1、1连续墙深基坑内土方的开挖与支护刘云海【摘要】竖向接力开挖、一次开挖到底、支撑随挖随撑。【关键词】 开挖、支撑设置1、前言太钢 150 万吨不锈钢炼钢工程中的铁水倒罐站及副原料及铁合金上料系统工程由于结构较深，设计采用地下连续墙进行基坑支护。其中：铁水倒罐坑开挖深度为-12.7m，总土方量约为 1.8 万立方；副原料及铁合金上料系统开挖最深的部位为-27.3m，总土方量约为 6万立方。对于连续墙深基坑的开挖，常规的做法和本次设计采用的做法相同，均采用横向分层施工。即：挖一层土安装一层支撑，直至基坑开挖至设计底标高。这种开挖方法安全可靠性高，但施工周期较长，基坑内只能采用小型挖掘机挖土，吊车出土
2、，进展缓慢。鉴于本工程土方开挖量大、工期要求紧迫的实际情况，经过严格的计算论证，我们打破常规，决定采取竖向开挖、一次到底的施工方法，基坑内的支撑随挖随撑。1、土方开挖该工程采用采用阶梯式法进行施工，以铁水倒罐站为例进行阐述土方开挖。阶梯式开挖主要是从铁水罐坑的北侧退着向南侧分层进行开挖。开挖顺序示意图如下：第一次用一台大型反铲挖掘机从自然地坪挖到第一层支撑底，第一次挖土完后按支撑顺序图进行支撑的支设。支撑2阶 梯 式 土 方 开 挖 挖 掘 机 布 置 图-12.70-7.01 380560560560560560560380560 自 然 低 坪地 下 连 续 墙 -第 一 次 挖 土 -第
3、 二 次 挖 土 -第 三 次 挖 土 -第 四 次 挖 土 -第 五 次 挖 土 -第 六 次 挖 土 -第 七 次 挖 土 -第 八 次 挖 土 -第 九 次 挖 土 -第 十 次 挖 土-1.0-7.0-1.0-12.70 阶 梯 式 土 方 开 挖 顺 序30 自 然 低 坪地 下 连 续 墙-1.0-7.0-1.0-12.70阶 梯 式 土 方 开 挖 支 撑 顺 序 一30支设好后，进行第二次挖土，如此往复进行，直到挖完为止。第 x 部分土，用小型挖机进行坑内挖土作业，吊车配合土方垂直运输的方式进行挖除。3310-3.20 30-12.70-7.0-8.0-1.0地 下 连 续 墙
4、自 然 低 坪 30阶 梯 式 土 方 开 挖 支 撑 顺 序 四310310阶 梯 式 土 方 开 挖 支 撑 顺 序 三30 自 然 低 坪地 下 连 续 墙-1.0-8.0 -7.0-12.7030-3.20-3.20 30-12.70-7.0-8.0-1.0地 下 连 续 墙自 然 低 坪 30阶 梯 式 土 方 开 挖 支 撑 顺 序 二430303030310阶 梯 式 土 方 开 挖 支 撑 顺 序 七30 自 然 低 坪地 下 连 续 墙-1.0-8.0 -7.0-12.7030-3.20 310 30 303030310-3.20 30-12.70-7.0-8.0-1.0地
5、下 连 续 墙自 然 低 坪 30阶 梯 式 土 方 开 挖 支 撑 顺 序 六310 30 303030310阶 梯 式 土 方 开 挖 支 撑 顺 序 五30 自 然 低 坪地 下 连 续 墙-1.0-8.0 -7.0-12.7030-3.20 31053030310-3.2030-12.70-7.081 地 下 连 续 墙自 然 低 坪阶 梯 式 土 方 开 挖 支 撑 顺 序 十303 30303030310310303031310303030303030310阶 梯 式 土 方 开 挖 支 撑 顺 序 九30 自 然 低 坪地 下 连 续 墙-1.-8.0-7.0-12.7032 3
6、03030303030310-3.2030-12.70-7.081 地 下 连 续 墙自 然 低 坪阶 梯 式 土 方 开 挖 支 撑 顺 序 八303 303062、支撑计算2.1 支撑设置计算设两道横撑，第一道设在-3.20m，第二道设在-8.00m 处，自然地坪按-1.00m 考虑，地面荷载按 10KN/m2 考虑，重度 r+20KN/m（近视将水土合算） ，内摩擦角=10 0，粘聚力按 c=20KN/m3，计算基坑开挖到-8.5m 和-12.7m 时横撑的内力及墙板的弯矩。 （1）土压力的计算主动土压力不考虑粘聚力，主动土压力系数：Ka=tg2（45 0-/2）= tg2（45 0-1
7、00/2）=0.704主动土压力及地面荷载引起侧压力合力的斜率：=（rh+q）K a/h=（20 11.7+10）0.704/11.7=14.68被动土压力按朗金土压力公式之被动土压力系数：Kp=1/ tg2（ 450-/2）=1/ tg 2（45 0-100/2）=1.42被动土压力：ep=rxKp-2c =20x1.42-2251.19=28.4x-59.5KP得出 A=28.4 B=59.5（2）假定先设有横顶撑，开挖到-8.5m，此时，支撑段k=1，h ok=7.5m，h km= h1k=5.3m，N k=N1由公式1/3Ax3m-1/2(hmk-B-Ahkk)x2m-(hok-B)h
8、kkxm- -hkkh2ok-1/6h3ok=0/11kki ihN求入土深度 xm：1/328.4x3m-1/2(14.687.5-59.5-28.45.3) x2m-(14.687.5-59.5) 5.3 xm- 1/214.687.525.3-1/614.687.53=07开 挖 到 8.5m时 计 算 简 图 及 结 果 80.17KNmN1=078.96KmN1=398.K-1.0xm-1.0750320-xq9.47 x3m+99.92 x2m-268.18 xm-1156.05=0解得 xm=4.024m应用公式:Nk=1/2h2ok+hok xm-12/kAxBNi求 N1：N
9、1=1/214.687.52+14.687.54.024-59.54.024-1/228.44.0242=398.33KN/mM1=14.683.23/6=80.17KNmM2=14.687.53/6-398.335.3=-1078.96 KNm设第一道支撑的轴力及墙体的弯矩图如下所示：（2）设第二道支撑后继续开挖到-12.7m 如下图所示，已知：k=2，Ni= N1=398.33 KN/m，h ok=11.7m，h 1k=9.5m，h kk= h2k=4.7m，Nk= N2，其他同上，同样利用公式1/3Ax3m-1/2(hmk-B-Ahkk)x2m-(hok-B)hkkxm-8N2=543.
10、7KN21xm470820q-x-1.0 -1.0198.198.6Nm80.7KNm开 挖 到 12.7m时 计 算 简 图 及 结 果 -hkkh2ok-1/6h3ok=0/11kki Nih求入土深度 xm：1/328.4x3m-1/2（14.6811.7-59.5-28.4 4.7）x 2m-（14.6811.7-59.5）4.7x m-398.339.5-4.7398.33+1/214.6811.724.7-1/614.6811.73=09.47 x3m+21.224 x2m-527.603 xm-2715.80=0解得 xm=8.432m由公式 Nk=1/2h2ok+hok xm-
11、12/k mAxBNi解得 N2=1/214.6811.72+14.6811.78.432-398.33-59.58.432-1/228.48.4322=543.37KN/mM2=-142.33KNmM3=14.6811.73/6=3918.613KNm开挖到 12.7m 深的横撑轴力及墙体弯矩如下图所示：9以上计算参照建筑施工计算手册P189 内容。2.2 支撑稳定性验算支撑管截面 609*10ix：211.808 mmiy：211.808 mmA：18818.1 mm截面材性：Q235绕 X 轴长细比为 66.0976绕 X 轴截面为 b 类截面绕 Y 轴长细比为 66.0976绕 Y 轴
12、截面为 b 类截面按 GB 50017-2003 第 132 页注 1 计算算得绕 X 轴受压稳定系数 x = 0.773725算得绕 Y 轴受压稳定系数 y = 0.773725/稳定验算/轴压力 N = 2443 KN由最大板厚 10 mm 得截面抗拉抗压抗弯强度设计值 f = 215 MPa计算得绕 X 轴稳定应力为 167.788 MPa 满足!计算得绕 Y 轴稳定应力为 167.788 MPa 满足!3、开挖监测3.1 监测目的将监测数据与预测值相比较以判断前一步施工工艺和施工参数是否符合预期要求，以指导下一步的施工。3.2 监测项目包括：墙的水平位移；103.3 测试方法及使用仪器
13、采用全站仪配合反射片，利用三维坐标进行监测建筑物的水平位移。4、支撑的设置基坑年连续墙支撑原设计采用钢 609*14 的支撑钢管及H350*350*20*2 钢围檩，钢支撑焊接在上，钢围檩安装固定在钢牛腿上，钢牛腿焊接在地下连续墙的预埋铁件上，形成整体稳定的支撑系统。根据理论计算及工程实际情况，我们大胆的对原设计的支撑进行修改，取消钢围檩，支撑钢管采用废弃的电力铁塔架，水平方向支撑管在每片墙上必须保证一道，垂直方向根据工程开挖深度进行设置，在铁水倒罐站的土方开挖中取得了满意的效果。5、经验教训5.1 在副原料及铁合金上料系统地下连续墙的土方施工中由于开挖速度较快， 支撑设置未能及时随土方施工同时进行，造成连续墙顶位移量超过了规范要求，导致连续墙接缝处漏水。5.2 在受料槽与地下通廊相交接的部位，连续墙采用分体设计，由于连续墙在开挖过程中产生变形，接缝处开裂较大，墙外地下水大量漏入正在开挖的深基坑，造成开挖困难。建议在今后的工程施工中，连续墙转角部分应整体设计。以加强墙体的强度，减轻变形带来的影响。5.3 连续墙地下通廊的端头未进行封闭，地下水从缺口处大量涌入基坑，给施工造成了很大的难度。建议连续墙的整体设计应采取全封闭形式，消除或减轻地下水
