深基坑中預(yù)留土方二次開挖內(nèi)支撐施工技術(shù)

孔希紅

(山西一建集團(tuán)有限公司，山西太原 030012)

1 工程概述

某工程位于臨汾市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)河汾路與中大街交匯處。該工程包括一棟22層的A座寫字樓，一棟22層的B座寫字樓，一棟17層C座住宅樓、三層附屬商鋪樓及地下車庫。

本工程基坑土方開挖深度為10.5 m，而原有建筑物位于擬建B座寫字樓正南側(cè)，距離擬建B座寫字樓17.2 m，距離擬建B座寫字樓附屬車庫9.1 m。

在距離原寫字樓北側(cè)5.35 m處進(jìn)行止水帷幕的施工，止水帷幕施工完畢后在距離止水帷幕200 mm的北側(cè)施工混凝土灌注樁，作為原寫字樓的支護(hù)樁。支護(hù)樁的北立面距離B座寫字樓?軸為10.2 m。支護(hù)樁樁徑為 1 000 mm，樁距為 2.0 m，樁長為23.1 m，混凝土等級為C30。樁頂標(biāo)高為－4.527，樁頂設(shè)置1 000×800的冠梁，冠梁頂標(biāo)高為－3.727。本基坑開挖深度至－11.3 m(自然地坪以下10.5 m)。由于該支護(hù)樁在基坑的懸臂段太長，經(jīng)計(jì)算不能滿足基坑邊坡穩(wěn)定性要求。又因距離原寫字樓較近，所以不能進(jìn)行土釘墻的施工。

綜合以上諸多因素，考慮在標(biāo)高約－6.0 m處(地下車庫－2層頂板上)設(shè)φ273×6.5 mm的鋼管進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)支撐，斜撐至支護(hù)樁頂冠梁，鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)支撐水平間距4.0 m。為方便施工，基坑土方開挖時(shí)，原寫字樓北側(cè)(長46 m)范圍土方暫不進(jìn)行分層開挖。第一次開挖至－5.3 m，然后預(yù)留上口4 m，下口6 m，高度為6 m的土方作為基坑邊坡的臨時(shí)支護(hù)。待B座寫字樓南側(cè)地下車庫后澆帶以北的結(jié)構(gòu)施工完畢后，以施工完成后的結(jié)構(gòu)作為支撐的支點(diǎn)進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)支撐施工，然后再進(jìn)行剩余土方的開挖、預(yù)留地下車庫結(jié)構(gòu)施工(見圖1)。

圖1 B座寫字樓南側(cè)地下車庫現(xiàn)施工階段示意圖

2 鋼管內(nèi)撐計(jì)算

深基坑工程是建筑物的奠基石，不僅受深基坑邊坡土質(zhì)的影響，而且還與緊鄰建筑物及其荷載密切相關(guān)，是建筑物結(jié)構(gòu)施工中十分重要的組成部分，也是施工現(xiàn)場安全監(jiān)控的重點(diǎn)之一。因此我們在鋼管內(nèi)撐施工過程中必須嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的要求對其承載力進(jìn)行詳細(xì)驗(yàn)算，施工過程中把好工程質(zhì)量關(guān)。基坑邊坡施工安全是地基與基礎(chǔ)工程中尤為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，鋼管內(nèi)撐計(jì)算的準(zhǔn)確性既直接影響到鋼管內(nèi)撐方案的可行性，還關(guān)系到基坑邊坡安全及緊鄰建筑物的使用功能和壽命，因而一直受到人們的普遍關(guān)注。深基坑工程的鋼管內(nèi)撐安全計(jì)算十分重要，但以往憑經(jīng)驗(yàn)、或概念不清、或計(jì)算不夠嚴(yán)謹(jǐn)，編制的方案簡單而導(dǎo)致嚴(yán)重安全隱患，甚至發(fā)生重大安全事故。所以深基坑工程，要做到鋼管內(nèi)撐設(shè)計(jì)的安全、計(jì)算充分、經(jīng)濟(jì)、合理，是鋼管內(nèi)撐設(shè)計(jì)的重要內(nèi)涵。

2.1 荷載計(jì)算

支撐力計(jì)算值:117 kN/m，支撐間距:4.0 m，支撐傾角:8.9°，支撐軸力:117 ×4.0×1.35×1.1 ÷cos8.9°=703.52 kN。

2.2 結(jié)構(gòu)計(jì)算

構(gòu)件材料特性:設(shè)計(jì)強(qiáng)度:215.00 N/mm2，屈服強(qiáng)度:235.00 N/mm2。

截面特性:截面名稱:焊接鋼管:d=273 mm，焊接鋼管外直徑［2t≤d］:273 mm，焊接鋼管壁厚［0 ＜t≤d/2］:6.5 mm。

分析結(jié)果:繞X軸彎曲時(shí)的最小整體穩(wěn)定性安全系數(shù):1.32，該截面距離構(gòu)件頂端:10.000 m;繞Y軸彎曲時(shí)的最小整體穩(wěn)定性安全系數(shù):2.43，該截面距離構(gòu)件頂端:10.000 m;最小強(qiáng)度安全系數(shù):2.88，該截面距離構(gòu)件頂端:10.000 m。

構(gòu)件安全狀態(tài):穩(wěn)定滿足要求，強(qiáng)度滿足要求。

3 鋼管內(nèi)撐施工工藝

3.1 工藝流程

施工工藝流程如下:

安全防護(hù)措施→測量放線→H型鋼與B座寫字樓地下1層柱連接→支護(hù)樁安裝預(yù)埋件→安裝鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)支撐→人工開挖土方(－5.30 m～－11.3 m)→支護(hù)樁樁身鋼筋網(wǎng)片綁扎及噴射混凝土100 mm→地下－2層車庫結(jié)構(gòu)施工→地下車庫外墻防水粘貼及室外土方回填至－6.05 m→拆除鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)支撐→地下－1層車庫結(jié)構(gòu)施工→地下車庫外墻防水粘貼及回填土。

1)根據(jù)《B座寫字樓南側(cè)支護(hù)體系預(yù)留土方二次開挖內(nèi)支撐施工方案》進(jìn)行設(shè)置安全防護(hù)措施。

2)測量放線:

a.在支護(hù)樁樁身抄平，以控制安裝鋼管內(nèi)撐所需土槽的土方開挖深度。

b.對與B座寫字樓地下1層柱連接的H型鋼進(jìn)行定位放線，彈處－5.95 m的H型鋼底線。

3)H型鋼與B座寫字樓。

地下1層柱連接:

a.在B座寫字樓?軸地下1層柱及剪力墻根部根據(jù)所彈定位線設(shè)置100 mm墊木。

b.安裝H型鋼，并用5a與H型鋼焊接固定在結(jié)構(gòu)柱上。

c.每跨之間設(shè)置300×300×300(高)混凝土立柱，作為鋼梁跨中支點(diǎn)。

立柱配筋4C25，φ6.5@100。4C25在梁上植筋。

4)支護(hù)樁安裝預(yù)埋件。

a.根據(jù)制作預(yù)埋件膨脹螺栓的位置進(jìn)行打眼，確保位置的準(zhǔn)確性。

b.安裝 MJ-2。

5)安裝鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)支撐。

a.測量MJ-2與鋼梁之間的距離，根據(jù)測量數(shù)據(jù)對鋼管進(jìn)行下料(包括斜面切割)。

b.鋼管兩端各焊接一塊300×300×20的鋼板。

c.利用塔吊吊裝鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)支撐就位。

d.鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)支撐兩端施焊，一端與MJ-2焊接，另一端與鋼梁焊接(見圖2)。

圖2 鋼管支撐平面示意圖

6)人工開挖土方(－5.30 m～－11.3 m):由于此次預(yù)留土方周圍環(huán)境限制，此預(yù)留土方考慮采用人工開挖的形式。人工開挖土方的同時(shí)，及時(shí)清理附著在混凝土支護(hù)樁的碎土。考慮預(yù)留車庫部分土方均回填至地下車庫。

7)支護(hù)樁樁身鋼筋網(wǎng)片綁扎及噴射混凝土100 mm:在人工開挖預(yù)留土方的同時(shí)，緊隨開挖深度及時(shí)進(jìn)行支護(hù)樁樁身鋼筋網(wǎng)片綁扎及噴射細(xì)石混凝土100 mm。

3.2 工藝特點(diǎn)

1)鋼管下料長度必須準(zhǔn)確，且兩端需切割成斜面。

優(yōu)點(diǎn):運(yùn)用AutoCAD計(jì)算機(jī)軟件控制鋼管下料長度，快速準(zhǔn)確、節(jié)約材料等。

缺點(diǎn):運(yùn)用氧氣、液化氣氣體切割端部斜面不能夠保證足夠平整。

2)鋼管制作完畢后的就位焊接時(shí)用塔吊吊裝穩(wěn)定性難以控制。

優(yōu)點(diǎn):運(yùn)用現(xiàn)場塔吊吊裝快捷、方便。施工安全能夠得到保障。

3)鋼管內(nèi)支撐用于深基坑支護(hù)時(shí)由于支撐點(diǎn)面積較小，故需在基坑坑壁鋼管支撐點(diǎn)處設(shè)置一道連系梁。本工程中，在需進(jìn)行鋼管內(nèi)撐的基坑邊坡設(shè)置了支護(hù)樁(鋼筋混凝土灌注樁)間距2.0 m，樁徑1 000 mm。另支護(hù)樁樁頂設(shè)置鋼筋混凝土冠梁。截面1 000 mm×800 mm。

4 質(zhì)量控制措施

1)完善制度、明確責(zé)任;交底先行;目標(biāo)清楚、認(rèn)真落實(shí)完善質(zhì)量責(zé)任制及質(zhì)量檢查與獎(jiǎng)懲措施。施工前進(jìn)行設(shè)計(jì)與技術(shù)交底，明確任務(wù)及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。做到以優(yōu)質(zhì)的崗位工作質(zhì)量，確保鋼管內(nèi)撐焊接安裝質(zhì)量達(dá)標(biāo)。

2)嚴(yán)把原材料進(jìn)場關(guān)。

各種原材料及半成品使用前，應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量檢測，不合格材料決不允許使用。所用鋼管管徑與壁厚必須經(jīng)過現(xiàn)場游標(biāo)卡尺測量。

3)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

鋼管與預(yù)埋板、H型鋼之間的焊縫不得有未融合、咬邊、弧坑裂紋、表面夾渣、表面氣孔等現(xiàn)象，焊接時(shí)的焊接變形對施工質(zhì)量影響非常大，所以，焊接時(shí)應(yīng)采取措施嚴(yán)格控制焊接變形。根據(jù)板的不同厚度采取相應(yīng)的預(yù)熱措施及層間溫度控制措施。實(shí)施分段的多層多道焊，每焊完一道后應(yīng)及時(shí)清理焊渣及表面飛濺，發(fā)現(xiàn)影響焊接質(zhì)量的缺陷時(shí)，應(yīng)清除后方可再焊。連續(xù)焊接時(shí)應(yīng)控制焊接區(qū)母材溫度，保證層間溫度符合要求，遇有中斷焊接作業(yè)的特殊情況，應(yīng)采取保溫措施，再次焊接時(shí)，應(yīng)重新預(yù)熱且應(yīng)高于初始預(yù)熱溫度。焊接時(shí)嚴(yán)禁在焊縫以外的母材上打火引弧。焊后應(yīng)認(rèn)真清除焊縫表面飛濺、焊渣、焊縫不得有咬邊、氣孔、裂紋、焊瘤等缺陷和焊縫表面存在幾何尺寸不符現(xiàn)象，不得因切割連接板、刨除墊板等工作而傷及母材，連接板、引入、引出板刨除后的表面應(yīng)光滑平整。

5 結(jié)語

1)工期效益:由于其施工工藝簡單，施工速度快，為工程進(jìn)度贏得了時(shí)間。

2)經(jīng)濟(jì)效益:該鋼管內(nèi)撐的基坑支護(hù)方案總體投資少、勞動(dòng)強(qiáng)度低，不僅節(jié)約了經(jīng)濟(jì)還節(jié)省了勞動(dòng)力，為企業(yè)創(chuàng)造了良好的利益。

3)社會效益:鋼管內(nèi)撐施工完成后工程質(zhì)量高，有效的解決緊鄰建筑物進(jìn)行深基坑作業(yè)的邊坡支護(hù)問題。

4)環(huán)境效益:開挖基坑及深基坑作業(yè)時(shí)不影響附近建筑物的正常使用功能，能確保周圍建筑及基坑邊坡的安全。