基坑支护组合钢支撑设计与施工技术
江苏地质,25(3) ,161—165,2001 文章编号:1003-6474(2001) 03-0161-05
基坑支护组合钢支撑设计与施工技术
张 建, 尹桂明
(江苏地质基桩工程公司, 江苏镇江212111)
摘要:通过镇江市邮电通信指挥中心大楼深基坑工程的设计与施工, 全面介绍了组合钢支撑在深基坑支护工程应用中的设计、施工方法及支撑效果。实践证明, 组合钢支撑是一种施工方法简单、施工速度快、对周边环境影响小、安全可靠的支撑形式, 具有较强的市场竞争能力及良好的推广应用前景。关键词:基坑支护; 组合钢支撑; 预应力; 安装; 拆除; 监测; 中图分类号:TU94+2 文献标识码:A
, 成部分。, 确保坑周围建(构) 筑物、道路及管网的安全, 在深基坑围护壁上一定位置(高度) 设置钢支撑, 以提高围护壁抵抗主动土压力的能力。通过施加预应力, 完全能达到基坑变形小的技术要求, 从而使基坑处于正常工作状态。它具有设备简单、便于施工、工期短、造价低、支撑轴力大以及拆除方便等优点。本文就我公司在镇江市邮电通信指挥中心大楼深基坑支护工程中组合钢支撑的设计与施工技术加以论述。
。主楼为28层, 设地下室2层, 基坑开挖深度为9115m ～10165m , 其平面形态极不规则, 基坑支护周长325m 。
坑周建(构) 筑物、道路、管网十分复杂。西侧为电力路, 其非机动车道下有煤气及下水管道, 基坑北侧为新马路, 有自来水、下水管道, 东侧为镇江市第一人民医院8层办公用房; 南侧为邮电宾馆、锅炉房、浴室, 与基坑相距仅1m 左右, 且有下水管道分布。
2 基坑支护方案
2. 1 工程地质
1 工程概况
ΟΟ
根据岩土工程地质勘察报告[1]可知, 与基坑支护工程有关的主要地层为第四系全新统填土及上更新统下蜀组粘土等。各土层的主要物理力学性能及基坑设计参数见表1。
13. 96. 3
8. 26×10-76. 73×10-7
18. 51. 03×10-47. 45×10-513. 71. 40×10-71. 10×10-713. 5
5. 80×10-8
K (cm/s )
镇江市邮电通信指挥中心位于新马路与电力路
层厚
(m )
1. 7～2. 70. 7～1. 40. 8～3. 03. 5～5. 66. 4～8. 7
表1 各土层物理力学性能及基坑设计参数
层号
土层名称
W (%) 29. 430. 131. 826. 225. 6
γ
(kN/m 3) 19. 3219. 2219. 0019. 9120. 14
e Sr I p 13. 512. 78. 514. 015. 1
I L 0. 861. 031. 330. 550. 44
C (kPa ) 18. 218. 09. 036. 663. 5
水平垂直
①-2素填土②淤泥质粉质粘土③粉土和细粉砂④粉质粘土⑤粉质粘土
0. 81196. 50. 85199. 20. 89598. 10. 72099. 60. 70999. 7
收稿日期:2001-08-02; 编辑:李卉
) , 男, 江苏镇江人, 江苏地质基桩工Ο作者简介:张建(1956—
程公司高级工程师.
Ο
江 苏 地 质 2001年162
表2 挡土桩及止水桩技术参数一览表
挡土桩(钻孔灌注桩)
区段桩径
(mm )
AB 段BC 段C D 段DA 段
[1**********]0
止水桩(深搅桩、旋喷桩)
加强筋
[1**********]0
桩间距(mm )
[**************]
桩长(m )
16. [**************]00
主筋
10
螺旋筋
砼强度
C25C25C25C25
桩径(mm )
800～1000
700700700
桩长(m )
[**************]0
说 明三重管高压旋喷桩双排深搅桩, 搭接200mm , 水泥掺入比15%
场地地下水属HC O 32—S O 42-—Ca 2+—Na +型潜水, 水温为16℃, 一般埋深为0180m ～1170m , 对混凝土无侵蚀性。2. 2 方案选择
1) 。南北向7道, 东西向5道。对撑杆件与围檩之
间用八字撑加强。设置21根立柱桩(
=9150m ) 承受水平支撑自重, 。, , 顶部根据场地岩土工程地质条件及周边建筑物的分布特点, 结构; ; 拌桩() 。2。
整个基坑分为4个区段进行设计计算, 土压力采用朗肯理论按水土合算的方法计算侧压力, 土的粘聚力(C ) 和内摩擦角(
支撑体系由围檩、主撑杆、八字撑杆、立柱等杆件组成。所用材料主要为槽钢和热轧钢材, 采用焊接和高强度螺栓组装而成, 并由工厂制作, 其长度一般为12m 。施工现场按需裁截使用。杆件按使用功能分为4种:
(1) 主撑杆:规格为730×560, 用8[28b 型钢焊接而成, 其断面结构见图2a ;
(2) 八字撑杆:规格为260×300, 用2[24b 型钢拼焊而成, 其断面结构见图2b ; (3) 围檩:规格为600×560, 亦用8[28b 型钢焊接而成, 其断面结构见图2c ;
(4) 立柱:采用角钢焊接而成, 规格为560×320, 其断面结构见图2d 。3. 3 设计计算
3 钢支撑系统设计计算
3. 1 支撑系统结构布置
采用对撑和局部角撑相结合的布设结构(图
根据文献[2], 钢支撑[28b 断面数据及由此计算的8[28b组合断面数据见表3。
表3 [28b断面及8[28b组合断面数据
序号
[28b钢构件断面数据
序号8根[28b组合断面数据
1钢构件高h =280mm 2钢构件肋宽b =84mm 3钢构件厚d =915mm 4断面面积A 1=45162cm 25X 轴贯性矩I x =511814cm 46Y 轴贯性矩I y =24115cm 47Y 1轴贯性矩I y 1=41815cm 48Y 1与Y 轴间距x 0=2102cm
1组合断面面积A =364196cm 22X 轴偏心矩e x =25198cm 43Y 轴偏心矩e y =14cm 4
4X 轴贯性矩I x =180372145cm 45Y 轴贯性矩I y =223634172cm 46X 轴回转半径i x =22123cm 7Y 轴回转半径i y =24175cm 8X 轴抵抗矩w x =6441187cm 39Y 轴抵抗矩w y =6143184cm 3
图1 组合钢支撑平面布置图
第3期 张 建等 基坑支护组合钢支撑设计与施工技术163
图2 钢支撑杆件结构详图
a 2主撑杆断面结构;b 2八字撑杆断面结构;c 2围檩断面结构;d 2立柱断面结构
取q =250kN/m , 横向支撑间距Lx =14m , 纵向支撑间距Ly =13m 。其计算结果如下:
支撑轴力N =4550kN
安装误差产生的弯矩M 1=8190kN ・cm 自重引起的弯矩M 2=5408kN ・cm 自重挠度产生的弯矩M 3=70313kN ・cm 水平弯矩Mx =1430313kN ・cm 纵向弯矩My =8190kN ・cm
按箱形截面构件验算其稳定性, 验算结果表明, 强度计算值小于强度设计值, 即:
f =17190kN/cm 2
δ=1414kN/cm 2
4 施工方法及其过程控制
4. 1 工艺流程
施工立柱桩(安装钢桁架)
↑放样定位→安装钢牛腿→安装钢围檩→浇筑砼(充填钢围檩与围护桩之间的间隙) →安装主支撑→施加预应力(焊接定位) →安装八字撑→验收→监测→拆除。
4. 2 施工过程控制
4. 2. 1 放样定位 放样定位分两个阶段。第一阶
段与施工围护桩同时进行, 确定支承立柱桩桩位, 施
江 苏 地 质 2001年164
工、安装钢桁架。第二阶段, 根据设计图纸和实际钢桁架的位置定位, 其偏差小于100mm 。4. 2. 2 安装钢牛腿 钢牛腿的位置及标高应根据设计图纸确定。基坑四周钢牛腿应控制在同一水平面, 并与支护桩的三根主筋焊接, 焊接长度、高度应符合规范要求。4. 2. 3 安装钢围檩 安装钢围檩应遵循“先长后短, 减少接头”的原则, 优先使用标准节(节长1210m ) , 以减少接头数。
钢围檩接头位置宜放在主撑及其附近。其接头应用气割割平, 必要时应磨平, 采用结422焊条焊接。
钢围檩与围护桩的间距, 控制在50mm ～100mm 为宜, 以便砼浇捣和减少浇筑量。4. 2. 4 浇筑砼 填实, , , 砼强度应%。4. 2. 5 安装主支撑 安装主支撑同样遵循先长后短, 减少接头的原则, 优先使用标准节(节长1210m ) , 最后一节根据实际需要截料使用。主撑的接头应采用气割割平, 并满焊, 尽可能放在支承立柱桩桩帽上或其附近。安装时, 尽量保持内点略高(高差10mm ～15mm ) , 以确保其受力后不上凸。
每根钢支撑一端焊接两个预应力支座, 其强度应满足施加预应力的要求。4. 2. 6 施加预应力 施加预应力是支撑工程的重要环节, 成功与否, 直接影响到基坑支护的效果。
施加预应力之前, 应对钢支撑限位焊接。施加预应力逐根进行, 如实记录加载时间及预应力大小。有条件时, 同一方向上的支撑应同时施加预应力。
预应力施加完毕, 现场应根据主支撑与钢围檩之间的实际间距, 裁截相应规格、尺寸的铁板, 充填焊接定位。经验收合格后方可卸载。4. 2. 7 安装八字撑 安装八字撑应遵循先撑后挖原则。八字撑下料、安装按图纸进行。
预拼装时, 与钢围檩、主支撑接触部位应尽量紧密, 对间距较大的部位, 应割制等厚钢板充填、补缺焊牢。
4. 2. 8 验收与监测 质量验收应坚持过程验收为主, 完(竣) 工验收为辅的原则, 反对以完(竣) 工验收
代替过程验收。
验收重点为各个节点(包括接头) , 实行施工一个, 验收一个, 完工一处验收一处, 发现质量问题及时返工。
验收中严格参照的标准有《钢结构工程质量检:验评定标准》G B50221-95《钢结构工程施工及验收; 规范》G B50205-95《; 普通碳素结构钢技术要求》G B700-88《建筑钢结构焊接规程》; J G J81-91。钢支撑监测一般与基坑监测同步进行, 监测内、、下凹) 、支撑, 。
拆除前, 应先进行可靠的换撑工作, 以确保钢支撑拆除后, 支护侧向位移控制在较小范围内。此外, 划分坑周保护区, 滑裂面310m 范围内为重点保护区。坑周加载应小于15kN/cm 2, 钢支撑拆除后, 地下构筑物未浇筑到±0100之前, 坑周保护区内严禁加载。
拆除顺序为先拆除八字撑, 再拆除主支撑, 并按间隔顺序割开, 即先割开2#、4#、6#……, 再割开1#、3#、5#……。
5 支撑效果
基坑自1999年10月钢支撑开始施工至2000年2月钢支撑拆除, 历时近5个月, 周边建筑物累计沉降量小于5mm , 道路管线正常使用。26个测点经5个月的连续观测, 桩顶水平位移最大为33mm (表4) 。
1999年10月10日至13日对主撑施加预应力, 预应力值为600kN , 由于主撑与主撑之间、主撑与土体之间摩擦力的影响, 给主撑一端施加600kN 预应力时所对应的另一端的应力值仅180kN , 最后给主撑施加1050kN 预应力, 对应的顶端应力达550kN 左右。另外, 从钢支撑内力测试结果(表5) 来看, 最大轴力为505kN , 均未超过设计值, 说明整个支撑系统处于安全稳定状态, 工作良好。
第3期 张 建等 基坑支护组合钢支撑设计与施工技术
表4 桩顶水平位移观测结果(mm )
测点1说明
北
移
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
165
2526
北移
33
北移
15
西移
22
西移
31
西移
16
北移
24
北移
28
北移
9
西移
2
西移
3
西移
2
南移
8
南移
14
南移
12
南移
9
南移
5
南移
10
南移
9
东移
8
东移
15
东移
13
东移
15
北移
9
北北移移
9
10
位移33
表5 钢支撑内力测试结果
N o.
70309
71243
72505
73420
74322
76213
77389
不同程度的影响, 增加基坑的变形, 而钢支撑的拆
除, 快速方便, 对周边环境影响小。
④支撑轴力大, 尤其是在深大基坑支护工程中具有较明显的优越性及较强的市场竞争能力。
, 已在数。
最大轴力(kN )
6 结语
组合钢支撑体系是由围檩, , 运至整个支撑体系, 具有如下优点。
①支撑材料可以反复周转使用, 使用一次的损耗约在10%左右, 因此造价至少比砼支撑降低15%左右。
②由于钢支撑可在场外预制, 现场拼装, 没有养护期, 故施工速度快, 工期短。
③拆除砼支撑时, 一般采用爆破方式, 这不仅对周边居民造成了很大的心理压力, 而且清理碴石也费工、费时, 加之爆破震动对坑周土体原始结构产生
7本文系集体劳动成果。此项工作是在江丕光教
授级高级工程师的指导下完成的, 在工程施工过程中, 得到了业主、监理等单位的大力支持。此外, 我公司刘宝田、卜永洪、陈春风、张瑞琼诸位工程师均付出了大量的辛勤劳动, 在此一并致谢。参考文献:
[1] 镇江市建筑研究设计院. 镇江市邮电局邮电通信指挥
中心工程地质勘察报告[R],1998.
[2] 黎钟, 高云虹. 钢结构[M ].北京:高等教育出版社,
1990.
Design and C onstruction T echnology in C om pound Stanchion Shoring of F oundation Pits Support
ZHANG Jian ,YIN G ui 2ming
(Jiangsu G eological Piling C om pany , Zhenjiang 212111, China )
Abstract :Based on the design and construction of the deep foundation pits for the commanding Building of P ostage &T elecommunications ,
Zhenjiang , a full description of results are covered in the text for the com pound stanchion , its design and construction methods in the applica 2tion of deep foundation pits engineering. I t is concluded that the com pound stanchion is a shoring form characterized by being easily and fast constructed , minor in fluence to the environment , safe and reliable , and have strong market com petitiveness and broad prospects of populariza 2tion and application.
K eyw ords :Support of F oundation Pits ;Sh oring of C om pound S tanchion ;Prestressing force ;Installation ;Rem oval ;M onitoring ;Z henjiang ,Jiangsu