深基坑钢支撑工程施工设计方案

1、深基坑钢支撑施工方案编制依据一、编制及施工执行依据1、建筑桩基技术规范(JGJ94-94 )2、建筑地基基础设计规范(GB50007-2002)3、 建筑地基基础施工质量验收规范(GB50202-2002)4、 建筑工程施工质量验收统一标准(GB50300-2001)5、建筑钢结构荷载规范(GB50009-2001)6、建筑钢结构焊结技术规程(JGJ81-2002)7、北京地铁五号线雍和宫站扩大初步设计&建筑机械使用安全技术规程 (JGJ33-86)9、北京地铁五号线雍和宫站岩土工程勘察报告10、北京市建设工程现场管理基本标准(91)京建施字第125号11、北京市建筑施工现场管理环境保

2、护工作基本标准 (91)京建施字第126号12、北京市建设工程施工现场保卫工作基本标准 (91)京建施字第127号13、国家和北京市有关施工的法律法规第一章工程概况第二章施工部署2.1项目管理组织机构为保证钢支撑按期优质完工，将严格按照既定的施工计划，合理安排施工，合理安排机械设备和劳动力计划，监督落实计划中每个节点的实际完成情况，及时制定岀相应有效措施，确保工程单项工期目标和 质量目标的实现。2.2主要机械设备机械设备一览表设备名称设备型号数量25t吊车1台20t吊车2台铲车ZL 50一 台挖掘机大宇2801台100t液压千斤顶2台12t半挂汽车2台自卸汽车10辆2.3劳动力计划生产、技术管

3、理人员：6人；设备操作人员：6人；壮工：30人；电工：2人；钢筋工：6人；测量工：2人，共计52人。为便于管理，劳动力使用时，根据专业工作性质，将其编为三个作业队，即钢支撑加工作业队、钢支撑安装作业队、土方开挖施工作业队，进行默契配合，交叉流水作业。2.4主要工程数量主体基坑钢支撑及钢围檩主要为529钢管、145b工字钢、钢板t=20及t=12，其总量为钢管约180 t、工字钢约50 t、钢板约120t、基它材料约10t。具体材料数量详见支撑材料数量表附表 1。 2.5工期安排钢支撑安装是在护坡桩施工后进行，计划于2003年10月30日开始架设，至2003年1月30日结束。见附图钢支撑安装施工

4、进度图。第三章钢支撑施工工艺3.1 土方开挖土方开挖原则：竖向分层，纵向分段，中部拉槽。根据钢支撑、锚杆设计位置及现场实际等情况，拟将基坑竖向分5层，竖向分层高度根据围护结构尺寸、盾构隧道保护以及挖掘机开挖能力确定。钻孔灌注桩施工结束后，首先进行土方开挖工作，土方开挖纵向分五层进行，第一层为现况地面至冠梁底，开挖深 度为2.0m，完毕后开始进行帽梁、挡墙及压顶梁的施工，施工第一道钢支撑，钢支撑施工于帽梁上，中心 位置为帽梁中心，标高为-1.5 m，与此同时开始进行第二层中部拉槽，槽顶边沿距两边护坡桩内侧须留置 2m宽的土台，拉槽坡度为 1 : 0.5 ,，以利于挖土机进行以下土方的开挖。开挖至

5、第二道钢支撑下50cm，支设第二层钢支撑，中心位置标高为-7.85 m。同样，第三层土方开挖至-13.20 m时，支设第三层钢支撑， 中心位置标高为-12.70 m，第四层土方至-18.95 m时，支设第四层钢支撑，中心位置标高为-18.45 m。此时留置土台宽为3m;第五层土方开挖到结构底板-22.88m。详见附图3土层开挖分部示意图施工注意事项1. 土方开挖时在中心槽处布置挖掘机进行开挖，避免挖土机械碰撞已经架设的钢支撑。2. 沿围护桩两侧各留2.0m宽平台，充分利用其土体抗力保证围护结构的稳定，又可利用此平台及 时进行封堵围护结构的渗漏水，在钢支撑架设完毕后，进行下面一层土方开挖前再挖除

6、预留平台部位的土 方。3. 基坑开挖过程中及时架设钢支撑，保证基坑正常开挖及保证在加载卸载过程中围护结构的受力符合设计。3.2钢支撑施工钢支撑设计布置：雍和宫车站主体基坑围护结构在基坑北端及东南端的转角处设置钢管斜支撑，为© =529mm，5 =12mm钢管支撑体系，竖向设置4道，（第四道采用 © =529mm、5 =14mm钢支撑）水平方向东北、西北端 为4排,东南方向为5排,间距为3m，第三、四道钢支撑水平第四、五排应架设两根钢管支撑。钢围檩 为I 45b两根并放。盾构区间上方设垂直支撑，体系为I28b工字钢两根并放，竖向设置3道，水平方向从第一层至第三层分别为 31道

7、。纵向间距视情况确定，但不大于3m，钢围檩为I 45b两根并放。钢支撑第一道支撑轴力设计值为 250KN，第二道支撑轴力设计值为1370KN，第三道支撑轴力设计值为2500KN，第四道支撑轴力设计值为3600KN，钢支撑必须按照设计位置放置。见附图 2钢支撑纵剖面图钢支撑施工准备：钢支撑、围檩及装配件的加工、预埋（1 ）钢支撑的加工、组装1、钢围檩：第一层钢支撑直接支撑于帽梁上，凿岀帽梁上预埋件，与三角形钢支架相焊接，以下各层钢支撑架设于钢围檩上，钢围檩采用I45b工字钢两根并放，围檩间采用2.0cm钢缀板连接，间距60cm。工字钢外设1.2cm的钢外肋板，间距60cm，工字钢间设2.0cm钢

8、内肋板（仅在钢支撑中心设）。 桩侧为1.2cm厚的通长钢板，钢支撑侧为2.0cm厚的加强钢板，围檩角部采用一块20厚钢板直角弯折与 钢围檩焊接。见附图4钢围檩结构大样图。2、 钢支撑固定端：钢支撑固定端架设为等边直角三角形钢支架，与钢围檩间焊有一块2cm厚的加强钢板，三角形钢支架内有二块2cm厚加强钢肋，在三角形钢支架背后焊有三块2.0cm厚抗剪加强肋板。钢支撑三角形钢支架固定端下方焊有1.2cm厚钢管支托板，两侧与三角形钢支架各焊一块加强肋板，以防钢管坠落。见附图5钢支撑斜撑固定端详图3、 钢支撑活动端：活动端接头采用2块2cm厚钢板焊接成n型于工28b工字钢两侧对扣放置， 间距 为6cm，

9、活动接头外侧工字钢翼板用t=12钢板焊接包封住，从而保证工字钢箱室的整体性，保证活接头 能自由活动；活动接头左右两侧各设置一个，同时由于以工字钢腹板为主要承压板，为防止腹板局部受压破坏巻曲，在腹板滑道加焊一块2cm厚的钢板以增加其承压强度，详见支撑大样图，见附图 5钢支撑斜撑活动端详图。4、 钢支撑活动端与钢管连接处用2.0cm厚主背钢板焊接，主背钢板两侧背后钢管内每侧各焊2块2.0cm厚加强内肋板（钢管内侧），以承受钢支撑轴力。5、 在钢支撑活接头箱室两端各焊有千斤顶支托架，以便由千斤顶施加预应力，支托架采用1.2cm厚 的钢板加工，主背钢板与钢管间（钢管外侧）每侧各焊有2道2.0cm厚的外

10、肋板，以承受千斤顶方向轴力。6、为防止钢管端头卷曲，钢支撑固定端头用一块 20厚钢板与钢管焊接，钢板角部背后加焊一块三 角形肋板。由于基坑跨度较大，钢支撑最大长度为20m，支撑部分须采用两段钢支撑连接，钢管接口采用坡口满焊连接，钢管间连接板用四块2cm厚的钢板与钢管焊接，见附图4钢支撑钢管连接大样图。7、盾构区间上方设垂直支撑，钢支撑直撑与斜支撑相同，只是钢围檩上没有直角三角形钢支架，固定端与活动端架设同斜支撑。由于盾构区间上方钢支撑间距较小，基坑较浅，直撑采用I28b工字钢两根并放，工字钢间采用2.0cm钢缀板连接，间距60cm。活动锁定头与钢管支撑相同。见附图6（钢支撑直撑节点详图）。8、

11、由于钢支撑较长，需分段加工，现场组合。支撑运输前需对构件进行编号，运至现场进行拼装，组 装为成型的单根钢支撑。（2）装配件加工、预埋钢支撑装配件加工主要有固定端和活接头，预埋件主要是支座固定连接钢筋及预埋钢板，在帽梁内预 埋钢板。钢支撑架设方法及流程钢支撑架设与基坑土方开挖是深基坑施工密不可分的两道关键工序，支撑架设极具时间性和协调性， 支撑架设的时间、位置及预加力的大小直接关系到深基坑稳定的成败。支撑架设必须严格满足设计工况要 求。（1 ）钢支撑架设流程1、基坑开挖至第一层土下时，即帽梁下50mm后，立即放测岀支撑位置线，凿岀帽梁内的预埋钢板并进行牛腿支座的焊接加工，牛腿位置与支撑位置一一对

12、应；2、土方开挖到位后，开始吊装第一层钢支撑，施工时拟采用一台20t的吊车在基坑内架设，吊起时两端轻放在牛腿支座上，固定端与帽梁内钢板点焊，以防支撑水平滑动；活动端微调采用特制钢楔加塞施加 预应力，方法：采用两台100t的油压千斤顶施加钢支撑预加力，在活动端沿支撑两侧对称逐级加压，施加 预应力为设计支撑轴力的 70%，当压力表读数稳定为止，并采用特制铸铁楔子塞紧。3、第一层支撑安装完毕后，进行第二层土方的开挖，开挖至其底标高后，开始安装第二层钢支撑，工序内容与第一层大体相同，所不同是： 1、牛腿支座是与护坡桩内的主筋相连； 2、支撑两端与钢围檩相接， 钢围檩要求必须与护坡桩密贴，在有间隙的地方

13、用各种钢板塞紧。 3、为保证施加预应力时钢围檩不会水平 移动，每层钢围檩须设置抗剪凳 ，具体位置在基坑北侧钢支撑的基坑东侧、西侧，南侧钢支撑的基坑南侧钢支撑中心设置抗剪凳。抗剪凳位置应与实际护披桩位置相对应，凿岀护披桩保护层内钢筯，与抗剪凳钢板相焊接，焊接长度应与钢板长度相对应。其他施工工序与第一道支撑相同。4、以下架设第三道及第四道钢支撑，施工工序及方法与第二道钢支撑相同。各道钢支撑架设流程见框图。(2 )钢支撑架设方法1. 每节段分层开挖至钢支撑架设的高度后，立即放岀支撑位置线。2. 凿岀护坡桩上预埋件焊接钢牛腿，其它各层钢支撑安装钢牛腿后，安装加工好的钢围檩。钢支撑两 端的钢围檩应保持同

14、一水平位置。3. 将焊接好的三角形钢支架在钢支撑中心位置与钢围檩相焊接，并与其背后的抗剪加强肋板相焊接。4. 将由两个工字钢焊接而成的活接头箱室与钢支撑活动端端头板相焊接，组装成为成型的单根钢支撑。5. 用两台汽车吊吊放钢支撑到钢牛腿上，并用固定端旋转法使活动端较宽位置支撑于护坡桩上。6. 将n型钢板组件的活接头安置于由工字钢组成的活接头箱室内，拼装成一端固定一端活动的钢支撑，钢支撑的长度由现场实际长度确定。微调采用特制钢楔。完成钢支撑组装的各种工作。7. 为防止钢支撑在施加轴力时产生过大的挠度，在对钢支撑施加预应力前先将钢支撑自重挠度校正至 水平。8. 在三角形钢支架下方焊接防坠钢板及千斤顶

15、支托板，完成施加预应力前的各种准备。9. 盾构上方直支撑的架设安装方法与斜支撑相同。只是没有三角形钢支架。确保钢支撑稳定的技术措施钢支撑拼装过程a. 钢支撑在拼装时，轴线偏差在2cm之内，并保证支撑接头的承载力符合设计要求。钢支撑连接时必须对称上螺栓，按顺序紧固。要有钢支撑支托措施，同时用于微调的钢楔也要串联，防止坠落。b. 钢支撑安装前一定要检查钢管的垂直度，若不垂直要进行矫正；然后将钢支撑安装在牛腿上，并且 紧固好，必要时可在钢支撑中部架设临时支撑，确保钢支撑吊装上就只有很小的自重下挠度，便于加预应 力固定。c. 所有钢支撑装配件的钢板加工以及钢管焊接加工都必须双面满焊。在有内肋板焊接过程

16、中无法双面 焊接的，宜采用坡口焊接方式。基坑开挖过程采用中心挖槽法或小挖掘机开挖钢支撑附近土方，防止机械碰撞支撑；采用人工配合小型机具开挖护 坡桩附近土方，严禁机械开挖碰撞钢支撑和护坡桩。325钢支撑拆除（1 ）钢支撑拆除步骤最下层钢支撑等到车站底板结构及侧墙施工完毕，达到设计强度后拆除，以此向上，逐步拆除上一道 钢支撑。（2）支撑拆除方法钢支撑拆除应随车站结构施工进程分段分层拆除。用20t汽车吊将钢支撑托起，在活动端设 2台100t千斤顶，施加轴力至钢楔块松动，取岀钢楔块，逐级卸载至取完钢楔。最后用汽车吊将支撑吊岀基坑。第四章 质量保证措施4.1钢支撑稳定的保证措施a. 基坑开挖应严格遵守“

17、分层开挖”的原则，支撑架设与土方开挖密切配合，开挖时采用中心挖槽法 开挖钢支撑附近土方，以防止机械碰撞支撑；采用人工配合小型机具开挖护坡桩附近土方，严禁机械开挖 碰撞钢支撑和钻孔灌注桩，土方挖到设计标高后及时架设钢支撑并施加预应力，减少无支撑暴露时间。b. 钢支撑的稳定性是控制整个基坑稳定的重要因素之一，其架设必须准确到位，并严格按设计要求施 加预应力，尤其注意斜撑的稳定性，在斜撑作业时，安装每一环节均要做到精心作业，同时钢围檩在制作、 安装过程中也必须保证其稳定、强度及变形的要求，另外，从基坑钢支撑架设至拆除的整个施工过程中， 须对钢支撑严格监测，确保其稳定性。c. 钢支撑安装时，轴线偏差w

18、5cm，并保证支撑接头的承载力符合设计要求。钢支撑连接时必须对称上螺栓，按顺序紧固，同时为防止钢支撑在施加轴力时产生过大的挠度，在施加轴力前先将挠度校正至水平。d. 钢支撑安装前一定要检查加工成型的支撑是否垂直，不垂直的要进行矫正；然后将钢支撑安装在牛 腿上支座上，并且紧固好。4.2钢支撑的检验标准1、外观检查标准型项目允许偏差（mm ）钢截面几何尺寸±4钢侧弯矢高15支扭曲h/250 且10.0撑翼板对腹板的垂直度h/100 且3.0端部连接板对腹板的垂直度32、支撑构件的安装标准项目允许偏差（mm ）同一横撑中间及两端顶面任意两点的高差5.0横撑对定位轴线的整体偏差50.0横撑整

19、体直线度± 20.03、施加预应力质量检验评定标准项目允许偏差（mm ）横撑预应力施加后轴线偏移5.04、钢支撑的挠度要求钢支撑的挠度控制是支撑架设与使用过程中的关键环节，预应力施加过程中一定要注意观测，如果超岀允许范围，应及时卸荷，调整处理后方可继续时施工。钢支撑的允许挠度以计算挠度L/250为准（其中L为计算跨度），各支撑具体挠度验算详见计算书。第五章安全施工措施安全施工技术措施钢支撑的稳定性是控制整个基坑稳定的重要因素之一，其架设必须准确到位，并严格按设计要求施加预应力，并注意观测其变形，另外，从基坑钢支撑架设至拆除的整个施工过程中，须对钢支撑严格监测及 防护，以确保其稳定性。

20、为此，特制定以下措施。1、进入施工现场人员一律戴安全帽，并接受入场教育。2、对施工人员加强安全施工的教育，定期进行安全检查专业安全检查。3、钢支撑加工前由负责加工的工长对加工机械的安全操作规程及注意事项进行交底，并由机械技师对所有机械性能进行检查，合格后方可使用。4、土方开挖时，要按标准放坡，保证基坑四周无渗水， 以防桩间土脱落，除此基坑周边必须设置防护 栏杆，上下基坑搭设临时马道。5、钢支撑在运输过程中要注意交通安全，运输车尾应设置小红旗、警示灯等安全设备。6、 在安装牛腿、钢围檩时一定要注意在边坡设防护栏，并同时安排专人将边坡上部将杂物清理干净， 防止坠物伤人。7、支撑吊装时其吊车下方及支

21、撑回转半径内严禁站人，高空作业要系安全带。8、由于钢支撑跨度较大，活荷载对其影响较大，易使支撑因震动而失稳，所以严禁在其上放置各种物 体及人员攀登和行走。9、土方开挖时在中心槽处布置挖掘机进行开挖，避免挖土机械碰撞已经架设的钢支撑。10、施工中需要重点做好对钢支撑安装和使用过程中的轴线偏差及帽梁、钢围檩的位移的观测，如 超过允许值，应迅速采取处理措施。11、 除此要注意基坑支护结构内的水平位移及地面沉降监测，其控制范围为水平位移不大于5.0cm，地面沉降不超过2.5cm以内。12、意外原因造成基坑变形过大处理措施外界条件突然骇变（如基坑外附近管线漏水、地面荷载突然增大），或其它原因造成桩背后土

22、压力增 大，通过位移观测，桩顶位移超过5cm （警戒值），应采取加固措施。如加强钢支撑、补加锚杆加固以阻止位移继续扩大，确保基坑及周围建筑物的安全。13、施工期间，安全员全面负责安全监督工作，发现不安全因素，随时排除，并采取有效预防措施。目录第一章工程概况1第二章 施工部署2第三章钢支撑施工工艺 3第四章 质量保证措施 . 8-第五章安全施工措施 9第六章钢支撑计算书 11附图1钢支撑施工总平面布置图附图2钢支撑纵剖面图附图3土方开挖分部示意图附图4钢支撑围檩、钢管接头结构大样图附图5钢支撑斜撑固定端、活动端大样图附图6钢支撑直撑固定端、活动端大样图附表钢支撑材料数量表材料采购计划表（主体基坑

23、钢支撑）施工单位：北京城建地基公司第五经理部日期：2003年9月25日材料名称型号规格单位数量材料名称型号规格单位数量钢管 529、t=12m793工字钢I 45bm592钢板t=12m2260钢板t=20m2793角钢L 80 X8m207角钢L 100 X 10m580槽钢:16m14胀管螺栓YG2 型、M20、L=285m260工字钢I 28bm135螺栓20个400其中钢支撑设计以外部分材料帽梁预埋20厚m220.8固定端板端头板20厚2 m23.8肋板20厚2 m2.6活动端板端头板20厚2 m37.0n型头20厚2 m29.0箱室板20厚m215.8箱室板12厚m228.5箱室工字

24、钢m66抗剪板20厚2 m31.7肋板20厚2 m17.7总计：20 厚 178.4 m 2，12 厚 28.5 m 2,工 28b 工字钢66米材料采购计划表（西北岀入口钢支撑）施工单位：北京城建地基公司第五经理部日期：2003年9月24日材料名称型号规格单位数量材料名称型号规格单位数量钢管 529、t=12m735工字钢I 45bm533钢板t=12m2189钢板t=162 m33钢板t=202 m520角钢L 80 X8m78角钢L 100 X 10m374槽钢16m6.2胀管螺栓YG2 型、M20、L=285m100xxxxxxxxxxxxx本车站主体围护结构基坑内竖向设四道钢支撑斜撑

25、。本计算只 对斜撑跨度最大的一跨（跨度取20m）进行了验算，跨度为支撑两端 钢围檩之间净距，其它各跨斜撑的截面尺寸和所用材料与该跨相同。主要材料为© =529、二12mm （第四道为© 529、二14mm ）的钢管。1、活动端肋板焊缝计算：为保证© 529钢管均匀受力且不在钢板上有丝毫位移，所以在 钢管与钢板间用四块三角内肋板焊接（左右每边各二块），钢板厚度 为 20mm ,钢支撑厚度为t=12mm，钢支撑活动端千斤顶承压肋板厚度 20mm，焊缝厚度按规范 1.5 x t2 whf< 1.2t t=12mm ）即5.2 Wh= 14.4，施工图纸上规定焊缝厚

26、度为10mm故焊缝厚度取10mm按照设计最大轴力为3600KN ,四块外肋板承担1/3设计轴力（1200 KN），故分配到每块内肋板上的力为 600KN查表的直角焊缝的强度设计值ftw=160N/mm 2 考虑到肋板上部焊缝承受一定轴力则有N =0.7 xh xEL' w XBf xftw=0.7 x 0.01 x 0.02 x 2 x 1.22 x 1.6 xi 08=546 56NN=N - N =600-54.656=545.344KNlw=N/（2 x 0.7 xhfxftw）= 545.344 x 103/（2 x 0.7 x 0.01 x 1.6 x 108）+0.01=0

27、.244m故需要肋板的长度为25cm.2、稳定性验算：主体结构西北角、东北角、东南角和盾构上方设有钢支撑， 其中西北、东北、东南角采用© 529钢管钢支撑，盾构上方采用双工 28b工字钢支撑。1） . © 52钢管钢支撑应力咯=200MPa根据公式心=（nE/ ?）1/2=100首先根据公式：入二(1 l/i其中钢支撑的长度为20m，钢支撑的回转半径为i=0.35d平， d平=529-24+12=517mm,由于本设计中钢支撑为一端固定， 另 一端为铰接，所以系数 1 =0.7。得入=77.4因为?p >入所以不可以用标准临界力公式，只能用经验公式：阳二A-B 入其中 A=304MPa,B=1.12MPa带入公式得(rcr=217.312MPaA' =1/4 x 3.14 X5292-5052) =195 cm 2Pcr=(rcr XA ' =4233.59 KN大于其设计值3600KN，故此设计满足要求 钢管强度验算：第四道钢支撑为A=1/4 X 3.14 x (292-5012) =226.39cm 2fp=N/ A=3600/