沿海滩涂区河道内地下泵室深基坑复合支护方法与流程

1.本发明涉及基坑支护技术领域，尤其涉及沿海滩涂区河道内地下泵室深基坑复合支护方法。


背景技术：

2.近年来，土地资源日趋缺乏，沿海滩涂将是工程建设位置的重要选择之一。与其它地区相比，沿海工程的最大特点就是地质不良和地下水位较高。因此如何保证地下工程结构顺利施工是沿海工程首要解决的问题，尤其是那些在滩涂上的深基坑更是重中之重。
3.连云港沿海地域广阔，为滩涂、盐田，淤泥型地质，在工程建设过程中软土深基坑支护一直是该地区的难题。该地区海相软土，具有高含水率、高液限、低密度、低强度、高压缩性及高灵敏度等特点，该种地质条件下的基坑必须采取支护措施以保证基坑的稳定安全。


技术实现要素：

4.为解决上述问题，本发明公开了一种沿海滩涂区河道内地下泵室深基坑复合支护方法，采用了钢管桩、钢板桩与钢筋混凝土围檩结合的方式，能够满足滩涂淤泥土地质情况下的施工要求，保证基坑稳定。
5.具体方案如下：
6.沿海滩涂区河道内地下泵室深基坑复合支护方法，其特征在于，包括以下步骤：首先确认地层情况、场地地面高程、泵室基坑开挖深度、楼梯间基坑开挖深度和围护结构，然后设计支护体系，最后进行支护施工并同时参数控制。
7.作为本发明的进一步改进，所述围护结构采用钢管桩结合拉森钢板桩、混凝土冠梁及一道钢管支撑的形式。
8.作为本发明的进一步改进，所述设计支护体系包括确定复合支护原理以及根据工况不同来计算基坑稳定性；具体为采用钢管桩和钢支撑快速施工，形成受力骨架；钢管桩中间打设钢板桩，用来止水以及挡土，将土压力传递至钢管桩；桩顶采用钢筋混凝土冠梁，增加支护体系的纵向刚度。
9.作为本发明的进一步改进，所述确定复合支护原理具体为：在施工过程中先建立受力模型，进行有限元分析，预估基坑变形量，进行小基坑支护开挖试验验证，再经过基坑监测和评估，以监测数据指导施工，同时验证综合支护方法在该种地质条件下得适用性，总结施工经验，验证受力模型，修正有限元参数。
10.作为本发明的进一步改进，所述根据工况不同来计算基坑稳定性具体包括：确认工况、监测各工况的变形内力、绘制变形内力包络图、验算整体稳定性、验算抗倾覆以及验算钢材强度。
11.作为本发明的进一步改进，所述参数控制包括钢板桩质量控制和土方开挖质量控制。
12.作为本发明的进一步改进，所述钢板桩质量控制具体包括：
13.(1)将钢板桩运到工地后，钢板桩在拼组前对其进行检查、丈量、分类、编号，同时对两侧锁口用一块同型号长2～3m的短桩作通过试验，以2～3人拉动通过为宜；锁口通不过或桩身有弯曲、扭曲、死弯缺陷，采用冷弯，热敲(温度不超过800～1000℃)，焊补、铆补、割除、接长加以整修；插打钢板桩之前须检查振动锤；
14.(2)由测量人员定出拉森桩的轴线，每隔一定距离设置导向桩，导向桩直接使用钢板桩，然后挂绳线作为导线，打桩时利用导线控制钢板桩的轴线，在轴向法向要求高的情况下，采用导向架；
15.(3)单桩逐根连续施打，桩顶高程不能相差太大；
16.(4)在插打过程中随时测量监控每块根桩的斜度不超过2％，当偏斜过大不能用拉齐方法调正时，拔起重打；
17.(5)钢板桩插打时，单桩的锁口内均涂以黄油混合物油膏，以减少插打时的摩阻力并加强防渗性能；插打钢板桩时从第一根就应保持平整；
18.(6)每根钢板桩施打至相应标高后，与相邻钢板桩焊接牢固，增加整体稳定性，以避免施打钢板桩时阻力太大而带动相邻钢板桩下沉；要求每根钢板桩标高误差≤10cm；
19.(7)钢板桩应紧贴两层导向架施打，每隔40cm，将1根钢板桩与围檩焊接加固，以增加整个结构的稳定性；
20.(8)在插打过程中，加强测量工作，发现倾斜，及时调整，为保证插桩顺利合拢，要求桩身垂直；在整个钢板桩插打过程中必须保证合拢密实，以防漏水；
21.(9)对准钢板桩与定位桩的锁口，靠震动锤与桩自重压到桩所要插打的位置；
22.(10)利用锤惯性自重及震动力下插钢板桩，开动振动锤打桩下降，控制打桩锤下降的速度，使桩保持竖直，以便锁口能顺利咬合，提高止水能力；
23.(11)板桩至设计高度前20cm时，停止振动，振动锤因惯性继续转动一定时间，打桩至设计高度；
24.(12)松开液压夹口，锤上升，打第二根桩，以上类推至打完所有桩。
25.作为本发明的进一步改进，所述土方开挖质量控制具体包括：
26.(1)支撑体系的施工必须严格遵守分层开挖、先支撑后开挖的原则，围护桩、立柱施工完毕土方开挖至标高4.00m，开槽设置支撑系统；
27.(2)当支撑顶面需运行挖土机械时，支撑顶面的安装标高低于坑内土面300mm，且钢支撑与基坑土之间的空隙用粗砂回填；
28.(3)在挖土机及土方车辆的通道处架设道板；
29.(4)支撑体系达到设计强度并施加预应力后，土方开挖至基底；立即施工垫层、承台及底板，并同时设置底板与钢板桩之间的换撑层；
30.(5)要求换撑层紧抵钢板桩，在钢板桩处放置塑料板或油毛毡；
31.(6)换撑层及底板达到设计强度80％后方能拆除内支撑系统；
32.(7)千斤顶必须有计量装置，且应定期维护校验，使用中发现异常现象应重新校验；
33.(8)支撑安装完毕后，及时检查各节点的连接状况，经确认符合要求后方能施加预应力，钢管支撑预应力为200kn；
34.(9)预应力应分级施加，重复进行，并同时防止围护结构的外倾、损坏和对坑外环境的影响；
35.(10)预应力加至设计要求的额定值后，再次检查各连接点的情况，必要时对节点进行加固，待额定压力稳定后予以锁定；
36.(11)支撑端部的八字撑及角撑在主支撑施加预应力后安装；
37.(12)钢支撑端头设置钢板作封头端板及加劲肋，端板、加劲肋及支撑构件应满焊；
38.(13)钢支撑构件长度的拼接采用高强螺栓连接或焊接，拼接点的强度不低于构件的截面强度，且拼接点应设置在纵横向支撑的交汇点附近；
39.(14)钢支撑拆除时应逐步释放预应力；
40.(15)对钢支撑焊缝施工质量有怀疑时，采用超声探伤等非破损方法检测，检测数量现场确定。
41.本发明的有益效果在于：可以快速施工、节约成本、保证基坑安全，从而降低工程造价，取得较好的社会经济效益；采用复合支护方案对某深基坑进行支护，通过基坑监测数据分析，得出该支护方案的可行性，从而为同类地质深基坑支护积累了宝贵经验。
附图说明
42.图1为工况参考图，其中，a为工况1，开挖到1.5m；b为工况2，在1m处加撑，c为工况3，开挖到6.78m。
43.图2为工况1的变形内力图。
44.图3为工况2的变形内力图。
45.图4为工况3的变形内力图。
46.图5为变形内力的包络图。
47.图6为工况1的整体稳定验算图，其中，开挖深度h＝1m，倾覆k＝1.39，圆心(2.44，-1.12)，半径3m，滑动力41kn/m，抗滑力57.1kn/m。
48.图7为工况2的整体稳定验算图，其中，开挖深度h＝1.5m，倾覆k＝7.22，圆心(1，-4.26)，半径23.28m，滑动力498.4kn/m，抗滑力3600.6kn/m。
49.图8为工况3的整体稳定验算图，其中，开挖深度h＝6.78m，倾覆k＝2.27，圆心(-0.84，-3.1)，半径22.15m，滑动力1314.6kn/m,抗滑力2977.6kn/m。
50.图9为工况1的抗倾覆验算图，其中，开挖深度h＝1m，倾覆k＝1.39，应达到1.15。
51.图10为工况3的抗倾覆验算图，其中，开挖深度h＝6.78m，倾覆k＝1.17，应达到1.15。附图标记列表：
52.②
粘土、
③
淤泥、
④
粉质粘土一、
⑤
粉砂、
⑤‑
2粉质粘土二、
⑤‑
3粉质粘土三、
⑥
粉质粘土四。
具体实施方式
53.下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
54.本发明提供了一种沿海滩涂区河道内地下泵室深基坑复合支护方法，包括以下步骤：首先确认地层情况、场地地面高程、泵室基坑开挖深度、楼梯间基坑开挖深度和围护结
构，然后设计支护体系，最后进行支护施工并同时参数控制。
55.在本实施例中，所述围护结构采用钢管桩结合拉森钢板桩、混凝土冠梁及一道钢管支撑的形式。
56.在本实施例中，所述设计支护体系包括确定复合支护原理以及根据工况不同来计算基坑稳定性；具体为采用钢管桩和钢支撑快速施工，形成受力骨架；钢管桩中间打设钢板桩，用来止水以及挡土，将土压力传递至钢管桩；桩顶采用钢筋混凝土冠梁，增加支护体系的纵向刚度。
57.在本实施例中，所述确定复合支护原理具体为：在施工过程中先建立受力模型，进行有限元分析，预估基坑变形量，进行小基坑支护开挖试验验证，再经过基坑监测和评估，以监测数据指导施工，同时验证综合支护方法在该种地质条件下得适用性，总结施工经验，验证受力模型，修正有限元参数。
58.在本实施例中，所述根据工况不同来计算基坑稳定性具体包括：确认工况、监测各工况的变形内力、绘制变形内力包络图、验算整体稳定性、验算抗倾覆以及验算钢材强度。
59.在本实施例中，所述参数控制包括钢板桩质量控制和土方开挖质量控制。
60.在本实施例中，所述钢板桩质量控制具体包括：
61.(1)将钢板桩运到工地后，钢板桩在拼组前对其进行检查、丈量、分类、编号，同时对两侧锁口用一块同型号长2～3m的短桩作通过试验，以2～3人拉动通过为宜；锁口通不过或桩身有弯曲、扭曲、死弯缺陷，采用冷弯，热敲(温度不超过800～1000℃)，焊补、铆补、割除、接长加以整修；插打钢板桩之前须检查振动锤；
62.(2)由测量人员定出拉森桩的轴线，每隔一定距离设置导向桩，导向桩直接使用钢板桩，然后挂绳线作为导线，打桩时利用导线控制钢板桩的轴线，在轴向法向要求高的情况下，采用导向架；
63.(3)单桩逐根连续施打，桩顶高程不能相差太大；
64.(4)在插打过程中随时测量监控每块根桩的斜度不超过2％，当偏斜过大不能用拉齐方法调正时，拔起重打；
65.(5)钢板桩插打时，单桩的锁口内均涂以黄油混合物油膏，以减少插打时的摩阻力并加强防渗性能；插打钢板桩时从第一根就应保持平整；
66.(6)每根钢板桩施打至相应标高后，与相邻钢板桩焊接牢固，增加整体稳定性，以避免施打钢板桩时阻力太大而带动相邻钢板桩下沉；要求每根钢板桩标高误差≤10cm；
67.(7)钢板桩应紧贴两层导向架施打，每隔40cm，将1根钢板桩与围檩焊接加固，以增加整个结构的稳定性；
68.(8)在插打过程中，加强测量工作，发现倾斜，及时调整，为保证插桩顺利合拢，要求桩身垂直；在整个钢板桩插打过程中必须保证合拢密实，以防漏水；
69.(9)对准钢板桩与定位桩的锁口，靠震动锤与桩自重压到桩所要插打的位置；
70.(10)利用锤惯性自重及震动力下插钢板桩，开动振动锤打桩下降，控制打桩锤下降的速度，使桩保持竖直，以便锁口能顺利咬合，提高止水能力；
71.(11)板桩至设计高度前20cm时，停止振动，振动锤因惯性继续转动一定时间，打桩至设计高度；
72.(12)松开液压夹口，锤上升，打第二根桩，以上类推至打完所有桩。
73.在本实施例中，所述土方开挖质量控制具体包括：
74.(1)支撑体系的施工必须严格遵守分层开挖、先支撑后开挖的原则，围护桩、立柱施工完毕土方开挖至标高4.00m，开槽设置支撑系统；
75.(2)当支撑顶面需运行挖土机械时，支撑顶面的安装标高低于坑内土面300mm，且钢支撑与基坑土之间的空隙用粗砂回填；
76.(3)在挖土机及土方车辆的通道处架设道板；
77.(4)支撑体系达到设计强度并施加预应力后，土方开挖至基底；立即施工垫层、承台及底板，并同时设置底板与钢板桩之间的换撑层；
78.(5)要求换撑层紧抵钢板桩，在钢板桩处放置塑料板或油毛毡；
79.(6)换撑层及底板达到设计强度80％后方能拆除内支撑系统；
80.(7)千斤顶必须有计量装置，且应定期维护校验，使用中发现异常现象应重新校验；
81.(8)支撑安装完毕后，及时检查各节点的连接状况，经确认符合要求后方能施加预应力，钢管支撑预应力为200kn；
82.(9)预应力应分级施加，重复进行，并同时防止围护结构的外倾、损坏和对坑外环境的影响；
83.(10)预应力加至设计要求的额定值后，再次检查各连接点的情况，必要时对节点进行加固，待额定压力稳定后予以锁定；
84.(11)支撑端部的八字撑及角撑在主支撑施加预应力后安装；
85.(12)钢支撑端头设置钢板作封头端板及加劲肋，端板、加劲肋及支撑构件应满焊；
86.(13)钢支撑构件长度的拼接采用高强螺栓连接或焊接，拼接点的强度不低于构件的截面强度，且拼接点应设置在纵横向支撑的交汇点附近；
87.(14)钢支撑拆除时应逐步释放预应力；
88.(15)对钢支撑焊缝施工质量有怀疑时，采用超声探伤等非破损方法检测，检测数量现场确定。
89.实施例
90.地层从上至下依次为：
②
粘土、
③
淤泥、
④
粉质粘土一、
⑤
粉砂、
⑤‑
2粉质粘土二、
⑤‑
3粉质粘土三、
⑥
粉质粘土四。场地地面高程为 0.500m。泵室基坑开挖深度6.78m，楼梯间基坑开挖深度为6.78m。
91.结合周边环境、工程地质条件及开挖深度等因素，围护结构采用钢管桩结合拉森钢板桩 混凝土冠梁及一道钢管(h型钢)支撑的形式。
92.钢管桩采用钢管，桩长18m，中心间距950mm。拉森钢板桩采用pu575
×
360
×
10小止口拉森钢板桩，桩长12m，中心间距950mm。钢筋混凝土冠梁尺寸为600mm(高)
×
1000mm(宽)。楼梯间基坑角部设置单拼400
×
400
×
13
×
21h型钢斜撑。泵室基坑横向钢支撑采用609
×
16钢管。设置钢立柱防止钢支撑下挠。钢立柱的基础采用phc500(100)混凝土管桩，长度为18m，钢立柱长度为6m，采用钢管。
93.其中，工况参考图1(a为工况1，开挖到1.5m；b为工况2，在1m处加撑，c为工况3，开挖到6.78m)，三种工况下的变形内力(参见图2-4)，变形内力的包络图参见图5，三种工况下的整体稳定验算(参见图6-8)。
94.工况1的抗倾覆验算(参见图9)，其中，开挖深度h＝1m，倾覆k＝1.39，应达到1.15，倾覆k的计算公式如下：
[0095][0096]
工况3的抗倾覆验算(参见图10)，其中，开挖深度h＝6.78m，倾覆k＝1.17，应达到1.15，倾覆k的计算公式如下：
[0097][0098]
钢材强度的验算公式如下(满足)：
[0099][0100]
最终的成果检验如下：
[0101]
2021年8月4日至8月12日楼梯间基坑和泵室基坑钢管桩、钢板桩插打完成。8月19日楼梯间基坑钢支撑安装完成，8月24日楼梯间基坑开始开挖，8月26日楼梯间基坑开挖到底。9月7日泵室基坑钢支撑安装完成，9月10日泵室基坑开始开挖，9月12日泵室基坑开挖到底，实现了快速施工；开挖之前布设监控量测点，基坑开挖全程中全程进行监测，基坑变形较小。
[0102]
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。