建筑行业复杂地质基坑支护钢管内支撑体系施工工法

PAGE复杂地质基坑支护钢管内支撑体系施工工法1前言随着我国经济建设的高速发展，大规模的高层建筑地下室、地下商场的建设和大规模的市政工程如地下停车场、大型地铁站、地下变电站、大型排水及污水处理系统等的施工都面临深基坑工程。近年来，我国的深基坑呈现出新的特点，主要表现为：基坑的规模越来越大，主楼与裙楼连成一片，大面积的地下车库、地下休闲中心一体化开发的模式频频出现使得面积较大的深基坑越来越多；基坑的开挖深度越来越大；而城市开发逐具规模化，基坑场地越递紧凑，有些建筑紧贴红线，使得建筑基坑周边几无施工场地；基坑周边环境复杂敏感，邻近大量管线、建筑及地铁构筑物。由于功能要求日益复杂、支护体系种类繁多，各种施工工艺的联合使用，其复杂程度对深基坑的设计与施工提出诸多挑战性问题。东丽医院三期工程地下车库建筑面积3559.05m2，局部地上1层，地下1层，基坑南北长约35.75m，东西长约97.1m，基坑开挖深度4.7m。本工程现场施工场地极其狭窄，基坑北侧到东丽医院门诊大厅不到12m，西侧到万科金域华府小区69m，东侧到鼎晟香榭苑小区不到50m，南侧到津塘公路不到40m。基坑无法自然放坡，因此为保证基坑安全，本工程基坑采用钢管内支撑体系。2工法特点2.1占用场地很小，适用于毗邻建筑多而近，且周围施工地界极其狭窄的工程。2.2水平支撑采用钢结构，不影响地下结构的布局，可以周转使用，加快施工速度，可大幅度降低工程造价，缩短施工工期。3适用范围

本工法适用于地下工程、周边状况苛刻，对环境要求很高的地下工程、作业空间较小和结构要求紧迫的地下工程。4工艺原理4.1概述本工程建筑面积为3559.05m2，其中地上建筑面积36m2，地下建筑面积3523.05m2。地上局部一层，地下1层。基坑南北长约35.75m，东西长约97.1m，基坑开挖深度4.7m。现状地坪标高按照3.680考虑，相当于建筑标高-1.400。本工程基坑呈矩形,设钢管内支撑,绝对标高为-2.4m，设计拟对本基坑工程采用拉森钢板桩+钢管内支撑支护方案。拉森钢板桩兼做止水帷幕，本基坑采用大口井降水。每道支撑由钢围檩、钢管大环梁、钢管小环梁和支顶柱组成。钢围檩沿基坑拉森钢板桩周边布置,基坑内设置大环梁（φ609*12）和小环梁（φ377*8）形成的内支撑,内支撑梁下节点共设45组三拼工字钢支柱，基坑预留足够的空间，使得地下车库基础能够顺利施工，从而保证工程结构的整体质量和施工进度。4.2竖向支护结构竖向支护结构采用拉森钢板桩，桩型为SP-IV,400*170*15.5,有限桩长12米，入土长度为8.4米。桩顶标高为-2.4米。拉森钢板桩共678根，拉森IV转角钢板桩共5根，拉森钢板桩兼做止水帷幕。4.3水平结构的利用水平结构与竖向结构结合部的设计。水平结构与竖向结构结合部的连接方法直接影响两受力结构之间的传力效果。实践证明，采用钢围檩连接水平钢支撑结构与竖向结构的方法，传力效果好，结构稳固可靠。垂直支撑的设置：水平支撑结构的自重较大、而且跨度也很大，承受水平荷载时容易失稳而破坏。因此必须设置足够的垂直支撑，垂直支撑可采用三拼工字钢，有效长度12米。上端连接水平支撑结构，下端入土深度为9米。4.4场地地层分布及土质特征本次勘察的最大孔深35.0米，按沉积年代、成因类型划分为人工堆积层、全新统及上更新统三大类，并按地层岩性及其物理力学指标将场地土分为8个工程地质层。根据各单元岩性组合特征，进一步将其分为10个工程地质亚层，现自上而下描述如下：①、人工填土层(Qml)①1杂填土：杂色，湿，松散状态。黏性土混杂砖渣、碎石等杂质。层厚为1.0～3.3米，层底板标高为1.33～2.70米。①2素填土：褐色，湿，松散状态。黏性土为主，夹少量灰渣及有民耳为1.3~1.5米，层底板标高为0.87～1.20米。该两层土填垫年限均小于10年。④、第Ⅰ陆河床~河漫滩相沉积层（Q34al）黏土：黄褐色，软塑-可塑状态，土质不均，局部夹粉土薄层，具锈染。厚度1.9-3.0米，层底板标高为-1.16~-0.52米。⑥、第Ⅰ海浅海相沉积层（Q24m）⑥1粉质黏土：灰色，软塑状态，土质不均，局部夹淤泥质粉质黏土、黏土薄层。层厚5.7～6.2米，层底板标高为-7.09～-6.42米。⑥2粉质黏土：灰色，软塑状态，土质不均，粉性较大，局部夹粉土薄层。层厚4.5～5.6米，层底板标高为-12.44～-11.30米。

⑦第II陆湖沼相沉积层(Q14h)

粉质黏土：灰白色，可塑状态，土质不均，局部夹粉土薄层。层厚1.0～2.1米，层底板标高为-13.97～-13.22米。

⑧、第II陆河床～河漫滩相沉积层（Q14al）

粉质黏土：灰黄色，可塑状态，土质不均，局部夹粉土薄层。层厚3.9～4.8米，层底板标高为-18.54～-17.42米。

⑨、第III陆河床～河漫滩相沉积层（Qe3al）

粉质黏土：黄褐色，可塑状态，土质不均，局部夹粉土薄层，具锈染。层厚5.8～7.4米，层底板标高为-24.90～-24.32米。⑩、第II海滨海~潮汐带相沉积层(Q3dmc)粉质黏土:灰色，可塑状态，土质不均，局部夹粉土薄层。层厚3.0~4.2米，层底板标高为-28.56~-27.72米。⑪、第IV陆河床~河漫滩相沉积层(Q3cal)①粉砂:黄褐色，密实状态，土质不均，局部夹粉土薄层。该层未揭露，最大揭露厚度为3.6米。5施工工艺及操作要点5.1、工艺流程:施工准备→测量放线→拉森钢板桩施工→三拼工字钢竖托桩施工→挖钢围檩及钢管内支撑探沟→钢围檩施工→φ609钢管施工→φ377钢管施工→回填钢围檩及钢管支撑探沟。5.2、施工要点5.2.1拉森钢板桩施工装卸钢板桩采用两点吊。吊运时，每次起吊的钢板桩根数不宜过多，注意保护锁口免受损伤。钢板桩应堆放在平坦而坚固的场地上，必要时对场地地基土进行压实处理。施工机械采用ZX330-3G液压挖掘机打桩。1.打桩围檩支架（导向架）的设置：为保证钢板桩沉桩的垂直度及施打板墙墙面的平整度，在钢板桩打入时应设置打桩围檩支架，围檩支架由钢围檩、围檩桩、连接板组成。其中钢围檩、围檩桩采用40b工字钢。2.钢板桩打设采用单桩打入法施工，用单层围檩每10—20块钢板桩组成一个施工段，先将两端2块钢板桩打入，严格控制其垂直度，每打入1m应测量一次，然后再进行中间部位钢板桩施工，逐块插打，直至工程结束，这种打入方法施工简便，可不停顿地打，桩机行走路线短，速度快。3.钢板桩的转角和封闭合拢由于板桩墙的设计长度有时不是钢板桩标准宽度的整数倍，或板桩墙的轴线较复杂，或钢板桩打入时倾斜且锁口部有空隙，这些都会给板桩墙的最终封闭合拢带来困难，采用轴线修整法解决。轴线修整法通过对板桩墙闭合轴线设计长度和位置的调整，实现封闭合拢，封闭合拢处最好选在短边的角部。5.2.2支撑结构施工1.钢支撑安装支撑应根据钢支撑安装进度摆放支撑，原则上应贯通安装，每根支撑贯通后应及时施加预应力。首先在工字钢竖托桩位置以竖托桩为中心挖开3m见方1.5m深的坑，以便安装搁置点。支撑首先将钢支撑安装标高引到挖出的钢围檩，统一标高，所有同一道支撑保持在同一水平面上，将安装用搁置点按标高焊接在钢围檩上，再将支撑安装至三拼工字钢竖托桩上，安装超长的支撑应从基坑中心逐渐向外扩散边挖土边摆放支撑直至钢支撑安装完毕，并及时施加预应力。当第一道支撑安装完毕后，应及时复土。按照图纸要求进行焊接。要求及做法如下：图5.2.2-1转角处钢围檩连接及加固图5.2.2-2钢管支撑与钢围檩连接示意图图5.2.2-3水平斜撑连接示意图图5.2.2-4主次钢管连接示意图2.钢围檩加工及安装1）钢围檩的加工钢围檩采用三拼40b型工字钢。牛腿支架采用角钢托架L110*10间距2.4m。详见下图所示图5.2.2-5三拼工字钢围檩图5.2.2-6牛腿支架角钢托架2）钢围檩安装沿拉森钢板桩位置开挖至支撑标高下约1.5m宽度1m,并需在围护结构上标出钢围檩标高，清理围护结构基面后焊接钢围檩三角支架，并吊装钢围檩。钢围檩需保持连续性，两段接缝处平板面用380*100*14mm钢板焊接、立板面采用480*150*15mm钢板焊接，焊缝厚度10mm。钢围檩与围护结构之间焊接，焊缝厚度为10mm。3.钢支撑加工及安装1）钢支撑加工钢管支撑1设计为φ609mm、壁厚12mm，钢管支撑2设计为φ377mm、壁厚8mm，钢管支撑1为主钢管。钢支撑加工应分节制作，每节长度一般约6m，现场应根绝每个断面相应位置基坑宽度确定没到钢支撑的总长，总长为基坑宽度减去两边围檩宽度，钢支撑制作总长包括活动端长度，分节制作并采用法兰、螺栓拼接形成单根（总长）钢支撑，加工时对各管节进行编号并在关闭上标注长度。管节之间采用法兰盘、高强螺栓连接，没跟横撑两端分配活动端和固定端。2）钢支撑拼接钢支撑的拼接采用轮式起重机在基坑外地面进行，拼接前必须平整地面，并分别在管节接头位置摆放两根方木，以便拼接是螺栓操作；拼接是要到现场量取钢围檩间的实际宽度，以便进行钢支撑拼接总长的符合。3）钢支撑吊装采用轮式起重机进行吊装。钢支撑在基坑旁预拼装完成后，吊入基坑内，两段用固定端焊接到钢围檩上，钢支撑两段放在固定端上，同时水平钢支撑与竖托桩之间应通过焊接外加425钢筋钢筋加固，组成钢支撑防脱落设施。图5.2.2-7水平钢管与竖托桩连接示意图图5.2.2-8竖托桩组装示意图4）预加轴力水平支撑预加力前，支撑下方不得有人通过。预加轴力通过液压千斤顶对钢支撑活动端部分三次施加轴力，第一次加力到预加轴力值得50%后观察钢支撑变化五分钟，第二次加力到预计加值80%后观察钢支撑变化五分钟，第三次加力到预加轴力后观察钢支撑变化五分钟，在观察支撑正常且压力表读数稳定无异常后，同时预加轴力与钢支撑轴力监测数据一致时，用钢楔子将活动端锁定，钢支撑在锁定完成并撤除千斤顶。图5.2.2-8基坑支护平面布置图6材料与设备6.1、设备准备（1）现场在各个施工阶段投入相应机具设备，满足工期、质量要求。（2）机械设备进场前要实行试运转制，性能良好方可投入使用。现场配备若干名机械修理工，对机具设备定期检修和日常维护保养，保证机具正常运转。（3）操作上“人机固定”，谁操作，谁负责。（4）对采购不合格的原材料、半成品、设备等，如属工作原因造成，应给责任者以经济制裁。（5）具体设备进场计划如下表：（具体数量根据现场实际情况进行调整）拟投入本分项工程的主要施工机械如表，检测设备投入计划一览表如下所示：表6-1主要施工机械投入计划表序号设备名称型号及规格数量单位备注1液压挖掘机ZX330-3G1台2挖掘机ZX330-31台3交流电焊机BX-508台4电动空压机10M34台5轮式起重机QT501台表6-2检测设备投入计划一览表序号设备名称型号规格单位数量备注1GPS接收仪S86台12全站仪NET05台13水准仪KTS-442L台26.2、材料准备（1）严格要求材料员对原材料、成品、等择优选择供应厂家，并严格执行质量验收、管理制度。（2）材料质量全部合格以上，不合格材料不进场。严格执行材料送检化验制度、进场材料必须有出厂合格证明，并送质检部门检测试验合格方可使用。（3）妥善储存和保管好各种材料、构配件，确保其质量。（4）根据工程需要及施工情况，对施工中所需材料采用分批进场或一次性进场，具体进场主要材料详见下表：序号材料名称单位数量进场时间1拉森钢板桩根678根据进度2拉森IV型转角钢板桩根5根据进度3钢围檩T60根据进度4三拼工字钢竖托桩根135根据进度5钢管支撑1（φ609*12）吨182吨根据进度6钢管支撑2（φ377*8）吨12吨根据进度7零星钢构件吨21吨根据进度以上进场材料为暂估数量，施工中可视具体情况进行调整。6.3、劳动力计划拟投入本分项工程的主要施工人员如表所示：劳动力投入计划序号工序施工阶段人数备注1拼装人员6人2焊接人员6人3其他6人7质量控制7.1保证工程质量的技术措施所有钢支撑配件的钢板加工以及钢管焊接加工必须双面满焊，在有内肋板焊接过程中无法双面焊接的，宜采用坡口焊接方式。根据工程所处环境特点和钢支撑布置形式应合理选择钢支撑的吊装设备。施工前应做好设备进场、安装、调试等工作。横撑安装前先试拼装，试拼装两端支点中心线偏心不大于20mm，安装后总偏心量不大于50mm。钢管横撑的设置时间必须严格按设计概况条件掌握，遵循先撑后挖的原则，开挖至支撑设计标高下0.5m时及时施做支撑，然后继续开挖。支撑安装完毕后及时检查各节点连接状况，经确认后方可施加力，每次施加力时都要检查各节点连接状况。预加力完成后，将伸缩腿与支撑头后座之间的空隙采用钢板楔块垫赛紧密，锁定钢支撑预加力后再拆除千斤顶。现场各项原始记录必须真实、齐全。严格按照质量标准进行控制验收。8安全措施8.1、施工安全措施

（1）建立安全保证体系，设立安全管理机构，工程项目设立安全小组、班组设安全员，形成一个健全的安全保证体系，工地的安全管理机构负责工地日常的安全工作，定期组织安全检查，对不符合要求的要及时发出整改通知，对违章作业者进行批评教育和处罚。

（2）操作人员必须持证上岗，各种作业人员应配带相应的安全防护用具及劳保用品，严禁操作人员违章作业，管理人员违章指挥（3）严格执行各项安全操作规程，施工前要进行安全交底，定期进行安全教育，加强工人的安全意识教育。（4）多机作业用电必须分闸，严禁一闸多机和一闸多用，施工现场电缆、电线必须按规定架设，严禁拖地和乱拉乱搭。（5）施工前对施工人员进行培训，施工现场严禁无关人员进入。施工中注意是施工安全，严防机械伤人事故。9环保措施9.1、环境保护措施（1）在工程施工过程中严格遵守国家和地方政府下发的有关环境保护的法律、法规和规章，加强对工程材料、设备、生产生活垃圾、弃渣的控制和治理，遵守有防火及废弃物处理的规章制度，做好交通环境疏导，充分满足便民要求，随时接受相关单位的监督检查。（2）工程材料、成品构件分门另类，有条理地堆放整齐；机具设备定时定人保养，保持运行整洁，机容正常。（3）施工中严格按照经审定的施工组织设计实施各道工序，工人操作要求达到标准化、规范化、制度化，做到工完料清，场地无淤泥积水，施工道路平整畅通，实现文明施工。（4）加强土方施工管理，防止泥浆污染场地。设立专职的“环境保洁区”，负责检查、清除出场车辆上的污泥，清扫污染的马路，做好工地内外的环境保洁工作。定期清运废料处理，按工程建设指定的地点和方案进行合理堆放和处治。（5）优先选用先进的环保机械。采取设立隔音墙、隔音罩等消音措施降低施工噪音到允许值以下，同时尽可能避免夜间施工。（6）项目部设文明施工负责人，每周召开一次关于文明施工的例会定期与不定期检查文明施工措施落实情况，组织班组开发“创文明班组