内支撑体系在北京深基坑支护中的应用

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  摘要:在当前的工程施工中,深基坑的支护是非常重要的,不但需要避免基坑内外土方出现移动,确保施工现场的安全,还需要其周边环境的安全以及稳定。同时,随着基坑形状的不规则性以及其规模的扩大,给基坑支护带来了一定的困难。因此,构建科学合理的支护体系是确保施工的顺利进行的关键,本文就北京 A 区 A2 楼深基坑工程支护中内支撑体系的应用情况进行具体阐述分析。
  关键词:深基坑支护;内支撑体系;应用
  中图分类号:TV551文献标识码: A
  1、工程概况
  拟建的A2项目在北京市主干线东二环东侧,A2项目南临司法部南街,北侧为A1(中粮福临门)办公楼,东侧为A3(麒麟新金山)办公楼。基坑东西宽约76.5m,南北长约118.0m,基坑占地面积约为9715m2。建筑高度109m,地上22~25层,地下6层。本工程±0.00=41.80m。本工程拟建场地的具体位置示意图见下图:
  
  本工程 A 区 A2 楼基坑工程基坑支护,根据专家意见需要对北侧内支撑进行进一步细化,结合本工程基坑设计及周边环境,为保证基坑出土进度,北侧基坑支护设计三道混凝土内支撑,北侧、西侧支撑梁顶在支护桩上,东侧支撑梁顶在A3外墙上,具体支护详见《内支撑设计图纸》。
  2、北侧内支撑、栈桥、土方挖运施工方法
  北侧内支撑、栈桥、土方开挖相互配合、交叉施工,以内支撑和栈桥施工为关键工序,土方进行配合挖运。
  2.1 北侧基坑设计概况
  2.1.1北侧基坑设计概况
  本工程基坑北侧上部围护结构为支护桩(东侧为A3外墙)+三道钢筋砼水平内支撑。支护桩桩径 800mm,桩深 30.5m、基坑深度 25m 米。基坑内支撑体系为三道钢筋混凝土水平支撑,水平支撑系统均为对撑、角撑结合半环形支撑布置,详见图2-1。
  
  
  
  图2-1基坑支撑平面布置图
  三道钢筋砼水平支撑梁详细设计情况详见表2-1。
   基坑水平支撑设计概况表2-1
  
  
  2.1.2栈桥设计概况
  混凝土栈桥从北侧大门处开始沿北侧第一道内支撑至东侧向南延伸到东南角,栈桥下到-15m。详见图2-2、3、4、5。
  
  图2-2基坑栈桥平面布置图
  
  
  
  图2-3基坑栈桥北侧立面图
  
  
  图2-4基坑栈桥东侧立面图
  
  
  图2-5基坑栈桥剖面图
  
  
  2.2总体施工流程
   本工程北侧基坑土方开挖、栈桥施工、支撑施工流程详见图2-6。
  
  图2-6北侧内支撑、栈桥、土方开挖流程图
  2.3内支撑及栈桥施工方案
  2.3.1施工工艺流程
  1)内支撑施工工艺流程 内支撑第一道北侧及东侧与混凝土栈桥局部共用,具体施工工艺流程如下:
  
  
  
  图2-7内支撑施工流程图
  2)栈桥施工工艺流程:
  
  
  
  图2-8混凝土栈桥施工流程图
   2.3.2竖托桩、格构柱施工
   1)竖托桩施工
   本工程内支撑及混凝土栈桥竖向受力结构为竖托桩、格构柱,托桩桩采用旋挖钻机护壁成桩进行施工,桩径800mm,东侧可利用基坑支护护坡桩作为竖托桩,其他部位需要单独设置竖托桩。格构柱采用角钢与钢板焊接而成,格构柱在加工厂进行加工焊接,格构柱与竖托桩钢筋笼焊接牢固,一起放入桩孔内,格构柱嵌入竖托桩2300mm。
  2)格构柱施工
  本工程基坑内支撑采用钢筋砼支撑和钢构立柱。钢格构立柱安装在Φ800支撑桩上,钢构立柱采用 450×450mm,立柱采用 4┗180×18 角钢,坠板采用400×300×12钢板,间距250mm。钢格构柱预埋在支撑桩内,钢格构柱场外加工检验合格后运至现场,安装好钢筋笼后,将钢格构柱吊装放入孔内,经校正后永定为其定位,然后安装导管灌注砼。本工程钢格构柱共计70根,均在工厂预制。
  3)型钢格构柱制作施工流程
  切割→修整→支撑→弄直→热处理→临时附件→焊接→安装。
  4)钢格构柱安装控制
  ⑴钢格构柱由工厂加工制作,现场吊装采用50t吊车,整体悬垂吊入,经纬仪双向控制垂直度及定位准确性。用孔口架控制钢注定位及垂直度,有效地解决钢格构柱定位及偏差控制问题。支撑桩和钢格构柱的定位及垂直度偏差的有效控制是钢格构柱施工的重点。
  
  
  
  图2-9格构柱与钢筋笼焊接做法
  ⑵钢筋笼和钢格构柱起吊时要轻提慢放,钢格构柱由于长度较大,为防起吊时变形,要用两点起吊;钢柱下端离笼顶1.5m处和钢筋笼焊接牢固,长度25cm,防止提放导管时,钢柱发生加大摆动;为了保证钢格构柱的安放质量,钢格构柱顶应高出地面约500mm。孔口采用刚性材料设置孔口架。
  
  
  
  图2-10 格构柱孔口做法
   ⑶钢筋笼和钢格构柱下入孔内时,要徐徐下放,不得左右旋转和摇摆,若遇阻或下放过程中严重偏斜应停止下放,查明原因进行处理,严禁高提猛落,硬碰和强行下放。鋼格构柱必须处于垂直自由悬吊状态,然后孔口固定。
   ⑷安放钢格构柱时,孔口设一可调式孔口架,以利于钢格构柱水平和垂直方向的调整,是钢格构柱处于垂直自由悬挂状态,保证垂直度和水平位置。
  2.3.3模板工程
   本工程内支撑及栈桥需现场配置和支设模板的构件主要有腰梁、环撑、主撑、主杆、八字撑、连杆、梁板等。本工程钢格构柱和支撑需连接在一起,如何保证支撑模板支设的准确性、侧模的加固措施及模板拆除的方便性是模板工程的重点。
   1)施工管理流程
  
  
  模板工程施工管理流程如下图2-11所示:
  
  
  图2-11模板工程施工管理流程
  2)模板体系的选择
  (1) 腰梁模板腰梁底膜采用原土铺油毡布,侧模一边利用支护桩,另一边支木模板加固,同时为了保证腰梁与支护桩紧密接触,避免围檩与支护桩之间存在空隙,考虑将腰梁与支护桩接触部分混凝土表面凿毛后,再进行腰梁施工,以便保证腰梁与支护桩连成整体,详见图图2-12。
  
  
  
  图2-12腰梁模板支设示意图
  (2)支撑梁 支撑梁采用双侧支模,如下图2-13:
  
  
  
  图2-13支撑梁模板支设示意图
  (4)栈桥部位模板 栈桥部位梁模板同内支撑梁模版设置,板模板下部采用100*100木方子支撑架 600*600,龙骨为木方子 100*100@250;侧模与梁模板一同采用木模板进行支护,具体详见图2-13所示。
  
  
  
  图2-14栈桥模板支设示意图
  2.3.4钢筋工程
  1)施工管理流程 钢筋工程施工管理流程如下图2-15所示:
  
  
  
  图2-15 钢筋工程施工管理流程
  2)钢筋加工、连接本工程钢筋为HRB40级直径25mm、16mm,HRB335级钢筋直径12mm、10mm、8mm。梁、板钢筋除16mm以下钢筋采用绑扎搭接外,直径16mm以上(含16mm)规格钢筋连接采用剥肋滚压直螺纹套筒连接。 用于连接的钢筋剥肋长度为套筒长度的1/2+2P(P为螺距),丝头加工长度为标准型套筒长度的 1/2,其公差为+2P(P 为螺距)。现场用套筒连接后,钢筋露丝扣数量为1~2扣。 钢筋下料时,同一连接区间内钢筋接头面积百分率不得超过50%;焊接时,相邻接头错开长度为35d,且不小于500mm;绑扎时,连接区段长度为1.3LLE。 钢筋搭接长度以及锚固长度均为35d。 支撑箍筋为HPB300级钢筋,直径8mm、10mm,调直后现场加工箍筋套子。 当钢筋为 HPB300 一级钢时,要求钢筋接头处端部做成 180 度弯钩,弯弧内直径不得小于钢筋直径的2.5倍,弯钩平直段部分不得小于钢筋直径的3倍。所有箍筋末端应做成 135 度弯钩,弯钩端头平直段部分长度不得小于钢筋直径的10倍。
   3)钢筋安装
   由于支撑系统的宽扁梁为左右对称配筋,没有竖直方向的承载要求,故支撑为轴力构件。没有主梁、次梁传力的区别,故优先保证主撑钢筋位置。先绑扎较大尺寸截面构件,后绑扎较小尺寸截面构件。钢筋在构件交叉位置重叠时,优先保证大截面构件钢筋位置,主筋保护层为 25mm,小截面构件主筋插入大截面构件钢筋内侧。
   在梁交叉的位置,小截面构件的纵向筋弯曲插入大截面构件的纵向钢筋内侧后,需在钢筋的四个角点增加Ф8架立筋以保证钢筋笼整体性和增加局部强度。 绑扎板钢筋时,要求钢筋网眼尺寸符合设计及规范要求,网眼尺寸允许偏差为±20mm,检查方法为用钢尺连续量三档,取最大值或最小值。板钢筋尽量通绑,当不能通绑时,在梁中心位置截断,由于梁水平方向尺寸较大,满足锚固要求。
  保护层均采用混凝土垫块。 梁钢筋与格构柱交叉的部位,梁钢筋在加强板上铣孔,绕过格构柱角钢或者钢筋断开与格构柱焊接,保证梁主筋及箍筋可以按照图纸要求位置绑扎,详见下图2-16。
  
  
  
  图2-16 支撑梁钢筋与钢格构柱节点图
   4)钢筋植筋
   (1)本工程内支撑与支护桩采用植筋方式连接,同时上部设置“吊筋”将腰梁与支护桩拉结牢固,具体部位见图2-17。
  
  
  
  图2-17 腰梁与支护桩典型连接
  由于钢筋吊筋植筋及焊接时高度高于水平支撑工作面,每道内支撑腰梁吊筋需要搭设双排脚手架,脚手架横距 900mm,纵距 1500mm,步距 1500mm,操作面满铺脚手板,外侧每隔3m设置一道抛撑。
  
  
  
  图2-18 吊筋植筋及焊接操作家示意图
  (2)由于内支撑非完整环形支撑体系,为满足西侧支撑反力作用,在支护桩之间做“支腿”,将西侧支护桩连成一体,形成稳定支撑体系。 具体详见下图2-19。
  
  
  
  图2-19西侧腰梁与支护桩连接
  2.3.5 混凝土工程
  本工程支撑结构支撑的混凝土设计强度等级为C40。
  1)施工管理流程
  混凝土工程施工管理流程如下图2-20所示:
  
  
  图2-20混凝土工程施工管理流程
  2)混凝土施工方法
   (1)施工前对预拌混凝土的提出详细要求:与预拌混凝土搅拌站签订供应合同,对原材、外加剂、混凝土坍落度、初凝时间、混凝土罐车在路上运输等作出严格要求。
   (2)在混凝土施工时,对试块和坍落度的取样实行监理见证制,经监理见证的取样样品必须达同类所有样品的 100%以上。对混凝土强度的检验,以在混凝土浇筑地点制备并与结构实体同条件养护的试件强度为依据。
   (3)因梁高较高,混凝土采用斜面分层浇筑法,浇筑工作由下层端部开始逐渐上移,循环推进,每层厚度500mm,通过标尺杆进行控制;首先在底部浇筑50~100mm同配比的减石子水泥砂浆,浇筑时,要在下一层混凝土初凝之前浇捣上一层混凝土并插入下层混凝土5cm,以避免上下层混凝土之间产生冷缝,同时采取二次振捣法保持良好接槎,提高混凝土的密实度。
   (4)混凝土的振捣 支撑梁混凝土振捣,采用直径 50mm 的棒式振动器进行振捣,插点间距为300~400mm,影响半径为3R(R为振动棒半径)。振动棒按三道布置,详下图2-21所示:
  
  
  
  图2-21混凝土浇筑振捣棒布设位置
  支撑梁混凝土采用直径φ50和φ30插入式振捣器时振捣,梁与梁交叉节点处钢筋较密,混凝土振捣可采用直径较小的φ30的振动棒进行振捣。
  支撑板混凝土采用插入式振捣器及平板振捣器振捣,先用插入式振捣器顺浇筑方向边浇筑边振捣,振捣时振捣棒移动间距控制在400mm左右,振点应均匀排列、逐点移动、顺序进行、不得遗漏,第一次振捣后隔20~30分钟用平板振捣器进行二次复振平板振捣器移动方向应垂直于浇筑方向且压边至少100mm以上。
  混凝土振捣器在施工时应注意“快插慢拔”,快插防止砼离析,慢拔保证砼的密实性,有利于气泡排出。
  3 )试验检验
  本工程浇注混凝土时,按照规范要求留置试块,具体为:
  (1)每100m3相同配合比的混凝土取样不得少于一组,每组三块;相同配合比的混凝土不足100m3时,取样亦不得少于一次。
  (2)当在一个分部工程中连续供应相同配合比的混凝土量大于1000m³時,其交货检验的试样,每200m3混凝土取样不得少于一次。
  2.3.6内支撑换撑
  内支撑结构随着正式结构的施工,需要逐步的进行换撑拆除,内支撑换撑为将下部正式结构施工完毕后,采用C15素混凝土回填肥槽,然后再拆除相应一道内支撑结构。其中东侧B4层以上部位肥槽宽度较大,可采用级配砂石进行回填,每一道级配砂石上部做400m厚C15混凝土板带。
  内支撑具体换撑详见图2-22、23、24、25.
  
  
  图2-22第三道混凝土拆撑示意图
  
  
  图2-23第二道混凝土拆撑示意图
  
  
  图2-24第一道混凝土拆撑示意图
  
  
  图2-25东侧典型性混凝土拆撑示意图
  2.3.7内支撑及栈桥拆除
  本工程内支撑及栈桥拟采用切割机进行混凝土梁板切除,再用塔吊、汽车吊等机械将混凝土块运出场外进行破除,具体拆除见《内支撑及栈桥拆除施工方案。》
  结束语
  当前工程建设日益增多,很多工程都是规模大、层数高,基坑工程的优劣对建筑物的稳定性起着决定性的作用。深基坑工程是一项综合性、复杂性的工程,要保证其安全,就需要从各个方面进行入手,做到全面的防范。
  北京A 区 A2 楼基坑工程基坑支护,由于具有以下四个明显特点:地质条件相对较差、基坑平面轮廓超大、基坑开挖深度超深、周边环境保护要求苛刻。因此,经综合比选考虑后,采用了支护桩加混凝土内支撑的支护体系取得了成功,丰富基坑工程的思路、方法,并为后续类似工程提供了经验和借鉴。
  参考文献
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  [2]《基坑工程内支撑技术规程》DB11/940-2012
  [3]《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001
  [4]《钢结构工程施工规范》GB50755-2012
  [5]《钢结构焊接规范》GB50661-2011
  [6]《雅宝路危改二期A2项目 岩土工程勘察报告》(2013-1072) 北京京岩工程有限公司 2013年
  [7]《雅宝路二期危改项目A区A2楼基坑支护及栈桥 设计方案》天津市勘察院 2014年
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