26 超厚软土深基坑钢支撑倒撑优化技术创新

超厚软土深基坑钢支撑倒撑优化技术创新发布人 霍泽先 天津滨海新区轨道交通B1线一期工程土建施工二标段项目 中建六局轨道交通公司 2018年3月29日 1 工程概况 天津滨海B1线欣嘉园北站为地下二层岛式车站 两柱三跨框架结构 采用明挖顺做施工 车站总建筑面积15600 基坑长305m 宽25 4m 基坑深17 5m 1 1平面布置图 图1 2标准段剖面图 基坑支护体系采用地下连续墙 标准段为一道混凝土支撑 两道钢支撑 一道倒撑 800mm厚地下连续墙 800 800mm钢筋混凝土支撑 第二道钢支撑 第三道钢支撑 倒撑 车站钢支撑净距为2 2m 共涉及100道钢支撑换撑 图1 3钢支撑平面图 2 QC小组介绍 B1线2标求实创新小组由8人组成 其中包括QC诊断师两名 平均年龄31岁 QC小组经验丰富 制表人 霍泽先审核人 王文灿制表时间 2017 5 10 QC小组情况 计划时间 实际时间 制表人 李胜东 复核 王文灿 QC小组活动时间安排 2017 5 10 3 课题的选择 3 1问题的提出通过实际调查 欣嘉园北站为天津滨海地区在超厚 软土深基坑中首次取消了格构柱的基坑 同时支撑间距过密 净距2 2m 钢支撑与主体结构柱 中板脚手架施工冲突 坑内含6 8m淤泥质粉质粘土 开挖期间极易发生围护变形 控制换撑时机及倒撑质量 是重点工作 3 1地质纵剖图 倒撑施工面临问题如下 1 钢支撑与主体施工冲突 钢支撑净距小 换撑后与主体柱施工冲突 钢支撑与柱无法进行模板搭设 中板支撑脚手架采用碗扣式脚手架 立杆间距600 900 换撑间距2 2m中板脚手架无法进行搭设 支撑与柱施工冲突 倒撑平面图 2 钢支撑自身安全差 无防坠落安全措施 倒撑后支撑不施加预应力 靠结构变形被动受力 钢支撑自重完全传递给底托 钢支撑需增加防坠落安全措施 安全风险高 3 支撑与侧墙刚性接触 预埋侧墙钢板渗水处理困难 支撑与侧墙为刚性连接 围护结构变形后对主体侧墙损害大 侧墙倒撑位置预埋钢板处容易渗水 沿侧墙渗水 4 支撑密 吊装困难 倒撑工期长 钢支撑长25 4m 单根自重10吨 吊装过程易发生碰撞 吊装精度高 主体封顶后拆除缓慢 作业空间小 拆除费用较高 3 2 课题选择通过多次研究调查 试拼装改进 在控制质量 安全 工期 成本多方面评价分析 最后确定采用底板纵梁施加混凝土墩台进行钢支撑倒撑 课题名称 超厚软土深基坑钢支撑倒撑优化技术创新 3 3课题网络查新小组成员在权威网站系统进行了课题查新 希望能够借鉴类似钢支撑倒撑与主体结构相结合的做法 以便提供创新思路 但是没有发现相关施工做法和文献资料 4 设定目标及可行性分析 4 1目标设定确保优质 高效 快速 安全的完成超厚软土深基坑钢支撑倒撑优化施工 2 吊装 拆除零事故 1 倒撑及拆除节省工期18天 4 申报专利1项 科学技术奖1项施工工法1项 3 围护结构变形控制值20mm 目标值 1 本QC小组 从事过多年类似工程施工 经验丰富 曾获得中建股份二等奖 国家二等奖 2 公司高度重视 公司领导现场指导 有雄厚的技术实力 3 公司在技术人才 资金等方面给予了大力支持 具备成功的条件 目标可行 4 2目标可行性分析 5 提出方案确定最佳方案 一 提出方案确定最佳方案车站换撑量大 排布密 拆除困难 促使必须找到更佳倒撑方案 在项目开工前 小组成员围绕课题 展开课题讨论 并组织专家进行论证 5 1方案提出的背景本工程是滨海新区首条地铁线路 欣嘉园北站是整条线路施工进度最快 质量要求高的车站 倒撑能否实现及选择哪种替代方案 关系到整个工程的结构安全 造价和整体工期 选择替代支撑体系的稳定性 可行性是关键 所以方案的选取极为重要 5 2方案提出QC小组成员针对工程的实际特点 运用 头脑风暴法 拟列出多种形式 不同思路的方案 最终优选三个方案 进行对比分析 取消钢支撑倒撑 A 采用满堂脚手架取代倒撑 B 利用底板纵梁浇筑墩台进行倒撑 C 三种可行方案 方案一 取消原设计钢支撑倒撑方案论述 直接取消原设计倒撑 优点 施工方便 节省工期 架体搭设方便 缺点 基坑整体通过建模受力分析 取消后 支撑体系变形过大 造成主体结构侵线 取消原设计支撑 方案二 采用满堂脚手架取代钢支撑方案论述 采用满堂脚手架进行支撑 脚手架顶在侧墙上 取消钢支撑 优点 架体搭设整体性完整 施工工序少 无吊装作业 缺点 架体使用周期长 周转速度慢 通过经济核算对比采用满堂脚手架费用高于钢支撑投入费用 利用脚手架直接顶再侧墙上取消换撑 方案三 利用底板纵梁浇筑墩台进行倒撑方案论述 通过测量放线 在底板纵梁上预埋钢筋 浇筑混凝土墩台 优点 施工工期短 费用低 混凝土墩柱强度高稳定性好 施工更安全 吊装方便 后期便于拆撑作业 缺点 脚手架搭需要提前进行排线 保证支撑在立杆 水平杆之间 换撑墩台取消预埋钢板倒撑 为选择合理倒撑方案 小组成员从经济 工期 安全角度上综合考虑 三种方案综合性分析 1取消 3墩台 2替代 5 3方案对比分析 制表人 霍泽先审核人 王文灿制表时间 2017 5 20 5 4确定最佳方案采用综合加权评价法对该三种方案从施工难易程度 0 3 经济性 0 3 整体效果 0 2 工期 0 2 等评价 打分 最终 确定方案三为最优方案 制表人 霍泽先审核人 王文灿制表时间 2017 5 30 深化一 深化二 深化三 深化四 底板纵梁支撑通过受力计算 墩台形状进行优化设计 确定为下部为长方形上部为直角梯形 起到支撑 定位作用 钢支撑与侧墙接触部位加设柔性材料 避免围护结构及支撑体系变形过大造成侧墙硬性破坏 底板纵梁与混凝土支撑墩柱设置隔离层 便于后期拆除 钢支撑倒撑 拆除期间加强围护结构变形监测 5 5方案深化从四个方向对方案进行深化 深化1 合理性研究 1 确定支撑墩台形状墩台柱起到支撑承重 稳固支撑位置 确保横纵向不发生位移 受力均匀 方便浇筑 最终确定为长方形 直角梯形 设计为Y形支撑墩台 2 墩柱的位置倒撑墩台设在底板纵梁上 主体柱之间距布设2个倒撑墩台 深化2支撑与侧墙采用铺垫柔性材料支撑倒撑时 在支撑与侧墙之间加设一层防火岩棉被 形成柔性连接 防止围护结构变形过大造成侧墙变形开裂 深化3墩台与纵梁设置隔离层墩台为临时结构 后期进行拆除 底板纵梁与墩台涂刷隔离层 便于后期墩台拆除不影响纵梁结构 深化4加强基坑监测换撑过程加密监测频率 监测数据及时分析对比变形超限停止倒撑 采取应对措施 6 制定对策 一 制定对策项目QC小组成员查阅了大量资料 对钢支撑倒撑 拆除施工中容易发生的安全 质量事故进行了收集 主要对策制定如下 7 对策实施 一 对策实施实施1确定施工工艺和施工措施 1 确定工艺流程 2 采取的施工措施墩台预埋钢筋位置测量放样 确认墩台在底纵梁位置 确保墩台浇筑混凝土位置准确 图7 2墩柱放样图 8 效果检查 一 效果检查8 1目标效果目标一 倒撑过程中无安全质量问题 围护结构稳定 充分说明了本次倒撑优化的有效性和稳定性 证明了本次QC活动取得了成功 倒撑期间对围护结构深层位移监测结果进行分析 目标二 钢支撑倒撑如期完成 实用工期72天 比计划工期提前18天完成 对后期结构无影响 围护结构稳定可靠 目标三 墩台承载力和稳固性达到目标要求 倒撑期间未出现变形 滑移现象 设想到现实 8 2经济效果保证安全施工的同时 共节约成本20万元 节省工期18天 优化方案的提出 从根本上解决了倒撑优化的实施 保证主体施工正常进行 将费用降到了最低 达到了工期 质量 安全 费用最优结合 计算过程 倒撑的支设需要在结构侧墙上埋设钢板 焊接托架 共100处 节省费用约5万 倒撑防坠落措施费用2 2万元 优化拆撑后安全系数高 拆除更方便 拆除吊装人工费用节省 3万元 吊装台班节省1 8万元 合计4 8万元 共节省工期18天 正常架撑需要82天 拆撑需要8天 优化后支撑安装需要68天 拆除需要4天 钢支撑租赁和人工费节省10万元 墩柱成本费2万元 各项费用合计 5 4 8 2 2 10 2 20万元 因此本次QC活动 直接经济效益20万元 9 标准化 超厚软土深基坑钢支撑倒撑优化技术创新经多次修订完善 目前已完成专利1专 科技奖 工法已进行申报