大跨度钢管组合内支撑

大跨度钢管组合内支撑浙江省建工集团有限责任公司1浙江鼎丰实业有限公司21、前言大跨度钢管组合内支撑是建筑基坑支护的一项新技术，它是在混凝土内支撑的基础上发展起来的一种内支撑体系，主要利用组合式钢结构构件截面灵活可变、加工方便、可多次重复使用等优点。钢管组合内撑支护具有较强的的市场竞争力，其综合效益可观。组合钢管内支撑跨度大于40m时界定为大跨度钢管组合内支撑。波浪文化城工程工程概况波浪文化城工程位于钱江新城核心区块，基坑开挖深标高约-13.60m、-15.20m不等，局部集水井挖深-16.50m，基坑围护墙体结构采用Ф900@1100钻孔灌注桩外加Ф650@450搅拌桩止水帷幕；钻孔灌注桩底标高分别为：-27.00m、-25.50m、-22.00m、-26.00m、工法搅拌桩底标高分别为:-18.0m、-16.00m、-17.50m、-19.00m、-16.50m，局部基坑在1轴--3轴间、51轴--53轴间端头部位采用两根Ф1000@1500咬合桩中间嵌入一根Ф1000@1500钢筋混凝土桩，基坑局部在H2轴—W1轴间采用土钉墙支护。在基坑围护墙体结构的上部(标高-6.60m、-9.60m、)设置钢筋混凝土圈梁；角撑采用两层钢筋混凝土支撑，在3轴--20轴间、34轴--51轴间段采用一层Φ609×16钢管水平对撑、钢管支撑的中间搁置在450×450的钢格构柱上，在20轴--34轴间段采用一层Φ609×16钢管斜抛撑，斜抛钢支撑的端头处混凝土圈梁部位、基坑大底板处埋设相应大小规格的预埋铁件，作为支撑的联接点。工程概况钱江新城地下空间连接工程Ⅲ标工程位于城星路、富春路口，北邻中国电信大楼，地形呈长方形。基坑围护墙体为SMW工法搅拌桩内插H700x300型钢。基坑设两道钢管组合内支撑，在基坑围护结构上部设一道混凝土圈梁，两端撑在压顶梁上。第二道钢管支撑设置为2H700x300钢围檩加钢管支撑。工程钢管支撑使用量达到了2000吨。工程概况杭州市富春路地下步行系统市民中心站2-4通道财富中心接口工程位于解放东路、富春路路口，北邻市政大楼，南邻国际会议中心，地形呈四方型。基坑围护采用SMW工法搅拌桩内插H700x300型钢，支撑采用大跨度钢管组合内支撑和钢管角撑。基坑设上下两道钢管组合内支撑。第一道搁置在混凝土压顶梁上，第二道钢支撑与2H700x300钢围檩配合使用。钢管支撑拼接组装双拼钢管与立柱桩连接纵横钢管十字接头连接钢管支撑固定端钢管支撑活动端土方开挖土方收头加快底板施工，减少基坑暴露时间两个钢管支撑单元地下室楼板及传力带施工SMW工法与钢管支撑配合使用SMW工法与钢管斜支撑配合使用2、工法特点2.1适用性广，在各种地质情况、复杂周边环境和不同深度基坑下均可使用。2.2施工速度快，工期短。材料主要是钢材，组合构件全部由工厂制作，现场拼接只需要采用高强度螺栓或焊接。2.3计算理论成熟。2.4可拆卸重复使用，节省投资。2.5通过施加预应力，完全能够达到变形小的技术要求。3、适用范围本工法适用于所有建筑工程基坑临时内支撑结构。特别适用于周围建筑物密集，相临建筑物建筑物基础埋深较大，周围土质情况复杂，施工场地狭小等深大基坑。本工法不适用永久性支撑工程。4、工艺原理4.1为了减少围护壁的侧向变形或防止围护壁倒塌，在深基坑围护壁上一定位置（高度），设置钢管支撑，以提高围护壁抵抗主动土压力的能力。为了减少变形可在钢管内支撑一端施加预应力。4.2作用在水平支撑上的荷载主要是水平力和竖向荷载。水平力主要是由竖向围护结构传来的水、土压力和基坑外荷载4.3钢管支撑一般采用钢管，用不同壁厚的钢管来适应不同的荷载，常用的壁厚为12mm、14mm，有时用16mm；钢管管径主要有609、580、406等。钢管的刚度大，单根钢管有较大的承载能力，不足时还可两根钢管并用。钢管支撑的形式多为对撑或角撑。对撑时，为增大间距在端部可加设八字撑，以减少腰梁的内力。角撑时，如间距较大、长度较长，可增设腹杆形成桁架式支撑。对撑纵横钢管交叉处可以上下叠交；也可增设特制的十字接头，纵横钢管处于同一平面内，这时钢管支撑形成一平面框架，刚度大，受力性能好。采用钢管支撑时，挡墙的腰梁有钢筋混凝土腰梁和型钢腰梁。5、施工工艺流程及操作要点5．1主要施工工艺流程施工立柱桩及基坑周壁围护→施工准备→放样定位→安装钢牛腿→安装钢管支撑安装钢支架监测→施加预应力（焊接定位）→交付验收后使用→进入下道土方开挖→结构施工，完成换撑→拆除5．2操作要点5．2．1.施工准备(1).支撑安装施工采用开挖沟槽方式进行，即沿围护墙所圈的区域内远离土体开挖至钢支撑的底标高以下200㎜，进行支撑安装。在支撑安装前,根据双拼钢管的宽度，开挖相应的沟槽。然后再进行支撑安装。(2).沟槽深度为钢支撑底标高向下200mm，沟槽底宽以支撑外侧宽度两侧各增加500mm，上口宽度以不塌方为宜。在支撑钢立柱结点处考虑结点部件的安装,钢立柱四周土方挖土底标高相应比沟槽底标高再降低500mm.5．2．2.放样定位放样定位分三个阶段。第一阶段与施工围护桩同时，放样定位确定支承立柱桩桩位，施工、安装钢支架。第二阶段，根据设计图纸和实际钢支架的位置定位，以不违反原设计要求（偏差小于100mm）为原则，个别钢支架偏差较大应通过设计人员认可，并采取可靠的加固措施。第三阶段，按照设计图纸和交底要求，现场丈量复核实际长度尺寸，然后将支撑尺寸编号入册，按实际尺寸拼装支撑长度。5．2．3安装钢牛腿、立柱桩钢支架5.2.3.1钢牛腿的位置及标高应根据设计图纸确定，如有变化，应征得设计单位的同意，并得到书面许可。5.2.3.2基坑四周的钢牛腿应与应控制在一个水平面，高差应小于20mm。5.2.3.3每个钢牛腿应与支护桩的三根主筋焊接在一起，焊接长度、高度应符合规范要求。5．2．4安装钢管支撑5.2.4.1安装钢管支撑遵循“先长后短，减少接头”的原则优先使用标准节，最后一节根据实际长度使用可调节钢管来完成。图5.2.4.1-1(活动端大样)5.2.4.2钢管支撑的接头宜放在支承立柱桩桩帽上或者两侧附近。5.2.4.3用螺栓连接各接点,并进行端头焊接安装;检查各接点的螺栓连接情况，焊接的接点情况;图5.2.4.3-1(钢管连接端头)5.2.4.4钢内撑安装时，应尽量保持内点略高，中间低的状态（高差10~15mm）以确保其受力后不上凸。5.2.4.5每根钢内撑一头应焊接两个施加预应力支座，其强度应满足施加预应力的要求。图5.2.4.5-1(钢管支撑图;右端为活动端,施加预应力;左端为固定端)5．2．5施加预应力5.2.5.1施加预应力是支护工程的重要环节，施加预应力成功与否，直接影响到基坑支护的效果，因此，该环节应严格把关，详实记录。5.2.5.2施加预应力之前，应进行钢管支撑限位焊接。5.2.5.3施加预应力应逐根进行，如实记录加载时间、施加预应力的大小。有条件时，同一方向上的钢管支撑应同时施加预应力。5.2.5.4完成预加应力后，根据钢管支撑与围檩之间实际情况，采用钢锲块进行定位，对钢锲块要求有效固定，经验收合格后，加载的千斤顶方可卸载。5．2．6验收5.2.6.1钢管支撑质量验收应坚持“过程验收为主，完（竣）工验收为铺”的原则，反对以完（竣）工验收，代替过程验收。5.2.6.2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。5.2.6.3严格按照以下标准进行验收。《钢结构工程质量检验评定标准》GB50221-95《钢结构工程施工及验收规范》GB250205-95《碳素结构钢》GB700-885．2．7土方开挖土方的开挖根据钢管支撑的进度进行开挖。一道钢管支撑，可以先撑后挖；多道钢管支撑，可以采用阶梯式开挖，边撑边挖。无论采用哪种开挖形式，在保证基坑安全的前提下，可以根据实际情况调整。5．2．8钢管支撑监测5.2.8.1钢管支撑监测一般与基坑监测同步进行，监测内容有侧向位移、主内撑的变形（上凸、下凹）、钢管支撑轴内变化等。5.2.8.2监测点位置，一般应设在钢管支撑两头及中部，数量根据工程大小确定，一般内撑长度大于40m，中部至少设2个监测点。5.2.8.3位移和变形监测主要采用高精度经纬仪和水准仪，轴力监测采用弦式反力计和应力片，监测频率正常情况1~2次/天，异常情况4~6次/天。5.2.8.4监测结果及时向各方通报，现场应实行信息化施工，根据监测结果指导基坑开挖，报警值一般为累计位移在大于20mm，日变化量大于5mm。5.2.8.5施工现场应准备一定数量的抢险材料（钢内撑杆件）以防不测5．2．9钢管支撑拆除地下工程结构施工至钢内撑附近进，即可进行钢内撑拆除工作。5.2.9.1钢内撑拆除前准备工作要点⑴拆除前，应先进行可靠的换撑工作，以确保钢内撑拆除后，支护侧向位移控制在较小范围内。⑵拆除前，做好应急准备，作好监测准备工作。⑶划分坑周保护区，滑裂面3.0m范围以内为重点保护区。坑周加载应小于15KN/m，钢内撑拆除后，地下构筑物未浇筑到±0.00之前，坑周保护区内严禁加载。5.2.9.2按跳隔顺序割开，即先割开2#、4#、6#……钢管支撑，再割开1#、3#、5#……图5.2.8.2-1(支撑编号示意)（1）拆除期间，坑周滑裂面3.0m范围以内，严禁过量堆载，堆载应小于15KN/m2。（2）钢内撑拆除后，在±0.00浇筑完成之前，坑周保护区内严禁加载。（3）按2#、4#6#……间隔顺序割开钢管支撑与围檩之间的焊缝，割口宽度为50mm，以释放应力。经24小时位移测量（观测次数不少于3次），再决定能否全部割开，如位移小于10mm，可割开1#、3#、5#……钢管支撑，其方法同2#、4#、6#……（4）将支撑整体吊放于结构板上，按照组装的标准节分解钢支撑体系，将分解的钢支撑移位、拖至坑道外装车，退场。（5）拆除支撑时，若钢支撑悬空高度大于二米以上，直接落地将涉及安全生产时，在钢支撑解体前，先在被拆除的支撑下搭设脚手架，使支撑分体后先搁在脚手架上，然后再吊装上车。（6）加强位移测量频率，八字撑、钢内撑拆除的48小时内，测量次数不少于8次，正常后每天一次。（7）在36小时以内，累计位移达25mm，应发出预警信号，并立即停止钢内撑拆除。分析其大原因，采取相应的补救措施。6、材料与设备项目序号名称规格数量备注运输设备1运输汽车12t8~10辆吊安装设备2汽车吊16t、25t、35t、45t各1辆3塔吊60t.m8台4叉车12t2台5手拉葫芦5t5~6只6电焊机BX3-3008只7气割设备4套6．1主要施工机械设备检测设备8油压千斤顶100t2只9水准仪S31台10经纬仪J61台11弦式反力计XHL1/22台12钢卷尺50m2把13直尺3~4只14挖掘机1m31台15撬棍若干16走管108若干表6.1-16．2主要材料所用材料主要为H型钢和钢管，采用焊接和高强度螺栓组装而成，并由工厂制作。标准节长度一般12.0m，施工现场也可按需裁截使用。构件的尺寸、规格按使用功能分为三种：6．2．1钢管支撑：钢管6．2．2H型钢：H型钢6．2．3立柱：角钢焊接6．3所用材料应符合国标GB700-88《碳素结构钢》及设计要求，并有出厂合格证书。6．4焊条要有出厂合格证书，满足设计要求。6．5所采用的连接材料（高强度螺栓、钢板）应具有出厂合格证书，并符合设计和国家现行有关规定。7、质量控制7.1构件标准7.1.1原材料的品种和质量必须符合设计要求和有关标准的规定。7.1.2使用的钢管和钢材的表面必须清洁。表面有颗料状或片状态锈斑，应经除锈，除锈后仍留有麻点的严禁按原规格使用。7.1.3钢管支撑的规格，形状、尺寸、数量、间距符合设计要求和施工规范的规定。7.1.4重复使用的钢管支撑，应规定使用次数，达到使用次数庆按规定报废，如必须使用，使用前应进行鉴定，鉴定合格，方可使用。7.2焊接标准7.2.1焊缝必须符合设计要求和规范JGJ81-91《建筑钢焊接规程》，所有焊缝均采用三级检验，并做好检查记录。7.2.2焊缝表面和热影响区，不