大断面竖井型深基坑钢支撑复合支护技术应用

城市地下空间建设新技术 1 1概述1 2技术介绍1 3工程应用1 4总结 第1章大断面竖井型深基坑钢支撑复合支护技术应用 1 1概述 大断面竖井型深基坑 开口一般设计为方形 圆形 边长 直径 在40m左右 深度较大 侧壁竖直且无预留肥槽 开挖时受环境限制需在局部部位垂直出土 内部支撑一般以中心对称的斜支撑为主 由上而下分步架设分步明挖的基坑 基本概念 1 2技术介绍 1 2 1相邻建 构 筑物变形控制标准 深基坑开挖卸载的环境效应 深基坑开挖卸载 势必导致周边土体的应力场发生改变 并引发位移场变化 最终可能导致临近的地基 基础发生被动变形而影响既有建 构筑物的正常使用状态 卸载导致应力释放导致的环境影响是必然的 但是一定要是可控的 控制标准将是关键 1 2技术介绍 1 2 1相邻建 构 筑物变形控制标准 1 2技术介绍 1 2 1相邻建 构 筑物变形控制标准 一般地 地下空间开挖引发相邻建 构 筑物地基基础附加变形 与已有地基变形的累计变形量 有时还需预留后期变形量 应小于地基变形总允许值 这样可不考虑地下空间开挖对上部复杂结构的影响情况 使控制其对相邻建筑物的影响这一复杂技术问题简化为仅对其地基基础变形控制即可 地基基础附加变形控制是关键 1 2技术介绍 1 2 1相邻建 构 筑物变形控制标准 1 2技术介绍 1 2 1相邻建 构 筑物变形控制标准 地基变形总允许值 根据国家标准 建筑地基基础设计规范 GB50007 2011 建筑物地基变形总控制标准如表1 2 1所示 实际应用时 应针对不同的建筑物基础形式和建筑物类型确定地下空间施工期间相邻建筑物地基基础变形控制标准 1 2技术介绍 1 2 1相邻建 构 筑物变形控制标准 地基变形总允许值 根据国家标准 建筑地基基础设计规范 GB50007 2011 建筑物地基变形总控制标准如表1 2 1所示 实际应用时 应针对不同的建筑物基础形式和建筑物类型确定地下空间施工期间相邻建筑物地基基础变形控制标准 1 2技术介绍 1 2 1相邻建 构 筑物变形控制标准 地基基础已发生的变形 砌体承重结构基础的局部倾斜 多层和高层建筑的整体倾斜 高耸结构基础的倾斜及其沉降量 应通过现状测量及其竣工图 很重要 准确推断 当未能搜集到竣工图时应通过上部结构底层特征部位高程差合理测判 1 2技术介绍 1 2 1相邻建 构 筑物变形控制标准 地基基础已发生的变形 1 2技术介绍 1 2 1相邻建 构 筑物变形控制标准 施工期间的附加变形及控制标准 1 2技术介绍 1 2 1相邻建 构 筑物变形控制标准 应从建筑物的地基变形允许值中扣除已有变形值及后期变形值 1 2技术介绍 1 2 1相邻建 构 筑物变形控制标准 1 2技术介绍 1 2 1相邻建 构 筑物变形控制标准 控制要点 对于砌体承重结构条形基础的既有局部倾斜应测定 再控制将要出现的局部倾斜 对于框架结构独立基础的任意两个相邻柱基相对倾斜应测定 再控制将要出现的附加变形 对于箱型或筏板基础的整体倾斜应测定 再控制将要出现的整体附加倾斜 1 2技术介绍 1 2 1相邻建 构 筑物变形控制标准 1 2技术介绍 1 2 2地下管线保护技术 管线探查管线改移管线保护 1 2技术介绍 1 2 2地下管线保护技术 1 2技术介绍 1 2 3围护墙水平外放距离取值技术 1 2技术介绍 北京地区地铁明挖基坑围护桩最佳水平外放距离取值为0 5 0 7H合理 H为基坑深度 1 2技术介绍 1 2 4隔离封闭控制技术 当地铁双线 十 字交叉并在交叉部位设换乘节点时 该换乘节点平面形状因换乘要求需要扩大 基坑断面会出现突变 为保证支撑两端有可靠的侧壁 方能确保基坑的安全 需采用隔离分段的基坑施作方式 换乘节点支护隔离封闭后便于支撑架设 同时为缩短工期 合理布置场地和周边环境安全等提供可靠的技术保障 1 2技术介绍 1 2技术介绍 1 2 4隔离封闭控制技术 1 将周边环境复杂且基坑断面突变较大的深基坑 采用围护桩 墙 将其分割成两个或三个分别独立的基坑便于支护设计 2 一般在基坑断面突变部位设隔离桩 墙 后 可分别形成封闭规则断面的基坑 单个规则断面基坑设计可简化为平面问题 地面以上附加荷载按远近 大小最不利组合工况取值核算 3 采用斜支撑时 桩和围檩 腰梁 间需设置抗剪蹬 以保证在围檩无水平滑移条件下垂直坑壁方向上的作用力得以发挥 4 围护桩墙设计时 不仅要考虑斜撑作用的法向力 同时要考虑满足斜撑作用的切向力的作用 及其在开挖和拆撑时可能出现的各工况下的不利组合 5 若隔离后两侧坑深不同 应先行施工较深一侧基坑 待主体结构封顶回填后 其紧邻基坑方可开挖 主体结构钢筋混凝土的每一层水平中板 均需在其甩茬处垫设型钢等密贴坑壁 以承担拆撑后的附加转移荷载 隔离桩 墙 随邻坑开挖而破除 直至邻坑基底 1 2技术介绍 1 2技术介绍 1 2 5超长格构柱设计施工技术 格构柱概念 是在开挖基坑前坑内预先制成的具有满足内支撑架设需要 具有一定承载能力的垂直钢立柱 设置原因 钢支撑较长 易出现压杆不稳定问题 需要中部适当进行约束 较长的钢支撑自身吨位较大 其产生的支撑挠度易于超限 也需要中部适当托架 基坑较深时 钢支撑层数设置较多 为了加强支撑整体稳定性而设置支撑 连梁 格构柱体系 支撑装拆难于吊装 需要中部托架递接等 这些均需要在支撑中部设有格构柱 梁 进行约束或托架 1 2技术介绍 1 2技术介绍 施工的基本流程 灌注桩成孔插放格构柱孔口接长浇筑混凝土垂直度调节 设计考虑因素 格构柱强度和刚度需满足基坑顺序下挖 钢支撑分层架设或拆除 季节变化产生的温度应力作用 雨水浸入周边土体及积雪荷载 局部高温焊接和可能出现的轻微碰撞力等各种工况最不利组合之需求 格构柱内截面应足够大且需光滑 有严格的垂直度要求 保证整柱内可以自由提放灌注混凝土的小口径导管 临时格构柱使用时间可按一年计 1 2技术介绍 1 2 5超长格构柱设计施工技术 1 2技术介绍 1 2技术介绍 1 2 5超长格构柱设计施工技术 1 2技术介绍 1 2技术介绍 1 2 6钢围檩后抗剪蹬贴桩技术 设置目的 避免该切向力引发围檩相对于桩发生滑移 造成支撑失效 设置位置 钢围檩背后 与围护桩 墙间 控制要点 1 测量放线确定抗剪蹬安装位置 2 在坑壁相应位置开凿坑槽安装抗剪蹬 坑槽底部须暴露桩身侧面并找平 3 钢围檩安装就位 及时测量抗剪蹬所需实际尺寸 4 所用钢板材料 厚度及抗剪蹬立面高度均应按照设计图纸严格执行 5 焊接抗剪蹬应原位作业 主钢板与次钢板交接平面形状可按照设计图纸进行相似处理 确保主钢板端部紧贴桩身 6 各焊缝质量验收合格后 方可在钢围檩与围护桩之间回填细石混凝土 1 2技术介绍 1 2 6钢围檩后抗剪蹬贴桩技术 1 2技术介绍 1 2 7钢支撑复合支护技术 1 钢围檩与围护桩连接技术 采用三角托架 拉筋及充填C30细石混凝土进行可靠紧密连接 2 斜支撑与钢围檩连接技术 采用钢板焊接而成的三角斜撑支座进行相互连接 3 支撑与联系梁间抱箍连接技术 在多层支撑情况下 在每层支撑与联系梁交接位置 应设置双层抱箍约束支撑 以增强较长支撑的压杆稳定性 1 2技术介绍 1 2 7钢支撑复合支护技术 1 钢围檩与围护桩连接技术 采用三角托架 拉筋及充填C30细石混凝土进行可靠紧密连接 2 斜支撑与钢围檩连接技术 采用钢板焊接而成的三角斜撑支座进行相互连接 3 支撑与联系梁间抱箍连接技术 在多层支撑情况下 在每层支撑与联系梁交接位置 应设置双层抱箍约束支撑 以增强较长支撑的压杆稳定性 1 2技术介绍 1 2 7钢支撑复合支护技术 4 钢支撑安装技术安装流程 工作台拼装支撑土方开挖到位吊装钢支撑 安装轴力监测设备 轴力施加施作保险措施轴力复加 1 2技术介绍 1 2 7钢支撑复合支护技术 1 2技术介绍 1 2 7钢支撑复合支护技术 4 钢支撑安装技术安装流程 工作台拼装支撑土方开挖到位吊装钢支撑 安装轴力监测设备 轴力施加施作保险措施轴力复加 1 2技术介绍 1 2 7钢支撑复合支护技术 5 钢支撑换拆基本原则 遵循 先换撑 后拆撑 原则 基本要点 在对应板层混凝土达到设计要求强度 回填密实或换撑实施后方能拆除钢支撑 在吊车不及地段 钢支撑拆除应采用导链葫芦 托架等工具人工进行 拆除顺序为安装逆序 拆除过程中严禁碰撞 1 2技术介绍 1 2 7钢支撑复合支护技术 1 2技术介绍 1 2 7钢支撑复合支护技术 1 3工程应用 北京地铁白石桥南站工程 1 3 1工程概况 北京地铁9号线白石桥南站 呈南北向布置 位于首体南路与车公庄大街交叉口西北角 地面为人行步道 非机动车道和绿化带位置 为地下双层岛式 局部三层 车站 与同期实施的地铁6号线车站平面上呈 L 型 地铁6号线为地下三层岛式车站 交叉换乘节点9号线车站在上 6号线车站在下 换乘节点为大断面竖井型深基坑 44 5m 38 5m 26 0m 车站主体结构全长231 10m 为地下两层三跨两柱箱形框架结构 与地铁6号线换乘节点段为五跨四柱箱形结构 总体采用明挖施工 与主语城东侧出入口交叉段采用盖挖顺作法 地铁9号线车站明挖标准段基坑宽度约22 2m 开挖深度约18 0m 与6号线换乘节点处基坑宽度为38 5 44 5m 开挖深度约26 0m 1 3工程应用 北京地铁白石桥南站工程 1 3 1工程概况 1 3工程应用 北京地铁白石桥南站工程 1 3 2近邻环境 1 周边建 构 筑物西北角 主语国际中心 高层 东北侧 国兴家园 高层 中国机械进出口总公司 西南侧 市环境保护局 中国水利水电科学研究等 2 地下管线4400 2100热力沟 1250雨水管 400给水管 1050天然气管 500天然气管等 3 道路交通状况东西走向的车公庄大街 道路宽为75m 双向6车道 是北京市城区交通干道 南北走向首体南路 道路宽65 95m 双向6车道 1 3工程应用 北京地铁白石桥南站工程 1 3 2近邻环境 1 3工程应用 北京地铁白石桥南站工程 1 3 3施工控制标准 1 3工程应用 北京地铁白石桥南站工程 1 3 3施工控制标准 1 3工程应用 北京地铁白石桥南站工程 1 3 4地下管线保护技术集成 管线探查 桩位上部人工挖孔探查 1 围护桩位遇大直径废弃污水管线管内有积水 两端灌注混凝土封堵 抽排其间管内积水 人工破除障碍物成孔 下钢护筒封闭桩孔 机械成孔 下放钢筋笼 灌注混凝土成桩 2 围护桩位遇雨水管线设置集水池 配备足够的抽排水设备 截断桩位雨水管线 封堵管孔 成桩施工 完成打桩后及时恢复排水管线系统 雨水管横穿基坑时设置钢架梁托架跨越 3 围护桩位遇燃气 电力 通讯光缆等管线探明管线类型 专业单位查明权属与状态 专业单位改移 挖除及清理施工段内管线 分层回填压实成桩施工 1 3工程应用 北京地铁白石桥南站工程 1 3 4地下管线保护技术集成 1 3工程应用 北京地铁白石桥南站工程 1 3 5围护桩最佳水平外放距离及其环保施工技术 1 围护桩最佳水平外放距离设计预留 主体结构外轮廓与围护桩之间预留围护桩变形 网喷护面及防水层厚度合计为100mm实际预留 水平最小外放距离按0 6H取值153mm 实际工程施工中 南侧换乘节点围护桩外放距离取150mm 2 换乘节点隔离封闭技术总体设想 将原设计基坑分割为三个独立基坑 换乘节点采用斜撑布置 施工流程 先施工深坑 换乘竖井 结构封顶回填后施工浅坑 标准段 安全措施 主体结构每层水平中板 均在其甩茬处垫设型钢等密贴坑壁 以承担拆撑后的附加转移荷载 1 3工程应用 北京地铁白石桥南站工程 1 3 5围护桩最佳水平外放距离及其环保施工技术 1 3工程应用 北京地铁白石桥南站工程 1 3 5围护桩最佳水平外放距离及其环保施工技术 1 3工程应用 北京地铁白石桥南站工程 1 3 6超长格构柱施工技术 工艺流程 构件加工放线定位人工挖孔钻机成孔钢筋笼吊放下节格构柱吊装并与钢筋笼组装上节格构柱吊装并与下节组装后安放于设计标高灌注混凝土静置24h后回填级配砂石 成孔泥浆 成孔阶段比重控制在1 3 1 5 清孔后比重1 15 1 2 沉渣厚度 50mm 格构柱控制 两台经纬仪正交方向监测 控制垂直度 回填质量 24h后孔内回填级配砂石 填料量 设计量95 1 3工程应用 北京地铁白石桥南站工程 1 3 6超长格构柱施工技术 1 3工程应用 北京地铁白石桥南站工程 1 3 7钢围檩后抗剪蹬贴桩施工技术 1 3工程应用 北京地铁白石桥南站工程 1 3 7钢围檩后抗剪蹬贴桩施工技术 1 3工程应用 北京地铁白石桥南站工程 1 3 8钢支撑复合支护技术 钢围檩与桩之间采用三角托架 拉筋及充填C30细石混凝土进行了紧密连接 采用 80 8角钢制作三角托架 并使用膨胀螺栓安装在桩身对应位置 一桩一架 采用 100 10角钢纵向焊接封边 吊装钢围檩准确安放在托架之上 并焊接拉筋牢固 两桩一拉 待抗剪蹬安装完毕后 及时在围檩与坑壁间回填C30细石混凝土 振捣密实 1 3工程应用 北京地铁白石桥南站工程 1 3 8钢支撑复合支护技术 1 3工程应用 北京地铁白石桥南站工程 1 3 9斜支撑与钢围檩连接技术 支撑与钢围檩之间平面上均近似呈45 夹角 采用20mm厚Q235钢板焊接而成的三角斜撑支座进行了相互连接 工厂实施焊接斜撑支座于围檩上 并在每个斜撑支座非架撑侧加焊3块抗剪钢板 使斜撑支座与单节围檩形成一体 斜撑支座的架撑侧根据支撑活络头位置 尺寸 相应焊接足尺可靠托盘 若斜撑支座恰巧位于两节围檩连接处 则该支座需待围檩安装连接后 再进行现场焊接 1 3工程应用 北京地铁白石桥南站工程 1 3工程应用 北京地铁白石桥南站工程 联系梁设置目的 托架约束斜撑和超长对撑 连接独立格构柱形成空间稳定体系 联系梁制作 牛腿上水平相对架设2 40a槽钢 上下分别焊接缀板 原位制成联系梁 工程实际应用 换乘节点共设有13根格构柱 四层钢支撑 每层设有6根联系梁 共24根联系梁 水平架设在焊接于格构柱侧的牛腿之上 1 3工程应用 北京地铁白石桥南站工程 1 3 10联系梁与格构柱连接技术 1 3工程应用 北京地铁白石桥南站工程 1 3 11支撑与联系梁间抱箍连接技术 常见技术措施 在支撑架设并加荷之后 及时在支撑与联系梁交叉位置焊接双层抱箍 在支撑与联系梁缝隙间 左右对称卡入 45 5角钢垫块 角钢端部与联系梁上层缀板焊牢 钢与支撑间缝隙用木条填实 以约束支撑变形 工程实践应用 换乘节点共设有四层支撑 每层有支撑与联系梁均有17处交接位置 每一交接位置均设置了双层抱箍约束支撑 共加工制作抱箍136个 增强了较长支撑的压杆稳定性 1 3工程应用 北京地铁白石桥南站工程 1 3工程应用 北京地铁白石桥南站工程 1 3 12钢