi( 塑 性 铰 法 ), 该 方 法 假 设 钢 板 桩 结 构 在 支 撑 点 ( 第 一 道 支 撑 除 外 ) 以 及 基 坑 开 挖 底 面 标 高 位 置 均 有 一 塑 性 铰, 根 据 静 力 平 衡 条 件 求 得 各 支 撑 点 的 反 力 和 钢 板 桩 的 弯 矩 值 得 一 提 的 是, 该 方 法 中 根 据 实 测 及 模 型 试 验 结 果, 假 设 开 挖 深 度 内 墙 后 的 土 压 力 采 用 梯 形 分 布 图 式, 水 压 力 则 按 照 三 角 形 分 布,Terzaghi( 塑 性 铰 法 ) 在 工 程 界 应 用 较 广, 在 现 今 较 多 国 外 设 计 规 范 中 仍 然 采 用 (2) 多 撑 ( 多 锚 ) 式 板 桩 入 土 深 度 计 算 多 层 支 撑 ( 锚 杆 ) 板 桩 入 土 深 度, 可 用 盾 恩 近 似 法 或 等 值 梁 法 进 行 计 算 图 14-8 多 层 支 撑 板 桩 计 算 简 图 1) 盾 恩 近 似 法 计 算 其 计 算 步 骤 如 下 : 1 绘 出 板 桩 上 土 压 力 的 分 布 图, 经 简 化 后 的 土 压 力 分 布 如 图 14-8 所 示 2 假 定 作 用 在 板 桩 FB ' 段 上 的 荷 载 FGN' B' 一 半 传 至 F 点 上, 另 一 半 由 坑 底 土 压 力 MB ' R' 承 受 由 图 14-8 几 何 关 系 可 得 : γ K a H ( L5 + x) = γ ( K p K a ) x 2 2 即 2 K K ) x K Hx K HL = 0 (14-8) ( p a a a 5 L 5 式 中 K K H 均 为 已 知, 解 得 x 值 即 为 入 土 深 度 a p 3 坑 底 被 动 上 压 力 的 合 力 P 的 作 用 点, 在 离 基 坑 底 2 / 3x 处 的 W 点, 假 定 此 W 点 即 为 板 桩 入 土 部 分 的 固 定 点, 所 以 板 桩 最 下 面 一 跨 的 跨 度 为 : 2 FW = L5 + x (14-9) 3 4. 假 定 F W 两 点 皆 为 固 定 端, 则 可 以 近 似 地 按 两 端 固 定 计 算 F 点 的 弯 矩 2) 等 值 梁 法 计 算 其 计 算 步 骤 同 单 撑 ( 单 锚 ) 板 桩 : 1 绘 出 土 压 力 分 布 图, 如 图 计 算 板 桩 墙 上 土 压 力 强 度 等 于 零 点 离 开 挖 面 的 距 离 y 值 3 按 多 跨 连 续 梁 AF, 用 力 矩 分 配 法 计 算 各 支 点 和 跨 中 的 弯 矩, 从 中 求 出 最 大 弯 矩 M max, 以 验 算 板 桩 截 面, 并 可 求 出 各 支 点 反 力 RB RC RD RF, 即 作 用 在 支 撑 上 的 荷 载 4 根 据 R F 和 墙 前 被 动 土 压 力 对 板 桩 底 端 O 的 力 矩 相 等 的 原 理 可 求 得 x 值, 而 t = y + x 所 以 板 桩 入 土 深 度 为 : 8

9 t = (1.1 ~ 1.2)t (14-10) (b) (a) (c) 图 14-9 等 值 梁 法 计 算 多 层 支 撑 板 桩 计 算 简 图 (a) 土 压 力 分 布 图 ;(b) 等 值 梁 ;(c) 入 土 深 度 计 算 见 图 4. 其 它 钢 板 桩 支 护 结 构 的 计 算 (1) 临 水 基 坑 支 护 结 构 计 算 要 点 临 水 基 坑 钢 板 桩 支 护 结 构 及 基 坑 稳 定 性 的 计 算 方 法 与 陆 上 基 坑 围 护 计 算 方 法 类 似, 但 由 于 水 上 钢 板 桩 外 部 水 压 力 波 浪 力 等 处 于 变 动 之 中, 因 而 应 在 计 算 中 应 根 据 所 计 算 的 荷 载 按 最 不 利 组 合 进 行 计 算 在 临 水 钢 板 桩 实 际 施 工 中, 随 着 基 坑 内 抽 水 和 开 挖, 钢 板 桩 受 周 边 水 压 力 的 作 用 发 生 变 形, 一 般 钢 板 桩 中 部 凸 向 基 坑 内 侧 而 钢 板 桩 端 部 有 外 扩 趋 势, 因 而 造 成 钢 板 桩 上 层 支 撑 有 受 拉 的 趋 势 ; 此 外, 水 上 钢 板 桩 支 护 结 构 一 般 两 侧 荷 载 不 均 衡, 如 在 波 浪 作 用 下, 波 峰 作 用 和 波 谷 作 用 使 得 钢 板 桩 两 侧 压 力 不 均 且 呈 现 一 定 的 周 期 性 摆 动 ; 这 些 因 素 使 得 围 护 体 系 的 变 形 或 位 移 呈 现 一 定 的 复 杂 性, 而 这 往 往 对 内 支 撑 结 构 包 括 止 水 体 系 均 为 不 利 考 虑 到 以 上 特 点, 在 进 行 临 水 基 坑 设 计 计 算 时, 为 反 映 基 坑 整 体 变 形 对 结 构 内 力 的 影 响, 应 优 先 考 虑 使 用 整 体 有 限 元 方 法 指 导 设 计, 且 应 加 强 支 撑 系 统 中 各 节 点 的 抗 拉 抗 剪 抗 弯 能 力 工 程 实 测 资 料 表 明, 钢 板 桩 支 护 结 构 在 变 化 的 水 压 力 波 浪 力 作 用 下, 呈 现 一 定 的 摆 动 现 象, 因 此, 在 设 计 时 可 通 过 抛 石 护 底 钢 板 桩 外 侧 加 设 钢 板 桩 等 措 施 增 强 基 坑 支 护 体 系 的 刚 度, 以 保 障 基 坑 的 整 体 安 全 (2) 桩 板 式 支 护 结 构 计 算 要 点 桩 板 式 支 护 结 构 一 般 适 用 于 能 够 干 施 工 的 条 件 下, 墙 后 土 压 力 由 衬 板 传 递 给 钢 桩 承 受, 钢 桩 间 距 一 般 为 0.8~1.6m 左 右, 间 距 过 小 则 钢 桩 数 量 增 多, 间 距 过 大 则 衬 板 厚 度 增 加 钢 桩 强 度 增 加 桩 板 式 支 护 结 构 的 计 算 与 常 规 板 式 支 护 类 似, 只 是 单 根 钢 桩 承 受 着 桩 中 心 距 范 围 内 的 土 压 力 (3) 双 排 ( 格 型 ) 钢 板 桩 结 构 双 排 或 格 型 钢 板 桩 一 般 用 于 临 水 侧 的 围 堰 结 构, 均 为 利 用 钢 板 桩 结 构 以 及 内 部 填 充 的 砂 土 来 抵 抗 外 力 的 作 用 双 排 ( 格 型 ) 钢 板 桩 围 堰 的 设 计 计 算 可 参 见 我 国 干 船 坞 设 计 规 范 5. 钢 板 桩 支 护 结 构 的 稳 定 性 验 算 钢 板 桩 支 护 结 构 一 般 作 为 围 护 墙 也 兼 作 止 水 墙, 因 此 钢 板 桩 的 入 土 深 度 不 仅 要 满 足 自 身 结 构 的 安 全, 还 要 满 足 基 坑 稳 定 性 的 要 求 钢 板 桩 支 护 结 构 同 板 式 结 构 一 样, 都 需 要 进 行 : 整 体 稳 定 性 验 算 抗 滑 移 验 算 抗 倾 覆 稳 定 性 抗 隆 起 稳 定 以 及 渗 流 稳 定 性 验 算 基 坑 稳 定 性 验 算 参 见 第 5 章 内 容 钢 板 桩 型 号 的 选 择 由 结 构 计 算 求 得 钢 板 桩 结 构 的 最 大 弯 矩 后, 可 根 据 强 度 要 求 确 定 钢 板 桩 的 截 面 模 量 和 钢 板 桩 的 材 质, 最 终 选 择 确 定 钢 板 桩 型 号 钢 板 桩 的 强 度 验 算 一 般 按 下 式 进 行 : M σ = max N + [ σ ] (14-11) W A 式 中 σ 钢 板 桩 的 计 算 应 力 9

10 M max 最 大 弯 矩 值 设 计 值 或 标 准 值 W 截 面 模 量 N 轴 向 力 A 截 面 面 积 [ σ ] 钢 板 桩 强 度 设 计 值 或 允 许 应 力 表 14-4 给 出 了 欧 洲 日 本 和 国 内 相 关 规 范 中 热 轧 钢 板 桩 的 抗 拉 和 屈 服 强 度 指 标 : 热 轧 钢 板 桩 的 力 学 性 能 表 14-4 钢 号 抗 拉 强 度 屈 服 强 度 抗 拉 强 度 屈 服 强 度 钢 号 (Mpa) (Mpa) (Mpa) (Mpa) S240GP( 欧 ) Q295bz( 中 ) 390~ S270GP( 欧 ) Q390bz( 中 ) 490~ S320GP( 欧 ) Q420bz( 中 ) 520~ S355GP( 欧 ) SY295( 日 ) S390GP( 欧 ) SY390( 日 ) S430GP( 欧 ) 表 14-5 表 14-6 表 14-7 分 别 给 出 了 中 国 日 本 卢 森 堡 等 钢 铁 生 产 企 业 生 产 的 部 分 热 轧 钢 板 桩 规 格 以 供 参 考 : 需 注 意 的 是 : 对 于 U 型 钢 板 桩, 由 于 锁 口 在 中 性 轴 上, 受 弯 时 剪 力 最 大, 但 由 于 实 际 锁 口 一 般 不 予 焊 接, 使 得 钢 板 桩 容 易 形 成 斜 向 转 动, 中 性 轴 偏 转 降 低 了 截 面 抗 弯 的 有 效 高 度 从 而 削 弱 了 钢 板 桩 挡 墙 的 截 面 模 量 ; 此 外, 内 支 撑 的 设 置 的 不 同 以 及 施 工 方 法 锁 口 中 的 土 粒 等 因 素 均 会 使 得 钢 板 桩 斜 向 转 动, 削 减 截 面 模 量 国 家 标 准 热 轧 U 型 钢 板 桩 中 部 分 钢 板 桩 技 术 规 格 表 表 14-5 型 号 断 面 尺 寸 (mm) h t B 每 延 米 面 积 板 桩 重 量 每 延 米 W B h t1 cm 2 /m kg/m cm 3 /m 因 此, 对 于 U 型 钢 板 桩, 在 应 用 公 式 (14-11) 进 行 计 算 时, 其 钢 板 桩 截 面 模 量 W 应 该 有 所 折 减, 对 于 钢 板 桩 上 有 刚 性 胸 墙 时, 可 考 虑 将 截 面 模 量 乘 以 折 减 系 数 0.9, 对 于 上 部 不 设 胸 墙 且 钢 板 桩 打 入 软 土 中 时, 有 关 资 料 建 议 可 考 虑 乘 以 折 减 系 数 0.7 为 了 考 虑 到 钢 板 桩 锁 口 能 够 转 动 带 来 的 结 构 计 算 的 影 响, 在 钢 板 桩 实 际 计 算 时, 可 采 用 有 限 元 软 件 进 行 精 细 化 模 拟, 如 ABAQUS 软 件 的 连 接 单 元 可 用 来 模 拟 钢 板 桩 接 头 的 特 性 计 算 过 程 中, 将 连 接 单 元 特 性 选 为 HINGE, 运 用 局 部 坐 标 的 运 动 约 束, 耦 合 连 接 单 元 两 个 节 点 位 移 及 两 个 转 动 自 由 度, 只 允 许 连 接 单 元 两 个 节 点 在 一 个 自 由 度 上 进 行 转 动, 如 图 由 于 钢 板 桩 之 间 并 不 能 完 全 自 由 转 动, 而 是 存 在 极 限 转 动 角 度, 需 采 用 STOP 命 令 来 制 定 其 转 动 的 上 下 限 角 度 另 外 值 得 一 提 的 是 : 式 (14-11) 属 于 弹 性 分 析 计 算 的 范 畴, 在 欧 洲 钢 板 桩 设 计 规 范 EN : Design of steel structures:piling 中 给 出 了 塑 性 设 计 方 法, 此 前 主 要 应 用 于 丹 麦, 塑 性 设 计 方 法 可 大 大 节 约 钢 板 桩 材 料 ( 最 大 可 达 35%), 塑 性 设 计 主 要 方 法 是 引 入 塑 性 截 面 模 量 代 替 弹 性 截 面 模 量 ; 即 允 许 钢 板 桩 最 大 弯 矩 处 形 成 塑 性 铰 而 不 是 以 钢 板 桩 最 外 层 纤 维 应 力 控 制 10

11 断 面 形 式 日 本 新 日 本 制 铁 株 式 会 社 生 产 的 钢 板 桩 表 14-6 尺 寸 重 量 惯 性 截 面 截 面 积 型 号 每 延 每 平 矩 模 量 b h t s 米 方 mm mm mm mm cm 2 /m kg/m kg/m 2 cm 4 /m cm 3 /m FSP-ⅠA FSP-Ⅱ FSP-Ⅲ FSP-Ⅳ FSP-ⅤL FSP-ⅥL NSP-ⅡW NSP-ⅢW NSP-ⅣW 直 线 型 YSP-FL YSP-FXL ARCELORMITTAL 生 产 的 钢 板 桩 表 14-7 断 面 形 式 尺 寸 重 量 惯 性 截 面 截 面 积 型 号 每 延 每 平 矩 模 量 b h t s 米 方 mm mm mm mm cm 2 /m kg/m kg/m 2 cm 4 /m cm 3 /m AU AU AU AU AU AU PU PU AZ AZ AZ AZ 图 钢 板 桩 锁 口 节 点 模 拟 总 之, 选 择 确 定 钢 板 桩 型 号 应 综 合 考 虑 使 用 年 限 结 构 强 度 允 许 挠 度 施 工 可 行 性 等 11

12 各 种 因 素, 最 大 化 地 利 用 钢 材, 做 到 技 术 经 济 效 益 显 著 且 施 工 可 行 质 量 有 保 证 钢 板 桩 的 防 腐 蚀 设 计 永 久 性 钢 板 桩 支 护 结 构 的 防 腐 蚀 措 施 包 括 选 择 耐 腐 蚀 钢 种 预 留 腐 蚀 裕 量 防 腐 涂 层 阴 极 保 护 等 处 于 腐 蚀 环 境 中, 作 为 永 久 性 支 护 结 构 的 钢 板 桩, 在 选 择 型 号 时, 需 根 据 结 构 使 用 年 限 及 环 境 条 件 的 不 同 预 留 一 定 的 腐 蚀 裕 量 一 般 钢 板 桩 随 着 所 处 大 气 水 质 条 件 等 的 不 同 年 腐 蚀 量 亦 不 同, 在 淡 水 环 境 中 钢 板 桩 ( 单 面 ) 年 腐 蚀 量 约 为 0.03mm/a~0.06mm/a, 在 海 水 环 境 中 约 为 0.05mm/a~0.5mm/a, 其 中 在 水 位 变 动 区 及 浪 溅 区 腐 蚀 速 速 最 快 此 外, 有 必 要 时 应 考 虑 部 分 砂 的 磨 蚀 除 了 考 虑 预 留 腐 蚀 量 外, 并 可 采 取 其 它 防 腐 措 施, 如 涂 刷 防 腐 凃 层 外 加 电 流 或 牺 牲 阳 极 进 行 阴 极 保 护 钢 材 添 加 合 金 材 料 等, 具 体 参 见 相 关 防 腐 规 范 和 专 著 钢 板 桩 支 护 止 水 设 计 基 坑 工 程 要 求 支 护 结 构 有 可 靠 的 止 水 体 系 以 保 证 干 施 工 的 施 工 环 境 并 防 止 流 土 流 砂 管 涌 坑 底 隆 起 等 破 坏 钢 板 桩 支 护 结 构 通 过 锁 口 连 接 单 片 钢 板 桩, 最 理 想 的 状 态 是 钢 板 桩 锁 口 完 全 没 有 缝 隙 的 咬 合, 但 从 钢 板 桩 打 设 及 转 动 方 面 考 虑, 一 般 锁 口 处 均 有 富 裕, 因 此 需 要 通 过 锁 口 的 密 封 及 自 身 的 插 入 深 度 起 到 止 水 保 障 基 坑 安 全 的 作 用 当 然, 同 其 它 板 式 支 护 结 构 一 样, 也 可 以 通 过 设 置 独 立 的 止 水 体 系, 如 在 锁 口 后 方 施 工 深 层 搅 拌 桩 高 压 喷 射 注 浆 止 水 帷 幕 等, 这 可 以 参 见 第 12 章 等 相 关 内 容 钢 板 桩 锁 口 止 水 密 封 效 果 与 多 方 面 因 素 有 关, 如 自 身 锁 口 形 状 ( 阴 阳 连 接 环 形 套 型 等 ) 及 咬 合 程 度 钢 板 桩 施 打 后 的 弯 曲 变 形 倾 斜 旋 转 水 土 的 腐 蚀 地 质 条 件 等 钢 板 桩 锁 口 的 止 水 密 封 不 外 乎 天 然 密 封 及 人 工 密 封 两 种 方 式 天 然 密 封 是 指 依 靠 钢 板 桩 背 侧 的 浮 游 物 或 者 土 砂 等 细 颗 粒 物 质 堵 塞 锁 口 间 隙, 起 到 止 水 的 效 果 一 般, 粒 径 分 布 越 好, 止 水 效 果 越 好 但 当 钢 板 桩 背 侧 是 水 或 是 土 粒 较 粗 时, 一 般 需 要 很 长 时 间 才 能 体 现 堵 塞 效 果 实 际 施 工 中, 可 以 采 取 一 定 的 辅 助 措 施 加 快 天 然 密 封 的 效 果, 如 在 水 中 倒 入 炉 渣 等 密 封 材 料 基 坑 内 抽 水 开 始 时 加 快 抽 水 速 度 形 成 较 大 水 位 差 以 将 密 封 材 料 冲 入 锁 口 等 天 然 密 封 的 锁 口 止 水 一 般 需 要 一 定 的 时 间, 而 且 在 有 波 浪 作 用 或 是 变 动 水 压 力 作 用 下 的 临 水 基 坑 中, 钢 板 桩 围 护 结 构 呈 现 一 定 的 摆 动, 因 此, 完 全 依 靠 天 然 密 封 来 止 水 是 不 可 靠 的 人 工 密 封 可 以 在 钢 板 桩 沉 桩 前 或 是 之 后 采 取 密 封 措 施 在 钢 板 桩 沉 桩 前, 可 以 通 过 预 先 焊 接 锁 口 ; 在 钢 板 桩 锁 口 内 预 先 涂 上 止 水 材 料, 止 水 材 料 主 要 是 膨 润 性 的 溶 剂 弹 性 密 封 料 树 脂 类 溶 剂 及 膨 胀 性 橡 胶 等 构 成 ; 可 以 预 先 在 钢 板 桩 沉 桩 位 置 成 槽 以 水 泥 膨 润 土 替 换 原 状 土 ; 在 钢 板 桩 锁 口 位 置 预 先 钻 孔 换 填 水 泥 膨 润 土 ; 在 锁 口 附 近 预 先 或 沉 桩 后 换 填 膨 胀 性 止 水 料 等 措 施 进 行 人 工 密 封 锁 口 而 在 钢 板 桩 沉 桩 后, 可 考 虑 在 锁 口 中 用 木 楔 ( 膨 胀 型 ) 圆 的 或 成 型 橡 胶 绳 或 塑 料 绳 加 上 膨 胀 性 的 填 料 填 充 ; 将 锁 扣 焊 接, 若 锁 口 缝 干 净 不 透 水 可 直 接 焊 接, 若 锁 口 缝 透 水 可 通 过 用 扁 钢 或 型 钢 覆 盖 加 以 角 钢 焊 接 完 成 密 封 在 止 水 要 求 较 高 或 强 渗 透 性 的 支 护 工 程 中 亦 可 考 虑 同 时 使 用 多 种 止 水 措 施 当 然, 钢 板 桩 的 止 水 除 了 竖 向 锁 口 密 封 以 外, 钢 板 桩 相 接 处 钢 板 桩 与 圈 梁 ( 或 底 板 ) 钢 板 桩 与 拉 杆 ( 锚 杆 ) 等 节 点 均 需 要 止 水, 主 要 可 采 取 焊 接 设 置 防 水 垫 圈 或 止 水 带 ( 止 水 片 ) 等 地 下 工 程 防 水 技 术 措 施 或 是 节 点 构 造 措 施 完 成 钢 板 桩 的 止 水 效 果 影 响 因 素 较 多, 现 今 对 钢 板 桩 止 水 性 还 没 有 统 一 的 界 定 或 定 义, 也 没 有 统 一 的 测 试 方 法, 因 而 也 难 以 定 量 测 定 漏 水 量, 一 般 仍 通 过 渗 透 试 验 得 出 钢 板 桩 相 对 的 渗 透 止 水 效 果 14.3 钢 板 桩 的 施 工 钢 板 桩 施 工 前 准 备 在 钢 板 桩 沉 桩 前, 应 该 作 充 分 的 调 查 和 准 备, 以 在 施 工 时 制 定 可 行 的 施 工 组 织 计 划 和 施 工 工 艺 施 工 场 地 条 件 的 调 查 主 要 包 括 场 地 周 边 环 境 地 质 条 件 的 调 查, 场 地 周 边 环 境 包 括 场 地 周 边 的 建 筑 地 下 管 道 等 及 其 对 施 工 作 业 在 净 空 噪 音 振 动 方 面 的 限 制 ; 周 边 道 路 交 通 状 况 ; 施 工 场 地 钢 板 桩 堆 放 及 运 输 的 能 力 ; 施 工 设 备 及 水 电 供 应 条 件 ; 沉 桩 条 件 ( 陆 上 打 12

13 桩 还 是 水 上 打 桩 ); 施 工 作 业 气 象 或 海 象 条 件 以 及 钢 板 桩 施 工 对 周 边 通 航 等 方 面 的 环 境 影 响 等 而 地 质 条 件 主 要 需 要 调 查 地 层 的 分 布 颗 粒 组 成 密 实 度 土 体 强 度 静 / 动 力 触 探 及 标 贯 试 验 结 果 等 此 外, 还 需 掌 握 工 程 所 用 钢 板 桩 数 量 尺 寸 截 面 形 状 钢 材 材 质 及 其 施 工 难 易 程 度, 如 Z 型 钢 板 桩 由 于 形 心 不 对 称 可 能 造 成 钢 板 桩 的 旋 转 等 钢 板 桩 沉 桩 设 备 及 其 选 择 钢 板 桩 沉 桩 机 械 设 备 种 类 繁 多 且 应 用 均 较 为 广 泛, 沉 桩 机 械 及 工 艺 的 确 定 受 钢 板 桩 特 性 地 质 条 件 场 地 条 件 桩 锤 能 量 锤 击 数 锤 击 应 力 是 否 需 要 拔 桩 等 因 素 影 响, 在 施 工 中 需 要 综 合 考 虑 上 述 多 种 因 素, 以 选 择 既 经 济 又 安 全 的 沉 桩 机 械, 同 时 又 能 确 保 施 工 的 效 率 常 用 的 沉 桩 机 械 主 要 有 : 冲 击 式 打 桩 机 械 振 动 打 桩 机 械 压 桩 机 械 等 表 14-8 给 出 了 各 种 沉 桩 机 械 的 适 用 情 况, 供 选 型 时 参 考 钢 板 桩 型 地 层 条 件 施 工 条 件 其 它 机 械 类 别 型 式 各 类 打 桩 机 的 使 用 情 况 表 14-8 冲 击 式 打 桩 机 械 柴 油 锤 蒸 汽 锤 落 锤 振 动 锤 压 桩 机 除 小 型 板 桩 外 所 有 板 桩 除 小 型 板 桩 外 所 有 板 桩 所 有 形 式 板 桩 长 度 任 意 长 度 任 意 长 度 适 宜 短 桩 所 有 形 式 板 桩 很 长 桩 不 适 合 除 小 型 板 桩 外 所 有 板 桩 任 意 长 度 软 弱 粉 土 不 适 不 适 合 适 合 适 可 以 粉 土 黏 土 合 适 合 适 合 适 合 适 合 适 砂 层 合 适 合 适 不 适 可 以 可 以 硬 土 层 可 以 可 以 不 可 以 不 可 以 不 适 辅 助 设 备 规 模 大 规 模 大 简 单 简 单 规 模 大 发 音 高 较 高 高 小 几 乎 没 有 振 动 大 大 小 大 无 贯 入 能 量 大 一 般 小 一 般 一 般 施 工 速 度 快 快 慢 一 般 一 般 费 用 高 高 便 宜 一 般 高 工 程 规 模 大 工 程 大 工 程 简 易 工 程 大 工 程 大 工 程 优 点 缺 点 燃 料 费 用 低 操 作 简 单 软 土 启 动 难 油 雾 飞 溅 打 击 时 可 调 整 烟 雾 较 多 故 障 少, 改 变 落 距 可 调 整 锤 击 力 容 易 偏 心 锤 击 打 拔 都 可 以 瞬 时 电 流 较 大 或 需 要 专 门 液 压 装 置 打 拔 都 可 以 主 要 适 用 于 直 线 段 由 于 在 具 体 施 工 时 可 增 加 各 种 辅 助 沉 桩 措 施, 建 议 在 正 式 施 工 前 采 用 初 选 的 机 械 进 行 试 沉 桩 试 验, 证 明 是 合 适 后 再 最 终 选 定 沉 桩 设 备 1. 冲 击 式 打 桩 机 械 冲 击 式 打 桩 机 械 沉 桩 打 桩 力 大, 具 有 机 动 可 调 节 特 性, 施 工 快 捷, 但 应 选 择 适 合 的 打 桩 锤 以 防 止 钢 板 桩 桩 头 受 损 冲 击 式 打 桩 机 械 沉 桩 一 般 易 产 生 噪 音 和 振 动, 在 居 民 区 等 区 域 使 用 受 到 限 制, 但 在 港 湾 或 偏 远 地 区 使 用 常 见 的 主 要 有 以 下 几 种 : (1) 柴 油 打 桩 锤 由 于 打 击 能 量 大, 需 要 辅 助 设 备 不 多, 从 而 成 为 常 用 的 打 桩 机 械, 它 的 驱 动 方 式 为 单 动 或 双 动, 主 要 由 缸 体 活 塞 ( 夯 锤 ) 和 缸 体 底 部 冲 击 块 构 成, 燃 料 雾 化 方 式 为 冲 击 雾 化 或 喷 射 雾 化, 冷 却 有 水 冷 和 气 冷 等 形 式, 国 产 与 进 口 的 柴 油 锤 规 格 见 表 14-9: 13

14 柴 油 锤 选 择 是 否 恰 当, 关 系 到 板 桩 的 顺 利 打 入 及 作 业 效 率 的 高 低 有 经 验 的 施 工 人 员 可 根 据 土 质 情 况 很 快 决 定 选 用 何 种 桩 锤, 此 外 亦 可 参 照 相 关 书 籍 通 过 图 表 等 进 行 初 步 选 型 柴 油 锤 使 用 时 应 注 意 一 下 几 点 : 适 当 选 择 桩 帽 及 缓 冲 材 料 并 正 确 安 装 ; 燃 料 及 润 滑 油 选 用 正 确, 润 滑 油 按 规 定 期 限 补 充 ; 使 用 前 燃 烧 室 要 清 理 干 净, 柴 油 喷 出 量 控 制 恰 当 ; 不 可 偏 心 锤 击, 活 塞 冲 程 不 能 超 越 界 限 ; 导 向 机 构 与 导 向 杆 间 的 间 隙 要 经 常 检 查 并 保 持 合 适 的 尺 寸 ; 各 部 分 螺 栓 要 经 常 检 查 是 否 松 动 ; 要 经 常 注 意 桩 锤 与 桩 架 发 生 的 异 常 振 动, 一 旦 出 现 即 停 止 施 工, 检 查 原 因 ; 一 般 情 况 每 击 2mm 为 停 锤 标 准, 当 10 击 的 贯 入 度 为 5mm 时, 应 停 止 锤 击 各 类 柴 油 锤 的 规 格 表 14-9 型 号 性 能 D 1-25 ( 国 产 ) D 1-40 ( 国 产 ) D62 ( 国 产 ) D80 ( 国 产 ) K25 ( 日 产 ) K35 ( 日 产 ) K45 ( 日 产 ) 撞 锤 质 量 (kg) 总 质 量 (kg) 最 大 冲 击 能 (kg m/ 次 ) 每 分 钟 锤 击 次 数 40~60 40~60 36~50 36~45 39~60 39~60 39~60 冷 却 方 式 水 冷 水 冷 水 冷 水 冷 水 冷 水 冷 水 冷 燃 料 消 耗 (l/h) ~12 12~16 17~21 形 式 筒 式 筒 式 筒 式 筒 式 筒 式 筒 式 筒 式 (2) 下 落 式 打 桩 锤 下 落 式 打 桩 锤 可 应 用 于 柴 油 锤 所 适 合 的 各 种 场 地 条 件 下, 且 能 得 到 与 柴 油 锤 同 样 的 夯 锤 重 量 比 可 以 将 达 11T 的 夯 锤 提 高 至 最 大 1.2m, 在 最 大 锤 击 能 量 下, 每 分 钟 锤 击 次 数 可 以 达 到 40 下 施 工 时, 可 选 择 重 锤 低 打 来 减 小 桩 头 损 伤 和 降 低 噪 音 若 控 制 精 确, 该 方 法 可 获 得 75~80% 的 额 定 输 出 能 量, 同 时 内 置 数 据 记 录 装 置 可 自 动 进 行 打 桩 记 录 下 落 式 打 桩 锤 根 据 桩 锤 下 落 方 式 的 不 同 分 为 三 类 : 缆 绳 式 下 落 桩 锤 蒸 汽 式 下 落 桩 锤 及 液 压 落 锤 等 (3) 双 动 式 液 压 打 桩 锤 ( 液 压 锤 ) 双 动 式 液 压 锤 低 噪 声 无 油 烟 低 能 耗, 正 不 断 被 扩 大 使 用, 目 前 国 内 主 要 是 使 用 进 口 的 液 压 锤 双 动 式 液 压 锤 内 部 有 封 闭 夯 锤, 夯 锤 由 液 压 抬 升, 在 下 落 过 程 中 得 到 额 外 增 加 的 能 量, 可 产 生 2g 的 重 力 加 速 度, 在 最 大 锤 击 距 1m 的 情 况 下 即 相 当 于 2m 的 自 由 落 差 ; 液 压 锤 在 每 分 钟 50/60 击 的 情 况 下 可 产 生 35kN m 到 3000kN m 的 最 大 冲 击 能 量 ; 其 配 置 的 电 动 控 制 系 统 可 以 控 制 锤 击 能 量 ; 每 锤 的 锤 击 能 量 可 以 数 字 化 测 量 显 示 ; 结 构 相 对 简 单, 部 件 数 量 较 少 ; 液 压 桩 同 时 可 以 用 来 进 行 拔 桩 这 是 这 些 优 点, 使 得 液 压 锤 在 施 工 中 效 果 很 好 一 般 选 择 的 夯 锤 与 桩 体 及 桩 帽 的 重 量 比 例 为 1:1~1:2, 每 次 的 打 击 能 量 应 在 35kN m 到 90kN m 表 给 出 了 进 口 液 压 锤 的 规 格 : 日 产 液 压 打 桩 锤 的 规 格 表 型 号 MHF3-4 MHF3-5 MHF3-7 HK45 NH-40 NH-70 HNC65 性 能 撞 锤 质 量 (kg) 总 质 量 (kg) 最 大 冲 击 能 (kg m/ 次 ) 每 分 钟 锤 击 次 数 1~85 1~80 1~80 22~60 28~80 25~70 20~70 液 压 压 力 (Mpa)

15 (4) 蒸 汽 / 空 气 打 桩 锤 蒸 汽 / 空 气 锤 用 得 不 多 主 要 是 需 配 置 一 套 锅 炉 及 管 道 等, 较 为 麻 烦 蒸 汽 锤 有 单 动 与 双 动, 各 种 汽 锤 的 型 号 性 能 见 表 国 外 双 动 式 蒸 汽 / 空 气 打 桩 锤 的 夯 锤 要 小 得 多 ; 该 打 桩 锤 若 与 压 缩 机 使 用 可 以 最 大 效 率 运 行, 且 压 缩 空 气 能 量 损 失 要 少 ; 最 大 的 双 动 式 打 桩 锤 每 击 能 量 约 为 30kN m, 小 于 其 它 打 桩 锤, 但 其 打 桩 速 度 却 很 快, 较 大 的 桩 锤 每 分 钟 能 达 100 下, 而 小 点 的 能 达 到 400 下 ; 为 防 止 能 量 损 失, 该 方 法 沉 桩 一 般 不 需 要 使 用 桩 帽 ; 该 桩 锤 可 以 用 来 拔 桩 和 水 下 作 业 双 动 式 空 气 / 蒸 汽 打 桩 锤 锤 重 与 桩 重 比 一 般 不 小 于 1:5, 由 于 以 上 优 点, 在 国 外 双 动 式 蒸 汽 / 空 气 打 桩 锤 仍 有 使 用 蒸 汽 锤 施 工 应 注 意 : 必 须 确 保 中 心 锤 击 ; 施 工 时, 操 作 人 员 要 离 开 桩 锤 至 少 5m; 当 每 击 贯 入 量 小 于 3mm 就 需 停 止 锤 击 ; 桩 锤 不 能 超 负 荷 作 业 ; 当 每 击 贯 入 量 超 过 200mm 时, 要 调 整 冲 程, 减 少 锤 击 力 各 类 蒸 汽 锤 的 规 格 表 型 号 单 动 3t 单 动 7t MBR270 性 能 ( 国 产 ) ( 国 产 ) 日 产 ( 单 动 ) MBR600 日 产 ( 单 动 ) SB180 日 产 ( 单 动 ) SB400 日 产 ( 单 动 ) 撞 锤 质 量 (kg) 总 质 量 (kg) 最 大 冲 击 能 (kg m) 每 分 钟 锤 击 次 数 60~90 24~ 冲 程 (mm) 蒸 汽 压 力 (Mpa) 0.7~ ~ ~ ~1.0 空 气 压 力 (Mpa) 0.7~ ~ ~ ~ 振 动 打 桩 机 械 振 动 打 桩 机 的 原 理 是 将 机 器 产 生 的 垂 直 振 动 传 给 桩 体, 导 致 桩 周 围 的 土 体 结 构 因 振 动 而 降 低 强 度 对 砂 质 土 层, 颗 粒 间 的 结 合 被 破 坏, 产 生 微 小 液 化 ; 对 黏 土 质 土 层, 破 坏 了 原 来 的 构 造, 使 土 层 密 度 改 变, 粘 聚 力 降 低, 灵 敏 度 增 加, 板 桩 周 围 的 阻 力 便 会 减 少 对 砂 土 还 会 使 桩 尖 下 的 阻 力 减 少, 利 于 桩 的 贯 入 对 结 构 紧 密 的 细 砂 层, 这 种 减 阻 效 果 不 明 显, 当 细 砂 层 本 身 较 松 散 时, 还 会 因 振 动 而 加 密, 更 难 于 沉 桩 振 动 打 桩 锤 现 今 主 要 有 电 动 振 动 锤 及 液 压 振 动 锤 等 振 动 锤 根 据 最 高 工 作 频 率 的 大 小, 主 要 有 : 低 频 振 动 锤 ( f 15Hz) 中 频 振 动 锤 (15Hz~25Hz) 高 频 振 动 锤 (25Hz~60Hz) 超 高 频 振 动 锤 ( f 60Hz) 近 年 来, 我 国 也 自 主 研 发 并 在 一 些 重 点 工 程 中 开 始 推 广 应 用 液 压 高 频 振 动 桩 锤 电 动 式 振 动 沉 桩 锤 的 性 能 表 性 能 偏 心 力 矩 振 动 频 率 振 动 力 振 幅 电 动 机 功 率 机 械 质 量 机 型 (N m) (t/min) (kn) (mm) (kw) (kg) CH-20( 国 产 ) VHZ-4000A ( 日 产 ) VM2-5000A ( 日 产 ) VM A ( 日 产 ) 振 动 打 桩 施 工 速 度 较 快 ; 如 需 拔 桩 时, 效 果 更 好 ; 相 对 冲 击 打 桩 机 施 工 的 噪 声 小 ; 在 施 工 净 空 受 限 时 可 以 使 用 ; 不 易 损 坏 桩 顶 ; 操 作 简 单 ; 无 柴 油 或 蒸 汽 锤 施 工 所 产 生 的 烟 雾 但 15

16 是 对 硬 土 层 ( 砂 质 上 N >50, 粘 性 土 N >30) 贯 入 性 能 较 差 ; 对 桩 体 周 围 土 层 要 产 生 振 动 ; 设 备 容 量 的 大 小 与 停 打 之 间 的 关 系 不 明 确 ; 电 动 式 振 动 时, 瞬 间 电 流 较 大, 耗 电 较 多 ; 使 用 液 压 振 动 时, 大 多 需 要 有 专 门 的 液 压 设 备 表 为 部 分 电 动 式 振 动 沉 桩 锤 的 规 格 3. 压 桩 机 械 由 于 板 桩 打 桩 带 来 的 振 动 和 噪 音, 使 得 开 发 新 的 无 污 染 的 施 工 工 艺 成 为 迫 切 需 要, 而 压 桩 机 的 广 发 运 用 也 就 应 运 而 生 压 桩 机 特 别 适 用 于 粘 性 土 壤, 在 硬 土 地 区 可 采 用 辅 助 措 施 沉 桩 压 桩 机 一 般 以 液 压 驱 动, 从 先 前 沉 入 的 一 片 或 多 片 钢 板 桩 获 得 反 作 用 力, 其 工 作 机 理 参 见 图 压 桩 机 同 时 可 用 来 进 行 拔 桩 操 作, 常 见 的 压 桩 机 械 有 如 下 三 种 : 图 压 桩 机 械 工 作 原 理 一 种 是 将 板 桩 呈 屏 风 式 安 放, 而 后 压 桩 机 通 过 吊 车 放 在 桩 墙 上 夯 锤 连 接 至 钢 板 桩 上, 通 过 对 两 个 夯 锤 加 压 将 钢 板 桩 压 入 地 面 一 下, 一 般 一 次 推 入 两 根, 夯 锤 完 全 压 出 的 同 时 收 回 夯 锤, 这 使 得 压 桩 机 内 的 十 字 头 及 动 力 单 元 压 力 下 降, 从 而 可 以 重 复 进 行 这 种 液 压 锤 可 以 施 加 最 高 达 3000kN 的 压 力 其 工 作 步 骤 见 图 14-12: 另 一 种 性 能 相 似, 但 需 要 使 用 移 动 装 置 来 固 定 安 装 的 板 桩 墙 并 且 可 从 一 面 墙 移 动 到 另 外 一 面 墙 上, 完 全 不 依 赖 于 吊 车 在 此 装 置 中, 先 用 长 螺 旋 钻 预 先 松 土 运 行 时 通 过 一 链 条 牵 引 至 固 定 点 或 是 先 沉 板 桩 来 提 供 补 充 压 桩 力 见 图 第 三 种 压 桩 机 可 以 在 板 桩 墙 上 行 走, 一 根 一 根 地 将 板 桩 全 部 压 入 全 部 深 度 这 种 压 桩 机 不 用 吊 车, 此 外 还 可 以 施 打 圆 形 的 钢 板 桩 其 工 作 步 骤 如 图 14-14, 表 为 日 产 部 分 液 压 机 规 格 4. 其 它 除 了 上 述 通 常 的 打 桩 设 备 外, 也 有 许 多 特 定 的 打 桩 设 备, 如 有 打 桩 锤 设 置 特 殊 的 缓 冲 设 备 来 缓 冲 传 递 给 桩 的 锤 击 力 ; 同 时 可 以 振 动 和 静 压 的 设 备 ; 液 压 驱 动 可 以 快 速 打 桩 的 脉 冲 型 冲 击 锤 ; 同 时 可 以 振 动 和 冲 击 的 打 桩 设 备 等 除 了 上 述 的 打 桩 设 备 外, 钢 板 桩 沉 桩 还 需 要 其 他 一 些 辅 助 设 备 : 桩 架 : 需 要 行 走 方 便 且 结 实 可 靠, 操 作 灵 活 方 便 桩 架 有 履 带 式 步 履 式 两 种, 前 者 可 以 拆 卸 导 杆 ; 后 者 较 为 稳 固, 适 合 于 场 地 较 差 的 情 况 其 选 择 需 要 考 虑 桩 锤 作 业 空 间 打 桩 顺 序 施 工 管 理 水 平 等 因 素 选 定 16

17 图 第 一 种 压 桩 机 械 工 作 步 骤 图 第 二 种 压 桩 机 械 工 作 步 骤 17

18 图 第 三 种 压 桩 机 械 工 作 步 骤 日 产 液 压 静 力 压 / 拔 桩 机 规 格 ( 自 行 式 ) 表 形 式 SA75 SA100 SW100 SW150 GPII 150 STP 30 压 入 力 (kn) 拔 出 力 (kn) 压 入 速 度 (m/min) 5.0~ ~ ~ ~ ~ ~16.4 拔 出 速 度 (m/min) 5.3~ ~ ~ ~ ~ ~14.9 动 力 (kw) 适 用 钢 板 桩 ( 日 产 ) I A ~ IV A 400mm 宽 I A ~ IV A 400mm 宽 II W ~ IV W 600mm 宽 II W ~ IV W 600mm 宽 V L ~VI L 500mm 宽 轻 型 333mm 宽 导 向 架 : 确 保 钢 板 桩 在 沉 桩 时 水 平 和 竖 直 向 对 齐 可 以 有 上 层 导 向 架 下 层 导 向 架 卸 扣 及 穿 引 器 : 主 要 用 于 固 定 钢 板 桩 桩 头, 有 地 面 释 放 和 棘 轮 释 放 两 种 方 式, 这 可 以 使 得 桩 头 与 吊 车 的 连 接 在 需 要 高 度 就 可 分 开, 更 加 快 速 高 效 安 全 卸 扣 利 用 桩 头 上 起 吊 孔 利 用 剪 切 销 来 连 接, 这 避 免 了 摩 擦 连 接 会 突 然 滑 落 的 安 全 隐 患 钢 板 桩 吊 起 后, 通 过 穿 引 器 完 成 桩 的 咬 合, 通 过 穿 引 器 完 成 桩 的 咬 合 更 安 全 快 捷, 可 适 用 于 恶 劣 的 天 气 桩 帽 桩 垫 : 特 别 在 使 用 冲 击 式 沉 桩 设 备 时, 需 要 设 置 桩 垫 桩 帽 以 将 锤 击 能 量 给 桩 体 且 桩 头 不 受 损 害, 桩 帽 也 起 到 保 证 夯 锤 在 锤 击 形 心 不 对 称 或 是 组 合 型 钢 板 桩 时, 能 够 均 匀 传 力 避 免 偏 心 锤 击, 桩 帽 需 要 做 到 与 板 桩 的 接 触 面 尽 可 能 得 大, 需 能 承 受 较 大 的 锤 击 能 量, 其 内 部 一 般 设 定 向 块 以 保 证 板 桩 的 位 置 桩 垫 起 到 缓 冲 作 用, 一 般 由 塑 料 或 木 质 铁 块 等 材 料 构 成 加 强 靴 : 可 用 来 加 强 桩 尖 强 度, 以 在 穿 越 人 为 或 自 然 障 碍 物 如 卵 石 砾 石 旧 木 桩 等 保 持 桩 体 形 状 防 止 变 形 损 伤, 增 加 穿 越 能 力 18

19 钢 板 桩 的 沉 桩 方 法 1. 沉 桩 方 法 钢 板 桩 沉 桩 方 法 分 为 陆 上 沉 桩 和 水 上 沉 桩 两 种 沉 桩 方 法 的 选 择 应 综 合 考 虑 场 地 地 质 条 件 是 否 能 能 达 到 需 要 的 平 整 度 和 垂 直 度 以 及 沉 桩 设 备 的 可 靠 性 造 价 等 各 种 因 素 陆 上 打 桩, 导 向 装 置 设 置 方 便, 设 备 材 料 容 易 进 入, 打 桩 精 度 容 易 控 制 应 尽 量 争 取 这 种 方 法 施 工 在 水 中 水 深 较 浅 时, 也 可 回 填 后 进 行 陆 上 施 工, 但 需 考 虑 到 水 受 污 染 及 河 流 流 域 面 积 减 少 等 因 素 但 水 深 很 大, 靠 回 填 经 济 上 不 合 理, 需 用 船 施 工, 船 上 施 工 的 桩 架 高 度 比 陆 上 施 工 低, 作 业 范 围 广, 但 是 材 料 运 输 不 方 便, 作 业 受 风 浪 影 响 大, 精 度 不 易 控 制, 对 导 向 装 置 要 求 较 高, 为 解 决 此 类 不 足, 也 可 在 水 上 打 设 打 桩 平 台, 用 陆 上 的 打 桩 架 进 行 施 工, 这 样 对 精 度 控 制 较 有 力, 但 打 桩 平 台 的 搭 设 在 技 术 和 经 济 上 要 求 较 均 高 2. 沉 桩 的 布 置 方 式 钢 板 桩 沉 桩 时 第 一 根 桩 的 施 工 较 为 重 要, 应 该 保 证 其 在 水 平 向 和 竖 直 向 平 面 内 的 垂 直 度, 同 时 需 注 意 后 沉 的 钢 板 桩 应 与 先 沉 入 桩 的 锁 口 应 可 靠 连 接 沉 桩 的 布 置 方 式 一 般 有 三 种, 即 : 插 打 式 屏 风 式 及 错 列 式 插 打 式 打 桩 方 法 即 将 钢 板 桩 一 根 根 地 打 入 土 中 这 种 施 工 法 速 度 快, 桩 架 高 度 相 对 可 低 一 些, 一 般 适 用 于 松 软 土 质 和 短 桩 由 于 锁 口 易 松 动 板 桩 容 易 倾 斜, 对 此 可 在 一 根 桩 打 入 后, 把 它 与 前 一 根 焊 牢, 既 防 止 倾 斜 又 可 避 免 被 后 打 的 桩 带 入 土 中 屏 风 式 打 桩 法 将 多 根 板 桩 插 入 土 中 一 定 深 度 ; 使 桩 机 来 回 锤 击, 并 使 两 端 1~2 根 桩 先 打 到 要 求 深 度 再 将 中 间 部 分 的 板 桩 顺 次 打 入 这 种 屏 风 施 工 法 可 防 止 板 桩 的 倾 斜 与 转 动, 对 要 求 闭 合 的 围 护 结 构, 常 采 用 此 法 此 外 还 能 更 好 的 控 制 沉 桩 长 度 其 缺 点 是 施 工 速 度 比 单 桩 施 工 法 慢 且 桩 架 较 高 错 列 式 打 桩 每 隔 一 根 桩 进 行 打 入, 然 后 再 打 击 中 间 的 桩 这 样 可 以 改 善 桩 列 的 线 形, 避 免 了 倾 斜 问 题 图 显 示 了 该 方 法 的 操 作 顺 序, 这 种 施 工 方 法 一 般 采 取 桩 先 打 2 4 桩 后 打 图 错 列 式 打 桩 法 操 作 步 骤 在 进 行 组 合 钢 板 桩 沉 桩 时, 常 用 错 列 式 沉 桩 法, 一 般 先 沉 截 面 模 量 较 大 的 主 桩, 后 沉 中 间 较 小 截 面 的 板 桩 屏 风 式 打 桩 法 有 利 于 钢 板 桩 的 封 闭, 工 程 规 模 较 小 时 可 考 虑 将 所 有 钢 板 桩 安 装 成 板 桩 墙 后 再 进 行 沉 桩 用 插 打 法 沉 桩 时 为 了 有 利 于 钢 板 桩 的 封 闭, 一 般 需 从 离 基 坑 角 点 约 5 对 钢 板 桩 的 距 离 开 始 沉 桩, 然 后 在 距 离 角 点 约 5 对 钢 板 桩 距 离 的 地 方 停 止, 封 闭 时 通 过 调 整 墙 体 走 向 来 保 证 尺 度 要 求, 且 在 封 闭 前 需 要 校 正 钢 板 桩 的 倾 斜, 有 必 要 的 时 候 补 桩 封 闭 对 于 圆 形 支 护 结 构, 若 尺 度 较 小 可 安 装 好 所 有 板 桩 后 沉 桩 ; 直 径 较 小 的 支 护 结 构 只 通 过 锁 口 转 动 不 能 达 到 预 定 效 果, 可 使 用 预 弯 成 型 的 板 桩 封 闭 ; 尺 度 较 大 时 需 要 严 格 控 制 板 桩 的 垂 直 度, 否 则 可 能 需 要 调 整 板 桩 的 走 向 但 会 增 加 或 减 小 结 构 直 径, 因 此 亦 可 使 用 预 弯 成 型 的 钢 板 桩 19

20 3. 辅 助 沉 桩 措 施 在 用 以 上 方 法 沉 桩 困 难 时, 可 能 需 要 采 取 一 定 的 辅 助 沉 桩 措 施, 如 : 水 冲 法 预 钻 孔 法 爆 破 法 等 水 冲 法 : 包 括 空 气 压 力 法 低 压 水 冲 法 高 压 水 冲 法 等 原 理 均 是 通 过 在 板 桩 底 部 设 置 喷 射 口, 并 通 过 管 道 连 接 至 压 力 源, 通 过 喷 射 松 散 土 体 利 于 沉 桩 但 水 冲 法 大 量 的 水 可 能 引 起 副 作 用, 如 沉 降 问 题 等 高 压 水 冲 水 量 比 低 压 水 冲 要 小, 因 此 更 为 有 利, 而 且 低 压 水 冲 可 能 会 影 响 土 体 性 质, 应 慎 用 表 给 出 常 用 水 冲 参 数 : 振 动 加 速 度 对 比 表 表 水 冲 法 管 径 (mm) 管 嘴 (mm) 供 给 压 力 (bar) 供 给 量 适 用 土 壤 空 气 压 力 25 5~10 5~10 4.5~6m 3 /min 粘 性 土 壤 低 压 水 冲 20~40 5~10 10~20 200~500 l/min 密 实 颗 粒 性 土 高 压 水 冲 ~ ~500 20~60 l/min 非 常 密 实 课 粒 状 土 预 钻 孔 法 : 通 过 预 钻 孔 降 低 土 体 的 抵 抗 力 利 于 沉 桩, 但 若 钻 孔 太 大 需 回 填 土 体 一 般 直 径 为 150~250mm 该 方 法 甚 至 可 用 于 含 有 硬 岩 层 上 的 钢 板 桩 沉 桩 在 没 有 土 壤 覆 盖 底 岩 的 海 洋 环 境 中 特 别 有 效 爆 破 法 : 主 要 有 常 规 爆 破 或 振 动 爆 破 常 规 爆 破 先 将 炸 药 放 进 钻 孔 内 然 后 覆 上 土 点 燃, 这 样 在 沉 桩 中 心 线 可 以 形 成 V 形 沟 槽 振 动 爆 破 则 是 用 低 能 炸 药 将 坚 硬 岩 石 炸 成 细 颗 粒 材 料 这 种 方 法 对 岩 石 的 影 响 较 小, 而 后 板 桩 应 尽 快 打 入 以 获 得 最 佳 沉 桩 时 机 钢 板 桩 沉 桩 的 质 量 控 制 在 钢 板 桩 沉 桩 时 容 易 产 生 以 下 问 题 影 响 钢 板 桩 的 沉 桩 质 量 : 1. 打 桩 阻 力 过 大 不 易 贯 入 这 由 两 种 原 因 造 成 一 是 在 坚 实 的 砂 层 或 砂 砾 层 中 打 桩, 桩 的 阻 力 过 大 ; 二 是 钢 板 桩 连 接 锁 口 锈 蚀, 变 形, 致 使 板 桩 不 能 顺 利 沿 锁 口 而 下 对 第 一 种 原 因, 需 在 打 桩 前 对 地 质 情 况 作 详 细 分 析, 充 分 研 究 贯 入 的 可 能 性, 在 施 工 时 可 伴 以 辅 助 沉 桩 办 法, 不 能 用 锤 硬 打 第 二 种 原 因, 应 在 打 桩 前 对 板 桩 逐 根 检 查, 有 锈 蚀 或 变 形 的 及 时 调 整 还 可 在 锁 口 内 涂 以 油 脂, 以 减 少 阻 力. 2. 板 桩 向 行 进 方 向 倾 斜 在 软 土 中 打 板 桩 时, 由 于 连 接 锁 口 处 的 阻 力 大 于 板 桩 周 围 的 土 体 阻 力, 形 成 一 个 不 均 衡 力, 使 板 桩 向 前 进 方 向 倾 斜 这 种 倾 斜 要 尽 早 调 整, 可 用 卷 扬 机 钢 索 将 板 桩 反 向 拉 住 后 再 锤 击, 或 可 以 改 变 锤 击 方 向 当 倾 斜 过 大, 靠 上 述 方 法 不 能 纠 正 时, 可 使 用 特 别 的 锲 形 板 桩, 达 到 纠 偏 的 目 的 3. 将 相 邻 板 桩 带 走 这 种 现 象 常 发 生 在 软 土 中 打 板 桩, 当 遇 到 了 不 明 障 碍 物, 孤 石 或 板 桩 倾 斜 等 情 况 时, 板 桩 阻 力 增 加, 便 会 把 相 邻 板 桩 带 入 可 以 按 下 列 措 施 处 理 : (1) 不 是 一 次 把 板 桩 打 到 标 高, 留 一 部 分 在 地 面, 待 全 部 板 桩 入 土 后, 用 屏 风 法 把 余 下 部 分 打 入 土 中 (2) 把 相 邻 板 桩 焊 牢 在 围 檩 上 (3) 数 根 板 桩 用 型 钢 夹 具 连 在 一 起 (4) 在 连 接 锁 口 上 涂 以 黄 油 等 油 脂, 减 少 阻 力 (5) 运 用 特 殊 塞 子, 防 止 土 砂 进 入 连 接 锁 口 板 桩 被 带 入 土 中 后, 应 在 其 顶 部 焊 以 同 类 型 的 板 桩 以 补 充 不 足 的 长 度 4. 钢 板 桩 转 动 在 水 上 或 海 上 施 打 钢 板 桩 时, 由 于 波 浪 等 作 用 的 影 响, 特 别 是 海 面 上 导 桩 长 度 越 长 导 向 20

21 能 力 变 弱 后, 钢 板 桩 的 沉 桩 可 能 会 以 锁 口 为 中 心 发 生 转 动 而 偏 离 位 置, 影 响 板 桩 墙 平 整 度 和 后 期 围 檩 的 安 装 为 了 限 制 钢 板 桩 的 转 动, 需 要 设 置 导 架 以 保 证 施 工 精 度, 且 在 导 架 的 导 梁 与 钢 板 桩 间 应 插 入 垫 块 且 应 在 法 线 和 法 线 垂 直 方 向 设 置 经 纬 仪, 细 心 观 察 避 免 转 动 5. 其 它 问 题 在 地 面 下 地 下 水 位 以 下 的 砂 性 地 层 易 液 化 时, 打 桩 振 动 会 引 起 地 层 液 化 使 板 桩 蠕 动, 在 此 情 况 下 要 考 虑 先 降 水 疏 干 地 层 由 于 锁 口 压 缩 或 拉 伸 造 成 的 钢 板 桩 的 打 神 或 打 缩, 这 可 能 使 得 规 定 长 度 钢 板 桩 数 量 不 足 可 采 取 通 过 修 正 下 个 钢 板 桩 打 击 方 法 更 改 下 个 钢 板 桩 有 效 宽 度 使 用 异 型 钢 板 桩 追 打 钢 板 桩 等 对 策 此 外, 还 需 要 在 钢 板 桩 锁 口 内 涂 止 水 材 料 或 充 填 止 水 材 料, 防 止 钢 板 桩 沉 桩 时 锁 口 较 大 变 形 造 成 锁 口 分 离 楔 现 象 钢 板 桩 的 拔 除 1. 拔 桩 阻 力 的 计 算 拔 桩 阻 力 F 由 下 列 公 式 确 定 : F = F E + F S 式 中 FE 钢 板 桩 与 土 的 吸 附 力 ; FS 钢 板 桩 的 断 面 阻 力 (1) 钢 板 桩 与 土 的 吸 附 力 计 算 (14-12) F E = f1 + f 2 + f3 + + f e (14-13) 式 中 f1 fe 钢 板 桩 在 不 同 上 层 中 的 吸 附 力 f = ULτ (14-14) 式 中 U 钢 板 桩 的 周 长 ; L 扳 桩 在 各 层 土 中 的 长 度 ; τ 不 同 土 层 中 静 吸 附 力 ( 用 于 静 力 板 桩 ) 或 动 吸 附 力 ( 用 于 振 动 板 桩 ), 参 见 表 当 有 关 土 层 的 各 类 指 标 可 以 确 定 时, 对 静 吸 附 力 FE 也 可 用 下 式 计 算 : L,U 同 上,S 由 下 式 确 定 FE = LuS (14-15) S = ( c + Kq tgϕ ) ΔH / ΔH (14-16) i 式 中 :S 钢 板 桩 与 土 的 平 均 静 吸 附 (kn/m 2 ); Hi 钢 板 桩 所 在 各 层 土 的 厚 度 (m); Ci 钢 板 桩 所 在 土 层 的 粘 着 力 (kn/m 2 ); qi 钢 板 桩 所 在 土 层 中 心 点 上 的 压 力 (kn/m 2 ) i i i ϕi 钢 板 桩 所 在 土 层 的 内 摩 擦 角 ( o ); K 土 压 力 系 数 一 般 情 况 下, ϕ 取 土 层 抗 剪 内 摩 擦 角 的 2/3~3/4,K 为 0.3~0.5 i (2) 钢 板 桩 的 断 面 阻 力 拔 桩 时 钢 板 桩 的 断 面 阻 力 较 难 分 析, 精 确 求 解 困 难, 一 般 考 虑 为 作 用 在 钢 板 桩 上 的 土 压 与 表 面 间 的 摩 擦 阻 力 当 拔 桩 时, 支 撑 已 拆 除, 开 挖 部 分 是 回 填 土, 一 般 不 密 实, 实 际 上 这 21 i

22 部 分 的 板 桩 成 了 悬 臂 梁, 承 受 主 动 土 压 力 埋 入 部 分 的 钢 板 桩 两 侧 主 被 动 土 压 力 差 予 以 忽 略, 故 该 部 分 断 面 阻 力 无 需 考 虑, 这 种 单 根 板 桩 的 断 面 阻 力 按 下 式 计 算 : F S = 1. 2 E a BHμ (14-17) 式 中 FS 单 根 板 桩 的 断 面 阻 力 (kn); Ea 作 用 在 钢 板 桩 上 的 主 动 土 压 力 强 度 (kn/m 2 ) B 钢 板 桩 宽 度 (m); H 除 去 埋 入 深 度 后 的 钢 板 桩 长 度 (m); μ 钢 板 桩 与 土 的 摩 擦 阻 力 系 数 (0.35~0.40) 不 同 土 质 中 的 吸 附 力 ( 钢 板 桩 ) 表 土 质 静 吸 附 力 τ d(kpa) 动 吸 附 力 τ v(kpa) 土 质 静 吸 附 力 τ d(kpa) 动 吸 附 力 τ v(kpa) 中 砂 粉 质 黏 土 细 砂 黏 土 粉 砂 硬 黏 土 砂 质 粉 土 拔 桩 方 法 钢 板 桩 运 用 较 早, 拔 桩 方 法 也 较 成 熟 不 论 何 种 方 法 都 是 从 克 服 板 桩 的 阻 力 着 眼 据 所 用 机 械 的 不 同, 拔 桩 方 法 分 为 静 力 拔 桩 振 动 拔 桩 冲 击 拔 桩 液 压 拔 桩 等 静 力 拔 桩 : 所 用 的 设 备 较 简 单, 主 要 为 卷 扬 机 或 液 压 千 斤 顶, 受 设 备 及 能 力 所 限, 这 种 方 法 往 往 效 率 较 低, 有 时 不 能 将 桩 顺 利 拔 出, 但 成 本 较 低 振 动 拔 桩 : 利 用 机 械 的 振 动, 激 起 钢 板 桩 的 振 动, 以 克 服 板 桩 的 阻 力, 将 桩 拔 出 这 种 方 法 的 效 率 较 高, 由 于 大 功 率 振 动 拔 桩 机 的 出 现, 使 多 根 板 桩 一 起 拔 出 有 了 可 能 冲 击 拔 桩 : 是 以 蒸 汽 高 压 空 气 为 动 力, 利 用 打 桩 机 的 原 理, 给 予 板 桩 向 上 的 冲 击 力, 同 时 利 用 卷 扬 机 将 板 桩 拔 出 这 类 机 械 国 内 不 多, 工 程 中 不 常 运 用 液 压 拔 桩 : 采 用 与 液 压 静 力 沉 桩 相 反 的 步 骤, 从 相 邻 板 桩 获 得 的 反 力 液 压 拔 桩 操 作 简 单, 环 境 影 响 较 小, 但 施 工 速 度 稍 慢 此 处 不 再 详 细 介 绍, 主 要 介 绍 静 力 拔 桩 和 振 动 拔 桩 (1) 静 力 拔 桩 1) 用 卷 扬 机 与 滑 轮 组 拔 桩 图 为 这 种 方 法 拔 桩 的 示 意 图, 其 中 立 柱 可 以 用 型 钢 钢 管 甚 至 钢 桁 架 等 能 承 受 轴 向 压 力 并 移 动 方 便 有 时 也 可 用 打 桩 架 立 柱 的 长 度 需 考 虑 到 板 桩 的 长 度 附 件 要 能 经 受 较 大 的 拔 力 2) 滑 轮 组 的 应 用 卷 扬 机 的 单 索 拉 力 与 滑 轮 组 的 总 拔 力 由 下 式 决 定 Q = ntη (14-18) 式 中 :Q 滑 轮 组 的 总 拔 力 (kn); n 钢 索 根 数 ; T 卷 扬 机 的 单 索 拉 力 (kn); η 滑 轮 组 的 效 率, 用 下 式 表 示 : 22

23 或 式 中 n 滑 轮 数 ; n 1 ε 1 η = n n ε ( ε 1) n+ 1 1 ε 1 η = n n + 1 ε ( ε 1) (14-19) (14-20) 图 静 力 拔 桩 ε 滑 轮 的 摩 擦 损 失 系 数 当 滑 动 摩 擦 时 :ε =1.05 ; 当 转 动 摩 擦 时 :ε =1.02 式 (14-18) 适 用 于 图 a), 式 (14-19) 适 用 于 图 b), 当 计 算 出 的 总 拔 力 仍 不 足 时 可 按 图 的 方 法 增 大 总 拔 力 (a) (b) 图 滑 轮 组 的 布 置 图 增 大 静 拔 力 的 方 法 3) 施 工 要 点 1 静 力 拔 桩 对 操 作 人 员 的 技 能 要 求 较 高, 必 须 配 备 有 足 够 经 验 与 操 作 技 术 的 施 工 人 员 ; 2 由 于 总 拔 力 很 大, 对 地 面 的 接 地 压 力 较 高, 要 防 止 桩 架 或 板 桩 设 备 的 沉 降, 宜 在 桩 架 或 拔 桩 设 备 下 设 置 钢 板 或 路 基 箱 以 扩 散 荷 载 ; 3 拔 桩 所 用 卸 扣, 钢 索, 滑 轮, 浪 风 绳 等 要 加 强 检 查, 经 常 更 换 ; 4 静 力 拔 桩 不 同 于 振 动 或 冲 击 拔 桩, 在 拔 桩 初 期 因 桩 周 阻 力 从 静 止 到 破 坏 需 有 一 段 过 程, 不 能 操 之 过 急 宜 将 卷 扬 机 间 歇 启 动, 渐 渐 地 将 桩 拔 出, 切 忌 一 次 性 地 启 动 卷 扬 机, 否 则 会 引 起 钢 索 崩 断, 设 备 损 坏 甚 至 人 身 事 故 (2) 振 动 拔 桩 振 动 拔 桩, 效 率 高, 操 作 简 便, 是 施 工 人 员 优 先 考 虑 的 一 种 方 法 振 动 拔 桩 产 生 的 振 动 为 纵 向 振 动, 这 种 振 动 传 至 土 层 后, 对 砂 性 土 层, 颗 粒 间 的 排 列 被 破 坏, 使 强 度 降 低, 对 粘 23

24 性 土 由 于 振 动 使 土 的 天 然 结 构 破 坏, 密 度 发 生 变 化, 粘 着 力 减 小, 土 的 强 度 降 低, 最 终 大 幅 度 减 少 桩 与 土 间 的 阻 力, 板 桩 被 轻 易 拔 出 1) 与 土 质 有 关 的 振 动 拔 桩 机 参 数 1 振 动 频 率 在 某 一 振 动 频 率 时, 土 对 板 桩 的 阻 力 会 被 破 坏, 从 而 使 板 桩 能 容 易 地 拔 出, 这 一 频 率 对 不 同 的 土 层 是 不 一 样 的, 粗 纱 在 5Hz 时, 产 生 液 化 ; 坚 硬 的 黏 土 在 50Hz 时, 出 现 松 动 现 象 工 程 中 的 土 层 为 各 类 土 质 分 层 构 成, 实 用 的 频 率 为 8.3~25Hz 2 振 幅 要 使 砂 层 产 生 液 化 或 使 黏 土 粉 土 减 少 其 粘 着 力 而 使 用 强 制 振 动 的 最 小 振 幅 值 ( 当 振 动 频 率 为 16.7Hz 时 ), 对 砂 土 需 达 到 3mm 以 上, 对 粉 土, 黏 土 要 达 到 4mm 3 激 振 力 强 制 振 动 的 激 振 力 必 须 超 过 前 述 已 被 振 动 减 弱 以 后 的 上 的 阻 力 2) 选 用 振 动 拔 桩 机 目 前 市 场 上 振 动 拔 桩 机 型 号 较 多, 有 国 产 的 也 有 进 口 的, 功 率 从 几 千 瓦 至 150kW, 甚 至 1000kW, 机 种 选 择 的 合 适 与 否 直 接 影 响 到 工 程 的 成 败 拔 桩 机 的 能 力 应 尽 可 能 地 使 拔 桩 机 在 机 器 限 定 的 范 围 内 作 业 表 为 振 动 打 拔 桩 锤 性 能 表 拔 桩 机 型 的 选 择 可 参 考 相 关 文 献 3. 拔 桩 施 工 钢 板 桩 拔 除 的 难 易, 多 数 场 合 取 决 打 入 时 顺 利 与 否, 如 果 在 硬 土 或 密 实 砂 土 中 打 入 板 桩, 则 板 桩 拔 除 时 也 很 困 难, 尤 当 一 些 板 桩 的 咬 口 在 打 入 时 产 生 变 形 或 者 垂 直 度 很 差, 在 拔 桩 时 会 碰 到 很 大 的 阻 力 此 外, 在 基 础 开 挖 时, 支 撑 不 及 时, 使 板 桩 变 形 很 大, 拔 除 也 很 困 难, 这 些 因 素 必 须 予 以 充 分 重 视 在 软 土 地 层 中, 拔 桩 引 起 地 层 损 失 和 扰 动, 会 使 基 坑 内 已 施 工 的 结 构 或 管 道 发 生 沉 陷, 并 引 起 地 面 沉 陷 而 严 重 影 响 附 近 建 筑 和 设 施 的 安 全, 对 此 必 须 采 取 有 效 措 施, 对 拔 桩 造 成 的 地 层 空 隙 要 及 时 填 实, 往 往 灌 砂 填 充 法 效 果 较 差, 因 此 在 控 制 地 层 位 移 有 较 高 要 求 时 必 须 采 取 在 拔 桩 时 跟 踪 注 浆 等 新 的 填 充 法 振 动 打 拔 桩 锤 性 能 表 表 表 质 量 功 率 偏 心 距 激 振 力 许 用 抗 拔 尺 寸 振 幅 频 率 制 造 型 号 (t) (kw) (N m) (kn) 力 (kn) (m m m) (mm) (r/min) 国 家 DZ 中 国 DZ ~ 中 国 DZ 中 国 DZ ~ ~ 中 国 DM 日 本 DZ 中 国 DZ 中 国 DM 日 本 荷 兰 (1) 拔 桩 要 点 1) 作 业 开 始 时 的 注 意 事 项 : 1 作 业 前 必 须 对 土 质 及 板 桩 打 入 情 况, 基 坑 开 挖 深 度 及 支 护 方 法, 开 挖 过 程 中 遇 到 的 问 题 等 作 详 细 调 查, 依 此 判 断 拔 桩 作 业 的 难 易 程 度, 做 到 事 先 有 充 分 的 准 备 2 基 坑 内 的 土 建 施 工 结 束 后, 回 填 必 须 要 有 具 体 要 求, 尽 量 使 板 桩 两 侧 土 压 平 衡, 有 利 于 拔 桩 作 业 3 由 于 拔 桩 设 备 的 重 量 及 拔 桩 时 对 地 基 的 反 力, 会 使 板 桩 受 到 侧 向 压 力, 为 此 需 使 板 桩 设 备 同 拔 桩 保 持 一 个 距 离 当 荷 载 较 大 时, 甚 至 要 搭 临 时 脚 手, 减 少 对 板 桩 的 侧 压 24

25 4 作 业 时 地 面 荷 载 较 大, 必 要 时 要 在 拔 桩 设 备 下 放 置 路 基 箱 或 垫 木, 确 保 设 备 不 发 生 倾 斜 5 作 业 范 围 内 的 高 压 电 线 或 重 要 管 道 要 注 意 观 察 与 保 护 6 作 业 前, 对 设 备 要 认 真 检 查, 确 认 无 误 后 方 可 作 业, 对 操 作 说 明 书 要 充 分 掌 握 7 有 关 噪 声 与 振 动 等 公 害, 需 征 得 有 关 部 门 认 可 2) 作 业 中 需 注 意 事 项 : 1 作 业 过 程 中 必 须 保 持 机 械 设 备 处 于 良 好 的 工 作 状 态 2 加 强 受 力 钢 索 等 检 查, 避 免 突 然 断 裂 3 为 防 止 邻 近 板 桩 同 时 拔 出, 可 将 邻 近 板 桩 临 时 焊 死 或 在 其 上 加 配 重 4 板 桩 拔 出 时 会 形 成 孔 隙, 必 须 及 时 填 充, 否 则 极 易 造 成 邻 近 建 筑 或 地 表 沉 降 填 充 效 果 更 好 可 采 用 膨 润 土 浆 液 填 充, 也 可 跟 踪 注 水 泥 浆 3) 作 业 结 束 后 的 注 意 事 项 : 1 对 孔 隙 填 充 的 情 况 要 及 时 检 查, 发 现 问 题 随 时 采 取 措 施 弥 补 2 拔 出 的 板 桩 应 及 时 清 除 土 砂, 涂 以 油 脂 变 形 较 大 的 板 桩 需 调 直 时 运 出 工 地, 堆 置 在 平 整 的 场 地 上 (2) 钢 板 桩 拔 不 出 时 的 对 策 1) 将 钢 板 桩 用 振 动 锤 或 柴 油 锤 等 再 复 打 一 次, 可 克 服 上 的 粘 着 力 或 将 板 桩 上 的 铁 锈 等 消 除 2) 要 按 与 打 板 桩 顺 序 相 反 的 次 序 拔 桩 3) 板 桩 承 受 土 压 一 侧 的 土 较 密 实, 可 在 其 附 近 并 列 地 打 入 另 一 块 板 桩, 也 可 使 原 来 的 板 桩 顺 利 拔 出 4) 也 可 在 板 桩 两 侧 开 槽, 放 入 膨 润 土 浆 液, 拔 桩 时 可 减 少 阻 力 (3) 有 利 于 拨 桩 的 其 它 辅 助 手 段 1) 以 便 于 拨 桩 为 目 标 的 特 殊 打 桩 方 法 1 膨 润 土 泥 浆 槽 施 工 法 膨 润 土 浆 随 板 桩 一 起 跟 入 土 层 中, 在 板 桩 表 面 形 成 一 薄 膜, 有 如 润 滑 既 有 利 于 打 桩 又 有 利 拔 桩 使 用 的 膨 润 土 泥 浆 浓 度 为 5% 10%, 这 种 方 法 对 粘 性 土 效 果 更 好, 对 板 桩 周 围 土 层 的 上 升 亦 可 抑 制 除 膨 润 土 浆 外, 还 可 使 用 10% 20% 浓 度 的 粘 上 浆, 或 者 黏 土, 水 和 磷 酸 钠 的 悬 浮 液 都 可 减 少 板 桩 表 面 的 阻 力, 为 使 板 桩 表 面 保 持 全 部 的 悬 浮 液, 可 在 桩 尖 处 设 置 一 台 阶 较 好 2 排 除 板 桩 齿 口 中 的 土 砂 在 砂 上 层 中 打 板 桩, 在 板 桩 的 齿 口 内 会 进 入 一 部 分 砂, 在 打 下 一 块 桩 时, 少 量 砂 被 挤 出 齿 口 外, 大 量 留 在 齿 口 内 且 被 压 实, 造 成 打 桩 阻 力 增 大, 齿 口 变 形, 以 致 拔 桩 的 阻 力 也 增 大 可 用 排 砂 器 具, 可 将 砂 土 排 除 也 可 在 齿 口 的 开 口 部 放 入 发 泡 塑 料 以 防 止 砂 土 进 入, 有 利 于 下 一 块 板 桩 打 入 且 可 减 少 拔 桩 阻 力 3 涂 以 油 脂 或 沥 青 在 钢 板 桩 齿 口 内, 桩 表 面 涂 以 油 脂 或 沥 青 可 减 少 齿 口 内 部 或 桩 表 面 的 摩 阻, 也 可 防 止 表 面 锈 蚀 同 样 达 到 降 低 摩 阻 的 目 的 4 使 用 水 冲 或 用 长 螺 旋 钻 松 动 板 桩 周 围 土 体 2) 为 减 少 已 打 入 钢 板 桩 的 摩 阻 而 采 用 的 特 殊 施 工 方 法 1 钻 孔 法 在 板 桩 的 侧 面 钻 孔, 松 动 土 层 以 减 少 周 围 摩 阻 当 与 振 动 或 冲 击 并 用 效 果 更 佳 有 时 可 用 小 型 钻 机 钻 孔, 放 入 小 型 管 道, 压 入 高 压 水 减 阻 效 果 也 是 好 的 2 电 渗 施 工 法 25

26 当 粘 上 中 含 水 量 增 加 时, 其 抗 剪 强 度 会 降 低 利 用 此 现 象, 以 板 桩 作 为 阴 极, 阳 极 置 于 上 层 中, 通 电 后, 土 中 孔 隙 水 便 会 集 结 在 钢 板 桩 周 围, 使 其 周 围 的 黏 土 含 水 量 大 大 增 加, 在 板 桩 与 土 之 间 产 生 水 膜 并 有 气 泡 发 生, 起 到 减 阻 作 用 图 为 施 工 布 置 电 源 的 功 率 与 土 层 的 导 电 率, 电 渗 系 数 及 工 程 规 模 有 关, 一 般 电 压 为 220V, 电 流 20 30A 即 可 当 电 渗 发 生 时 在 板 桩 顶 部 施 加 振 动 力 或 竖 向 冲 击 力 效 果 更 好 3 不 同 的 机 械 并 用 板 桩 相 互 连 接 处 锈 蚀 后 使 拔 桩 阻 力 增 大 可 用 落 锤 在 起 拔 前 锤 击 板 桩, 使 铁 锈 掉 落, 再 用 高 能 量 拔 桩 机 将 桩 拔 出 钢 板 桩 施 工 对 环 境 的 影 响 及 对 策 1. 噪 声 噪 声 对 人 体 的 危 害, 已 经 越 来 越 得 到 人 们 的 重 视 各 国 政 府 对 噪 声 的 管 理 都 有 相 关 的 控 制 标 准 钢 板 桩 施 工 产 生 的 噪 声 随 着 施 工 设 备 的 不 同 而 有 所 不 同 若 采 用 下 落 锤, 则 产 生 有 规 律 脉 冲 式 的 噪 声 而 柴 油 锤 液 压 锤 空 气 锤 虽 然 锤 击 速 度 较 快, 但 产 生 的 噪 声 也 是 脉 冲 式 的 振 动 锤 虽 然 噪 声 较 低, 但 有 间 歇 性, 仍 表 现 为 脉 冲 式 的 噪 声 而 静 压 桩 产 生 的 有 限 噪 声 则 是 稳 定 的 或 几 乎 没 有 噪 声 一 般 高 脉 冲 式 的 噪 声 比 稳 定 的 噪 声 更 让 人 们 难 受 噪 声 有 专 门 的 等 级 测 定 方 法, 噪 声 等 级 跟 声 源 强 度 距 离 风 速 温 度 建 筑 物 反 射 等 因 素 有 关, 一 般 声 音 随 着 距 离 的 增 加 而 衰 减 距 离 沉 桩 机 械 约 7m 处, 冲 击 沉 桩 设 备 产 生 声 音 约 90~115dB, 蒸 汽 / 空 气 锤 约 85~110 db, 振 动 锤 约 70~90fB, 压 入 锤 约 60~75dB 而 烦 恼 的 街 道 为 85dB, 人 正 常 说 话 一 般 为 55~63dB 因 此, 为 了 降 低 噪 声, 特 别 是 在 对 噪 声 控 制 较 为 严 格 的 地 区, 在 选 择 沉 桩 或 拔 桩 设 备 时 应 该 考 虑 到 噪 声 及 环 境 保 护 的 要 求, 虽 然 可 以 采 用 隔 音 屏 防 音 罩 等 措 施, 但 最 好 降 低 声 源 强 度, 选 择 产 生 噪 声 较 低 的 施 工 设 备, 或 者 采 用 如 水 冲 等 辅 助 沉 桩 或 拔 桩 措 施 来 松 动 土 体 降 低 钢 板 桩 施 工 难 度 以 降 低 噪 声 2. 振 动 钢 板 桩 引 起 的 振 动 可 能 引 起 地 基 的 变 形 ( 沉 降 陷 落 裂 缝 等 ), 从 而 影 响 周 边 建 筑 物 管 道 等 设 施 的 正 常 运 用, 引 起 精 密 仪 器 工 作 性 能 上 的 损 害 国 内 尚 无 振 动 控 制 标 准 表 给 出 了 建 筑 物 的 允 许 振 动 参 数 : 振 动 拔 桩 机 的 作 业 范 围 表 表 类 别 极 限 值 (mm/s) 类 别 极 限 值 (mm/s) 1. 住 宅 房 屋 和 类 似 结 构 类 以 外 和 受 保 护 的 建 筑 4 2. 重 型 构 件 和 高 刚 度 骨 架 的 建 筑 物 30 打 桩 引 起 的 振 动 亦 体 波 和 面 波 的 形 式 向 外 传 波, 随 着 距 离 的 增 加 而 衰 减 为 了 钢 板 桩 沉 桩 引 起 的 振 动, 可 采 取 如 下 措 施 : (1) 采 用 桩 垫 或 缓 冲 器 沉 桩, 选 用 低 振 动 和 高 施 工 频 率 的 桩 锤 ; 采 用 辅 助 施 工 措 施, 如 水 冲, 钻 孔 等, 合 理 安 排 施 工 顺 序 等 (2) 设 置 减 振 壁 在 需 要 保 护 设 施 附 近 设 置 减 振 壁 以 吸 收 传 播 过 来 的 振 动, 一 般 减 振 壁 为 60~80cm 宽, 深 度 4~5m, 当 软 土 层 较 厚 时 宜 深 一 些 壁 的 距 离 离 打 桩 区 5~10m 其 形 式 有 空 沟 ( 为 保 持 壁 体 稳 定, 可 充 填 泥 浆 等 松 散 料 ) 沥 青 壁 发 泡 塑 料 壁 型 混 凝 土 壁 型, 亦 可 用 一 定 间 距 的 钻 孔 替 代 (3) 对 原 有 建 筑 进 行 加 固, 或 拆 除 危 险 部 件, 精 密 设 备 工 作 避 开 桩 基 施 工 等 措 施 3. 拔 桩 对 环 境 的 影 响 除 了 上 述 噪 声 振 动 外, 若 钢 板 桩 靠 近 建 筑 物 地 下 管 线 时, 钢 板 桩 的 回 收 拔 出 容 易 造 成 附 近 建 筑 物 的 下 沉 和 裂 缝 管 道 损 坏 等 这 主 要 是 由 于 拔 桩 易 形 成 空 隙 导 致 板 桩 附 近 土 26

27 体 强 度 降 低 因 此, 在 进 行 钢 板 桩 拔 除 施 工 时, 应 充 分 评 估 拔 桩 可 能 引 起 的 地 层 位 移, 制 定 相 应 的 对 策, 如 在 钢 板 表 面 涂 抹 沥 青 等 润 滑 剂 降 低 桩 土 之 间 的 摩 擦 作 用 ; 优 化 拔 桩 顺 序 ; 在 桩 侧 一 定 范 围 内 注 浆, 增 加 土 体 的 强 度, 增 加 土 颗 粒 的 移 动 阻 力, 减 少 拔 桩 对 土 体 的 破 坏 作 用 ; 即 时 注 浆 等, 具 体 参 见 拔 桩 施 工 要 点 4. 其 它 钢 板 桩 沉 桩 过 程 中 可 能 产 生 其 它 环 境 污 染, 如 : 柴 油 锤 在 锤 击 时 常 有 油 烟 产 生 燃 烧 不 充 分 时, 可 产 生 大 量 黑 色 烟 雾 冒 出 可 以 设 置 隔 离 罩 或 是 圈 栏 施 工 区 域, 当 然 施 工 人 员 的 认 真 操 作 也 是 重 要 的 积 极 因 素 此 外, 在 水 上 施 工 时, 可 能 造 成 对 水 海 洋 的 污 染, 用 施 工 船 水 上 打 桩 时 也 可 能 影 响 航 道 通 航 等 等 总 之, 钢 板 桩 的 施 工 应 该 重 视 其 对 周 边 环 境 的 影 响, 优 先 选 用 低 噪 音 低 振 动 的 施 工 设 备 和 施 工 mm 工 艺, 充 分 预 估 对 环 境 的 影 响, 制 定 相 应 的 计 划 和 对 策 14.4 钢 板 桩 支 护 工 程 实 例 中 船 长 兴 造 船 基 地 一 期 工 程 1 2# 坞 坞 口 基 坑 1. 工 程 概 况 中 船 长 兴 造 船 基 地 一 期 工 程 1# 2# 坞 两 个 坞 口 基 坑 的 平 面 尺 度 分 别 为 98m 30m 和 128m 30m, 原 始 泥 面 标 高 在 -4~-6m 之 间,0~-13m 等 深 线 间 平 均 坡 度 平 均 在 1:2.5~1:4 左 右, 最 陡 处 只 有 1:2 基 坑 外 侧 水 下 地 形 较 为 复 杂, 特 别 是 1 号 坞 坞 口 外 侧 泥 面 既 深 且 陡, 对 基 坑 的 施 工 极 为 不 利 基 坑 开 挖 面 标 高 为 m, 围 护 墙 外 侧 正 常 情 况 下 设 计 高 水 位 为 4.13m, 以 此 计 算 基 坑 开 挖 深 度 约 为 15m 2. 水 文 地 质 条 件 (1) 潮 流 最 大 涨 潮 流 速 达 2.3~2.5m/s, 落 潮 流 速 达 2.0m/s (2) 设 计 水 位 设 计 高 水 位 :4.13m( 潮 峰 10%) 设 计 低 水 位 : 0.56m( 潮 谷 90%) 极 端 高 水 位 :5.79m( 五 十 年 一 遇 ) 极 端 低 水 位 :-0.33m( 五 十 年 一 遇 ) (3) 波 浪 基 坑 长 度 方 向 所 受 正 面 波 浪,SSW 向,50 年 一 遇 H1%=1.96m,T=4.1s,L=26.2m; 考 虑 短 边 方 向 所 受 正 面 波 浪,SE 向,50 年 一 遇 H1%=3.83m,T=5.8s,L=52.5m (4) 地 质 条 件 表 为 相 关 地 层 物 理 力 学 参 数 表 : 3. 基 坑 围 护 方 案 本 基 坑 围 护 墙 外 侧 是 水 位 一 直 变 动 的 水 体, 且 受 到 波 浪 水 流 ( 涨 落 潮 ) 的 影 响, 水 上 基 坑 坑 周 边 的 荷 载 是 不 均 衡 的 ; 坞 口 处 整 个 基 坑 在 横 断 面 上 是 处 于 水 下 的 一 个 坡 面 之 上, 原 有 的 水 下 泥 面 坡 度 一 般 在 1:1~1:4 左 右, 要 在 这 样 的 一 个 坡 面 上 进 行 直 立 式 的 基 坑 开 挖, 存 在 一 个 岸 坡 及 基 坑 稳 定 的 问 题 设 计 施 工 最 大 的 难 点 就 在 于 如 何 采 取 足 够 的 工 程 措 施 来 维 持 基 坑 周 边 水 土 荷 载 的 平 衡, 并 通 过 加 强 整 个 围 护 体 系 的 完 整 性 和 整 体 刚 度, 使 其 变 形 或 位 移 控 制 在 我 们 可 以 接 受 的 范 围 内, 确 保 整 个 基 坑 尽 可 能 达 到 一 个 安 全 稳 定 状 态 本 基 坑 围 护 墙 采 用 PU32 钢 板 桩, 桩 长 31m, 其 顶 标 高 3.65m 底 标 高 m, 由 打 桩 船 施 打 为 了 增 强 止 水 效 果 和 抗 风 浪 的 稳 定 性, 在 外 侧 和 东 西 两 侧 的 围 护 墙 外 围 距 离 3m 附 加 了 一 排 16m 长 的 PU16 钢 板 桩, 该 排 桩 通 过 顶 部 的 圈 梁 兼 挡 浪 墙 连 成 一 体, 两 排 板 桩 之 间 回 填 砂 27

28 土 层 编 号 土 层 名 称 灰 色 淤 泥 质 粉 质 粘 土 夹 粉 性 土 灰 色 粘 质 粉 土 夹 淤 泥 质 粘 性 土 土 层 层 面 标 高 (m) 地 层 物 理 力 学 参 数 表 表 容 重 kn/m 3 天 然 孔 隙 比 天 然 含 水 量 (%) 固 快 直 剪 内 聚 力 内 摩 擦 角 C(kPa) Φ( ) 渗 透 系 数 K (cm/sec) -14.3~ ~ 灰 色 砂 质 粉 土 0.20~ 灰 色 淤 泥 质 粘 土 灰 色 粘 土 灰 色 粉 质 粘 土 灰 色 粉 质 粘 土 夹 粉 性 土 内 设 5 道 支 撑 围 檩 体 系 支 撑 布 置 采 用 南 北 向 对 撑 加 角 撑 的 方 案, 主 支 撑 间 距 一 般 为 7.5m, 并 且 每 隔 30m 左 右 设 置 一 个 平 面 桁 架, 其 中 : 第 一 道 圈 梁 ( 兼 作 防 浪 墙 顶 标 高 7.00m) 采 用 钢 筋 砼 结 构 以 保 证 顶 部 的 刚 度, 支 撑 断 面 尺 度 mm; 第 二 道 ~ 第 五 道 内 支 撑 体 系 均 采 用 钢 围 檩 钢 支 撑 每 根 对 撑 ( 总 长 度 31m) 下 设 三 根 立 柱, 间 距 约 7.5m 左 右 立 柱 桩 均 利 用 主 体 结 构 Φ800PHC 桩, 将 Φ700 钢 管 焊 接 在 预 制 桩 顶 和 预 制 桩 一 起 由 打 桩 船 打 至 设 计 标 高 基 坑 平 剖 面 图 参 见 工 程 实 施 效 果 经 实 测, 围 护 钢 板 桩 最 大 变 形 约 180mm, 最 大 变 形 点 在 标 高 -11.0m 左 右 目 前, 中 船 长 兴 造 船 基 地 1# 2# 船 坞 已 经 顺 利 建 成 投 产 在 工 程 建 设 过 程 中, 利 用 有 限 元 软 件 动 态 模 拟, 充 分 研 究 对 比 设 计 方 案, 信 息 化 指 导 反 馈 施 工 过 程, 在 施 工 中 采 用 较 多 加 强 基 坑 稳 定 性 的 工 程 措 施 在 整 个 使 用 期 内, 水 上 基 坑 经 受 住 了 高 潮 位 大 风 浪 等 诸 多 不 利 自 然 因 素 的 考 验, 取 得 了 工 程 实 践 的 成 功 图 水 上 基 坑 平 面 图 28

29 长 江 引 水 三 期 取 水 泵 房 基 坑 围 护 1. 工 程 概 况 图 水 上 基 坑 剖 面 图 该 取 水 泵 房 为 直 径 46 米 的 圆 形 结 构, 所 处 水 深 约 5 米, 是 目 前 长 江 口 规 模 最 大 的 江 中 取 水 泵 站, 泵 房 为 钢 筋 混 凝 土 结 构, 为 达 到 泵 房 干 施 工 条 件, 需 建 造 一 50.4 米 直 径 的 圆 形 围 护 结 构 场 地 现 状 标 高 约 -1.0m( 吴 淞 零 点, 下 同 ) 2. 水 文 地 质 条 件 (1) 水 流 最 大 水 流 流 速 1.58m/s (2) 设 计 水 位 设 计 平 均 高 潮 位 +3.25m (3) 设 计 波 浪 设 计 波 浪 参 数 为 H=1.861m, T=4s, L=21m, (4) 地 质 条 件 表 为 相 关 地 层 物 理 力 学 参 数 表 : 3. 基 坑 围 护 方 案 该 工 程 中 钢 板 桩 围 护 结 构 内 径 达 50.4m, 挡 水 高 度 约 15m, 水 上 无 支 撑 顺 作 法 施 工 在 上 海 尚 无 先 例 经 过 方 案 分 析 对 比, 采 用 圆 形 单 排 钢 板 桩 基 坑 围 护 方 案 采 用 AU25 单 排 钢 板 桩 作 为 支 护 结 构, 以 一 道 钢 筋 混 凝 土 顶 圈 梁 和 四 道 环 向 钢 圈 梁 作 为 内 支 撑 体 系, 经 围 堰 内 抽 水 后, 进 行 顺 作 法 干 施 工 基 坑 平 剖 面 图 参 见 施 工 围 堰 内 径 50.4m; 基 坑 开 挖 底 标 高 m, 开 挖 深 度 9.15m 围 堰 采 用 AU25 型 钢 板 桩 ( 约 214 根 ) 钢 板 桩 桩 顶 标 高 +4.00m, 底 标 高 m, 长 度 25 米 施 打 前, 在 钢 板 桩 锁 口 内 灌 注 柔 性 止 水 材 料, 以 有 效 阻 隔 长 江 水, 保 证 取 水 泵 房 的 干 施 工 顺 作 条 件 钢 板 桩 顶 部 设 置 1 道 钢 筋 混 凝 土 顶 圈 梁 兼 作 施 工 期 的 防 浪 墙, 环 向 再 设 置 4 道 水 平 桁 架 式 钢 拱 圈 梁, 沿 圆 形 钢 板 桩 底 和 围 堰 内 侧 的 坑 底 以 下 部 分, 采 用 旋 喷 桩 进 行 局 部 地 基 加 固 围 堰 内 抽 水 挖 泥 前, 在 其 外 侧 15~20 米 范 围 内 米 标 高 以 上 部 分 抛 填 护 坦, 自 上 向 下 采 用 50~200kg 块 石 厚 1600 袋 装 碎 石 层 厚 g 土 工 布 一 层 施 工 顺 序 大 致 是 : 水 下 挖 泥 至 -8.00m 最 下 道 钢 拱 圈 梁 安 装 所 需 标 高 ; 施 打 钢 板 桩 定 位 29

30 桩 立 柱 桩 工 程 桩 ; 搭 设 施 工 平 台 ; 在 钢 板 桩 顶 端 浇 注 钢 筋 混 凝 土 圈 梁 ; 平 台 上 拼 装 钢 拱 圈 梁, 整 体 吊 装 就 位 ; 施 打 围 堰 钢 板 桩 ; 地 基 加 固 施 工 ; 围 堰 外 15~20 米 范 围 内 铺 设 防 冲 护 底 ; 围 堰 内 抽 水 开 挖 -8.00m 以 下 土 方 至 设 计 标 高 ; 浇 筑 泵 房 底 板 和 主 体 结 构 混 凝 土 ; 护 底 施 工 至 设 计 标 高 ; 施 工 完 毕 拆 除 支 护 钢 板 桩 地 层 物 理 力 学 参 数 表 表 土 层 号 土 层 名 称 含 水 量 W (%) 容 重 r KN/M 3 孔 隙 比 e 压 缩 模 量 Es Mpa 内 摩 擦 角 φ 内 聚 力 C MPa 1 淤 泥 淤 泥 质 粉 质 粘 土 粘 质 粉 土 夹 粉 质 粘 土 粉 质 粘 土 粉 质 粘 土 粉 质 粘 土 粉 质 粘 土 粉 细 砂 夹 粉 质 粘 土 粉 细 砂 图 基 坑 平 面 图 4. 工 程 实 施 效 果 本 工 程 有 效 地 控 制 了 圆 型 钢 板 桩 围 堰 的 施 工 误 差 内 力 分 布 和 变 形 ( 最 大 变 形 21mm), 在 长 江 口 复 杂 的 风 浪 流 条 件 下 成 功 实 施 了 无 内 支 撑 的 水 上 基 坑 围 护, 满 足 了 复 杂 体 系 的 泵 站 主 体 结 构 施 工 空 间 环 境 进 度 和 安 全 要 求 30

31 50400 原 始 泥 面 钢 围 令 厚 混 凝 土 封 底 护 坦 钢 板 桩 AU D800 钢 管 桩 工 程 桩 图 基 坑 剖 面 图 14.5 钢 板 桩 支 护 结 构 的 新 进 展 最 近, 日 本 推 出 了 NS BOX 型 钢 板 桩, 根 据 其 锁 口 可 分 为 GH-R 型 和 GH-H 型, 见 图 14-23, 可 以 作 为 钢 制 地 下 墙, 也 可 以 取 代 地 下 墙 中 的 钢 筋 笼, 可 减 少 30~40% 的 墙 厚, 见 图 14-24, 图 (a)gh-r 型 图 (b) GH-H 型 NS BOX 型 钢 板 桩 种 类 图 钢 制 地 下 连 续 墙 图 取 代 地 下 墙 中 的 钢 筋 笼 其 中 NS BOX 地 下 墙 的 施 工 顺 序 :a) 先 导 槽 段 的 开 挖 ;b) 安 放 NS-BOX 板 桩 ;c) 浇 筑 底 部 混 凝 土 ;d) 充 填 混 凝 土 ;e) Excavation forsucceeding elements;f) 清 理 NS-BOX 锁 口 ; 31

32 g) 插 NS-BOX 板 桩 ;h) 浇 筑 混 凝 土 该 结 构 型 式 施 工 快 捷, 用 料 节 省, 具 有 较 广 阔 的 应 用 前 景 a) b) c) d) e) f) g ) h) 图 NS BOX 地 下 墙 的 施 工 顺 序 参 考 文 献 [1] 刘 建 航, 侯 学 渊, 基 坑 工 程 手 册 [ M], 中 国 建 筑 工 业 出 版 社,1997 [2] 史 佩 栋, 桩 基 工 程 手 册 [M], 人 民 交 通 出 版 社,2008 [3] 龚 晓 南, 深 基 坑 工 程 设 计 施 工 手 册 [M], 中 国 建 筑 工 业 出 版 社,2001 [4] EN1993-5:2003:Design of Steel structures:piling [S] [5] EN12063:1999,Execution of special geotechnical work[s] [6] EM :DESIGN OF SHEET PILE WALLS[S], U.S. Army Corps of Engineers,1994 [7] Steel Sheet Piling Design Manual[M],United States Steel,1984 [8] Installation of steel sheet piles[m],technical European Sheet Piling Association,2001 [9] Sheet Piling Handbook Design[M],ThyssenKrupp Gft Bautechnik,2008 [10] Recommendations of the Committee for Waterfront Structures Harbours and Waterways EAU 2004[M], Committee for Waterfront Structures of the Society for Harbours Engineering and the German Society for Soil Mechnics and Foundation Engineerin, 2006 [11] Arjen Kort, Steel Sheet Pile Wall in Soft Soil[M], DUP Science,

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