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板桩式悬臂围护结构

337 2021-08-31 15:38:04

钢板桩围护结构的设计

在基坑支护设计中。钢板桩由干其施工快.可重复使用,造价相对较低等常受到采用.悬臂式钢板桩一般只在单层地下室及悬臂长度不太长的情况下采用。

钢板桩的设计内容包括;

(1)选择钢板桩截面型式及型号。

(2)对钢板桩进行插人深度及截面强度,变形等验算。

(3)相应考虑降水方案及其对周围环境的影响(包括回收拔桩振动所造成的影响)。钢板桩的种类有以下几种; 1.国产钢板桩

国产钢板桩只有鞍Ⅳ型和包Ⅳ型的拉森式(U 型)钢板桩,其规格如表 4.3-1 所示。其他还有一些国产宽翼缘热轧槽钢,应用于不太深的基坑支护。

2.国外产钢板桩

日本及美国是生产钢板桩较多的国家。日本生产拉森式 Z型、直腹板式 、H 型、组合式等钢板桩,如表4.3-2 所示。

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另外美国还生产-些非标准型式的钢板桩,如 NL 型轻量的薄片式钢板桩(图 4.3-1)。其规格性能如表 4.3-4 所示。

悬督式钢板桩设计最主要的内容∶在选用断面型式之后就是计算理人坑,底深度及强度,变形计算。在计算埋人坑底深度时,一般应按 4.2.3 节所述的计算方法进行计算。对于钢板桩在某些特定土层,下面提供一些经验数据供设计时参考。

表 4.3-5 列出 φ=30°,φ=35°的均匀无粘性土,或粘聚力c 值分别为 25kPa,50kPa和 75kPa 的粘性土中悬臂式钢板桩埋人坑底深度的经验数据,仅供设计时参考用。其中 t为入土深度,h为支护高度。

表 4.3-6 则列出悬臂式钢板桩埋人砂土中的所需埋人深度的经验参考数据。

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钢板桩围护结构的施工 

1.施工前准备工作

在钢板桩施工前,首先必须作好打设前的准备工作。

钢板桩的设置位置应便于基础施工,即在基础结构边缘之外并留有支、拆模板的余地。特殊情况下如利用钢板桩作为箱基底板或桩基承台的侧模,则必须衬以纤维板(或油毛毡)等隔离材料,以利钢板桩的拔除。

钢板桩的平面布置,应尽量平直整齐,避免不规则的转角以便充分利用标准钢板桩和便于设置支撑。

(1)钢板桩的检验及矫正

用于基坑临时支护的钢板桩,应进行外观检验,包括长度、宽度、厚度、高度等是否符合设计要求,有无表面缺陷,端头矩形比,垂直度和锁口形状等。对桩上影响打设的焊接件应割除.如有割孔,、断面缺损等应补强。若有严重锈蚀。应量测断面实际厚度。以便计算时予以折减。

除上述外观检验外,还要对各种缺陷进行矫正,如表面缺陷矫正,端部矩形比矫正。桩体挠曲矫正,桩体扭曲矫正,桩体截面局部变形矫正及锁口变形矫正等。经矫正后的桩体外观质量必须符合表 4.3-7 要求∶

(2)施工围檩安装

为保证沉桩轴线位置的正确和桩的竖直,控制桩的打入精度,防止板桩的屈曲变形和提高桩的贯入能力,需设置一定刚度的坚固的导架(图 4.3-2)。

导架通常由导梁和围檩桩等组成,在平面上有单面和双面之分。在高度上有单层和双层之分。一般常用的是单层双面导架,围檩桩的间距一般为 2,5~3.5m.双面围檀之间的间距一般比板桩墙厚度大 8~15mm。

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导架的位置不能与钢板桩相碰,围檀桩不能随着钢板桩的打设而下沉或变形。导架的高度要适宜,要有利于控制钢板桩的施工高度和提高工效,需用经纬仪和水准仪控制导架的位置和标高。

(3)沉桩机械的选择

打设钢板桩分为冲击打入法及振动打人法。冲击打人法采用落锤、汽锤、柴油锤。为使桩锤的冲击力能均匀分布在板桩断面,上。保护桩顶免受损坏。在桩锤和钢板桩间应设桩帽。

振动打入法采用振动锤,它既可用来打设钢板桩,又可用于拔桩。目前多采用振动打入法。

(4)钢板桩的焊接

由于钢板桩的长度是定长的,因此在施工中常须焊接。为了保证钢板桩自身的强度,控桩位置不可在同-平面上,必须采用相隔一根上下颠倒的接桩方法,如图 4.3-3 所示。

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2.钢板桩的打设

(1)钢板桩打设方式的选择

由于目前多采用 U 型及 Z 型钢板桩,根据板桩与板桩之间的锁扣方式。可分为大锁扣扣打施工法及小锁扣扣打施工法。

1)大锁扣扣打施工法∶这种方法从板桩墙的一角开始,逐块打设。每块之间的锁扣并没有扣死,如图 4.3-4a 所示。

2)小锁扣扣打施工法;此种方法也从板桩墙的一角开始,逐块打设,且每块之间的锁扣均要求锁好,如图 4.3-4b 所示。

此两种方法的优缺点及适用条件见表 4.3-8。

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钢板桩打设方法还可分为"单独打入法"和"屏风式打入法"两种。 

1)单独打入法

这种方法从板桩墙的一角开始,逐块(或两块)打设,直至工程结束。 

2)屏风式打入法

这种方法是将 10~20 根钢板桩成排插人导架内,呈屏风状。然后再分批施打,如图 4.3- 2图所示。

该打入法又可按屏风组的排数,分为单屏风、双屏风和全屏风。单屏风应用最为普遍。双层屏风多用于轴线转角处施工,全屏风只用于要求较高的轴线闭合的施工。

两种打入法的优缺点及适用条件如表 4,3-9 所示。

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(2)钢板桩的打设过程

选用吊车将钢板桩吊至插桩点处进行插桩。插桩时锁口要对准,每插入—块即套 上桩帽,并轻轻加以锤击。在打桩过程中。为保证钢板桩的垂直度。用两台经纬仪在两个方向加以控制。为防 止锁口中心线平面位移,同时在围檩上预先计算出每—块板桩的位置,以便随时检查校正。

钢板桩应分几次打入,如第一次由 20m 高打至 15m,第二次则打至 10m,第三次打至导梁高度,待导架拆除后第四次才打至设计标高。打桩时,开始打设的第一、二块钢板桩的打入位置和方向要确保精度,它可以起样板导向作用,一般每打入 1m 就应测量一次。

(3)钢板桩的转角和封闭

钢板桩墙的设计水平总长度,有时并不是钢板桩标准宽度的整数倍,或者板桩墙的轴线较复杂 、钢板桩的制作和打设有误差等,均会给钢板桩墙的最终封闭合拢施工带来困难,这时候可采用以下方法;

1)异形板桩法; 2)连接件法; 3)骑缝搭接法; 4)轴线调整法。

上述几种方法就不详细介绍了。 

3.钢板桩的拔除

在进行基坑回填土时,要拔除钢板桩,以便修整后重复使用,拔除前要研究钢板桩拔除顺序、拔除时间及坑孔处理方法。

拔桩多采用振动拔桩,由于振动,拔桩时可能会发生带土过多,从而引起土体位移及地面沉降,给施工中的地下结构带来危害,并影响邻近建筑物、道路及地下管线的正常使 用.这一点在拔桩时应充分重视,注意防止。如采用跳拔方法,即隔一根拔一根。

对于封闭式钢板桩墙,拔桩的开始点宜离开角桩 5 根以 上。拔桩的顺序-般与打设顺序相反。

拔除钢板桩宜采用振动锤或振动锤与起重机共同拔除,后者只用于振动锤拔不出的钢板桩,需在钢板桩上设吊架,起重机在振动锤振拔同时向上引拔。

振动锤产生强迫振动,破坏板桩与周围土体间的粘结力,依靠附加的起吊 克服拔桩阳力将桩拔出。拔桩时,可先用振动锤将锁口振活以减少与土的粘结,然后边振边拔,为及时回填桩孔,当将桩拔至比基础底板略高时。暂停引拔。用振动锤振动几分钟让土孔填实,对阳力大的钢板桩,还可采用间歇振动的方法。对拔桩产生的桩孔,需及时回填以减少对邻近建筑物等的影响,方法有振动挤实法和填入法,有时还需在振拔时回灌水,边振边拔并回填砂子。

4.钢板桩施工中监测及施工后监测

(1)施工中监测

在钢板桩施工中,打设的允许误差一般分别为∶桩顶标高偏差 ±100mm;钢板桩轴线偏差± 100mm,钢板桩垂直度偏差 1%。在打设过程中,如发现有超过上述允许值应及时纠正。

(2)施工后监测

在钢板桩打设结束后。基坑就开始开挖。此时,必须对钢板桩围护系统进行监测。其内容一般包括∶

1)墙后土、坑底和钢板桩墙的沉降和位移; 

2)相邻建筑物的位移沉降; 

3)地下水位和降水系统水量;

4)来自附近打桩、爆破或交通等的振动所造成的影响。

钢板桩打设结束后,在基坑开挖过程中。钢板桩墙有可能出现下列情况;

1)钢板桩墙脚部向外移动。这是由于钢板桩插入深度不够或基坑深度超挖或坑底十的勘察有误造成的。

2)钢板桩弯曲变形严重。这往往是桩断面选用偏小。十压力计算偏低。基坑超挖或地面意外超载等原因造成的。

3)整个滑动破坏。一般因桩的插入深度不够而引起,在监测过程中如遇有上述险情,则应临时加设内支撑(如水平撑、斜撑等)。假如场地允许还可采用坑外拉锚等方法加以解决

在基坑开挖过程中。如出现坑壁涌水 、涌砂或流泥现象,这可能是由干施工中锁扣未锁好,或由于板桩变形等原因造成。当发现板桩因水压作用而发生裂缝时,应设法堵缝。如果水量较小,可往裂缝处阻塞。如水量略大,则需在裂缝附近的板桩上大约同一水平位置处开一小孔洞以减小水压力,然后再往裂缝处焊上钢板,最后再堵住小孔,洞。

钢筋混凝土板桩

悬臂式钢筋混凝土板桩的断面形状和尺寸目前主要有以下几种(参见图 4.1-4)∶

(1)矩形;一般厚度 h=45~70cm,宽度 b=50~80cm,取决于打桩设备的能力。

(2)T型∶由翼板和肋两部分组成,翼板的厚度h= 10~15cm,宽度b=100~160cn,翼板的作用是挡土和挡水。肋的作用主要是承受竖向弯矩,它的厚度常采用 d=20~30cm,肋的高度 c 由最大弯矩决定。施工中常用的 T形板每块的吊装重量 8~12t,粘土中用直接锤击法打人,而在砂性土质中,常用振动配合射水法沉入。

(3)实心或空心的管柱断面也是常用的桩型之一,管柱之间的接口用预制锁槽连接。在沉人过程中,同样可采用直接锤击或振动配合射水沉入。

桩尖沿厚度方向的尖楔形是为了打入时减小阻力。同时。在桩尖的 1m 范围内。将钢箍适当加密,间距 10cm左右。当需要打入硬土或风化层时。桩尖也常采用钢桩靴加固保护。

为了保护桩顶在打入时不致开裂,桩顶需另外加固多配箍筋,间距一般也为 10cm,4~6层,必要时还应配置套上钢桩帽。为了不妨碍相邻钢筋混凝土桩的打入,钢桩帽一般要做得比桩的实际断面略小一点。

非预应力板桩混凝土的强度等级一般采用 C25 以上,预应力板桩混凝土的强度等级--般用 C35 以上,多用双向对称配筋,纵向受力钢筋的直径选用 12mm 以上。

钢筋混凝土预制桩作为悬臂桩支承时虽然不设附加的锚撑体系,但为了保证桩与桩之间能够相互协调共同受力,某些工程往往在桩顶设置一道压顶圈梁联系。这样,可以把开挖的深度提高到7m 左右(包括最靠近地面的放坡高度在内),从而提高经济效益。但从结构设计的规点而言。圈梁实际上也是一种弹性支撑体系。

钢筋混凝土板桩过去多用于施工后不再拔除的地段,近年来.高层地下室施工,中结合"内贴法"防水层技术,把这 一类板桩作为外墙模板来使用。收到了—定的效果。但总的说来,钢筋混凝土板桩的使用到目前为止还不很普遍。从广义来说,地下连续墙的结构型式也可以看作为一种特殊的钢筋混凝土板桩体系,它配合"逆作法"技术,并作为永久性工程结构的-一部分,可以大量节省材料和资金,缩短施工周期,提高支护安全和稳定性,具有不可替代的作用。

钢筋混凝土板桩预制工艺过程要严格遵守规范,保证质量。主筋位置要求准确,保护层均匀且不宜太厚,否则在锤击过程中骨架会产生偏心冲击力,使桩身混凝土开裂甚至出现折断。主筋的顶部一般要求整齐,以保证不会发生个别筋应力集中而首先产生局部的破坏。混凝土粗骨料应采用5~40mm. 碎石,浇注过程要保证密实性和均勾性。在混凝土达到设计强度后,才能进行搬运和起吊,否则应作施工运输过程验算。钢筋混凝土桩的抗弯能力很低,起吊时因吊点不同产生的由最大弯矩所决定的拉应力,往往是控制纵向钢筋的因素。这一点在运输、堆放过程中也应随时注意。

钢筋混凝土板桩的常用尺寸见图 4.3-5。

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某钢筋混凝土板桩工程实例见图 4.3-6。 

木板桩

木板桩一般由标桩 、导梁和木板等几部分组成,采用榫接(人字榫、高低榫、凹凸榫).厚度在 8cm 以下的可只用高低榫,厚度在 8cm 以上的常用凹凸榫(图 4.3-7、图 4.3-8)。

板桩插人基坑的长度、截面尺寸及导梁等由计算决定。木板的厚度一般取 5~25cm,当需要较厚的尺寸时,也可以采用2层或3 层。用螺栓加压连接。在基坑转角处。应设置专门的转角桩,并用螺栓将导梁固定。对于较长的木板,为了保证打入土中时处在垂直的正确位置上,上下需设置二道导梁。较短的木板桩也可只设置一道。

注意到钢木组合型板桩中,木板的放置为水平方向,而在木板桩打设中,木板的放置为垂直方向,并在打入的部位削成尖端,有时还套以箍或靴。因此,两者在作用上应该有所区别。对前者而言.木板仅仅起挡土和传力的作用。而对后者而言,打人基坑底下的木板除了发挥悬臂梁的抗弯作用外,兼有稳定七体,防止滑移的作用(图 4.3-9)。

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