深基坑中预留土方二次开挖内支撑施工技术

孔希红

(山西一建集团有限公司，山西太原 030012)

1 工程概述

某工程位于临汾市经济技术开发区河汾路与中大街交汇处。该工程包括一栋22层的A座写字楼，一栋22层的B座写字楼，一栋17层C座住宅楼、三层附属商铺楼及地下车库。

本工程基坑土方开挖深度为10.5 m，而原有建筑物位于拟建B座写字楼正南侧，距离拟建B座写字楼17.2 m，距离拟建B座写字楼附属车库9.1 m。

在距离原写字楼北侧5.35 m处进行止水帷幕的施工，止水帷幕施工完毕后在距离止水帷幕200 mm的北侧施工混凝土灌注桩，作为原写字楼的支护桩。支护桩的北立面距离B座写字楼Ⓐ轴为10.2 m。支护桩桩径为 1 000 mm，桩距为 2.0 m，桩长为23.1 m，混凝土等级为C30。桩顶标高为－4.527，桩顶设置1 000×800的冠梁，冠梁顶标高为－3.727。本基坑开挖深度至－11.3 m(自然地坪以下10.5 m)。由于该支护桩在基坑的悬臂段太长，经计算不能满足基坑边坡稳定性要求。又因距离原写字楼较近，所以不能进行土钉墙的施工。

综合以上诸多因素，考虑在标高约－6.0 m处(地下车库－2层顶板上)设φ273×6.5 mm的钢管进行钢结构内支撑，斜撑至支护桩顶冠梁，钢结构内支撑水平间距4.0 m。为方便施工，基坑土方开挖时，原写字楼北侧(长46 m)范围土方暂不进行分层开挖。第一次开挖至－5.3 m，然后预留上口4 m，下口6 m，高度为6 m的土方作为基坑边坡的临时支护。待B座写字楼南侧地下车库后浇带以北的结构施工完毕后，以施工完成后的结构作为支撑的支点进行钢结构内支撑施工，然后再进行剩余土方的开挖、预留地下车库结构施工(见图1)。

图1 B座写字楼南侧地下车库现施工阶段示意图

2 钢管内撑计算

深基坑工程是建筑物的奠基石，不仅受深基坑边坡土质的影响，而且还与紧邻建筑物及其荷载密切相关，是建筑物结构施工中十分重要的组成部分，也是施工现场安全监控的重点之一。因此我们在钢管内撑施工过程中必须严格按照相关标准、规范的要求对其承载力进行详细验算，施工过程中把好工程质量关。基坑边坡施工安全是地基与基础工程中尤为重要的一个环节，钢管内撑计算的准确性既直接影响到钢管内撑方案的可行性，还关系到基坑边坡安全及紧邻建筑物的使用功能和寿命，因而一直受到人们的普遍关注。深基坑工程的钢管内撑安全计算十分重要，但以往凭经验、或概念不清、或计算不够严谨，编制的方案简单而导致严重安全隐患，甚至发生重大安全事故。所以深基坑工程，要做到钢管内撑设计的安全、计算充分、经济、合理，是钢管内撑设计的重要内涵。

2.1 荷载计算

支撑力计算值:117 kN/m，支撑间距:4.0 m，支撑倾角:8.9°，支撑轴力:117 ×4.0×1.35×1.1 ÷cos8.9°=703.52 kN。

2.2 结构计算

构件材料特性:设计强度:215.00 N/mm2，屈服强度:235.00 N/mm2。

截面特性:截面名称:焊接钢管:d=273 mm，焊接钢管外直径［2t≤d］:273 mm，焊接钢管壁厚［0 ＜t≤d/2］:6.5 mm。

分析结果:绕X轴弯曲时的最小整体稳定性安全系数:1.32，该截面距离构件顶端:10.000 m;绕Y轴弯曲时的最小整体稳定性安全系数:2.43，该截面距离构件顶端:10.000 m;最小强度安全系数:2.88，该截面距离构件顶端:10.000 m。

构件安全状态:稳定满足要求，强度满足要求。

3 钢管内撑施工工艺

3.1 工艺流程

施工工艺流程如下:

安全防护措施→测量放线→H型钢与B座写字楼地下1层柱连接→支护桩安装预埋件→安装钢结构内支撑→人工开挖土方(－5.30 m～－11.3 m)→支护桩桩身钢筋网片绑扎及喷射混凝土100 mm→地下－2层车库结构施工→地下车库外墙防水粘贴及室外土方回填至－6.05 m→拆除钢结构内支撑→地下－1层车库结构施工→地下车库外墙防水粘贴及回填土。

1)根据《B座写字楼南侧支护体系预留土方二次开挖内支撑施工方案》进行设置安全防护措施。

2)测量放线:

a.在支护桩桩身抄平，以控制安装钢管内撑所需土槽的土方开挖深度。

b.对与B座写字楼地下1层柱连接的H型钢进行定位放线，弹处－5.95 m的H型钢底线。

3)H型钢与B座写字楼。

地下1层柱连接:

a.在B座写字楼Ⓐ轴地下1层柱及剪力墙根部根据所弹定位线设置100 mm垫木。

b.安装H型钢，并用5a与H型钢焊接固定在结构柱上。

c.每跨之间设置300×300×300(高)混凝土立柱，作为钢梁跨中支点。

立柱配筋4C25，φ6.5@100。4C25在梁上植筋。

4)支护桩安装预埋件。

a.根据制作预埋件膨胀螺栓的位置进行打眼，确保位置的准确性。

b.安装 MJ-2。

5)安装钢结构内支撑。

a.测量MJ-2与钢梁之间的距离，根据测量数据对钢管进行下料(包括斜面切割)。

b.钢管两端各焊接一块300×300×20的钢板。

c.利用塔吊吊装钢结构内支撑就位。

d.钢结构内支撑两端施焊，一端与MJ-2焊接，另一端与钢梁焊接(见图2)。

图2 钢管支撑平面示意图

6)人工开挖土方(－5.30 m～－11.3 m):由于此次预留土方周围环境限制，此预留土方考虑采用人工开挖的形式。人工开挖土方的同时，及时清理附着在混凝土支护桩的碎土。考虑预留车库部分土方均回填至地下车库。

7)支护桩桩身钢筋网片绑扎及喷射混凝土100 mm:在人工开挖预留土方的同时，紧随开挖深度及时进行支护桩桩身钢筋网片绑扎及喷射细石混凝土100 mm。

3.2 工艺特点

1)钢管下料长度必须准确，且两端需切割成斜面。

优点:运用AutoCAD计算机软件控制钢管下料长度，快速准确、节约材料等。

缺点:运用氧气、液化气气体切割端部斜面不能够保证足够平整。

2)钢管制作完毕后的就位焊接时用塔吊吊装稳定性难以控制。

优点:运用现场塔吊吊装快捷、方便。施工安全能够得到保障。

3)钢管内支撑用于深基坑支护时由于支撑点面积较小，故需在基坑坑壁钢管支撑点处设置一道连系梁。本工程中，在需进行钢管内撑的基坑边坡设置了支护桩(钢筋混凝土灌注桩)间距2.0 m，桩径1 000 mm。另支护桩桩顶设置钢筋混凝土冠梁。截面1 000 mm×800 mm。

4 质量控制措施

1)完善制度、明确责任;交底先行;目标清楚、认真落实完善质量责任制及质量检查与奖惩措施。施工前进行设计与技术交底，明确任务及质量标准。做到以优质的岗位工作质量，确保钢管内撑焊接安装质量达标。

2)严把原材料进场关。

各种原材料及半成品使用前，应进行严格的质量检测，不合格材料决不允许使用。所用钢管管径与壁厚必须经过现场游标卡尺测量。

3)质量标准。

钢管与预埋板、H型钢之间的焊缝不得有未融合、咬边、弧坑裂纹、表面夹渣、表面气孔等现象，焊接时的焊接变形对施工质量影响非常大，所以，焊接时应采取措施严格控制焊接变形。根据板的不同厚度采取相应的预热措施及层间温度控制措施。实施分段的多层多道焊，每焊完一道后应及时清理焊渣及表面飞溅，发现影响焊接质量的缺陷时，应清除后方可再焊。连续焊接时应控制焊接区母材温度，保证层间温度符合要求，遇有中断焊接作业的特殊情况，应采取保温措施，再次焊接时，应重新预热且应高于初始预热温度。焊接时严禁在焊缝以外的母材上打火引弧。焊后应认真清除焊缝表面飞溅、焊渣、焊缝不得有咬边、气孔、裂纹、焊瘤等缺陷和焊缝表面存在几何尺寸不符现象，不得因切割连接板、刨除垫板等工作而伤及母材，连接板、引入、引出板刨除后的表面应光滑平整。

5 结语

1)工期效益:由于其施工工艺简单，施工速度快，为工程进度赢得了时间。

2)经济效益:该钢管内撑的基坑支护方案总体投资少、劳动强度低，不仅节约了经济还节省了劳动力，为企业创造了良好的利益。

3)社会效益:钢管内撑施工完成后工程质量高，有效的解决紧邻建筑物进行深基坑作业的边坡支护问题。

4)环境效益:开挖基坑及深基坑作业时不影响附近建筑物的正常使用功能，能确保周围建筑及基坑边坡的安全。