超宽基坑临边安全防护栏杆设计浅谈

超宽基坑临边安全防护栏杆设计浅谈

xxx

（xxxxxxxxxxxxxxx，浙江 宁波 315000）

[内容摘要] 超宽基坑作业面大，长臂挖机无法有效挖到基坑深处土方。本文结合拉闸门、塔尺的特点，通过防护栏杆结构设计和载荷计算，设计出一种即可伸缩自如，也便于拆卸、安装的栏杆，保证安全的同时，方便施工作业。 [关 键 词] 宁波站； 基坑； 安全； 临边防护； 栏杆设计

1.简介

地铁建筑施工，总是涉及站房基坑土方开挖，而目前现在国内地铁站房基坑总是深至十几米，最多高达二十几米，一般地铁基坑深至二十米左右。因此，为确保施工安全，临边安装安全防护栏杆，成为地铁建筑施工不可缺少的安全防护措施。目前，临边防护要求的防护栏杆一般要求采用Φ48×（2.75~3.5）㎜的管材，以扣件或电焊固定。防护栏杆应由上、下两道横杆及栏杆柱组成，上杆离地高度为1.0~1.2米，下杆离地高度为0.5~0.6米，并加挂安全立网。当横杆长度大于2米时，必须加设栏杆柱（如图1所示）。

图1 基坑临边防护栏杆

临边安全防护是保证人员作业安全，防止人员坠落基坑，发生不安全事故，起到至关重要的作用。但是，安全总是与施工质量、进度相冲突。目前，地铁基

1

坑宽度少至十几米，多至四十多米，当基坑挖至二十几米深时，由于防护栏杆架设，妨碍了基坑土方开挖，无法挖到深处土方。若是将基坑底中间土方由小挖机倒至基坑边，再由长臂挖机挖出，又增加施工投入，延长工期。

2.工程概况

宁波铁路南站站房改造工程位于宁波站既有站场内。站房共设3层，地下1层，地上两层。地铁2号线车站位于国铁车站下方，为地下二层，与车站走向一致，呈南北走向。基坑表层采用放坡开挖，深度为4米，最大开挖宽度123.5米。国铁集散厅区域垂直开挖，最大开挖深度约9米，宽度为75米；地铁基坑位于集散厅中部，最大开挖宽度为42.1米，最大开挖深度为24米。支撑结构形式均为钢筋砼支撑，结合围檩、圈梁支撑体系。集散厅及地铁基坑设置3道支撑，南端头井设置4道支撑。根据设计要求，为保证开挖取土，利用首道钢筋砼支撑，并结合钢筋砼板的结构形式，沿基坑南北方向共设置3座钢筋混凝土栈桥，接至基坑两侧平台，作为开挖平台和出土通道，基坑二层及以下土方开挖均通过栈桥实施（如图2所示）。

图2 Ⅰ—1区第1道支撑及栈桥平面布置图

宁波站基坑土方开挖过程中，由于地铁基坑较宽较深，再加上临边护栏限制，长臂挖机无法自如伸展，挖土作业困难。因此，为方便开挖取土，临边防护栏杆经常被破坏或被大面积拆除，导致临边防护未闭合，带来极大安全隐患，安全工作无法顺利开展。所以，为确保施工安全，方便施工作业，统一安全与施工二者关系，方便安全管理，设计适合超宽基坑临边安全防护栏杆，即方便拆卸，也方便安装，至关重要。

2

3.安全防护栏杆设计探讨

对于超宽基坑，临边防护栏杆与施工最大的矛盾是，防护栏杆妨碍了挖机臂伸展到最大位置，无法挖到深处土方，也就无法达到利润最大化。产生这一主要原因是，栏杆的高度，限制了挖机臂的伸展。传统的防护栏杆，也可以在挖土时拆除，待作业完毕后，再重新安装，但这样又耗费人力，也耗费时间，而且也存在安全隐患，甚至，立杆柱经常被压弯或支座处螺栓松动，必须重新安装，更加大投入。因此，适合于超宽基坑的防护栏杆必须满足以下要求：

（1） 防护栏杆必须满足一般规定，可承受适当载荷，符合规范要求； （2） 栏杆高度可伸缩，挖土作业时，可调节栏杆高度，避免阻碍挖机臂伸

展；

（3） 栏杆应易拆卸、安装，方便作业，减少施工投入。

3.1栏杆结构设计

适合于超宽基坑临边防护的栏杆，必须，满足一般规定：上下横杆距离在1.0~1.2米，宽度为2米，栏杆柱高度可根据实际情况调整。

适合于超宽基坑临边防护的栏杆，最重要的一点是，栏杆可伸缩，避免阻碍施工作业，但仍应起到临边安全防护的作用。在日常生活中，我们经常在家庭以及一些庭院中看见一种不锈钢拉闸门（如图3所示）。拉闸门的优点是可伸缩，可根据近处物体的大小选择不同的伸缩程度。这一特点正好满足栏杆可伸缩的要求，可应用于栏杆设计。

其次是，满足栏杆柱可伸缩的要求，防止栏杆柱被破坏。在日常生活中，我们经常见可伸缩的杆件，比如说，雨伞伞柄、千斤顶、测量用的塔尺（如图4所示）。塔尺原理是采用铝合金等轻质高强材料制成，采用塔式收缩形式，在塔尺每隔1米位置安装有一弹簧，在使用时方便抽出，也利于固定。这

图4 塔尺

图3 拉闸门（菱形）

一特点满足栏杆设计要求，但弹簧强度不高，无法承受较大载荷，应调整弹簧强度，选用高强度弹簧，或进行改良。

3

为了满足栏杆可伸缩性特点，便于拆卸、安装，并具有一定强度，栏杆连接稳固，采用紧固件（螺栓）连接。

3.2材料选择

根据《建筑施工高处作业安全技术规范》（JGJ80-91）要求，只要满足相关安装连接要求，可用作栏杆杆件的材料有：毛竹、原木、钢筋、钢管。若以其他钢材如角钢等作防护栏杆杆件时，应选用强度相当的规格。在目前建筑施工现场中，最常用的栏杆杆件材料是Φ48×（2.75~3.5）㎜钢管或钢筋。根据《一般结构用焊接钢管》（SY/T5768—1995）规定，钢管应采用Q195、Q215、Q235等牌号钢制造。因此，栏杆设计所用钢材，可根据实际情况，承受载荷情况，综合考虑，选择合适的钢材。

3.3栏杆结构设计计算

从以上的分析，另根据《固定式钢梯及平台安全要求 第3部分：工业防护栏杆及钢平台》（GB4053.3-2009）对固定式工业防护栏杆相关技术要求，可得出适合于超宽基坑的栏杆结构草图，如图6所示。

根据《建筑施工高处作业安全技术规范》（JGJ80-91）第3.1.3条规定，栏杆柱的固定及其与横杆的连接，其整体构造应使防护栏杆在上杆任何处，能经受任何方向的1000N外力。 3.3.1横杆上杆的计算

1、栏杆横杆上杆弯矩

M = F • l / 4

式中 M—上杆承受的弯矩最大值（N•m）

F—上杆承受的集中荷载设计值（N） l —上杆长度（m）

所以，栏杆横杆上杆弯矩M=1000×2/4=500（N•m）

2、栏杆横杆上杆弯曲强度

M ≤ Wn • f

式中 M —上杆的弯矩（N•m）

Wn —上杆净截面抵抗矩（cm3）

4

f —上杆抗弯强度设计值（N/mm2）

说明：1、Wn = b • h2 / 6= 2.6（cm3）

2、假设栏杆材料选用Q235钢材，则栏杆上杆抗弯强度设计值应为钢材屈服强度，考虑到钢材还未到达屈服强度，已出现变形等，考虑安全系数，按照一般规定，上杆抗弯强度设计值f =235 × 0.9 = 211.5（N/mm2）。

所以，M = 500 ≤ 2.6 × 211.5 = 549.9（N•m）

3.3.2螺栓连接的计算

根据栏杆受力情况分析，螺栓主要受到竖向压力，螺栓受到竖向的剪力。螺栓受力情况如图5所示。

根据图5，可以计算出螺栓承载力：

N = F + G N—螺栓承载力（N）

F—栏杆所受任何方向外力（N）

G—栏杆杆件自重（N）

所以，螺栓实际承载力Nmax = 1000 + 447.45

= 1447.45（N）

图5 螺栓受力情况

根据《钢结构设计规范》（GB 50017—2003）第7.2.1要求，在普通螺栓受剪的连接中，每个普通螺栓的受剪承载力设计值：

Nvb = nv•Л•d2•fvb /4 Nvb—受剪承载力设计值 nv—受剪面数目 d—螺栓杆直径

fv—螺栓的抗剪和承压强度设计值

说明：假设选用的螺栓为3.6级M8*50，则。螺栓杆直径为8mm，螺栓的抗剪强度设计值为螺栓的屈服强度，考虑安全系数，fv= 180 × 0.6 = 108MPa。

所以，Nv= 2 × 3.14 × 0.0082 × 108 / 4

= 10851.84（N）> Nmax

综上所述，适合超宽基坑的临边防护栏杆，符合结构设计和载荷要求。

5

b

b

b

4总结

通过结构设计和载荷计算，可以得出适合于超宽基坑的安全防护栏杆材料、规格及结构设计，如下表1及图6所示。

表1 栏杆材料选择

栏杆 螺栓 材料 钢材 六角螺栓 规格 Q235（厚度2.5mm） 3.6级M8*50 工程施工，安全大如天，安全总是站在首要位置。当安全与施工作业相冲突时，可以想办法解决，协调安全与施工作业之间的关系，在保证安全的同时，方便施工作业。但是安全与施工，二者不可兼顾时，必须保证安全。适合于超宽基坑的防护栏杆，只是从安全设施上尽量满足施工，与此同时，还需要加强安全监督管理，及时闭合临边防护，防止破环临边防护，二者结合，才能真正保卫安全。

［参考文献］

[1] 固定式钢梯及平台安全要求 第3部分：工业防护栏杆及钢平台GB4053.3-2009．中国标准出版社，2009．

[2] 钢结构设计规范GB50017-2003．中国标准出版社，2003． [3] 建筑结构载荷计算GB50009-2001．中国标准出版社，2001．

[4] 建筑施工高处作业安全技术规范JGJ80-91．建设部标准定额研究所，1992．

6

图（a）平视图 图（b）侧视图

图（c）俯视图 图6 栏杆结构设计草图

7