12、高层建筑边坡人工挖孔抗滑桩施工技术

高层建筑边坡人工挖孔抗滑桩施工技术陈 俊、江正武（江苏省华建建设股份有限公司深圳分公司 518034）摘 要：介绍高层建筑人工挖孔抗滑桩基础位于边坡支护中部时，采用搭设落地钢管操作平台进行开挖施工，搭设的操作平台必须满足施工和安全性的要求。关键词：边坡 抗滑桩 操作平台 安全1工程概况阅山华府二期工程别墅区人工挖孔桩数量为359根，高层区人工挖孔桩数量为131根，三期工程人工挖孔桩数量为388根，合计人工挖孔桩共878条。桩身直径分别为1.20m、1.30m、1.40m、1.50m、1.60m。桩护壁混凝土设计强度等级为C20，桩芯混凝土强度等级为C30，桩护壁钢筋为8双向200，桩芯钢筋笼为级钢筋，主筋直径为1820。持力层为强风化岩，根据地质和桩的设计承载力，入强风化岩深度分别为218 m。根据边坡设计要求，为了减少以后土方的回填，避免大面积土体扰动，边坡开挖设计为分级开挖，结合边坡开挖实际情况，抗滑桩及部分工程桩分布在边坡中部。图1 边坡抗滑桩剖面示意图根据设计图纸要求，共在边坡部位开挖抗滑桩共：60余根，设计桩直径为1.20m，坡顶至坡底高度分别为：9.90m、6.05m、4.40m。边坡放坡宽度约3.50m4.0m。2方案选择2.1 操作平台搭设方案通过多方评估，采用钢管落地平台挖桩方案，具体实施如下:边坡上的人工挖孔桩位，拟采用落地支撑平台，在落地支撑平台上安装挖桩机械，高度在4米以上的（模板）支架被称为扣件式钢管高支撑架。2.1.1 材料的选择钢管类型（mm）：483.5，扣件连接方式：双扣件，100602000枋木、183091518木夹板。2.1.2 搭设方法在搭设的操作平台上安装挖桩机架，搭设的操作平台必须满足荷载要求。在桩孔的临边方向留置不少于2m的安全通道，并在落地（平面）处不少于3排立杆，为了增强操作平台与边坡顶的连贯性，在坡顶设置一米深的钢管地锚1500，为防止钢管操作平台整体倾斜发生危险，纵横方向设置剪刀撑，为防止坡体上面的立杆受力后下沉，拟在立杆底部增设200200100混凝土（C20）垫层。图2.1.2-1 操作平台搭设断面图图2.1.2-2 桩孔护壁构造与操作平台关系图2.2 混凝土护筒施工方法根据目前场地边坡支护位置结合桩位布置情况，部分抗滑桩位于边坡中部，为了达到规范、安全的施工目的，拟采用（空孔部分）钢筋混凝土护筒，孔内侧模板采用现有桩孔模板，外围模板采用定型钢模板，护筒部分钢筋：竖向14180，横向8200，混凝土厚度=250mm，如下图：图2.2 混凝土护壁施工简图3落地操作平台计算评定3.1落地操作平台搭设高度为9.90m的计算钢管脚手架的计算参照建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范(JGJ130-2001)、建筑地基基础设计规范(GB 50007-2002)、建筑结构荷载规范(GB 50009-2001)、钢结构设计规范(GB 50017-2003)、扣件式钢管模板高支撑架设计和使用安全。图3.1-1 落地平台支撑架立面简图图3.1-2 落地平台支撑架立杆稳定性荷载计算单元3.1.1 参数信息1、基本参数 立柱横向间距或排距la(m)：1.00，脚手架步距h(m)：1.30； 立杆纵向间距lb(m)：0.70，脚手架搭设高度H(m)：9.90； 立杆上端伸出至模板支撑点的长度a(m)：0.30，平台底钢管间距离(mm)：300.00； 钢管类型(mm)：483.5，扣件连接方式：双扣件，扣件抗滑承载力系数：0.80；2、荷载参数 脚手板自重(kN/m2)：0.30； 栏杆自重(kN/m)：0.15； 材料堆放最大荷载(kN/m2)：5.00； 施工均布荷载标准值(kN/m2)：7.00。3.1.2 纵向支撑钢管计算纵向钢管按照均布荷载下连续梁计算，截面力学参数为 截面抵抗矩 W5.08 cm3； 截面惯性矩 I12.19cm4；图3.1.2 纵向钢管计算简图1、荷载计算： 脚手板与栏杆自重(kN/m)：q110.150.300.300.24 kN/m； 堆放材料的自重线荷载(kN/m)：q1250.301.50 kN/m； 活荷载为施工荷载标准值(kN/m)：q2170.302.10 kN/m2、强度计算：最大弯矩考虑为三跨连续梁均布荷载作用下的弯矩。最大弯矩考虑为静荷载与活荷载的计算值最不利分配的弯矩和；最大弯矩计算公式如下：最大支座力计算公式如下：均布恒载：q11.2q111.2q121.20.241.21.502.088 kN/m；均布活载：q21.4q211.42.102.94 kN/m；最大弯距 Mmax0.12.0880.7020.1172.940.7020.271 kN.m ；最大支座力 N1.12.0880.701.22.940.704.077 kN；截面应力0.271106 /508053.346 N/mm2；纵向钢管的计算强度 53.346小于205.000N/mm2，满足要求!3、挠度计算：最大挠度考虑为三跨连续梁均布荷载作用下的挠度；计算公式如下： 均布恒载：q1q11q121.74 kN/m；均布活载：q22.1 kN/m；V(0.6771.740.9902.1)7004/(1002.06105121900)0.311mm；纵向钢管的最大挠度小于1000.000/250与10，满足要求!3.1.3 横向支撑钢管计算支撑钢管按照集中荷载作用下的三跨连续梁计算；集中荷载P取纵向板底支撑传递力，P4.077 kN；图3.1.3-1 支撑钢管计算简图图3.1.3-2 支撑钢管计算弯矩图(kN.m)图3.1.3-3 支撑钢管计算变形图(kN.m)图3.1.3-4 支撑钢管计算剪力图(kN)最大弯矩 Mmax0.679 kN.m ；最大变形 Vmax0.794 mm ；最大支座力 Qmax10.291 kN ；截面应力 133.684 N/mm2 ；横向钢管的计算强度小于205.000N/mm2，满足要求!支撑钢管的最大挠度小于700.000/150与10mm，满足要求!3.1.4 扣件抗滑移的计算按照建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范培训讲座，双扣件承载力设计值取16.00kN，按照扣件抗滑承载力系数0.80，该工程实际的旋转双扣件承载力取值为12.80kN。RRc其中 Rc-扣件抗滑承载力设计值，取12.80 kN；纵向或横向水平杆传给立杆的竖向作用力设计值 R10.291 kN；R12.80kN，所以双扣件抗滑承载力的设计计算满足要求!3.1.5 模板支架荷载标准值(轴力)作用于模板支架的荷载包括静荷载、活荷载和风荷载。1、静荷载标准值包括以下内容： 脚手架的自重(kN)：NG10.1429.9001.402 kN；钢管的自重计算参照扣件式规范附录A 双排架自重标准值。 栏杆的自重(kN)：NG20.1501.0000.150 kN； 脚手板自重(kN)：NG30.3000.7001.0000.210 kN； 堆放荷载(kN)：NG45.0000.7001.0003.500 kN；经计算得到，静荷载标准值 NGNG1NG2NG3NG45.262 kN；2、活荷载为施工荷载标准值产生的荷载。经计算得到，活荷载标准值 NQ7.0000.7001.0004.900 kN；3、不考虑风荷载时，立杆的轴向压力设计值计算公式N1.2NG1.4NQ1.25.2621.44.90013.174 kN；3.1.6 立杆的稳定性计算立杆的稳定性计算公式： 其中：N-立杆的轴心压力设计值(kN)：N13.174 kN；-轴心受压立杆的稳定系数，由长细比Lo/i查表得到；i-计算立杆的截面回转半径(cm)：i1.58 cm；A-立杆净截面面积(cm2)：A4.89 cm2；W-立杆净截面模量(抵抗矩)(cm3)：W5.08 cm3；-钢管立杆抗压强度计算值(N/mm2)；f-钢管立杆抗压强度设计值：f205.00 N/mm2；Lo-计算长度(m)；如果完全参照扣件式规范，由公式(1)或(2)计算lok1uh (1)lo(h2a) (2)k1-计算长度附加系数，取值为1.167；u-计算长度系数，参照扣件式规范表5.3.3；u1.700；a-立杆上端伸出顶层横杆中心线至模板支撑点的长度；a0.300 m；公式(1)的计算结果：立杆计算长度 Lok1uh1.1671.7001.3002.579 m；Lo/i2579.070/15.800163.000；由长细比lo/i的结果查表得到轴心受压立杆的稳定系数0.265；钢管立杆受压强度计算值；13174.208/(0.265489.000)101.665 N/mm2；立杆稳定性计算 101.665小于f205.000满足要求！公式(2)的计算结果：Lo/i1900.000/15.800120.000；由长细比lo/i的结果查表得到轴心受压立杆的稳定系数0.452；钢管立杆受压强度计算值；13174.208/(0.452489.000)59.604 N/mm2；立杆稳定性计算 59.604小于f205.000满足要求！如果考虑到高支撑架的安全因素，适宜由公式(3)计算lok1k2(h2a) (3)k2-计算长度附加系数，按照表2取值1.018；公式(3)的计算结果：Lo/i2257.211/15.800143.000；由长细比lo/i的结果查表得到轴心受压立杆的稳定系数0.336；钢管立杆受压强度计算值；13174.208/(0.336489.000)80.182 N/mm2；立杆稳定性计算 80.182小于f205.000满足要求！模板承重架应尽量利用边坡土钉作为连接连墙件，否则存在安全隐患。图3.1.6 计算使用系数图3.2落地操作平台搭设高度为6.05m的计算3.2.1参数信息1、基本参数 立柱横向间距或排距la(m)：1.0，脚手架步距h(m)：1.4； 立杆纵向间距lb(m)：0.7，脚手架搭设高度H(m)：6.05； 立杆上端伸出至模板支撑点的长度a(m)：0.3，平台底钢管间距离300mm； 钢管类型(mm)：483.5，扣件连接方式：双扣件，扣件抗滑承载力系数：0.8；2、荷载参数 脚手板自重(kN/m2)：0.3； 栏杆自重(kN/m)：0.15； 材料堆放最大荷载(kN/m2)：5.0； 施工均布荷载标准值(kN/m2)：7.0；3.2.2 强度、刚度、抗滑移及稳定性验算搭设高度为6.05m的操作平台的强度、刚度、抗滑移及稳定性验算同搭设平台高度9.90m的验算情况类似，不再作相同计算。3.2.3 模板支架荷载标准值(轴力)作用于模板支架的荷载包括静荷载、活荷载和风荷载。1、静荷载标准值包括以下内容： 脚手架的自重(kN)：NG10.1356.050.817 kN；钢管的自重计算参照扣件式规范附录A 双排架自重标准值。 栏杆的自重(kN)：NG20.1501.00.15 kN； 脚手板自重(kN)：NG30.30.71.00.21 kN； 堆放荷载(kN)：NG45.00.71.03.50 kN；经计算得到，静荷载标准值 NGNG1NG2NG3NG44.677 kN；2、活荷载为施工荷载标准值产生的荷载。经计算得到，活荷载标准值 NQ 7.0000.7001.000 4.900 kN；3、不考虑风荷载时，立杆的轴向压力设计值计算公式N1.2NG1.4NQ1.24.6771.44.90012.472 kN。3.2.4 立杆的稳定性计算立杆的稳定性计算公式：其中：N立杆的轴心压力设计值(kN)：N12.472 kN；轴心受压立杆的稳定系数，由长细比 Lo/i查表得到；i计算立杆的截面回转半径(cm)：i1.58 cm；A立杆净截面面积(cm2)：A4.89 cm2；W立杆净截面模量(抵抗矩)(cm3)：W5.08 cm3；钢管立杆抗压强度计算值(N/mm2)；f钢管立杆抗压强度设计值：f205.00 N/mm2；Lo计算长度 (m)；如果完全参照扣件式规范，由公式(1)或(2)计算lok1uh (1)lo(h2a) (2)k1-计算长度附加系数，取值为1.167；u-计算长度系数，参照扣件式规范表5.3.3；u1.700；a-立杆上端伸出顶层横杆中心线至模板支撑点的长度；a0.300 m；公式(1)的计算结果：立杆计算长度 Lok1uh1.1671.7001.4002.777 m；Lo/i2777.460/15.800176.000；由长细比lo/i的结果查表得到轴心受压立杆的稳定系数0.230；钢管立杆受压强度计算值；12472.100/(0.230489.000)110.893 N/mm2；立杆稳定性计算 110.893小于f205.000满足要求！公式(2)的计算结果：Lo/i2000.000/15.800127.000；由长细比lo/i的结果查表得到轴心受压立杆的稳定系数0.412；钢管立杆受压强度计算值；12472.100/(0.412489.000)61.906 N/mm2；立杆稳定性计算 61.906小于f205.000满足要求！如果考虑到高支撑架的安全因素，适宜由公式(3)计算lok1k2(h2a) (3)k2-计算长度附加系数，按照表2取值1.007；公式(3)的计算结果：Lo/i2350.338/15.800149.000；由长细比lo/i的结果查表得到轴心受压立杆的稳定系数0.312；钢管立杆受压强度计算值；12472.100/(0.312489.000)81.748 N/mm2；立杆稳定性计算 81.748小于f205.000满足要求！模板承重架应尽量利用边坡土钉作为连接连墙件，否则存在安全隐患。3.3落地操作平台搭设高度为4.40m的计算3.3.1 参数信息1、基本参数 立柱横向间距或排距la(m)：1.0，脚手架步距h(m)：1.4； 立杆纵向间距lb(m)：0.7，脚手架搭设高度H(m)：4.40； 立杆上端伸出至模板支撑点的长度a(m)：0.3，平台底钢管间距离300mm； 钢管类型(mm)：483.5，扣件连接方式：双扣件，扣件抗滑承载力系数：0.80；2、荷载参数 脚手板自重(kN/m2)：0.30； 栏杆自重(kN/m)：0.15； 材料堆放最大荷载(kN/m2)：5.0； 施工均布荷载标准值(kN/m2)：7.0；3.2.2 强度、刚度、抗滑移及稳定性验算搭设高度为4.40m的操作平台的强度、刚度、抗滑移及稳定性验算同搭设平台高度9.90m的验算情况类似，不再作相同计算。3.3.3 模板支架荷载标准值(轴力)作用于模板支架的荷载包括静荷载、活荷载和风荷载。1、静荷载标准值包括以下内容： 脚手架的自重(kN)：NG10.1354.400.594 kN；钢管的自重计算参照扣件式规范附录A 双排架自重标准值。 栏杆的自重(kN)：NG20.1501.00.150 kN； 脚手板自重(kN)：NG30.30.71.00.210 kN； 堆放荷载(kN)：NG45.00.71.03.500 kN；经计算得到，静荷载标准值 NGNG1NG2NG3NG44.454 kN；2、活荷载为施工荷载标准值产生的荷载。经计算得到，活荷载标准值 NQ7.00.71.04.900 kN；3、不考虑风荷载时，立杆的轴向压力设计值计算公式N1.2NG1.4NQ1.24.4541.44.90012.205 kN；3.3.4 立杆的稳定性计算立杆的稳定性计算公式：其中：N-立杆的轴心压力设计值(kN)：N12.205 kN；- 轴心受压立杆的稳定系数，由长细比 Lo/i 查表得到；i - 计算立杆的截面回转半径(cm) ：i 1.58 cm；A - 立杆净截面面积(cm2)：A 4.89 cm2；W - 立杆净截面模量(抵抗矩)(cm3)：W5.08 cm3；- 钢管立杆抗压强度计算值 (N/mm2)；f- 钢管立杆抗压强度设计值 ：f 205.00 N/mm2；Lo- 计算长度 (m)；如果完全参照扣件式规范，由公式(1)或(2)计算lok1uh (1)lo(h2a) (2)k1-计算长度附加系数，取值为1.167；u-计算长度系数，参照扣件式规范表5.3.3；u1.700a-立杆上端伸出顶层横杆中心线至模板支撑点的长度；a0.300 m；公式(1)的计算结果：立杆计算长度 Lok1uh1.1671.7001.4002.777 m；Lo/i2777.460/15.800176.000 ；由长细比lo/i的结果查表得到轴心受压立杆的稳定系数0.230；钢管立杆受压强度计算值：12204.800/(0.230489.000)108.516 N/mm2；立杆稳定性计算 108.516小于f205.000满足要求！公式(2)的计算结果：Lo/i2000.000/15.800127.000 ；由长细比lo/i的结果查表得到轴心受压立杆的稳定系数0.412 ；钢管立杆受压强度计算值：12204.800/(0.412489.000)60.579 N/mm2；立杆稳定性计算 60.579小于f205.000满足要求！如果考虑到高支撑架的安全因素，适宜由公式(3)计算lok1k2(h2a) (3)k2-计算长度附加系数，按照表2取值1.001；公式(3)的计算结果：Lo/i2336.334/15.800148.000；由长细比lo/i的结果查表得到轴心受压立杆的稳定系数0.316；钢管立杆受压强度计算值：12204.800/(0.316489.000)78.983 N/mm2；立杆稳定性计算 78.983小于f205.000满足要求！模板承重架应尽量利用边坡土钉作为连接连墙件，否则存在安全隐患。4 施工组织及安全管理措施4.1施工组织管理机构4.1.1施工管理模式：本工程按照项目管理要求，建立体系完善、功能齐全、人员精干、技术过硬、管理到位、分工明确、责任落实管理