华丰建设股份有限公司-软土地基中基坑围护工程技术创新.ppt

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1、L/O/G/O 课题名称：软土地基中基坑围护工程技术创新 小组名称：华丰建设股份有限公司技术中心QC小组 课题类型：创新型课题类型：创新型 发表日期：发表日期：20092009年年0707月月 发发 表表 人：袁勇为人：袁勇为 华丰建设股份有限公司 HUAFENG CONSTRUCTION GROUP CO；LTD 优秀QC成果报告 一、工程概况 1 1、总体概况：、总体概况： 紫郡居住小区位于宁波市鄞州区诚信路北侧，东邻排洪河道紫郡居住小区位于宁波市鄞州区诚信路北侧，东邻排洪河道甬新河，西侧为甬新河，西侧为 规划道路，北侧为规划道路。总用地面积规划道路，北侧为规划道路。总用地面积18.451

2、8.45万平方米万平方米，拟建建筑物包括多层住宅，拟建建筑物包括多层住宅 、高层住宅以及多层商业用房、幼儿园、会所，物业管理用房等，地下室一层，共、高层住宅以及多层商业用房、幼儿园、会所，物业管理用房等，地下室一层，共 有建筑面积有建筑面积3232万平方米万平方米。 本工程地下室一层，基坑面积约本工程地下室一层，基坑面积约1200012000平方米，基坑围护周长平方米，基坑围护周长525m525m，挖深为，挖深为4.8m4.8m 6.25m 6.25m ，地上，地上1818层、层、1616层各两幢，工程桩为钻孔灌注桩及预应力管桩。基坑围护结层各两幢，工程桩为钻孔灌注桩及预应力管桩。基坑围护结

3、构设计单位构设计单位宁波市工业建筑设计研究院宁波市工业建筑设计研究院，业主单位，业主单位世纪华丰控股有限公司世纪华丰控股有限公司。 2 2、周边环境条件、周边环境条件 本工程基坑的土质较差，开挖面多为淤泥与淤泥质粘土层，基坑周围环境复杂，本工程基坑的土质较差，开挖面多为淤泥与淤泥质粘土层，基坑周围环境复杂， 在建或已竣工建筑众多，施工场地狭小，没有大放坡的条件。在建或已竣工建筑众多，施工场地狭小，没有大放坡的条件。 3、周围环境概况： 依据工程地质勘察报告，K6A、K6B基坑工程所涉及的深度内有性质如下的地层分 布，列表如下： 808.917.61.11618.038.906 流软 塑 粘土4

4、-2 809.911.11.04618.236.610.60 流软 塑 淤泥质粉 质粘土 4-1 606.69.11.50016.752.88.80流塑淤泥2-3 707.68.31.33517.347.60.90流塑 淤泥质粘 土 2-2 605.89.11.44017.449.42.70流塑淤泥2-1 10012.818.50.93818.832.60.95可塑粘土1-2 （18.0）（5.0）（18.0）0.50松散素填土1-1 KPa度KPa%KN/m3m 摩擦角粘聚力 地基土 承载力 特征值 固结快剪 孔隙比重度 含水 量 每层 平均 厚度 状态 岩土 名称层序 表中括号值为经验值，

5、地下水为孔隙潜水，水位在自然地面下1m，渗透系数 为3510-7cm/s。 基坑开挖面涉及11层素填土、12层粘土、21层淤泥、22层淤泥质粘 土、23层淤泥。 地基土物理力学指标设计参数表 二、小组概况 小组名称 华丰建设股份有限公司 技术中心QC小组 小组类型 创新型 选择课题 软土地基中基坑围护工程 技术创新 成立日期2006年10月25日 注册编号HF/QC2006-09课题注册编号HF/QC2006-09-01 活动时间2006年10月25日2008年3月18日活动次数8次 人 员 简 介 序 号 姓 名性别年龄职 务组内分工职称出勤率教育情况 1华锦华锦耀男69中心主任组长教授级高

6、工100均获全国 TQC统考 合格证书 2吴佳雄男68科研顾问副组长教授100 3章铭铭荣男40总工程师组员高工100 4 袁勇为男 29技术科长组员工程师100 5谢谢立军军男42项目工程师组员工程师100 6施 钦钦女26主任助理组员助工100 7黄战胜战胜男24主任助理组员助工100 8方鹏飞鹏飞男34计算应用组员讲师100% 9姜英波男36试验研究组员高工100 三、选题理由 (一）问题的提出 本工程基坑面积大，土质较差，开挖面多为淤泥与淤泥质粘土层，基坑周围环 境复杂，在建或已竣工建筑众多，场地狭小。 针对该工程实际挖深和现场地质与环境条件，可选择的技术较为成熟的方案有沉 管灌注桩或

7、钻孔灌注桩加内支撑、水泥搅拌桩重力墙、预应力混凝土管桩加一道 内支撑等方案。 但沉管灌注桩或钻孔灌注桩结合一道水平支撑的方案造价较高1000元/m3，工 期较长需要60天，且有噪音或泥浆污染，而水泥搅拌桩重力式挡墙的位移大在 100mm以上。软土地基预应力混凝土管桩施工，虽具有沉桩方便、施工速度快、 主筋位置准确、无噪音无污染的优点。但预应力混凝土管桩的抗侧移刚度弱，抗 弯能力差，应用于基坑围护风险较大。 （二）确定课题 鉴于以上各围护方案均有各自的不足，本小组决定探索一种既能降低造价，又 不污染环境，且能加快施工进度的围护方案。 四、课题目标 目标：确保优质高效快速安全的完成基坑围护工程。目

8、标：确保优质高效快速安全的完成基坑围护工程。 目标值：目标值： 1 1、确保施工期间基坑的稳定和安全，保证基坑总位移控制在、确保施工期间基坑的稳定和安全，保证基坑总位移控制在80mm80mm以以 内，支撑梁轴力控制在报警值内，支撑梁轴力控制在报警值5500KN5500KN范围内。范围内。 2 2、确保围护工程工期为、确保围护工程工期为3030天（天（提前提前3030天天）完工，并经济合理。）完工，并经济合理。 如前所述，本基坑的土质较差，开挖面多为淤泥与淤泥 质粘土层，基坑周围环境复杂，在建或已竣工建筑众多。 在项目开工前，小组成员围绕课题，展开课题讨论，对 照现行标准，仔细研究了土质报告，组

9、织专家论证，对基 坑围护方案进行讨论，针对该工程实际挖深和现场地质与 环境条件，经综合比较归纳出三种可行的方案： 五、选择合理的围护方案 B 预应力混凝土管桩 结合一道内支撑 A 钻孔灌注桩结合 一道水平支撑 C 横隔式预应力管桩 结合一道内支撑 三种可行 性方案 三种可行性方案 方案论述：钻孔灌注桩60015800加一道内支撑的围护方案。钢筋混凝土 钻孔灌注桩的直径为600，桩长15m间距800mm，桩身混凝土强度等级为C30。 优点：可适用于不同土层；桩长可因地改变，没有接头。仅承受轴向压力时， 只需配置少量构造钢筋，单桩竖向承载力大（采用大直径钻孔和挖孔灌注桩时）。 缺点：桩身质量不易控

10、制，容易出现断桩、缩颈、露筋和夹泥的现象；桩身直 径较大，孔底沉积物不易清除干净，影响单桩承载力。工序复杂，需要养护，不适 用于工期较紧的项目，造价很高，且容易产生泥浆污染，不利于环境保护。 钻孔灌注桩水平支撑 钻孔灌注桩结合一 道支撑施工图 方案一：钻孔灌注桩结合一道水平支撑围护方案方案一：钻孔灌注桩结合一道水平支撑围护方案 六、各方案的可行性分析 放案论述：基坑围护桩采用PCAB600(100)15管桩，间距1000，围护 桩外侧嵌6001000水泥搅拌桩止水；局部挖深6m以深处采用PCB600(100) 15管桩，间距800，围护桩外侧不作止水帷幕。 优点：预应力混凝土管桩采用静压沉桩，

11、无噪音、无污染。相比于钻孔灌注 桩还能防止泥浆污染，有利于环境保护。所用的钢筋、水泥、砂及石子等材料 较少，符合节能要求。 缺点：预应力混凝土管桩的抗侧移刚度弱，抗弯能力差，应用于基坑围护风 险较大。若采用二道内支撑，则增加了工程造价，加大了施工难度，对工期会 造成拖延。 方案二：预应力混凝土管桩结合水平内支撑围护方案方案二：预应力混凝土管桩结合水平内支撑围护方案 横隔式预应力管桩 水平支撑 为选择合理的围护方案，小组成员对这三种围护方案进行了讨为选择合理的围护方案，小组成员对这三种围护方案进行了讨 论，从经济、工期、安全角度上综合考虑，以方案三论，从经济、工期、安全角度上综合考虑，以方案三“

12、 “横隔式预应横隔式预应 力管桩结合水平内支撑围护方案力管桩结合水平内支撑围护方案” ”为最佳方案。但结合管桩的施工为最佳方案。但结合管桩的施工 经验，横隔式预应力管桩存在：管桩抗弯刚度不足、无详细的工程经验，横隔式预应力管桩存在：管桩抗弯刚度不足、无详细的工程 应用计算、无具体的施工工艺和措施、挖土期间围护安全需要保证应用计算、无具体的施工工艺和措施、挖土期间围护安全需要保证 等问题需要解决等问题需要解决 。 方案三：横隔式预应力管桩结合水平内支撑围护方案方案三：横隔式预应力管桩结合水平内支撑围护方案 放案论述：在预应力混凝土管桩内部每隔一定间距设置圆环式的横隔与管桩 融为一体，能有效提高管

13、桩的抗弯强度。 优点：横隔式预应力管桩除了具有普通预应力混凝土管桩一样有利于环境保 护，符合节能要求等优点外，还能有效提高管桩的抗弯强度，施工方便，工程施 工进度快，且造价更低。 缺点：目前没有工程应用实例，尚属首创，需要对管桩进行设计计算，并确 定管桩的施工工艺和措施。 七、制定对策 序 号 问题 缺陷 对 策 What 目 标 Why 措 施 How 地 点 Where 时 间 When 负责人 Who 1 管桩抗弯 刚度不足 试验研究 提高管桩抗 弯刚度20 以上 1、确定试验模型； 2、确定试验依据和方法； 3、进行抗弯试验并对结果进 行分析； 试验室 2006.1 2 吴佳雄 方鹏飞

14、 姜英波 2 无详细的 工程应用 计算 工程应用 计算 符合围护设 计要求 1、对围护方案进行验算，保 证设计院审批通过； 2、对横隔式管桩极限弯矩值 进行验算。 技术 中心 2006.1 2 华锦耀 施 钦 黄战胜 3 无具体的 施工工艺 和措施 确定工艺 和措施 满足施工要 求 1、确定施工工艺流程； 2、采取施工措施提前30天完 成围护施工； 技术 中心 2007.5 章铭荣 袁勇为 4挖土期间 围护安全 需要保证 加强基坑 监测 确保基坑安 全稳定 1、保证每天一次对基坑土体 位移进行监测； 2、加大基坑支撑轴力监测； 施工 现场 2007.7谢立军 八、对策实施 1 1、确定试验模型

15、、确定试验模型 管桩是一空心细长预应力混凝土预制构件，应用于基坑围护桩，由于土体的侧 移挤压作用，使管桩受到一水平推力作用。所以管桩可视为一受弯构件来建立受 力模型。因此，提高管桩抗弯能力也就是要提高管桩的抗侧移变形能力。根据这 一思路，提出了管桩加设横隔的构思，如下图示意： 2、试验依据和检查方法 试验依据为国家标准先张法预应力混凝土管桩GB13476-1999。 外观质量和尺寸的检查工具与检查方法： 检查项目 检查工具与检查方法测量工具分度值mm 长度用钢卷尺测量精确至1mm1 外径用卡尺或钢直尺在同一断面测定相互垂直的两直径， 取其平均值，精确至1mm 1 壁厚用钢直尺在同一断面相互垂直

16、的两直径上测定四处壁 厚，取其平均值，精确至1mm 0.5 桩端部倾斜将直角靠尺的一边紧靠桩身，另一边与端板紧靠，测 其最大间隙处，精确至1mm 0.5 桩身弯曲度将拉线紧靠桩的两端部，用钢直迟测量其弯曲处的最 大距，精确至1mm 0.5 保护层厚度用深度游标迟在管桩的中部同一圆圈的二处不同部位 ，精确至0.1mm 0.02 漏浆长度用钢卷尺测量，精确至1mm1 漏浆深度用深度游标卡尺测量，精确至0.10.02 裂缝宽度用20倍读数放大镜测量，精确至0.01mm0.01 实施实施 1 1 试验研究试验研究 3、抗弯试验 管桩的抗弯试验采用简支梁对称加载装置，如下图所示： 1管桩；2滚动铰支座；

17、3固定铰支座；4支墩；5分配梁；6 分配梁固定铰支座；7分配梁滚动铰支座；8U型垫板 管桩的抗弯试验过程照片 1-1剖 桩墙土压力与内力、位移图 1、基坑围护桩计算 2、横隔式管桩极限弯矩值验算 鉴于横隔式预应力混凝土管桩中设置横隔对提高管桩抗弯承载力的影响 有一定作用，经宁波市建筑设计院批准实施。 后来地下室K6A、K6B基坑围护现场监测结果，亦证明横隔式预应力管 桩在相同挖深与地质条件下，其抗弯刚度比普通同型号的预应力管桩大， 深层土体位移监测值小。 实施 2 工程应用计算 八、对策实施 2、采取的施工措施 基坑围护桩采用PCAB600(100) 15，间距1000，围护桩外侧嵌 6001

18、000水泥搅拌桩止水；局部挖深 6m以深处采用PCB600(100)15， 间距800，围护桩外侧不作止水帷幕。 坑内局部被动区和阳角处打水泥搅拌桩 600450四排作加固坑底地基用。基坑 水平支撑为混凝土结构，包括4个桁架式 对撑和5个桁架式角撑；立柱桩采用600 钻孔灌注桩，上焊钢构式型钢立柱。各出 土口采用预应力混凝土管桩加固，并浇筑 混凝土板。基坑排水采用排水沟结合集水 井，用潜水泵排出。 实施 3 确定施工工艺和施工措施 由于管桩施工方便无需养护，从5月中 旬开始施工，在6月中旬就完成了基坑围护 的施工，实现了提前30天的工期目标。 绑扎 管桩 钢筋笼 嵌入 横隔 预制块 合拢 钢模

19、 张拉 预应 力筋 离心 法 生产 蒸汽 养护 放张 预应 力筋 运至 工地 测量 放线 沉 桩 1、确定工艺流程 八、对策实施 预制 混凝土 横隔 1、基坑挖土从7月初开始，先挖K6B，约20d后开始挖K6A。8月中旬至9月10日陆续 浇捣地下室各块底板。期间曾遭遇台风大雨2次，中雨数次，对基坑深层土体位移与 支撑轴力的监测值有所影响。 2、基坑周边共布置深层土体监测孔12个，其中6号孔在施工中被损坏，位移最大 值均发生于基坑底附近，个别发生于坑底以下处。 1号孔：72.22mm深度5.5m7号孔：45.25mm深度5.5m 2号孔：56.16mm深度7.0m8号孔：58.72mm深度5.0

20、m 3号孔：58.67mm深度4.5m9号孔：76.66mm深度5.0m 4号孔：59.23mm深度6.0m10号孔：54.76mm深度5.5m 5号孔：42.33mm深度4.5m11号孔：79.8mm深度5.5m 6号孔：堵塞深度5.5m12号孔：72.16mm深度7.5m 3、支撑梁轴力监测点共布置8处，支撑轴力均在报警值（5500KN）以 内，详见支撑梁轴力监测表。 4、基坑施工期间未发现坑底以上部位围护管桩的裂缝。 支 撑 梁 轴 力 监 测 表 观 测日期 测 次 点号点号点号点号点号点号点号点号 轴力1轴力2轴力3轴力4轴力5轴力6轴力7轴力8 （KN）（KN）（KN）（KN）（K

21、N）（KN）（KN）（KN） 8月2日2129103129328143484655375149903971 8月5日2229973213336543574564370350093830 8月8日2332573374359145214773375550444389 8月12日2432943480368244964882368751944648 8月1552532843472357946714857355951664607 8月20日2633393551367746464900 已拆除52354666 8月23日27 33473530357746514873/52094723 8月27日28334

22、93539357346924916/ 已拆除4734 8月31日2933263528354146714921/4713 9月3日303359356735294648 已拆除/已拆除 实施 4 加强基坑监测 八、对策实施 本工程基坑围护通过在预应力管桩中加设横隔提高围护桩的抗弯承载力，较 大节约了造价，加快了进度。本工程围护结构采用横隔式预应力管桩PC- AB600（100）-15m，间距1000；PC-B600（100）-15m（单节），间 距800，桩顶放坡2.2m高。支撑系统为钢筋混凝土对撑、角撑结合桩头的压 顶环梁。基坑围护周长525m，据测算，与沉管灌注桩530680相比，节约 造价约

23、25万元，与钻孔灌注桩600750相比，节约造价约60万元；施工进度 与钻孔灌注桩相比，提前约30天。 桩型横隔式预应力管桩沉管灌注桩钻孔灌注桩 型号、间距PC-B600（100）-15800530-15680600-15800 单桩抗弯承载力 KNm 抗裂弯矩Mk239 极限弯矩 Muk430 239281 单方（米）造价185元/m820元/m1000元/m 沿坑周每米造价3468元/m3891元/m5298元/m 造价比11.151.57 紫郡小区K6A、K6B基坑工程通过在预应力管桩中加设横隔提高 围护桩的抗弯承载力，基坑围护工程取得了较大的成功，并且 为进一步推广应用横隔式预应力管桩

24、用于围护桩积累了宝贵的 经验，也为设计方提供了一个成功的设计典范，有较高的社会 效益。 九、效果检查 十、巩固措施和标准化 我技术中心QC小组研发的基坑支护型横隔式预应力混凝土管桩施工技术科研课题 成果在由浙江省建设厅组织的科研课题成果验收会上，顺利通过验收，并被专家委员会 一致鉴定为国内领先水平，获得实用新型专利证书，专利号：ZL 2007 2 0108209.5,授 权公告日2008年2月20日。 技术中心编制基坑支护型横隔式预应力混凝土管桩制作施工工法荣获国家一级工 法，详见建设部文件“建质【2008】22号（编号：YJGF1042006）”。并在2008年8月 荣获2007年度中国施工企业管理协会科学技术奖技术创新成果一等奖。 大跨度钢承板内模混凝土拱结构施工新法 本工程利用横隔式预应力管桩作基坑支护的围护桩，达到了 预期的目的，在施工中也积累了宝贵的经验，也将为今后类似 地质条件、基坑周边环境及同类型地下室的基坑围护施工积累 积极的推广应用价值。 技术中心将继续取得突破性进展，2009年计划申报大跨 度钢承板内模混凝土拱结构施工方法等5项专利。 十一、总结与今后课题 L/O/G/O 谢谢!