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岩土研究院

新园宾馆基坑钢板桩双层钢支撑支护

445 2021-12-23 10:31:16

2.9.1 工程概况

(1)新园宾馆位于宁波市解放南路与新街交口处,占地面积2200m²,地下室2层,地上15层,总高度50m,框架结构,工程桩 450mm×450mm钢筋混凝土预制方桩,桩长 45m(三节),送桩 7m。单桩设计承载力1700kN。在工程桩沉桩期间,附近建筑物因土体挤压受到不同程度的影响。为了保护东面正在施工的住宅,工地打设了一排砂井。

(2)地下室底板底标高一7.200m,地梁标高一7.800m,承台标高一9.430m,承台面积占基坑面积 1/3~1/2,地面标高一0.100m,控土深度7.1~9.3m,而大多数挖土深度应为9.3m。如图2.9-1。

(3)周围情况;西面离解放南路6~12m,(支护与解放南路的距离,下同);北面离煤气公司办公楼6~7m(五层,打有7m 长的桩);东南面是正在建造的7层住宅楼,沉管灌注桩,距离12~14m;南面是正在建造的华中大酒店,有一层地下室,距离7~10m。如图2.9-2。

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2.9.2 围护方案设计

(1)方案选择

由于周围情况的限制,采用拉森钢板桩为支护桩,钢管内支撑,H型钢作围檩。

(2)方案设计

1)挖深考虑;挖土深度 7.1~9.3m,靠近围护桩的承台,其长度约占围护长度一半,也就是说,对钢板桩来说,挖深一半在9.3m。考虑有利因素,计算深度采用 8.6m。

2)内支撑的确定;采用二道钢支撑,钢板桩长度和刚度可以满足要求。

3)挖土层次的确定∶第一步,卸土 2m;第二步打设拉森钢板桩;第三步,边设第一道支撑,边挖土至一7.5m(包括垫层厚度);第四步,安装第二道支撑;第五步承台及地梁挖土至基底标高上 400mm;第六步,人工修土。

4)计算方法

(A)设计步骤

根据挖土情况,设计分二步进行,如图2.9-3。

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第一步 按图 2.9-3(a),计算第一道支撑反力和围护桩最大弯矩及桩长;

第二步 按图2.9-3(b),计算第一、二道支撑反力和围护桩最大弯矩及桩长。

(B)设计计算

工程地质勘察报告提供的资料如表2.9-1。

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为了使设计尽量客观地反映土质情况,对地质资料进行了详尽分析。首先搜集了周围建筑的地质资料进行比较,又察看华中大酒店地下室(正在开挖,距新园宾馆仅10多米)的土质,认为②层土采用 g-8.4°偏于安全。

土压力计算采用水土合一,因围护桩范围内仅有地表水,且各土层渗透系数均很小,孔隙水难以形成独立水压力作用于钢板桩。土压力按分层计算。

计算结果如表2.9-2。

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支撑采用钢管,按 208kN/m 设计。桩长采用15m。桩型采用Ⅳ拉森钢板桩。

围模采用350mm×350mm×19mm 日产H型钢。支撑布置如图2.9-4。

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2.9.3 方案实施

挖土从中间向两边开挖,围护桩两侧的土压力逐渐增加。为了避免挖土和支撑相互干扰,采取一边挖土,一边安装,如图 2.9-5。先安装左边角撑,从左挖土到a线安装好Ⅰ对撑(上道);挖土到b线。再安装好I对撑(上道),依次类推。下道支撑安装适当滞后,这样挖,运土机可以不跨越支撑。在市区挖运土只能在夜间进行,支撑安装则安排在白天进行,这样挖土和支撑安装流水作业,保证了围护安全,大幅度地缩短了工期。

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支撑平面布置尽量避开柱、电梯井。下道支撑标高在地下室侧板的第一道施工缝上,上道支撑设在地下室上一层第二道施工缝上。这样底板混凝土浇捣完毕,即可拆除下道支撑,此时围护系统满足图2.9-3(a)状态,支撑拆除过程不影响结构施工。地下室底层顶板混凝土浇捣完成,即可填土方,拆除上道支撑,也不影响结构施工。

钢板桩拔除会把土带出,引起土体塌陷,为了把这种情况减小到最低限度,采取了以下儿条措施∶

①打设钢板桩前。给钢板桩涂上牛油。

②回填土在靠近钢板桩一侧灌砂,浇水震实回填,使回填部分尽量密实。

③拔桩时,能不震动就不震动。2.9.4 施工结果

支护系统与挖土有机的配合,有效地缩短了工期,提高了效益,方便了施工,使工程取得了成功。

工期,从打围护桩到地下室底板浇捣完成不到三个月。经济∶总价175万元,平面延长米共210m,折合0.84万元/m。同期同类型约1.3万元/m。

安全∶围护系统施工对周围没有造成大的不良影响。2.9.5 围护施工过程出现一些情况及分析

围护在施工过程中出现现象有∶

(1)路面开裂(解放南路);

(2)支撑与围檩之间焊缝压裂;

(3)支撑压弯;

(4)钢板桩弯曲;

(5)路面塌陷(煤气公司前)。

(1)路面开裂。解放南路上裂缝离桩约12m,缝宽3~5cm,如图2.9-6。

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这道裂缝出现在挖土到一7.200m 时。下道支撑安装后继续挖土,缝宽没有增大。

(2)支撑与围檀之间焊缝压裂。当挖土到一7.200m还未安装第二道支撑时,经常能听到很响的爆裂声,经检查是焊缝压裂,及时进行了补焊。

(3)支撑变形。上道支撑在挖土到一7.200m时均有微小弯曲,但都没有继续增大,说明随着支撑、钢板桩的变形,土压力在减小。在某一状态下,土压力与变形后的支撑、钢板桩形成新的平衡。上道支撑变形相当明显,下道变形不明显,这是由于挖土与支撑安装时间上的差异,使得土压力大部分由上道支撑承担,下道支撑没有达到设计承载力。

(4)钢板桩变形和路面塌陷。钢板桩大多数出现"凸肚"现象,主要原因是钢板桩刚度较小;但程度还是较轻,属弹性范围内,比较严重的是图2.9-4左端。靠近煤气公司一侧,原因主要有∶

1)在 2.9-4图中,挖土从②轴向②轴,挖到最左端时,挖土机停在左下角位置,钢板桩局部超载很大。

2)气候恰好是雨季,挖承台、地梁时土方不断坍塌。②轴一侧钢板桩脚下土都被挖到一9.430m,而且成了泥浆。

3)人工挖土白天进行,土运不出去,堆在③轴下方(图2.9-4)钢板桩外侧,②轴到V支撑范围,高达 2m 多。

在这种情况下,钢板桩出现了明显"凸肚"现象,板桩在一9.430m 处位移在 300mm 以上。

V支撑由于地面超载程度不一样,两根分支撑受力不平衡,出现了较大的弯曲,钢板桩被压扁。靠②轴外侧路面下陷近 800mm;,钢板桩下端出现严重弯曲。拔桩时可以看出已塑性变形,有个别几根已断裂。基坑底也有轻微隆起现象,如图 2.9-7。

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2.9.6 建议与体会

(1)设计施工一体化。围护体系为临时结构,设计施工一体化,有利干发现问题,能及时地采取应急措施。

(2)围护方案与挖土方案要有机结合。合理的挖土方案能弥补围护系统的缺陷和考虑不周的地方,保证围护充分发挥作用;而好的围护方案又方便挖土,提高工效,降低成本。

(3)支撑设计应有较大的安全系数。支撑安全关系到围护整体安全。土压力数值由于土质情况变化多,计算与实际出入较大;施工过程中挖土的不均匀也会给支撑带来比设计大的荷载。(4)围护系统设计必须为主体结构施工创造条件。1)围护系统尽量少影响主体结构施工;

2)围护系统拆卸时,充分利用主体结构作围护支承,使拆卸不形响工期。