基坑鋼支撐支護總結(jié)

1、基坑鋼支撐支護總結(jié) 基坑支護是為保證地下結(jié)構(gòu)施工及基坑周邊環(huán)境的安全，對基坑側(cè)壁及周邊環(huán)境采用的支擋、加固與保護措施。1、基坑支護特點(1)基坑支護工程是個臨時工程，設(shè)計的安全儲備相對可以小些，但又與地區(qū)性有關(guān)。不同區(qū)域地質(zhì)條件其特點也不相同?；又ёo工程又是巖土工程、結(jié)構(gòu)工程以及施工技術(shù)互相交叉的學(xué)科，是多種復(fù)雜因素交互影響的系統(tǒng)工程，是理論上尚待發(fā)展的綜合技術(shù)學(xué)科。(2)由于基坑支護工程造價高，開工數(shù)量多，是各施工單位爭奪的重點，又由于技術(shù)復(fù)雜，涉及范圍廣，變化因素多，事故頻繁，是建筑工程中最具有挑戰(zhàn)性的技術(shù)上的難點，同時也是降低工程造價，確保工程質(zhì)量的重點。(3)工程實踐證明，要做好基坑

2、支護工程，必須包括整個開挖支護的全過程，它包括勘察、設(shè)計、施工和監(jiān)測工作等整個系列，因而強調(diào)要精心做好每個環(huán)節(jié)的工作。(4)基坑支護工程包含擋土、支護、防水、降水、挖土等許多緊密聯(lián)系的環(huán)節(jié)，其中的某一環(huán)節(jié)失效將會導(dǎo)致整個工程的失敗。(5)相鄰場地的基坑施工，如打樁、降水、挖土等各項施工環(huán)節(jié)都會產(chǎn)生相互影響與制約，增加事故誘發(fā)因素。(6)在支護工程設(shè)計中應(yīng)包括支護體系選型、圍護結(jié)構(gòu)的承載力、變形計算、場地內(nèi)外土體穩(wěn)定性、降水要求、挖土要求、監(jiān)測內(nèi)容等，應(yīng)注意避免“工況”和計算內(nèi)容之間可能出現(xiàn)的“漏項”，從而導(dǎo)致基坑失誤。在施工過程中，尤其在軟土地區(qū)中施工時，應(yīng)該認(rèn)真研究合理安排 好挖土的方法，以

3、及支撐與挖土的配合，將會顯著地減少基坑變形和基坑支護事故的發(fā)生。(7)基坑支護工程造價較高，但又是臨時性工程，一般不愿投入較多資金?？墒牵坏┏霈F(xiàn)事故，處理十分困難，造成的經(jīng)濟損失和社會影響往往十分嚴(yán)重。(8)基坑支護工程施工周期長，從開挖到完成地面以下的全部隱蔽工程，常需經(jīng)歷多次降雨、周邊堆載、振動、施工不當(dāng)?shù)仍S多不利條件，其安全度的隨機性較大，事故的發(fā)生往往具有突發(fā)性。2、常見的基坑支護型式主要有：（1）排樁支護，樁撐、樁錨、排樁懸臂；（2）地下連續(xù)墻支護，地連墻+支撐；（3）水泥擋土墻；（4）鋼板樁：型鋼樁橫擋板支護，鋼板樁支護；（5）土釘墻（噴錨支護）；（6）逆作拱墻；（7）原狀土放坡

4、；（8）基坑內(nèi)支撐；（9）樁、墻加支撐系統(tǒng)；（10）簡單水平支撐；3、石家莊地鐵1號線北宋站工程概況3、工程概況北宋站位于中山東路與建華大街交口處，沿中山路東西向布置。為1號線與遠(yuǎn)期4號線換乘車站，采用T型換乘方式。車站起點里程K14+607.530，車站終點里程K14+835.190，車站總長227.66米，標(biāo)準(zhǔn)段寬度22.1米，盾構(gòu)端頭井段寬度25.6米。車站采用明挖蓋挖結(jié)合方法施工，蓋挖段為北宋站第四施工段，采用半逆作法施工，蓋挖段位于中山東路與建華大街交匯處，起點里程K14+672.513，終點里程為K14+708.513。由于車站主體屬于深基坑，在施工過程中為了保證基坑的整體穩(wěn)定，采

5、用圍護樁與鋼支撐結(jié)合的形式進行基坑支護。其中鋼支撐的使用方法是對基坑整體穩(wěn)定性的重要影響因素。通過設(shè)計計算，北宋站為三道鋼支撐的設(shè)計形式，見圖1。圖1 北宋站主體鋼支撐剖面圖2、工程水文地質(zhì)情況2.1 工程地質(zhì)和水文地質(zhì) 工程地質(zhì)a.工程地質(zhì)本標(biāo)段北宋站所在地層主要有素填土、粉細(xì)砂、粉質(zhì)粘土、細(xì)中砂。b.不良地質(zhì)作用及特殊性巖土根據(jù)現(xiàn)場勘察和區(qū)域資料分析，本標(biāo)段范圍內(nèi)對工程有不利影響的特殊性巖土除有填土層和濕陷性黃土分布外，未發(fā)現(xiàn)膨脹土、風(fēng)化巖及殘積土等特殊性巖土分布。人工填土：沿線區(qū)域內(nèi)地表普遍分布有人工填土層。填土厚薄變化大，堆積時間短，結(jié)構(gòu)松散，土質(zhì)很不均勻，力學(xué)性質(zhì)差，穩(wěn)定性較差。新近

6、沉積層：北宋站局部存在新近沉積的粉細(xì)砂、黃土狀粉土，新近沉積層由于沉積時間較短，因此具有承載力低、變形大、有濕陷性等特點，可能會產(chǎn)生較大的不均勻沉降，對北宋站基坑支護及主體施工有較大的危害。中粗砂（含卵石）及卵石層：勘探過程中發(fā)現(xiàn)的卵石層最大粒徑為100mm，一般粒徑為2070mm，粒徑大于20mm的顆粒占1020%，亞圓形，中粗砂填充，局部含砂質(zhì)膠結(jié)。根據(jù)區(qū)域資料顯示，卵石層中局部可能存在漂石。濕陷性黃土狀土：北宋站沿線平均8m以上普遍分布,經(jīng)判定場地濕陷類型為非自重濕陷性黃土場地。地基的濕陷等級為級，具輕微濕陷性。 水文地質(zhì)a.地表水本標(biāo)段未穿越主要地表水體。b.地下水根據(jù)收集線路附近地下

7、水位資料，由于地下水開采較為嚴(yán)重，擬建石家莊城市軌道交通1號線一期沿線45m深度范圍內(nèi)地下水類型以潛水為主。本標(biāo)段北宋站范圍地下水位埋深約48m，水位標(biāo)高約17m。含水層為含卵石粗砂層。根據(jù)地質(zhì)勘查報告，本標(biāo)段站體及區(qū)間均未進入潛水層，未見上層滯水，施工時不需降水施工。但由于大氣降水、管道滲漏等原因，沿線不排除局部存在上層滯水的可能性，因此設(shè)計施工時須考慮上層滯水對工程的影響。2.2 工程地質(zhì)評價從區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造特征、新構(gòu)造運動、歷史地震背景、不良地質(zhì)作用及特殊巖土等分析，擬建場地區(qū)域穩(wěn)定性、場地穩(wěn)定性均良好，適宜修建地鐵。3、設(shè)計參數(shù)3.1 圍護結(jié)構(gòu)參數(shù)車站主體結(jié)構(gòu)為兩層三跨矩形框架，總長22

8、7.66m，標(biāo)準(zhǔn)段寬度為20.7m，標(biāo)準(zhǔn)段采用明挖順作法施工，蓋挖段采用半逆做法施工。圍護結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁+鋼管支撐形式。 圍護樁車站盾構(gòu)端頭井圍護結(jié)構(gòu)采用8001200mm鉆孔灌注樁、標(biāo)準(zhǔn)段圍護結(jié)構(gòu)采用8001300mm鉆孔灌注樁樁頂設(shè)冠梁 。 鋼支撐基坑豎向設(shè)置三道支撐，第一道鋼支撐采用609型號t=12mm的鋼支撐，第二、三道第二、三道鋼支撐采用630mm、t=16mm的鋼支撐。鋼管支撐分節(jié)制作，管節(jié)間采用法蘭盤螺栓連接。標(biāo)準(zhǔn)段第一道支撐水平間距6m（圖2），第二、三道支撐水平間距3m（圖3）。圖2 北宋站第一道鋼支撐圖3 北宋站第二、三道鋼支撐鋼支撐兩端分為活絡(luò)端與固定端，固定端緊密

9、貼合鋼圍檁，鋼支撐施加壓力時在活絡(luò)端的活絡(luò)頭上施加壓力，并用鋼楔子緊密楔入。 鋼圍檁圍檁采用雙拼工45b型鋼，鋼圍檁應(yīng)連續(xù)封閉、交圈，基坑角處應(yīng)剛性連接；角撐處圍檁背后需增設(shè)抗剪蹬;鋼圍檁和樁應(yīng)密貼。鋼牛腿三角托架采用L80*8角鋼加工焊接制作而成。每個鋼牛腿采用兩個脹管螺栓固定于圍護樁上，每根圍護樁設(shè)置一個鋼牛腿。鋼圍檁吊裝就位，并將其與圍護樁上的預(yù)埋鋼板焊接在一起，焊接強度必須承受橫撐自重荷載兩倍以上。3.2 鋼支撐軸力設(shè)計值鋼支撐的選擇及支撐設(shè)計軸力見表1，支撐施加預(yù)應(yīng)力值為支撐設(shè)計軸力的50%。支撐位置第一道鋼支撐第二道鋼支撐第三道鋼支撐預(yù)加軸力設(shè)計軸力預(yù)加軸力設(shè)計軸力預(yù)加軸力設(shè)計軸力

10、西端頭斜撐11022071014208201640標(biāo)準(zhǔn)段直撐13527085017507501500蓋挖段直撐88017606801360東端頭斜撐11022066013206001200表1北宋站鋼支撐設(shè)計軸力表注：軸力的單位為kN/m，其中m的方向是指鋼支撐水平間距方向，鋼支撐附加豎向施工荷載不得大于0.5KN/m。4、施工工藝流程基坑開挖噴射混凝土安裝三腳架安放鋼圍檁鋼圍檁拼裝焊接焊接鋼支撐托盤圍護樁上鉆孔安裝膨脹螺栓架設(shè)鋼支撐安裝防墜落鋼索鋼支撐施加壓力軸力監(jiān)測拼裝鋼支撐圖4施工工藝流程圖5、鋼支撐施工中應(yīng)該注意的內(nèi)容:5.1鋼支撐安裝的容許偏差應(yīng)符合下列規(guī)定：（1）支撐兩端的標(biāo)高差：

11、不大于20mm及支撐長度的1/600；（2）支撐撓曲度：不大于支撐長度的1/1000；（3）支撐水平軸線偏差：不大于30mm；（4）支撐中心標(biāo)高及同層支撐頂面的標(biāo)高差：±30mm。5.2鋼支撐施工中應(yīng)該注意的內(nèi)容:1、 膨脹螺栓打設(shè)定位前，需進行基坑兩側(cè)位置測量，避免鋼圍檁安裝后兩端高度不同，造成鋼支撐偏心受壓。2、在樁體打設(shè)膨脹螺栓前定位時，結(jié)合主體中板、底板位置進行適當(dāng)調(diào)整，防止中板、底板施工過程中由于鋼支撐位置造成施工不便。3、安裝三腳架前，將噴射混凝土面進行找平，防止出現(xiàn)膨脹螺栓受力不均，三腳架傾斜等情況。4、在鋼圍檁上焊接鋼托架時根據(jù)鋼支撐固定端及活絡(luò)端高差，決定焊接位置。

12、5、鋼支撐吊裝安放前確定是否有軸力計，防止遺漏，影響基坑穩(wěn)定性監(jiān)測。6、鋼支撐安裝前，清掃鋼托架，避免上端有雜物，影響鋼支撐整體受力。7、鋼支撐施加軸力后，將鋼楔子緊密楔入，防止千斤頂卸力后鋼支撐軸力不足。8、鋼支撐應(yīng)加強日常監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，發(fā)現(xiàn)異常及時采取補救措施。同時，監(jiān)管好鋼管支撐的安全，堅決杜絕危害支撐安全事件的發(fā)生。9、鋼圍檁上應(yīng)布置放脫落卡口，嚴(yán)防因圍護變形或施工撞擊而產(chǎn)生脫落事故（一撐二托三懸掛）。10、鋼支撐拆除時，在對應(yīng)板層結(jié)構(gòu)混凝土達(dá)到設(shè)計強度后才能拆除支撐。用鏈條葫蘆將鋼支撐吊起，在活動端設(shè)千斤頂，施加軸力至鋼楔塊松動，取出鋼楔塊，逐級卸載至取完鋼楔，再吊下支撐。避免

13、預(yù)加應(yīng)力瞬間釋放而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)局部變形、開裂。鋼支撐分節(jié)拆除后轉(zhuǎn)運至指定場地堆放。6、鋼支撐軸力的計算方法：鋼支撐軸力頻率讀數(shù)的測量由軸力計及頻率讀數(shù)儀組成，軸力計在架設(shè)鋼支撐前安放在鋼支撐固定端與鋼圍檁間。軸力計的工作原理是：當(dāng)軸力計受軸向力時，引起彈性鋼弦的張力變化，改變了鋼弦的振動頻率，通過頻率儀測得鋼弦的頻率變化，即可測出所受作用力的大小。一般計算公式如下：P=KF+bT+B式中：P一支撐軸力(kN)K一軸力計的標(biāo)定系數(shù)(kNF)F一軸力計輸出頻率模數(shù)實時測量值相對于基準(zhǔn)值的變化量(F)b一軸力計的溫度修正系數(shù)(kN)T一軸力計的溫度實時測量值相對于基準(zhǔn)值的變化量()B一軸力計的計算修正值

14、(kN)注：頻率模數(shù)F=f2×10-37、各種因素對鋼支撐軸力變化影響的分析 在施工監(jiān)測過程中，監(jiān)測鋼支撐軸力變化的儀器為軸力計與頻率讀數(shù)儀。軸力計將鋼支撐所受軸力轉(zhuǎn)換為頻率，通過頻率讀數(shù)儀來進行讀數(shù)，再通過頻率帶入方程來計算鋼支撐所受軸力。地表沉降則使用電子水準(zhǔn)儀進行觀測。7.1 鋼支撐施加軸力與地表沉降間的關(guān)系 由于圍護樁主要承受來及基坑邊的土側(cè)向土壓力，在基坑開挖過程中，由于基坑內(nèi)部土被逐步挖走，圍護樁的受力情況由四周的受力平衡變?yōu)閱蝹?cè)受力。如不及時進行基坑支護將使基坑兩側(cè)土擠壓圍護樁導(dǎo)致圍護樁發(fā)生變形。導(dǎo)致基坑周邊土體沉降，嚴(yán)重影響周圍道路及管線安全。表二為為北宋站部分基坑開

15、挖臺賬。表三為北宋站東區(qū)部分地表沉降觀測點情況及鋼支撐施加壓力時間，數(shù)據(jù)采集自位于北宋站東區(qū)K14+777.893、K14+788.893的地表沉降觀測點DB-13-01、DB-14-01。表二 北宋站基坑開挖臺賬里程開挖開始時間開挖結(jié)束時間K14+777.8932014年3月6日2014年3月10日K14+788.8932014年3月1日2014年3月9日表三 DB-13-01、DB-14-01地表沉降觀測點地表沉降情況及鋼支撐加壓時間日期測點 編號初始高程（m）本次高程（m）鋼支撐編號累計變量（mm）本次變量（mm）變形速率（mm/d）2014年3月1日DB-13-0168.599168.

16、59799/-1.04-1.11-0.07-0.072014年3月2日DB-13-0168.599168.59865Z1-24-1.11-0.450.660.662014年3月3日DB-13-0168.599168.59775Z3-60-0.45-1.35-0.9-0.92014年3月4日DB-13-0168.599168.59764Z2-60-1.35-1.46-0.11-0.112014年3月5日DB-13-0168.599168.59735Z3-58 Z3-59-1.46-1.75-0.29-0.292014年3月6日DB-13-0168.599168.5983Z1-23-1.75-0.

17、80.950.95DB-14-0168.5924668.592120-0.34-0.34-0.342014年3月7日DB-13-0168.599168.59732/-0.8-1.78-0.98-0.98DB-14-0168.5924668.59167-0.34-0.79-0.45-0.452014年3月8日DB-13-0168.599168.59694Z2-58-1.78-2.16-0.38-0.38DB-14-0168.5924668.59232Z2-59-0.79-0.140.650.652014年3月9日DB-13-0168.599168.59712Z2-57-2.06-1.980.08

18、0.08DB-14-0168.5924668.59078Z3-57-1.01-1.68-0.67-0.672014年3月10日DB-13-0168.599168.59637Z3-56-1.98-2.73-0.75-0.75DB-14-0168.5924668.59063-1.68-1.83-0.15-0.15由表二中可知北宋站K14+788.893處基坑于2014年3月1日開始開挖。開挖過程中由于在第一道鋼支撐處的土層為粉質(zhì)粘土，由于土的可塑性較強，結(jié)合性較大，既能夠承受較大的壓力而不會對周圍地表沉降產(chǎn)生影響，所以在表三中2014年3月1日的地表沉降變化較小僅為-0.07mm。當(dāng)2014年3月

19、2日架設(shè)第一層鋼支撐架設(shè)并施加軸力后由于粉質(zhì)粘土的可塑性，基坑周邊的地表沉降穩(wěn)定標(biāo)高略有升高，3月3日基坑開始大面積開挖，但因為開挖施工面已經(jīng)到達(dá)粉細(xì)砂土層，粉細(xì)砂的承載能力、塑性、結(jié)合性遠(yuǎn)不及粉質(zhì)粘土。所以在3月3日地表沉降較大，沉降量為-0.9mm。隨著鋼支撐的大量架設(shè)及施加軸力，沉降觀測點高程有所升高，高度為0.95mm。2014年3月6日K14+777.893處基坑開挖，3月7日同樣由于開挖至粉細(xì)砂，導(dǎo)致地表沉降較大降量為-0.98mm，在3月8日開始對基坑進行支護，基坑周圍的地表觀測點地表沉降速率開始降低，直至趨于穩(wěn)定，每日變化量均為0.5mm以內(nèi)。沉降量最大值為-0.98mm，高程

20、升高高度最大值為0.95mm。由數(shù)據(jù)分析后得出結(jié)論，由于石家莊地質(zhì)結(jié)構(gòu)的特點，基坑開挖至第一道鋼支撐位置，此時由于開挖斷面位置土質(zhì)為粉質(zhì)粘土，土的結(jié)合性較好、承載能力較高，如未及時架設(shè)鋼支撐，不會迅速影響基坑周圍土體沉降。當(dāng)基坑開挖至二三道鋼支撐時，由于開挖斷面位置土質(zhì)為粉細(xì)砂，土的結(jié)合性較差。承載能力較低，加之圍護樁埋入土的深度減少，側(cè)向土壓力增大，導(dǎo)致基坑周圍土的沉降變形較大。必須及時架設(shè)鋼支撐并按設(shè)計要求施加軸力以保持基坑周圍土體穩(wěn)定。7.2 結(jié)構(gòu)主體澆筑混凝土施工對鋼支撐軸力頻率的影響第七施工段底板與2014年3月24日開始澆筑，3月26日澆筑完成共澆筑C40P8混凝土732立方米，澆

21、筑方式為汽車泵泵送。圖7.1為澆筑混凝土前后第一道鋼支撐及第二道鋼支撐軸力頻率變化情況。圖7.1由圖7.1可知Z1-24鋼支撐軸力頻率在3月24日至3月26日期間明顯降低，其原因為我方第七施工段底板混凝土為混凝土泵車泵送的澆筑方式，澆筑混凝土?xí)r，混凝土泵車、混凝土罐車混同時?？吭诨舆吘?，對基坑邊緣的土產(chǎn)生壓力，導(dǎo)致圍護樁承受的側(cè)向土壓力增大，導(dǎo)致鋼支撐受力增大此時鋼支撐軸力頻率為1700.8hz1688.8 hz。當(dāng)?shù)装寤炷翝仓瓿珊笥捎诨又車鷽]有了混凝土泵車及罐車的壓力，土壓力回歸正常值，所以鋼支撐軸力頻率變化恢復(fù)至正常值此時鋼支撐軸力頻率為1729.3hz1735.3hz，待混凝土養(yǎng)

22、護到達(dá)7d，混凝土強度達(dá)到75%。軸力頻率開始增大，鋼支撐所受壓力減小。由于第七施工段底板強度達(dá)到拆除鋼支撐所需強度要求，即對第七施工段Z3-60、Z3-61、Z3-62、 Z3-63于2014年4月2日進行拆除，以便進行負(fù)二層側(cè)墻、中板防水及結(jié)構(gòu)施工。從鋼支撐軸力頻率表上可知拆除鋼支撐前頻率穩(wěn)定維持在1828.0hz至1834.5hz之間4月2日鋼支撐拆除后由表可知鋼支撐頻率穩(wěn)定維持在1694.5hz至1699.5間。由此可知主體施工會使鋼支撐軸力減小。鋼支撐的拆除會使臨近鋼支撐所受軸力增大。圖7.2為鋼支撐軸力間關(guān)系。圖7.27.3 臨近鋼支撐施加軸力對已施加軸力的鋼支撐軸力頻率的影響圖7

23、.3由表二可知，Z3-58于2014年3月5日架設(shè)并施加軸力，其小里程方向的Z3-57于2014年3月9日架設(shè)并施加軸力。下表為Z3-57號鋼支撐施加軸力對Z3-58號鋼支撐所受頻率及軸力的變化影響情況的前后對比。由圖7.3可知在3月7日至3月9日期間Z3-58號鋼支撐受力情況穩(wěn)定，Z3-58鋼支撐軸力頻率為1824.3hz， 第二層的Z2-58號鋼支撐軸力頻率為1710.3hz。當(dāng)3月9日架設(shè)Z3-57完成后的兩天中鋼支撐軸力計頻率升高并穩(wěn)定保持在1832.0 hz至1836.4hz之間，第二層的Z2-58號鋼支撐軸力頻率也同時升高并穩(wěn)定保持在1715.4hz至1722.9hz之間。鋼支撐所

24、受軸力降低。圖7.4由于鋼支撐的軸力直接施加在鋼圍檁上,鋼圍檁與噴射混凝土面緊密貼合，鋼支撐的軸力最終分散在鋼圍檁與噴射混凝土的接觸面上。由于排樁效應(yīng)，在同一鋼圍檁上受側(cè)向土壓力的鋼支撐數(shù)量增多，所以所受力減小，軸力計讀數(shù)增大。圖7.4為Z2-58與Z3-57軸力變化關(guān)系圖。7.4 溫度對鋼支撐軸力頻率的影響1750177017901810183018500:002:004:006:008:0010:0012:0014:0016:0018:0020:0022:00Z2-73Z2-58 圖7.5鋼支撐的主要材料為Q235鋼材，鋼的受溫形變量比較大，由于我標(biāo)段位于石家莊地區(qū)，石家莊地區(qū)石家莊市地處中緯度歐亞大陸東緣，屬于暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候。太陽輻射的季節(jié)性變化顯著，地面的高低氣壓活動頻繁，四季分明，寒暑懸殊。尤其是4月份氣溫回升快，早晚溫差較大，在所觀測的4月份氣溫中，2014年4月9日溫差最大，最高氣溫為零上29，最低氣溫為零上10。所以在4月9日密