2022年深基坑钢支撑围护结构方案设计 .docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 南水北调东干渠八标盾构始发井混凝土支撑变更钢支撑方案设计张海虎 中铁六局北京铁建第十五项目部摘 要 深基坑施工是目前城市道路、地铁隧道、房屋建筑等施工领域常常遇见的问题,为适应不同的地质情形及施工环境采纳不同类型的围护结构及支撑形式,保证基坑的稳固及基坑施工期间的安全,深基坑施工往往受限于各种条件而具有肯定的危急性；同时, 深基坑施工在不同的支撑体系挑选上也会产生不同的成效,为了尽量节省工期,削减对周边环境的影响, 同时考虑施工材料的便利及重复利用,应当对支撑系统进行合理科学的设计；本文结合南水北调东干渠工程盾构始发井深基坑的钢支撑设计施工,总

2、结出适合城镇地铁车站及其它深基坑施工过程中的钢支撑体系设计方案,通过该设计方案的顺当实施,进一步推动钢支撑体系在深基坑中的运用,对同类工程施工具有良好的参考借鉴作用；关键词 深基坑、钢支撑设计、钢支撑安装、稳固性运算前 言 基坑内支撑体系一般由各种型钢撑、钢管撑、钢筋混凝土撑等构成支撑系统,而在深基坑的施工支护结构中,常用的支撑系统按其材料可分为现浇钢筋混凝土支撑体系和钢支撑体系两类； 南水北调东干渠工程施工因拆迁进地导致了工期滞后两个半月,在业主要求采取技术措施抢回工期的前提下,本标段针对基坑支撑形式提出了采纳钢支撑代替原钢筋混凝土支撑的方案设计,并托付设计院进行了钢支撑稳固性的运算和复核,

3、确认了采纳钢支撑体系完全能满意原设计使用要求,得到了业主方的认可,在全线始发井深基坑开挖中采纳钢支撑开了先例,起了带头作用,极大的缩短了工期；一、工程概况北京市南水北调配套工程东干渠第八标段,主要工作内容为1条内径 4600mm的钢筋砼圆涵盾构双层衬砌结构 ,埋深在 2026m,最大埋深 30m；13#盾构始发井开挖深度为,开挖土方数； 盾构始发井基坑围护结构由地下连续墙 +水平支撑体系组成,地连墙厚度为 1m,采纳 C30W8F150水下混凝土浇筑,墙顶设置 1200 1400mm的钢筋砼冠梁, 槽段划分共 22幅,基坑内由上往下共设置五道支撑,其中第一至第四道为 C30钢筋砼支撑,第五道为

4、钢支撑,钢支撑在底板混凝土浇筑完成并到达设计强度后进行拆除,原设计施加主动轴力 200KN,盾构进出口四周设置混凝土板撑；1名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 1-1 始发井原支撑结构平面图图 1-2 始发井原支撑结构立面图二、钢支撑围护结构设计方案13#盾构井变更后的支撑系统由钢筋砼冠梁、钢围檩、钢管支撑、钢管斜撑等组成,整个基坑共 6 道支撑系统； 其中第一道至第三道为一种形式,基坑哑铃的中间段由 7 根钢管600mm, 12mm支撑组成,两端由 8 道标准钢管角撑组成；第四道支撑数量变成 11 根,间距；第

5、五层支撑为 11 根钢管 800mm, 12mm,第六层直撑 19 根钢管,角撑 4 根钢管；变更后钢支撑布置平面图见以下图；2名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 钢支撑立面布置图3名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 其次至第四层钢支撑平面布置图4名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 第五层钢支撑平面布置图5名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 1

6、8 页精选学习资料 - - - - - - - - - 、钢支撑设计原就及依据、钢支撑设计原就1满意始发井开挖过程中基坑稳固性要求,各项监测指标满意设计要求；2钢支撑体系自身具备足够的强度和刚度,地连墙围护结构变形满意设计要求；3钢支撑安装便利,便于拼装和拆除；、钢支撑设计依据1南水北调东干渠施工第八标段施工图设计及技术要求2钢结构设计与施工标准3建筑工程材料手册4盾构掘进隧道工程施工及验收标准GB50446-2022、钢支撑系统设计方案1钢围檩牛腿托架安装设计 钢围檩牛腿托架由75 8 角钢制成,托架安装间距,其尺寸大小及设计形式见以下图：图 2-1 牛腿设计示意图 牛腿托架采纳在地连墙内植

7、入钢筋或打入膨胀螺栓进行固定,用于安放钢围檩；2钢围檩的安装设计第一道支撑安装在冠梁上,其余支撑安装在钢围檩上；钢围檩由I45B 工字钢与钢板焊接组成,工字钢中间焊接加劲板,增强其刚度,防止受力变形,钢围檩长度依据基坑内尺寸 及外形采纳不同长度的标准；以标准段钢围檩为例,其设计断面及形式见以下图：6名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 2-2 钢围檩正面图图 2-3 钢围檩立面图钢围檩和钢管柱支撑在加工厂按要求进行加工；当基坑开挖到肯定深度时,停止开挖；采纳龙门吊和人工协作下放,吊装钢围檩就位并连接,钢围檩之间连接

8、采纳级高强螺栓,拼装简洁快捷；3钢支撑的制作安装设计钢支撑分段制作,采纳直径600mm壁厚 12mm、直径 800mm壁厚 12mm材质 Q235钢管,分段之间采纳法兰盘和螺栓联接,螺栓采纳级高强螺栓；为便利吊装,钢支撑上焊接 吊点,钢支撑分为直支撑和斜支撑,又分为标准段和连接段；其中,用于施加预应力的一端 为活动端,另一端为固定端；相关的设计图纸见以下图；图 2-4 标准段钢支撑示意图7名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 2-5 活动端支撑示意图4施加预应力钢支撑安装完毕后,在活动端采纳2 台 100t 施加钢

9、支撑预应力,在活动端逐级加压；当到达设计压力,无明显衰减时, 采纳特制定型钢楔子锁定钢支撑；钢管轴力监测通过焊接轴力计；测点布设原就为角撑上从第一层到第六层都进行布设,横向钢管支撑前 2 层选取 2根钢管进行监测, 第三层到第六层每层选取4 根钢管进行监测； 完成该阶段的基坑支撑结构的施工,立即进行下一阶段的基坑开挖作业；三、钢支撑体系安全性验算 运算概况基坑开挖深度为,采纳厚度为1000mm的地下连续墙围护结构,墙长度为,墙顶标高为 0m；运算时考虑地面超载 20kPa；8名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - q=2

10、0=22.73 H0自然土5.5hw=2 粉质粘土砂土9.25粉质粘土13.1317.23粉质粘土 22.73=12 DB=1砂土粉质粘土砂土地下连续墙共设 6 道支撑,见下表；中心标高 m刚度 MN/m 2预加轴力 kN/m0 50 50 50 50 50 底板混凝土、工程地质条件场地地质条件和运算参数见表1；地下水位标高为-2m；表 1 土层层底层厚重度 ckPa 渗透压缩mkN/m4 k maxkN/m3标高系数模量m kN/m3 自然m 8 20 m/d MPa 4960 2 20 -2 土粉质-5 3 20 10 30 8000 粘土25 1 20220 砂土粉质10 30 8000

11、 粘土粉质10 30 8000 粘土砂土1 25 4840 9名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 粉质20 10 30 8000 粘土砂土30 1 30200 粉质20 15 35 13000 粘土坑内进行加固,加固土层的运算参数见表2；表 2 土层层底层厚重度 ckPa 渗透压缩mkN/m4 k maxkN/m3标高系数模量m kN/m3 自然m 8 20 m/d MPa 4960 2 20 -2 土粉质-5 3 20 10 30 8000 粘土25 1 20220 砂土粉质10 30 8000 粘土粉质20 20

12、 10 30 8000 粘土1 25 4840 砂土粉质10 30 8000 粘土30 1 30200 砂土粉质15 35 13000 粘土、施工工况工况编号工况类型深度 m 支撑刚度支撑编号预加轴力MN/m2 kN/m1 加撑0 4 50 2 开挖5 50 3 加撑4 开挖6 50 5 加撑6 开挖7 50 7 加撑8 开挖8 50 9 加撑10 开挖9 11 加撑12 拆撑8 工况简图如下：10名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 0工况 15.5工况 25.59.25工况 49.25工况 3工况 513.13

13、13.1317.23 17.2322.73工况 6工况 7工况 8工况 9工况 1022.73工况 11 工况 12、稳固性验算11名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 整体稳固验算OY2022.73X 粉质粘土 砂土 粉质粘土 粉质粘土12 砂土 粉质粘土 砂土安全系数 K=1.33 , 圆心 O 5.6 , 7.87 粉质粘土墙底抗隆起验算 2022.732 粉质粘土 砂土 粉质粘土 粉质粘土 12 砂土 粉质粘土 砂土Prandtl: K=6.27T erzaghi: K=7.65 粉质粘土12名师归纳总结 -

14、 - - - - - -第 12 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2022.732 粉质粘土 砂土 粉质粘土17.23m 粉质粘土12 砂土 粉质粘土 砂土坑底抗隆起验算 K=1.62 粉质粘土抗倾覆验算 水土合算 2022.73 31.30O4783.9 28.82 粉质粘土5.5 砂土9.25 粉质粘土13.131217.23 粉质粘土22.73 砂土 3798.1 粉质粘土 砂土 Kc=1.12抗管涌验算 : 按砂土,安全系数 按粘土,安全系数13名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - -

15、- - 包络图 水土分算 , 矩形荷载 84.4kN/m40 0200-20-404000 2000 00-2000-40002000 1000 00-1000-2000 466.4kN/m555 702.3kN/m101010 1953.2kN/m 1778.3kN/m151515 1118.6kN/m202020252525303030353535深度m深度m深度m水平位移 mm Max: 32弯矩kN*m/m-1885 2649.8剪力kN/m-995.3 1334.8、钢支撑稳固性运算依据钢结构设计标准GB50017-2003,600钢管运算参数如下；i20.1cml6.6mA2 29

16、792 mml66032 . 84i21 .4查附录表 C-2 0 . 925稳固承载力N. A .f29792kN基坑各支撑力表如下：支撑编号轴力间距 m 总支撑轴力kNkN/m1 4 2 4 3 4 4 5 3 kN,稳固性满意标准要求；表中各道支撑轴力均小于钢管极限稳固承载力四、实际应用实例目前本工程已经完成了盾构始发井的基坑开挖施工,依据优化后的钢支撑体系,基坑开挖过程安全牢靠, 基坑变形及基坑周边地表沉降均满意设计要求,14轴力监测结果说明钢支撑名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 轴力受力合理,支撑体系牢

17、靠安全；相比照原现浇钢筋混凝土支撑,本设计方案安装便利,施工周期短, 大大削减了开挖基坑暴露的时间, 保证了基坑卸荷后准时得到支护,表 4-1 施工工期比照表极大的缩短了工期 见表 4-1 施工工期比照表钢筋混凝土支撑施工工期支配 钢支撑施工工期支配项目 天数 项目 天数第一道钢筋砼支撑钢筋2 天绑扎 支撑安装 2 天模板支立 1 天浇注和养护 7 天 支撑受力 1 天其次道钢筋砼钢围檩、2 天 钢围檩安装 3 天支撑钢筋绑扎模板支立 1 天 支撑安装 3 天浇注和养护 7 天 支撑受力 1 天第三道钢筋砼钢围檩、2 天 钢围檩安装 3 天支撑钢筋绑扎模板支立 1 天 支撑安装 3 天浇注和养

18、护 7 天 支撑受力 1 天第四道钢筋砼钢围檩、2 天 钢围檩安装 3 天支撑钢筋绑扎模板支立 1 天 支撑安装 4 天浇注和养护 7 天 支撑受力 1 天钢筋砼拆除 30 天 钢管柱拆除 5 天合计 70 天 合计 30 天钢支撑的设计方案更加经济环保,钢支撑材料可重复使用,钢支撑体系在该工程中的顺利实施, 在南水北调东干渠项目全线的基坑支撑施工中起到了示范性作用,并得到了业主和设计的认可,在全线进行了推广,取得了良好的经济和社会效益；相关施工图片如下：15名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 首层钢支撑安装已完成钢支撑安装16名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 牛腿细部图钢围檩安装图17名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 参考文献1、陈骥,钢结构稳固理论与设计. 科学出版社 .2001 ；2、刘新佳,建筑工程材料手册化学工业出版社,2022 年；3、傅裕寿、张正威, 土力学与地基基础清华高校出版社,2022 年；18名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页,共 18 页