土方开挖及支撑架设情况分析

关于土方开挖及支撑架设情况分析

一、土方开挖与支撑制作、架设、支撑轴力监测情况。 （一）土方开挖、支撑制作、架设的现状 1、土方开挖现状

在基坑开挖过程中，充分利用土体支护的时空效应、分层、分段开挖，在土方挖到设计标高后及时架设钢支撑，减少无支撑暴露时间。上述要求是设计人员对地铁明挖基坑土方开挖过程中减少基坑围护结构及周边地面变形的重要措施之一，但是该项要求在车站明挖基坑施工中未得到落实，原因是土方运输道路设在基坑内（如图1所示），必然造成土方超挖和支撑滞后，而土方超挖和支撑滞后是围护结构变形大的重要原因之一，设置在围护结构上的变形监测点及邻近基坑的地面沉降监测点中的预警点多数与此有关。

照片1

2、支撑制作、架设现状 1）支撑端头制作及架设情况

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支撑端头制作的精准度高低直接影响到支撑的工作状态从而影响到支护结构的变形大小。由于目前没有统一的标准图，各个施工单位钢支撑端头的设计、加工各不相同，相对而言工厂制作的支撑比较标准、精致，而施工现场加工的则比较简单、粗糙。

照片2～7所示为目前施工现场使用最多的支撑端头形式及安装情况。

照片2

照片3

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照片4

照片5

照片6

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照片7

照片2~4所示为目前施工现场制作的几种不带活络接头的支撑端头形式及架设情况。

照片5~7所示为工厂制作的几种带活络接头的支撑端头形式及架设情况，其中照片7为加压时的情形。

2）土方超挖支撑架设严重滞后

支撑架设滞后是基坑支护体系变形大的主要原因之一，此问题较普遍存在，主要是受土方作业影响。

照片8为某车站挖土收口段土方开挖到底时第一道支撑3根未支（照片中第一道已就位），第二道支撑11根未支，第三道支撑17根未支引起基坑边坡位移突然加快，现场紧急堆土返压并架设支撑；

照片1为某车站基坑内的运土坡道的土方开挖已超过基坑深度的2/3而大范围内未架设第一、二道支撑，边坡变形加大；

照片9为某车站基坑端头已开挖到底但三道支撑均未及时架设，阳角附近支护桩体变形及桩顶水平位移超限。

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照片8

照片9

照片10（围檩后空虚）

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（二）支撑轴力设计及监控现状

支撑及时架设并预加压力，而且在使用过程中使轴力维持在某一范围内方可保证围护体系在使用过程中的稳定性。但是在实际施工过程中支撑轴力远小于设计要求值，支撑的作用大大降低。

1、设计支撑预加轴力概况

北京地铁明挖监控对支撑轴力预加值没有统一规定，不同工点要求的支撑预加轴力为设计支撑轴力的40~70%(少数工点30%左右)，对部分基坑支撑设计测轴力值统计见表 1

2、支撑实测轴力概况

通过对部分基坑工程抽查，实际预加值达到设计要求值的支撑不到支撑总数的50%，而且加载后卸载情况比较普遍存在。支撑实测轴力值见表 2 ，支撑实测轴力达标情况见表3

支撑设计对照表（表1）

地区 站名 **站 基坑深(m) 支护、支撑 设计轴力(kN) 预加轴力(kN) 备注 第四道是倒换撑 第四道是倒换撑 四道Φ600 696、1788、150、399、t=12、14、16、2766、2844 501、51 16mm钢管支撑 四道Φ600 492、1332、150、450、t=12、14、14、1614、1341 450、48 14mm钢管支撑 **站 -6

** 线**站 五道Φ600 660、1120、330、560、第五道t=12、14、16、2200、2230、1110、1160、是倒换16、16mm钢管1900 210 撑 支撑 三道Φ600 1204、2416、578、1160、 939 t=12、14、14mm2186 钢管支撑 三道Φ600 422、1632、211、816、650 t=12mm钢管支1300 撑 局部有第四道倒换撑 **站 ** 线**站 - 好好学习，天天向上

线**站 三道Φ600 486、1950、180、600、900 t=14mm钢管支1971 撑 **

ZL-1-02 ZL-1-03 ZL-1-04 ZL-1-05 ZL-1-06 ZL-1-16 ZL-1-17 ZL-1-18 ZL-1-19 ZL-1-20 ZL-2-02 ZL-2-16 ZL-2-17 ZL-2-18 ZL-2-19 ZL-2-20 ZL-1-1 ZL-1-4 ZL-1-8 ZL-1-11 ZL-1-12 ZL-1-14 ZL-2-3 ZL-2-4 -7

部分车站实测支撑轴力对照表（表2）

北京地铁**线土建工程施工 **站支撑轴力监测报表 仪器型号:XB-180 监测日期:2010年1月23日 前次累计变化值(KN) 本次累计变化值(KN) 变化速率(KN/D) 监测点号 初始值(KN) 本次测值(KN) 北京地铁**线土建工程施工 **站支撑轴力监测报表 仪器型号:JTM-VI500 监测日期: 2010 年 1月 26日 9 时 前次累计变化值(KN) 本次累计变化值(KN) 变化速率(KN/D) 监测点号 初始值(KN) 本次测值(KN) - 好好学习，天天向上

ZL-2-10 ZL-2-11 ZL-2-12 ZL-2-13 ZL-2-14 ZL-3-2 ZL-3-7 北京地铁**线土建工程施工 **站支撑轴力监测报表 仪器型号: XB-170 监测日期: 2010年1月19日 前次累计变化值 (KN) 本次累计变化值 (KN) 变化速率(KN/D) 监测点号 初始值(KN) 本次测值(KN) ZL-01-01 ZL-01-02 ZL-01-03 ZL-01-10 ZL-02-04 ZL-02-10 ZL-02-01 ZL-02-02 ZL-03-01 ZL-03-10 ZL-04-01 ZL-04-10 ZL-01-04 ZL-03-03 ZL-02-03 ZL-04-04 ZL-03-04 ZL-04-03 ZL-01-05 北京地铁**线土建工程施工 **站支撑轴力监测报表 仪器型号:FLJ 监测日期: 2010年4月25日、 5月8日 5月9日 前次累计变化值 (KN) 本次累计变化值 (KN) 变化速率(KN/D) 监测点号 初始值(KN) 本次测值(KN) ZL-1-2 ZL-1-5 ZL-1-7 ZL-1-8 5月8日 ZL-1-5 -8

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ZL-1-7 ZL-1-9 ZL-2-9 ZL-1-10 ZL-1-11 ZL-2-11

5月9日

ZL-1-5 ZL-1-7 ZL-1-9 ZL-2-9 ZL-1-10 ZL-1-11 ZL-2-11

部分车站支撑轴力达标情况统计表（3）

车站 监测支撑数量 一道（10） 702 1662 2022 492 1332 1614 660 1120 2200 2230 1204 2416 2186 422 1632 设计轴力、预加轴力(kN) 首次预加达标数、比例 达标 4 0 3 1 0 0 1 0 0 4 0 12 0 维持达标数、比例 达标 5 1 5 1 0 0 1 0 0 5 0 12 0 达到标准值的50% 10 100% 1 5 5 1 1 2 1 0 6 1 12 3 达到标准值的50% 9 4 6 4 2 3 3 1 0 7 2 12 2 150 351 351 150 450 450 330 560 1110 1160 578 1160 939 211 816 40% 0% 50% 14% 0% 0% 20% 0% 0% 57% 0% 100% 0% 50% 17% 83% 14% 0% 0% 20% 0% 0% 71% 0% 100% 0% 90% 67% 100% 57% 100% 50% 60% 25% 0% 100% 100% 100% 20% **站 二道（6） 三道（0） 一道（6） 17% 83% 71% 50% 17% 40% 25% 0% 86% 50% 100% 30% **站 二道（7） 三道（2） 一道（6） 二道（5） **站 三道（4） 四道（4） 一道（7） **站 二道（2） 三道（0） 一道（12） **站 二道（10） -9

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三道（9） 一道（6） 1300 486 1950 1971 650 180 600 900 0 2 1 0 0% 33% 14% 0% 5 4 3 0 56% 67% 43% 0% 0 4 1 0 0% 67% 14% 0% 5 5 4 0 56% 83% 57% 0% **站 二道（7） 三道（7） 表3说明：

达标数——指达到设计预加轴力值的点数

达到标准值的50%——指达到设计预加轴力值的50%的点数 维持达标数——指使用过程中达到设计预加轴力值的点数

二、支撑工作状态分析 （一）支撑设计情况

在此选择北京地铁八号线二期四个车站、九号线一个车站、十号线一个车站基坑支护工程中的支撑设计参数进行对比。

各车站支撑设计间距大致相同，水平间距：第一道约6m左右，其他各道约3m左右；竖向间距一般在5～6m。

各车站钢支撑使用的材料相同，钢管选用碳素结构钢中的Q235钢，直径Φ600t=12、14、16mm（大部分采用t=14mm的管材）。

（二）支护结构受力状况分析

1、支护结构承受侧向压力最大的部位在基坑底以上约1/3基坑深度附近；

2、侧向压力大小与地基土的刚度大小有直接关系；

1）开挖深度范围内密实的卵石、园砾、砂层越厚地基土刚度越大，土层的工程性能越好，对支护体系产生的侧压力越小；

2）开挖深度范围内饱和的粘性土、欠密实的粉土层越厚地基土刚度越小，此类土层的工程性能比卵石、园砾、砂层差，对支护体系产生的侧压力则大。

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3、北京地铁明挖基坑支护体系的安全储备过大；

1）从实际工程监测数值看，北京明挖基坑及周边环境的实测变形值基本都小于设计计算值；

2）从预警点预警时的工况及预警值看，部分点的预警主要与施工管理有关，施工管理比较规范的工点监测预警少；

3）目前在施的明挖基坑钢支撑大部分未正常发挥作用，但支护体系的稳定状态很好；

4、根据上述分析，北京地铁明挖基坑地质条件较好的工点钢支撑竖向及水平向间距存在较大的调整空间。

（三）钢支撑工作状态分析 1、钢支撑架设及维护状况

大部分明挖车站基坑在土方开挖过程中运土车辆直接进入基坑内装土(如图1所示)，这样势必造成部分支撑不能及时架设，此种情况在已开工的工点普遍存在。

钢支撑预加轴力大部分达不到设计预加轴力值且一次预加力后直至拆除其间不再进行调整，因而支撑的工作状态普遍不理想，此种情况在已开工的工点同样普遍存在。

2、支撑受力状态分析

通过现场巡视、跟踪、调查及表3统计数据分析，目前北京地铁车站明挖基坑支护体系中支撑的工作状态较差，多数支撑预加轴力值及使用过程中的轴力值达不到设计预加轴力值，此种状态由多种原因造成。

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1）设计文件中未对支撑使用过程中轴力值提出明确的控制标准，且支撑轴力预警值未设下限；

2）施工作业中存在问题

（1）作业人员取设计预加轴力值作为千斤顶加压的输出压力控制值，由于压力传递过程中的衰减因素较多而使轴力计反映出的轴力值远低于千斤顶加压时的输出压力值；

（2）第二、三道支撑加压作业难度大，普遍加载不足或部分支撑未预加压力（一般情况下第二、三道支撑在设有三道支撑的明挖基坑支护体系中承受的侧向压力最大，该两道支撑作用不能正常发挥是部分维护桩侧向变形大的重要原因之一）；

3）钢支撑制作、安装不规范而造成支撑加载后卸载

（1）如照片2、3所示支撑支座的承压板面与支撑轴线不垂直导致支撑与冠梁或腰梁间产生剪力，支点的剪切变形使支撑轴力降低；

（2）如照片2、3所示支撑轴力通过几个接触点传递到冠梁或腰梁上，接触点产生压缩变形，导致卸载；

（3）支撑偏心受压，少数支撑加压后轴力计反映为受拉状态； 4）维护工作不及时、不到位。随着基坑开挖面积及深度的加大每道支撑的受力大小随时在改变，在基坑开挖的全过程应对支撑轴力进行若干次的调整，才能保证整个支撑体系的最佳工作状态。

（1）支撑一次加载后绝大部分支撑无监测设施，无法掌控支撑轴力的变化；

（2）装有轴力计的支撑产生卸载后不能及时复加或不再复加，

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约有近30%的支撑预加轴力在逐渐降低；

（3）支撑架设后基本不进行后期维护工作，部分桩体变形及桩顶水平位移超限预警是由于支撑轴力小（或支撑不起作用）所致；

（4）增减支撑未对邻近支撑进行调整（加撑时邻近支撑可能会卸载，应对邻近支撑复加；拆撑前应对上部支撑加压），支撑的协同作用差。

(四)易忽视的关键环节及部位(结合15号线讲) 1、支撑抗剪措施

设计图中的抗剪构造要求是支撑体系设计图中很不起眼的细微部分,施工中极易被忽略,对该部位的忽略在特殊情况下极易造成大的事故(在施工的8条先情况)

2、围檩的段间连接

围檩段间须牢固连接,特别是关键部位

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