支撑支护

关键词： 探梁 综掘 架设 支护

支撑支护（精选九篇）

支撑支护 篇1

目前,我国巷道掘进临时支护主要有窜管前探梁和单体液压支柱铰接顶横梁两种方式[1],这两种支护方式存在几个突出问题:临时支护时间过长,延缓综掘速度,造成采掘失调;工人架设支护频繁、劳动强度大;支护架设时工人处于半空顶状态,人员安全难以得到保障,安全性差[2],从而影响了采掘工作面的采掘比[3]。

针对上述问题,解决思路之一是提高掘进迎头巷道支护设备与掘进装备及其配套设备之间的相互适应和动作匹配程度,达到掘、支、锚等多个工序平行作业,有效保障巷道安全、高效、快速掘进[4]。综掘巷道迈步式超前支护装备(以下简称装备)应运而生,该装备可实现一掘多锚,平行掘进和支护工序,工人工作均在装备的保护之下,杜绝了空顶作业,装备上安装有自行铺网设备,能进一步减轻工人的劳动。

2009年,李春茂[5]等根据临时支护设备的作用、结构特点和围岩作用原理,对巷道临时支护结构进行了分析;2011年,任金萍[6]等研究设计了巷道临时支护设备的新型顶梁结构,建立了易于分析的参数化零部件及装配模型,并进行了静力学和模态分析;2012年,符大利[7]等提出了适用于巷道掘进自移式巷道超前支架设备;2013年,栾丽君[8]等对自移式掘进机辅助支护设备立柱进行了力学分析;2015年,卢进南[9]等设计了一种用于综掘巷道顶板支护的超前支护支架,建立了支架全支撑状态多自由度振动系统的动力学模型,并用Matlab软件建立了动力扰动下超前支架的仿真模型,得到了超前支架易产生共振的频率;2016年,谢苗[10]等提出了一种用于综掘巷道迎头顶板支护的自移式迈步式超前支护装备,利用相关理论建立了顶板的挠度方程,使用Ansys软件对顶板及支护设备的变形量进行了仿真;同年,卢进南[11]等为提高超前支护装备的稳定性、避免共振的发生,提出了超前支护单组支撑状态的力学模型,得到了装备易发生共振的频率范围。

从以上研究进程可以看出:对超前支护装备的设计、研究等越来越深入。但是,对装备在工作过程中接触力变化及顶板变形规律、超前支护-顶板体系支护特性的实验研究等问题还没有作出充分阐述。本文设计了超前支护装备,构建了支护特性实验平台,基于实验平台进行了双组支撑状态下超前支护装备支护特性实验,验证了装备的支护效果。

1 装备组成、工作原理及环境参数

1.1 装备组成及工作原理

该装备能在综掘巷道内自主迈步移动,在掘进过程中及时支护迎头顶板,如图1所示,装备整体采用框架式龙门结构,在支护作业时整体跨“骑”在掘进机上方,将操作人员与掘进机等设备保护在支护体内。

装备组成如图2所示,为主、副两组交替支撑,每组上安装有多个与巷道轴向平行的纵梁,依靠纵梁或者纵梁上的顶部阻尼体与顶板接触。在支护作业时两组同时全支撑顶板;在迈步移动的过渡态时,一组支撑继续保持支护状态,另一组支撑动作为下降-前移-上升-支撑。主、副支撑组上的纵梁设计为两段水平铰接形式,可以弯折,使装备能适应非直行巷道;全支撑时,支撑梁两侧的侧推油缸伸出,支起侧护板与巷道两侧帮接触,不仅可以控制侧帮的变形,还可以为装备提供侧向支撑,使装备稳定性更好。

1-纵梁;2-侧护板;3-推移油缸;4-侧推油缸;5-平衡千斤顶;6-横梁;7-顶部阻尼体;8-推移千斤顶;9-副支撑组;10-掩护梁;11-底座;12-导向板;13-连杆;14-主支撑组

装备的工作原理可以概括为“迈步行走、交互支撑”,支护形式分为“定支护”(即双组支撑状态,也称全支撑状态)和“迈步支护”(过渡状态),掘进机截割煤岩时,采用“定支护”模式;掘进机向前行走时,采用“迈步支护”模式。“定支护”:主、副支撑组同时承受顶板压力,同时起到支护作用。“迈步支护”:主、副支撑组交替前移,但保证主、副支撑组总有一组与顶板接触,承担顶板压力,使顶板处于支护状态。

1.2 环境参数

对超前支护的要求是,必须保证超前支护装备的工作阻力能够承担起已经发生运动的顶板围岩的作用力。超前支护装备工作在特定的环境下,因此,其结构参数要与环境参数相匹配。具体的工作环境参数应包含综掘巷道的相关参数和与超前支护装备配套使用的掘进机相关参数,遵循巷道、掘进机、装备三者之间参数匹配协调的原则来匹配装备的结构参数。

所涉及的煤矿巷道为矩形断面,净宽4 m,净高3.5m,净断而积14 m2。进风巷断面为矩形巷道,掘进宽度4.6 m,高度2.6 m,沿煤层顶板掘进。

顶板采用“锚杆+锚索梁+塑钢网”联合支护,其中锚杆规格为18 mm×1 800 mm,间排距为800 mm×800 mm,“六-六”矩形布置;锚索梁长4 m,间距1.6m,1根梁3根锚索,采用15~24 mm×6 300 mm钢绞线,锚深6 m;顶部挂塑钢网,网与网之间搭接200 mm,并用尼龙绳紧密连接,间距200 mm。巷道两帮采用“锚杆+塑钢网”支护形式。主帮采用“玻璃钢锚杆+塑钢网”支护,副帮采用“钢间排距1 000 mm”。

以使用比较广泛的EBZ160型掘进机作为配套对象,超前支护装备与掘进机同时配合使用。配套掘进机的相关具体技术参数如表1所示:

根据巷道环境参数及与掘进机配套使用的关系,匹配超前支护设备的基本技术参数如表2所示。

2 支护特性实验方案设计

2.1 实验方案

通过测试超前支护实验样机在双组支撑状态和过渡状态下模型顶板的位移变形规律以及样机与模拟顶板接触力的动态响应规律,分析超前支护装备对顶板的支护效果。

针对上述实验内容,设计了实验方案,整个实验方案和实验过程为实验室模拟实验,因此称整个实验系统为模拟实验平台,模拟实验平台主要由顶板模拟加载框架、测量基准架、超前支护实验样机、传感器、数据采集处理模块等组成,实验时通过压力传感器、位移传感器、油压传感器等采集实验数据,并将数据传输到控制、数据处理等系统中,平台组成及数据传输如图3所示。

2.2 实验平台的构建

顶板模拟加载框架、测量基准架、超前支护实验样机等为构建模拟实验平台主要功能组成部分,其主要特征与设计如下:

1-顶板模拟加载框架;2-超前支护实验样机

2.2.1 顶板模拟加载框架

通过模拟巷道掘进迎头顶板的边界支撑条件(“三边固支、一边简支”)和顶板属性,结合综掘巷道顶板力学理论,设计了一种刚体加固矩形框架,框架内安装一个三边固定在框架上,一边用弹性螺杆固定的模拟顶板。该模拟顶板由上层的联接钢板和下层人工顶板(由水泥和煤矸石颗粒配比而成)组成,人工顶板下面安装有钢丝网。在框架顶部内表面和模拟顶板之间加装有均布液压缸组,液压缸组通过弹性阻尼块将载荷作用在模拟顶板上,模拟顶板所受的岩层内部的分布载荷。框架内部的下表面用来模拟巷道底板。顶板模拟加载框架的加载液压伺服系统能调节加载到液压缸组的油压值,进而模拟顶板的不同工况,能实现保压保值静力学加载,也可以按照曲线变化的动态激励进行加载。

2.2.2 测量基准架

考虑到实验时是在顶板模拟加载框架内进行加载实验,框架尽管进行了加固处理,但仍会存在受力弯曲变形的问题。如将位移传感器固定其上,测试数据势必受框架体自身变形的影响。因此设计了一个固定在框架之外实验室地面的测量基准架。测量基准架不受顶板模拟加载框架变形影响,为实现系统的不同测量面提供相对地面的水平和垂直测量基准点。实验时,将位移传感器固定在测量基准架上,可分别测量模拟顶板和超前支护实验样机支撑梁的变形值。

2.2.3 超前支护实验样机

针对顶板模拟加载框架的性能特点和技术参数,研制了超前支护实验样机。该样机在结构上进行了必要的简化设计,对比装备原型机,实验样机简化了原有的的推移机构和立柱组成;由于本次实验室实验只研究顶板支护效果,因此也去除了侧帮支护装置。实验样机放在顶板模拟加载框架内部,能分别与框架上下内表面接触,产生相互作用力。样机具有全支撑、单组支撑、交替支撑以及迈步移动等功能。样机上安装有位移、压力、油压等传感器和电控装置;其液压伺服控制系统能够实现单、双组支撑,提供所需的支撑力。

将顶板模拟加载框架、测量基准架、超前支护实验样机、液压系统、控制系统、数据处理系统等按要求安装完成后的模拟实验平台整体如图4所示。

1-测量基准架;2-超前支护实验样机;3-顶板模拟加载框架;4-液压系统;5-控制系统;6-数据处理系统

在模拟顶板上选取测试点,在各测试点上安装传感器。各测试点布置规律:以模拟顶板的纵向中轴线为基准,其位置设为第三测试线;在第三测试线两侧各取2条测试线,各测试线的间隔距离为超前支护实验样机两相邻纵梁中心线的距离;再以简支边为基准,在每条测试线上从右向左每隔400 mm选取1个测试点,各测试点的位置与超前支护实验样机的弹性阻尼块位置一致,具体布置如图5所示。

3 支护特性实验及结果分析

3.1 支护特性实验

双组支撑状态为超前支护装备的最基本工作状态,研究该状态下装备的支护特性能为后续研究过度状态下的支护特性奠定基础。实验时,模拟顶板在未支护状态下由加压油缸施加载荷,产生变形后,再用超前支护实验样机进行支护,当模拟顶板达到静态稳定后,通过液压控制系统使加压油缸的压力呈简谐波变化,此时测试平台工作,记录5 s内模拟顶板的位移变化情况和顶板与装备纵梁的接触力变化情况。超前支护装备双组支撑状态支护特性实验现场如图6所示。

3.2 实验结果分析

测试平台工作记录的5 s内模拟顶板的位移变化情况和顶板与装备纵梁的接触力变化情况,经数据处理系统处理后,各测试线位移实测变化曲线如图7所示。

由图7可知:在0~3 s内第一测试线上各测试点的位移幅值有一定的波动,3 s后位移趋于平稳,这是由于0~3 s内顶板位移受动态载荷激励影响较大,3 s后超期支护开始起作用;各测试点位移幅值有明显差别,这是因为第一、四测试点处于顶板边缘,靠近简支边和固支边,其最大位移量约为5.83 mm,位移量变化波动比中间两个测试点略小。第二测试线上最大位移比第一测试线上的大,约为8.72 mm,位移波动也比第一测试线更剧烈,但其总体变化趋势与第一测试线接近。第三测试线上受到动态载荷的激励后产生的位移波动最为剧烈,在0~4.5 s内都产生了剧烈的变形,其最大位移量约为9 mm,直到4.5 s以后各测试点的位移波动才会趋于稳定,这说明由于其位于顶板的中心,因此边界条件对其约束作用最小,受到外界激励的作用影响最大,产生的波动最为明显,超前支护起作用的时间也会滞后。

第四、五测试线上测试点结果分别与第二、第一测试线相似,这是因为它们的分布位置均相对于顶板的中心线对称,因此受到的外界激励而产生的波动也基本相当。对于下文中相同原因造成的第四,五测试线测试结果分别与第二,第一测试线相似的均不再赘述,其曲线图也不再给出。

通过分析图7可得:在双组支撑状态下,初期顶板受到动态载荷影响较大;由于超前支护的作用后,顶板变形经历过波动后都将趋于平稳,说明超前支护对顶板的位移波动能起到良好的控制作用。

各测试线接触力变化情况如图8所示。

由图8可知:第一测试线上各测试点接触力在0~2s时,由于受到激励作用,会产生波动,最大值约为2.74k N,在2 s后各测试点接触力趋于稳定;各测试点接触力变化幅值有明显差别,这是因为第一和第四测试点处于顶板边缘,有边界限制,其接触力变化波动相比第二、第三测试点小。第二测试线上接触力受到动载荷激励后产生的波动比第一测试线更剧烈,其最大值达3.97k N,这是由于第二测试线相较于第一测试线更远离了固支边;第三测试线上接触力受到动态载荷的激励后产生力的波动最为剧烈,在初期0~3 s内接触力产生了剧烈的波动,最大幅值达到5.84 k N,3 s以后接触力才趋于稳定;这是由于该组纵梁位于顶板的中心,边界条件对其约束作用最小,受到外界激励的作用最大,因此产生的波动最为明显。

结合图7、图8可得:双组支撑状态下顶板接触力变化规律与位移变化规律相当,接触力与顶板位移最大值及波动最剧烈的位置均一致,均为顶板纵向中线位置处,该位置受到动载荷的影响也最大,但是随着时间的推移(2~3 s),顶板位移、接触力均趋于平稳,说明超前支护能对顶板扰动起到较好的控制作用。

本文中相关实验结果与文献[12]中相关理论研究结果基本一致,进一步验证了实验方案及结果的合理性,为后续工业性实验奠定理论和实验基础。

4 结论

1)在顶板上离固支边越远处动态位移波动程度、变形量均越大,接触力波动幅度也越大。

2)顶板变形量最大达到9 mm,接触力最大幅值达到5.84 k N,位置均为顶板纵向中线位置处,该位置受到动载荷影响也最大,在被支护后,该位置最迟趋于稳定。

3)在双组支撑的状态下,顶板变形及接触力经历2~3 s波动后都将趋于平稳。

4)在双组支撑状态下,超前支护装备对顶板的稳定性能起到良好的控制作用,能提高顶板的安全性。

摘要：为提高综掘巷道的掘进效率、改善支护工艺,设计一种用于综掘巷道迎头顶板支护的迈步式超前支护装备。通过对装备工作原理的分析,建立其三维模型。为检验装备的支护效果,设计了支护特性实验方案,构建实验平台,基于实验平台进行了双组支撑状态下的支护实验。实验结果表明:顶板上离固支边越远处动态位移变形量越大,接触力波动也越大;在双组支撑状态下,顶板变形量最大达到9 mm,接触力最大幅值达到5.84 k N,位置均为顶板纵向中线位置处,在被支护后,该位置最迟趋于稳定;在双组支撑状态下,顶板变形及接触力经历2~3 s波动后都将趋于平稳;超前支护装备对顶板的稳定性能起到良好的控制作用,能提高顶板的安全性,为后续产品研发及工业实验提供依据。

关键词：超前支护,双组支撑,位移,接触力

参考文献

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有支撑排桩支护结构有哪些要求？ 篇2

有支撑排桩支护结构常见的有顶端支撑的排桩支护结构和桩锚式支护，在实际工程应用中，后者更为普遍。

顶部支撑的排桩支护结构(计算简图如图3-9)的计算与悬臂桩相比，其不同在于顶部支撑(桩)墙的计算需要求顶支撑的内力TA，

桩锚式支护由支护排桩，锚杆及围檩等组成，用以支挡坑壁土压力并限制坑壁的侧向位移。锚杆平面位置应在两个桩之间空隙穿过。

支撑支护 篇3

关键词：多道支撑；基坑支护；结构

前言：多道支撑在城市地下空间的开发活动中应用广泛，对基坑支护结构有重要的作用，本文结合基坑支护工程的设计与检测实际模拟分析多道支撑作用下灌注桩基坑支护结构体系在基坑开挖过程中的桩身应力、位移的大小分布规律及其支撑应力的分布规律。本文选取广东省佛山市一起工程为例，进行结合工程实际的研究。

1 基坑支护概述

基坑支护是为了保证建筑物地下结构的施工安全，以及建筑施工周边环境的安全，对基坑侧壁及周边环境采取支挡、加固与保护措施的工程建造方法，这一建造方法一般应用于大型建筑物的施工建设活动中，可以在基坑施工现场和施工环境之间建立一个稳定、坚实的隔断，保证施工环境不会对基坑内部的建筑施工活动产生影响，同时基坑内部的建筑施工活动也不会对施工环境产生影响。支护的类型主要有排桩支护；地下连续墙支护；水泥挡土墙；钢板桩等等。

2 多道支撑作用下基坑支护工程概况

2.1工程概况

拟建佛山中国中药集团商住项目位于佛山市禅城区魁奇二路以南、黎明二路以北、港口路以西，东面及西面分别为东江花苑和东江国际住宅小区；用地区域形状较为规整，边界南北向最长约220米，东西向最宽约105米，场地平整，交通条件便利。本工程总规划用地面积约29027.34m2，拟建4栋高层建筑及附属配套设施，层数为30～37层，高度100.90～145.15m。设3层地下室，基坑开挖深度约15.0米。

2.2工程地质和水文地质条件

地处珠江三角洲平原腹地的佛山市南海区，地形相对平坦，地貌形态单一，场地较平整。

根据本次钻探揭露，结合现场调查，地基土主要由填土、第四系冲积层、残积土及白垩纪基岩。现自上而下分述如下：

层1杂填土：灰色，杂色，以粘性土、砂及碎石为主，局部含建筑垃圾，大部分呈松散状，未经压实。

层2淤泥质土：灰色，饱和，流塑为主，局部软塑，含有机质，腐殖质，干强度中等，韧性中等，局部含淤泥质粉砂。

层3残积土：紫红色，褐黄色，由泥质粉砂岩风化残积而成，湿，可塑～硬塑，局部风化呈密实砂状。

层4强风化泥质粉砂岩：紫红色，风化强烈，岩质疏松，性软，手折易断；岩芯呈半岩半土状，局部碎块状，极软岩，遇水易软化崩解；风化不均匀，局部夹少量中风化岩。

层5中风化砂岩：以细砂岩为主，紫红色，灰白色，褐黄色，砂状结构，层状构造，岩芯较完整，呈中～长柱状，局部碎块状，岩芯较硬。

层6微风化砂岩：紫红色，灰白色，褐黄色，砂状结构，层状构造，岩芯较完整，呈中～长柱状，局部碎块状，岩芯坚硬。

场区地下水位在丰水期时埋深在0.50～2.00m，在枯水期时埋深在1.50～4.00m。水位变化幅度一般在0.30～0.8m左右。

2.3支护结构的选型及构建

根据建设施工活动前期的施工环境考察、排桩支护；地下连续墙支护；水泥挡土墙；钢板桩等均不适应本工程的建设施工环境，经过对工程施工环境和工程施工的本质特点，决定选择多道支撑作用下灌注桩基坑支护结构作为本工程的支护方式。

根据工程的施工环境和施工建设目标，灌注桩桩径定位800mm，灌注桩之间的距离为1.3m，桩长20m呈矩形分布，水泥土桩桩径800m，桩长6m。在工程施工过程中，首先打孔进行灌注桩的灌注施工，在开掘工程进行到水平深度-1.5m时做第一道混凝土支撑，其中冠梁截面高900mm、宽1000mm、主支撑几面高900mm、宽1000mm。支撑的与混凝土灌注桩之间采用构件连接，在保证混凝土支撑对基坑侧壁支撑力的同时，保证混凝土支撑和灌注桩之间有恰当的冗余空间，保证支撑机构的韧性，防止灌注桩支撑体系地面沉降等施工场地地质条件变化而造成支撑结构的损毁。当挖掘深度达到水平深度的-8.5米时做第二道混凝土支撑，其围檁截面高900mm，宽1300mm，主支撑截面高900mm，宽800mm。

3 多道支撑作用下基坑工程施工经验总结

随着土方的开发，在土层之中的灌注桩状态会因为土层的压力、自身重力和结构张力的影响而产生变化，当混凝土支撑部分开始发挥支撑作用时，要对灌注桩自身的应力状态进行实时监测，保证多支撑作用下的基坑支护工程能够正常的发挥效用。

附加载荷的增加对装神唯一和支撑力有着显著的影响，附加载荷越大，桩的水平唯一和支撑应力就越大，因此在基坑施工过程中要严格控制继承顶部土体等材料的堆积，车辆载荷和振动载荷的大小。

随着支护结构混凝土弹性模型量的增強，桩的水平位移和支撑应力在减小，支护结构混凝弹性模量的增加对支护结构抵抗侧向变形和压应力有一定作用。在支护结构达到足够抵抗侧向土压力的混凝土弹性模值后，再增加弹性模量，桩身水平位移变化幅度很小。

基坑侧壁距离基坑顶部附加荷载距离越远，桩身水平位移值越小，随着距离的增加，影响程度逐渐降低，因此建议在实际工程中严格控制坑边距。

当小于桩的最小嵌固深度后，对桩身位移影响较大。当满足桩的最小嵌固深度后，增加桩的嵌固深度对桩身位移影响较小。

结论：经过工程施工实践的检验，多道支撑作用下的基坑支护结构是一种优秀的基坑支护结构，能够有效的保护基坑建设施工安全，但是在其实施应用的过程中，要注意支撑结构的稳定性的实时监测。

参考文献：

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[5]刘杰. 深基坑开挖优化设计与下穿地铁隧道变形控制研究[D].合肥工业大学，2012.

支撑支护 篇4

关键词：深基坑,混凝土十字内支撑技术,土方

我国经济的迅速发展, 城市地价不断上涨, 空间利用率随之提高, 出现了众多的超高层建筑, 使有些地下室埋深达20米以上, 对基坑开挖技术提出更高、更严的要求, 即不仅要确保边坡的稳定, 而且要满足变形控制的要求, 以确保基坑周围的建筑物、地下管线、道路等安全[1]。同时, 为了适应建筑市场日趋激烈的竞争, 还要考虑提高土方挖运的机械化程度、缩短土方工期、降低工程成本、提高经济效益等方面的因素。深基坑钢筋混凝土内支撑工法具有发挥材料的优点、加快土方挖运速度、降低工程造价、不受周边场地不足的限制著等诸多优点, 该项技术的应用也越来越广泛, 本文拟结合某深基坑工程对混凝土墙在基坑支护中的综合应用进行探讨, 为在施工环境要求高的地区进行类似工程积累数据。

1 工程概况

工程由3栋47-56层的超高层建筑及广场式大地下室组成, 总建筑面积约159665平方米, 其中地上建筑面积134427平方米, 地下建筑面积25238平方米。主体结构±0.00相当于绝对高程+8.00m, 现场地地面绝对高程为+7.2m, 地下室底板绝对高程为-1.2m, 地下室承台底高程为-1.8m, 地下室基坑开挖深度约9m, 主楼承台底高程为-3.2m, 主楼部分地下室开挖深度达11.0m, 电梯井开挖深度达14.6m。支护桩采用φ900钻孔灌注桩, 采用双层混凝土支撑支护。桩间设Φ1000旋喷桩形成止水帷幕。

2 工程支护设计思路

根据本工程特点, 本工程支护桩采用φ900钻孔灌注桩@1400长度19米, 采用双层混凝土支撑支护[2,4]。桩间设Φ1000旋喷桩形成止水帷幕, 长度19米。冠梁尺寸1200×600, 内支撑尺寸为600×800、500×600、650×850、700×900、500×600等。

3 钢筋混凝土十字内支撑

当完成护壁挡土结构以后, 要进行基坑土方开挖时, 基坑四周的土体必然产生压力作用于基坑的支护结构上, 其力的方向近似于水平, 力的大小取决于不同土质的压力值。这种水平压力通过对护壁结构的作用传递给钢筋混凝土围檩梁, 再通过支撑把力集中到钢筋混凝土支撑梁上去。从力学的观点分析可知[5], 钢筋混凝土支撑梁的受力是以轴向受压为主, 这样就充分利用了混凝土具有较高的抗压强度, 又把支撑梁设计成基坑内对撑的形式, 形成大小相等、方向相反、相互抵消的力, 构成稳定的支撑体系, 每跨的宽度和支承桩的距离, 由地下室基础桩分布、支撑受力大小、支撑截面、支撑配筋情况、自重和稳定性等来确定。如果深基坑需要设置多道支撑的, 其支撑的道数和位置则要根据基坑深度、地下室层数、楼板位置、挖土的方法、挡土的结构材料和形式、挡土结构的配筋、土压力值大小而定。因此, 钢筋混凝土支撑梁的设计, 要经过假设支撑梁的道数、跨度和截面, 确定基坑开挖深度、挡土结构材料厚度, 计算出围檩梁上单位长度分布的水平压力, 根据单位长度水平压力大小, 计算出集中在支撑梁上的轴向力, 然后根据这个轴力的大小和支撑梁的自重进行支撑梁的配筋计算和稳定性验算。经过反复的假设和验算后才确定。

4 基坑监测

4.1 监测内容

监测内容包括支护结构顶部的水平位移与沉降及支护结构的变形, 附近地表、路面的变形、开裂及建筑物状态观察。在该基坑支护部位设置位移及沉降观测点进行位移及沉降观测。支护期间每日观测不少于4次, 当变形趋于稳定, 可适当减少观测次数。本工程共设置观察点10个。

4.2 监测值要求

在施工开挖过程中, 基坑各壁最大水平位移与当时基坑开挖深度之控制比值不大于0.6%, 总位移值不大于50mm。若有超过应密切加强观测并及时采取加固措施。

4.3 监测结果

工程施工期间, 在第一步土方开挖后, 发现基坑南侧路面出现不同程度的裂缝, 并发现局部地面有下沉现象, 裂缝最宽10mm, 下沉量最大15mm。对此及时进行了方案调整, 并加强了监测次数。对存在裂缝较大部位采取回堆土方、预留挡土台阶等加固措施, 并对裂缝进行沥青灌缝, 防止雨水灌入缝中。经过一系列措施后, 南侧路面裂缝趋于稳定。在第二步土方 (即地库土方开挖) 后, 直至地库施工完毕, 支撑拆除后, 南侧边坡未发现变形过大等现象, 边坡安全, 满足施工要求。

5 结论

通过本工程钢筋混凝土十字内支撑技术应用, 在深基坑土方开挖过程中, 由于它具有足够的抗压强度和稳定性等特点, 而且不受场地的限制, 施工机具简单, 加上支撑跨度大, 在发挥机械化挖土中, 具有效率高、工期短、效益好等优势。经过施工总结可知, 从支撑施工到土方施工阶段里, 节省工期40%, 节约材料费15%~20%, 具有显著的经济效益取得了很好的支护效果, 为工程基坑安全施工提供了保证, 施工工程得以顺利完成, 既节约了工期, 又降低了对周围环境的不良影响, 同时也为复杂条件下的类似基坑开挖支护提供了借鉴。

参考文献

[1]贾金青, 张明聚.深基坑土钉支护现场测试分析研究[J]岩土力学, 2003, 24 (3) :413-416.

[2]丁振明, 秦四清, 刘军等.土钉支护体系抗拔力机理研究[J].岩土力学, 2005, 26 (11) :1799-1802.

[3]刘剑平, 朱浮声, 王宏伟.深基坑土钉支护的参数优化设计[J].东北大学学报, 2006, 27 (11) :1271-1274.

[4]郭红仙, 宋二祥, 陈肇元.土钉支护开挖影响面及其在土钉力计算中的应用[J].工程力学, 2007, 24 (11) :82-87.

内支撑支护在深基坑工程中的应用 篇5

深基坑开挖中内支撑系统的围护方式近年来得到了广泛的应用, 特别是在软土地区开挖深度深、基坑面积大的情况, 传统的内支撑支护技术在施工中需要在基坑内侧占用大量的空间资源, 这就造成工程的造价增加, 工期增长, 在一定程度上还会增加施工难度。而内支撑系统由于具有无需占用基坑外侧地下空间资源、可提高整个围护体系的整体强度和刚度以及可有效控制基坑变形的特点而得到了大量的应用[1]。

1 工程概况

山东省德州市百脑汇资讯广场项目位于城市中心, 由5栋地上29~32层的商住综合楼组成。整体地下四层, 为地下超市及车库等, 北部及南部为地上99.5m的住宅楼, 东部为130m的办公楼, 周边为5层的裙楼组成, 塔楼及裙楼区域设置地下四层地下室。基坑面积为16478m2, 周长为514m, 基坑形状大致呈矩形, 裙楼区域开挖深度为16.700m, 塔楼区域开挖深度为18.100m、18.300m、18.900m, 塔楼局部开挖深度23.200m。

基坑周边环境相当复杂, 西侧基坑边线距二层营业楼约9.6m~14.3m, 营业楼为二层砖混结构, 条形基础, 埋深约1.5m;基坑北侧设有燃气管道、通信电缆、热力管道、电力管线、给水管道, 最近处距离基坑边线约6.5m, 管道 (管线) 埋深均小于1.2m, 距离基坑边线约13.5m为排水管道, 埋深2.5m;基坑东侧设有给水管道、电信管线、天然气管道, 最近处距离基坑边线约9m, 管道 (管线) 埋深均小于1.2m。

2 工程地质条件

根据场地岩土工程勘察报告, 拟建场地主要为地貌单元属鲁西北黄河冲积平原。场地表层主要第四系全新统-上更新统冲积粘性土、粉土和砂土组成, 地表分布有杂填土。勘察期间, 钻孔内测得地下水埋深2.80~4.60m, 地下水类型为第四系孔隙潜水, 第12层粉细砂为承压水层, 典型地质剖面图见图1。

3 基坑围护结构方案设计

3.1 方案选择

由于从环境保护角度, 本基坑工程周围环境条件比较复杂, 无论基坑四周的道路, 任何较大的沉降都有可能引起社会不安或管线安全, 及其基坑西侧市场人流量较大, 基础为条形基础, 对附加变形能力弱。

基坑开挖施工过程中可能引起周边环境沉降的因素主要有以下几个方面:

(1) 由于基坑支护结构刚度较小, 引起过大的基坑侧壁侧向变形, 从而造成基坑坡顶地面裂缝和坡顶的较大沉降。避免此类问题出现的措施是采取刚度较大的支护结构。

(2) 由于基坑周边水位下降较大, 引起土层沉降, 造成地面变形过大而影响市政管线或者周边建筑物的安全。避免此类问题出现的措施是采用止水帷幕, 增加地下水渗流绕流路径[2], 同时配合以合理的回灌措施, 以减少或避免坑内降水导致坑外地下水位下降带来的附加沉降问题。

针对以上两方面, 在保证基坑本身和周边环境安全的前提下, 选择经济合理可行的支护方案和地下水控制方案。因此基坑工程采用排桩+锚索+内支撑的复合设计方法, 能够保证上部土体的大面积开挖及其基坑支护结构的刚度要求, 在经济和安全上具有较大的优势。排桩+内支撑在实践中已经发展并形成了成套的设计理论和专项施工技术。本工程地下水位较高, 采用三轴水泥土搅拌桩作为止水帷幕是可靠、合理的选择。上部锚索施工完后, 基坑可开挖到-4.600m位置处进行工程桩施工, 可减少工程桩的空送距离, 减少施工成本。由于三轴水泥土搅拌桩的止水性能较好, 可满足将来基坑内工程桩施工的需要, 因此本工程采用排桩+锚索+内支撑复合支护体系。

3.2 围护结构的方案设计

排桩采用直径1.0m的钻孔灌注桩, 桩长为28m, 桩间距1.2m, 采用C30混凝土。基坑上部采用锚索, 考虑到普通锚索锚固力以及支锚刚度较小, 为控制基坑围护体的受力和变形, 仅第一道为普通锚索, 锚索间距2.4m, 锚索倾角15度, 孔径150mm, 锚索长度26.5m~29.5m。下面两道采用旋喷搅拌加劲桩, 间距2.4m, 锚索倾角15度, 孔径300mm, 锚索长度21m~23.5m。基坑下部设置两道内支撑, 两道钢筋混凝土水平支撑体系均采用对撑结合角撑的方式 (见图2) , 第一道支撑系统中心标高为-8.200, 第二道支撑系统中心标高为-11.650。基坑周边全部采用单排三轴深层水泥土搅拌桩止水帷幕加桩锚支护, 深层搅拌桩采用套接一孔法施工, 桩径850@600mm, 三轴搅拌桩桩内搭接0.25m。桩顶标高控制在自然地坪, 桩长26.5m, 进入到第11层粉土层, 围护结构剖面图见图3。

3.3 降水方案

由于止水帷幕的设置增加了坑外地下水进入坑内的绕流路径长度, 基坑实施阶段采用管井疏干坑内水即可, 降水井位置宜根据建筑物结构情况设置在电梯井附近或后浇带等有利位置。根据工程情况, 为了保证基坑土方开挖和支护以下地下结构主体施工期间的安全正常进行, 需要对基坑内进行降水处理, 并由于承压水压力过大, 采用抽灌一体化降水方案, 坑内疏干井, 减压井, 坑外回灌井。

3.4 换撑

施工基础底板时应采用C30膨胀混凝土填实底板与围护桩之间的空隙形成传力带, 传力带面标高为-9.400与-12.800。底板及传力带混凝土强度到达80%设计要求后拆除钢筋混凝土支撑, 支撑拆除采用人工凿除。支撑拆除时加强对基坑的位移监测。根据本工程的拆撑工况, 钢筋混凝土支撑的拆除时间为相关部分的主体结构和周边换撑全部形成并达到设计强度的80%以上时实施。

4 结语

综上所述, 本基坑工程设计方案, 采用排桩支护, 基坑上部采用锚索, 下部采用两道混凝土水平内支撑。地下水控制采用三轴深层水泥土搅拌桩解决止水, 管涌和流砂问题, 再配合疏干井降水, 并由于该场地存在承压水层, 设置适当的减压井解决突涌的问题。本方案有效解决了传统内支撑支护技术需要在施工中需要在基坑外侧占用大量的空间资源的缺点。本方案的成功使用, 对位于城市周边环境、地质条件复杂的大型深基坑工程施工具有一定的借鉴意义。

参考文献

[1]刘国彬, 王卫东.基坑工程手册[M].二版.中国建筑工业出版社, 2009.

[2]龚晓楠, 高有潮.深基坑工程设计施工手册[M].中国建筑工业出版社, 1999.

[3]吴亚军, 卢文阁, 栾茂田.深基坑支护结构优化设计探讨[J].建筑结构, 2000 (11) .

圆环支撑体系在深基坑支护中的应用 篇6

随着城市建筑密集化, 城市地下空间开发项目越来越多, 地下室深度及规模越来越大等现象, 深基坑支护技术越来越显示出其重要性。地下室及其基坑支护工程的成败, 基坑支护设计是否合理起着关键性的作用。一旦基坑支护失效, 将会对地下工程施工及周围环境造成很大的影响, 严重的将造成重大的人员伤亡事故和经济损失。基坑支护主要考虑安全可靠性、技术可行性以及经济合理性。基坑支护作为一个临时性结构, 其一切内容都为土方开挖服务。其中支撑系统尤其受土方开挖制约, 同时又制约挖土进程, 支撑系统设计的目的是在实现支护功能的前提下尽可能地方便挖土, 缩短工期。而且支撑系统的造价在基坑支护中所占比例很高, 通过优化设计降低支撑系统的造价是降低基坑工程总造价的重要途径。圆环支撑受力合理, 经济性好, 支撑整体刚度大, 开挖面大, 挖土便利, 可缩短工期等优点逐渐在实际工程的运用中得到了验证。

1 工程概况

本工程为旭日爱上城4区工程, 位于南京市浦口区火炬南路西侧, 柳州路东侧。本工程建筑面积60 000 m2, 由3栋18层 ~19层的办公楼组成, 高度约99 m, 剪力墙结构; 其中1号办公楼和2号办公楼间设有2层商业楼, 办公楼与商业楼为整体, 商业楼为框架结构, ±0. 00 = 7. 80 m。整个场地设有2层整体地下室, 采用桩基础。本工程基坑面积10 660 m2, 周长410 m, 开挖深度为8. 80 m ~ 10. 90 m, 坑中坑落深1. 00 m ~ 3. 20 m。

1. 1 周边环境条件

基坑东侧、北侧紧贴用地红线, 地下室外墙距离红线最小距离为3. 5 m, 红线目前为创业河, 地下室外墙距离河岸最小距离为9. 2 m, 地下室外墙距离河岸外火炬南路最小距离为51. 5 m; 基坑南侧为空地, 地下室外墙距离红线最小距离为3. 2 m; 基坑西侧地下室外墙距离红线最小距离为3. 8 m, 地下室外墙距离柳州路最小距离为26. 4 m, 场地外有5条市政管线。

图1为项目卫星图。

1. 2 工程地质条件

场地地势较为平坦, 原为南京市浦口区泰山街道居民区及农田, 原有建筑物已经拆迁。属长江漫滩地貌单元。地质条件及场地土层参数见表1。

2 支撑系统设计

本工程基坑开挖面积较大、深度较深且淤泥较厚, 基坑形状比较规则, 综合本工程场地周边环境、破坏后果、基坑开挖深度、场地工程地质和水文地质条件, 需采用桩撑体系, 且内支撑宜采用刚度较大的混凝土支撑体系。

本工程采用ф1 000@ 1 200钻孔灌注桩结合三轴水泥土搅拌桩止水帷幕作为挡土止水体系, 坑内设置1道钢筋混凝土支撑作为水平支撑体系。

图2为基坑支护典型剖面图。

内支撑方案一采用圆环支撑体系 ( 如图3所示) , 单个圆环直径为90 m。内支撑方案二采用角撑对撑边桁架支撑体系 ( 如图4所示) 。

3 支撑系统对比分析

3. 1 安全性对比

采用理正深基坑7. 0对支撑体系进行了整体计算分析。圆环支撑体系支撑腰梁尺寸1 300 mm×900 mm, 大圆环支撑尺寸1 700 mm×850 mm, 小圆环支撑尺寸1 100 mm×850 mm, 径向杆尺寸800 mm×800 mm, 连系杆尺寸700 mm×800 mm, 混凝土标号C35; 角撑边桁架支撑体系支撑腰梁尺寸1 300 mm×1 000 mm, 主撑尺寸900 mm×950 mm, 连系杆尺寸700 mm×800 mm, 混凝土标号C35。

计算结果 显示圆环 支撑体系 最大水平 位移计算 值为11. 4 mm, 圆环上的最大轴力值为12 491 k N。角撑边桁架支撑体系最大水平位移计算值为17. 8 mm。通过计算结果表明, 圆环支撑体系相比于角撑边桁架支撑体系受力条件更好, 控制变形能力更强。

3. 2 工程量对比

表2是两种支撑体系工程量对比。由表2可知, 圆环支撑体系充分发挥了混凝土的受压特性, 相比于角撑边桁架支撑体系材料用量更少, 经济性更强。

3. 3 挖土便利性对比

角撑边桁架支撑体系受力较为明晰, 但支撑密集, 不便于土方开挖; 圆环支撑体系中间圆环形成大空间, 可以方便土方开挖和地下室施工, 能缩短挖土工期, 降低挖土费用。

3. 4 支撑体系选定

通过对比, 本工程最终采用了圆环支撑体系。

4 监测结果分析

本工程现已开始拆除支撑, 现场监测结果表明, 从开始挖土到挖土结束土体深层位移最大仅26. 8 mm, 基坑开挖期间无任何不良情况。图5为现场基坑开挖到底图。

5 结语

圆环支撑体系优点如下:

1) 受力条件好, 控制变形能力强。

2) 将侧向荷载转化为环梁的轴力, 充分发挥了混凝土的受压特性, 材料用量较少, 经济性强。

3) 挖土空间大, 能缩短挖土工期, 降低挖土费用。

但是圆环支撑体系也有一定的制约性, 特别是受力要均衡。在基坑工程应用中, 应充分考虑其优缺点, 现场施工时应对称、平衡挖土, 并进行连续监测, 确保基坑工程的安全性、经济合理性。

摘要：结合工程实例, 对圆环支撑在深基坑支护中的应用技术进行了分析, 得出圆环支撑体系具有安全可靠性、技术可行性及经济合理性, 对深基坑支护支撑系统的设计具有借鉴作用。

关键词：圆环支撑,支撑系统,深基坑,基坑支护

参考文献

[1]金国龙, 黄春美.圆环形支撑基坑支护体系设计分析[J].地下空间与工程学报, 2013, 9 (S1) :1694-1700, 1716.

[2]许开军, 毛云, 谢昭宇.钢筋混凝土圆环支撑系统在深基坑设计与施工中的应用[J].岩土工程学报, 2014, 36 (S1) :77-80.

[3]李煜, 尹骥, 陈仲辉.采用双圆环支撑体系基坑的设计与分析[J].岩土工程学报, 2008, 30 (sup) :576-581.

[4]王为, 唐忠德.基坑工程圆环支撑优越性及其问题分析[J].上海地质, 2000 (4) :30-33.

支撑支护 篇7

关键词：建筑工程,深基坑,支撑支护,施工工艺

就当前建筑行业发展的实际情况来看,建筑工程深基坑施工日趋复杂,对支撑支护施工工艺也提出了严格要求。为保证建筑整体结构的稳定性,应当对土地资源进行合理化利用,选取合理的深基坑支撑支护施工工艺,促进建筑工程深基坑施工的顺利开展。

1 深基坑内支撑支护的设计

深基坑支撑技术通常是在建筑物较密集的地方经常使用的施工技术,这些施工场所经常会受到空间和场地的影响,因此,在进行地基处理时不能采用锚杆支护技术。深基坑支撑支护技术在沿海地区应用非常广泛。在深基坑支撑支护体系中有两种不同的体系:一种是现浇混凝土支撑体系;一种是钢筋支撑体系。这两种体系应用时,在布置形式上有很大区别,在施工中要使用何种方式具体要根据施工环境进行决定。在对内支撑体系进行设计时,要考虑的因素非常多,在布置的时候,对其安全可靠性有非常严格的要求,内支撑体系要在最大程度上满足主体结构的施工要求,同时在进行施工时要非常方便。在进行设计时也要对内支撑体系的受力情况进行明确,更好的将其力学性能进行发挥,同时也能更好的保证施工工程的安全和经济合理。在对深基坑进行控制时,要保证其不会出现变形情况,同时对周边环境不会带来影响。在进行施工时要对施工现场的地层情况进行了解,同时对相应的技术指标也要进行优化,更好的实现施工设计目的。

2 工程地质分析及工程流程

就当前建筑工程的实际情况来看,大部分建筑工程的施工环境比较复杂,施工现场周围往往有较多建筑物,并且建筑施工过程中极易受到地形条件以及土质特点等因素的影响和作用,对建筑施工质量产生一定程度的影响,因此在建筑工程深基坑内支撑支护施工中,积极选取合理的施工工艺有助于提高建筑工程施工质量。在建筑工程深基坑施工中,应当结合建筑工程的实际情况进行系统化分析,准确把握建筑施工现场的周围环境以及土质特点等,明确深基坑施工流程,针对可能影响建筑工程施工质量的因素进行分析,积极制定合理的风险防范措施,在此基础上,选用适宜的支撑材料开展深基坑支撑支护施工,确保支撑材料在质量及性能上均满足建筑工程的性能要求和力学标准,为建筑工程的质量控制提供可靠基础,切实提高建筑工程投入使用后的安全性和可靠性。

相关施工人员应当注意,在对建筑工程深基坑内支撑支护施工工艺进行选取时,应当确保各项施工技术均满足建筑工程施工的技术标准和规范,从而为建筑施工提供可靠的技术支撑。为保证建筑工程深基坑支撑支护施工质量,应当结合建筑工程实际情况加以深入分析,规范施工环节和操作顺序。在土方开挖完成后,以人工操作方式对所开挖的土方进行修底处理,待处理完成且满足建筑工程深基坑施工标准后,即可开展现浇混凝土施工操作,浇筑完成后对混凝土进行养护。在这一施工操作完成后方可进行第二层土方的开挖施工,同样以人工修底方式对土方进行处理,为建筑工程深基坑支撑支护施工的顺利进行提供可靠的基础。

3 内支撑支护中的施工技术及方法

3.1 梁钢筋的加工和绑扎

在建筑工程施工中,内支撑支护施工对施工技术及工艺都有着严格要求,为保证内支撑支护施工质量,应当合理选取监测方式以提高内支护桩桩身内力监测的准确性,相关施工人员可以通过绝缘胶带包裹钢筋的方式对钢筋实施保护,最大程度上避免监测设备与混凝土直接发生接触而影响内力监测的准确性。待钢筋绑扎完成后,通过外侧主筋上钢筋串联的方式预留焊接位置,促进梁钢筋焊接施工的顺利进行。深基坑内支撑支护桩施工具有一定复杂性,为保证实际施工质量,应当保证在钢筋笼置入深基坑内部时,同一高程上的钢筋计连线与深基坑边线保持良好的垂直状态,以促进深基坑内支撑支护施工的顺利进行。

相关施工人员应当注意的是,钢筋计的选取应当按照钢筋直径进行选配,以保证钢筋计选取的合理性和可靠性。在选取后,将仪器两端的连接杆与钢筋进行牢固焊接,将实际焊接强度控制在钢筋自身强度以上,在焊接过程中,为避免实际焊接温度过高而损伤仪器,应当向覆盖住钢筋计的毛巾或其他布料上不断浇水,与此同时,选取合理的措施对电缆进行覆盖保护,最大程度上避免焊渣飞溅损害电缆,以促进深基坑内支撑支护施工的顺利进行,进而对深基坑内支撑支护施工质量进行科学化控制。在深基坑内支撑支护施工过程中,以振弦式钢筋应力对建筑工程深基坑内支护桩钢筋应力变化情况进行准确的监测,在受力变形后,深基坑内支护桩钢筋的自振频率发生一定改变,以此为依据能够求得钢弦应力大小,进而对被测钢筋的实际受力情况进行准确的预测,切实提高钢筋梁施工质量。

3.2 混凝土梁内支撑施工

3.2.1 混凝土梁内支撑的特点

在建筑工程中,深基坑钢筋混凝土内支撑方法是当前土方开挖施工中比较常见的一种方式,并且具有良好的经济效益。就实际情况来看,混凝土梁内支撑操作简便,通过对时间和经费的合理利用,由设计到施工的整个环节中,都能够最大程度上发挥混凝土受压能力强的优势,在保证施工质量的基础上,降低建筑施工对周围环境以及正常交通所产生的影响,因此在现代建筑工程中具有良好的适用性。相关实践研究表明,建筑工程混凝土内支撑方法在不同形态的深基坑施工中都具有良好的应用价值,尤其是深基坑施工或基坑周围有重要设施的建筑工程中。就力学角度来看,混凝土梁内支撑技术以横竖方向受压为主要原理,其受压程度与方向与基坑周围土壤实际受力方向恰好相反,通过正反作用力之间的相互作用,有效的保证深基坑受力平衡,从而提高建筑整体结构的稳定性。

3.2.2 建立支撑的步骤

在建立支护结构的同时,以钻孔打桩的方式建立制成装,将深基坑开挖至第一道混凝土内支撑的深度,对支护结构域垫层的实际情况进行仔细观察,在挖开二者之间截面层后,安装梁内支撑,并将支撑钢筋绑扎牢固,促进混凝土浇筑施工的顺利进行。在此基础上,开展第二道混凝土梁内支撑,具体工艺步骤与第一道混凝土梁内支撑保持高度一致。

4 结语

随着现代社会经济的发展,城市化进程不断加快,建筑行业也飞速发展,建筑施工规模不断扩大,深基坑支护支撑施工逐渐成为建筑工程中的基础性环节,其施工质量直接关系着建筑总体结构的稳定性,因此在建筑工程中,应当规范深基坑内支撑支护施工工艺,降低施工风险,提升企业经济效益,从整体上推进建筑行业的现代化发展。

参考文献

[1]常捷.建筑项目深基坑施工技术分析[J].科技传播,2014,(17).

[2]吴佩佩.深基坑施工对周边的影响与防治研究[J].福建质量管理,2015,(9).

钢结构支撑在深基坑支护中的应用 篇8

关键词：基坑支护,钢结构支撑体系,土方开挖,节点构造

近年来, 城市里高层建筑迅速兴起, 市政工程大量建设, 这些大规模的工程建设都涉及到深基坑的土方开挖与支护, 即基坑工程, 它包括基坑支护结构的设计和施工、地下水控制、基坑土方开挖、工程监测和周围环境保护等。影响基坑工程的不确定因素很多, 如周围环境的多样性, 因此基坑工程是一项风险性较大的工程, 它涉及到工程地质、土力学和基础工程、结构力学、工程结构、施工技术等学科, 是一门综合性学科。近几年来在支护结构中钢结构支撑体系被广泛采用。

深基坑支护体系由两部分组成, 一是维护墙, 还有是内支撑或者土层锚杆。他们与挡土桩墙一起, 增强维护结构的整体稳定, 不仅直接关系到基坑的安全和土方开挖, 对基坑的工程造价和施工进度影响也很大。作用在挡墙上的水、土压力可以由内支撑有效地传递和平衡, 也可以由坑外设置的土锚维持其平衡, 它们还能减少支护结构的位移。内支撑可以直接平衡两端维护墙上所受到的侧压力, 构造简单, 受力明确。土锚设置在维护墙的背后, 为挖土、结构施工创造了空间, 有利于提高施工效率。在软土地区, 特别是在建筑密集的城市中, 应用比较多的还是支撑。

目前在一般建筑工程和市政工程中采用的支撑系统, 按其材料可分为钢管支撑、型钢支撑和钢筋混凝土支撑, 根据工程情况, 有时在同一个基坑中采用钢结构和钢筋混凝土的组合支撑。

现浇钢筋混凝土结构支撑具有较大的刚度, 适用于各种复杂平面形状的基坑。现浇节点不会产生松动而增加墙体位移。工程实践表明, 在钢结构支撑施工技术水平不高的情况下, 钢筋混凝土支撑具有更高的可靠性。但混凝土支撑自重大、材料不能重复使用, 安装和拆除需要较长工期等缺点。当采用爆破方法拆除支撑时, 会出现噪声、振动以及碎块飞出等危害, 在闹市区施工应予注意。由于混凝土支撑从钢筋、模板、浇捣至养护的整个施工过程需要较长的时间, 因此不能做到随挖随撑, 这对控制墙体变形是不利的, 对于大型基坑的下部支撑采用钢筋混凝土时应特别慎重。

钢结构支撑具有自重小、安装和拆除都很方便, 而且可以重复使用等优点。根据土方开挖进度, 钢结构支撑可以做到随挖随撑, 并可施加预应力, 这对控制墙体变形是十分有利的。因此, 在一般情况下, 应优先选用钢结构支撑。然而钢结构支撑整体刚度较差, 安装节点比较多, 当节点构造不合理, 或施工不当不符合设计要求, 往往容易造成因节点变形与钢结构支撑变形, 进而造成基坑过大的水平位移。有时甚至由于节点破坏, 造成断一点而破坏整体的后果。对此应通过合理设计、严格现场管理和提高施工技术水平等措施加以控制。

下面主要讲述钢结构内支撑体系的设计与施工, 包括设计采用的计算方法, 施下中应注意的问题, 如土方开挖时应遵循的时空效应理论, 支撑架设的要求及信息化施工监测等等。

1 钢结构支撑材料的选用及平面布置类型

钢支撑常用的材料有钢管和型钢两种。钢管多用Φ609钢管, 有多种壁厚 (10mm, 12mm, 14mm) 可供选择。型钢支撑多用H型钢, 组合型钢也可作为钢支撑。平面布置常用的有对撑、角撑、边桁架、边框架、圆拱形撑等。一般情况下对于平面形状接近方形且尺寸不大的基坑, 宜采用角撑;对于形状接近方形但尺寸较大的基坑, 宜采用环形、边桁架支撑;对于长方形基坑, 宜采用对撑或对撑加角撑。

支撑布置要综合考虑下列因素: (1) 基坑平面形状、尺寸和开挖深度; (2) 基坑周围的环境保护要求和邻近地下工程的施工情况; (3) 主体工程地下结构的布置线; (4) 土方开挖和主体工程地下结构的施工顺序和施工方法。支撑轴线应避开主体工程的柱网轴线, 水平及竖向支撑布置要考虑便于挖土、结构楼盖布置、拆撑和换撑的方便。相邻支撑间的水平距离较大时, 宜在支撑端部设置八字撑以减少支撑点间距;立柱一般应设置在纵横向支撑的交点处或平面桁 (框) 架式支撑的节点处, 并应避开主体工程梁、柱及承重墙位置, 立柱的间距取决于支撑杆件的稳定和竖向荷载的大小, 一般不宜超过15m。

2 钢结构支撑体系内力计算方法

常用的计算方法有平面抗力法和空间弹性抗力法两大类, 平面抗力法是将围护结构简化为平面问题后的变形及内力计算。包括: (1) 等值梁方法:假定支护结构为1根在侧压力作用下的梁, 以弯矩为零处作为假想铰支点, 计算假想铰支点以上部分内力, 同时求得支座反力。该方法的不足之处为支撑系统只是假想为一个没有变形的竖向链杆, 而支撑体系采用的材料、截面尺寸、布置形式等均不能以参数的形式在计算中体现出来, 等值梁方法计算巾下端的铰支座位置是按经验公式进行估算的。因此无论是支座的形式还是支座的位置, 都不能准确反映此处支护结构的实际受力状态。 (2) 弹性地基杆法:该方法将支护结构假设为竖放弹性地基杆系, 结构外侧作用的侧压力按照朗肯理论或库仑理论进行计算, 支撑系统和坑底以下的土抗力假设为弹簧支座, 对支护结构根据需要划分为有限单元体, 通过形成梁、链杆系统的整体刚度矩阵用数值分析方法求解。 (3) 连续梁法:该方法将支撑体系的某一段帽梁隔离出来作为结构设计的控制段, 建立多跨连续梁的计算模型, 假定一定的荷载条件, 从静力平衡法或弹性抗力法中得到帽梁对围护结构的作用力, 将支撑按支座条件处理, 求得帽粱内力和支座反力, 然后, 根据支座反力求得支撑内力。这种方法忽略了支撑本身的变形, 也没有考虑维护结构与帽梁的相互作用。 (4) 均布力法:是把支撑系统从支护体系中隔离出来, 认为周围作用着均布荷载, 其荷载值可从围护结构半面计算中得到, 并根据支撑体系的实际受力和变形特点, 对其添加一定的边界条件。使之成为几何不变体。这种方法在整个支撑系统的平面上进行受力和变形分析, 在工程中应用较为普遍。该方法同连续梁法相比在计算精度上有很大的提高, 更符合基坑支撑实际受力情况。但也有其本身的缺陷, 只考虑了帽梁与支撑的相互作用, 而没有考虑帽梁与支护结构的相互作用, 因此也具有很大的近似性。

对帽梁、挡墙、内支撑作为整体计算, 荷载就是土压力及水压力, 作用方向垂直于挡墙所构成的平面。空间弹性抗力法是将支护体系完全从土体中隔离出来所进行的计算。由于帽梁、支撑一起参与计算, 不再需要象平向弹性抗力法那样将支撑系统的作用以弹簧模拟, 对支护体系本身而言, 计算基本是精确的。但这种方法也有其近似性, 主要体现在如何反映支护体系与土体的相互作用上。在坑底以上土体对支护体系的作用体现为主动土压力, 坑底以下利用m法分布的土弹簧来模拟坑底以下土体对支护结构的作用。空间弹性抗力法解决了平面弹性抗力法中对支撑刚度确定较为困难的问题, 支撑系统直接参与计算。对于复杂基坑支撑系统宜按空间弹性抗力法进行计算支护结构的内力和变形及支撑内力, 同时还应考虑开挖的不同阶段及地下结构施工过程中对换撑的各种工况进行计算, 从中找出最小利的内力组合和最大变形, 据此进行设计构件。

节点构造是钢支撑设计中需要充分注意的一个重要内容, 不合适的连接构造容易使基坑产生过大变形。H钢和钢管的拼接方法主要有:螺栓连接和焊接。焊接连接一般可以达到截面等强度要求, 传力性能较好, 但现场工作量较大。螺栓连接的可靠性不如焊接, 但现场拼接方便。用H钢作围檩时, 虽然在它的主平面内抗弯性能很好, 但抗剪和抗扭性能较差, 需要采取合适的构造措施加以弥补。H钢围檩和支撑连接时在围檩和维护墙之间填充细石混凝土可以使围檩受力均匀, 避免受偏心力作用和产生扭转;在围檩和支撑的腹板上焊接加劲板可以增强腹板的稳定性和提高截面的抗扭刚度, 防止局部压弯破坏。纵横向水平支撑交叉点的连接有平接和叠接两种。一般说, 平接节点比较可靠, 可以使支撑体系形成较大的平面刚度。叠接连接施工方便, 但是这种连接能否有效限制支撑水平面内的压弯变形是值得怀疑的。

3 地下水控制及基坑土方开挖

3.1 地下水控制

土方开挖之前必须对地下水进行控制, 常用的方法有排水、降水和回灌等。基坑内降水时, 由于围护墙有挡水作用, 不影响基坑外的地下水位, 可减少基坑内土壤含水量, 使土壤产生固结, 便于机械下基坑挖土和运土, 在地下水位高的软土地区, 于基坑开挖之前大多进行预降水。基坑外降水, 亦可使土壤产生固结, 降低地下水位, 减少土压力和水压力, 对支护结构设计有利, 但坑外降水如基坑附近有建 (构) 筑物、道路等设施, 要防止因土壤固结产生过大沉降而带来的危害, 必要时应采取回灌措施来控制附近的地下水位。深基坑工程降水多采用喷射井点和真空深井。

3.2 基坑土方开挖

基坑土方开挖的基本原则:必须遵循时空效应的原则 (在基坑开挖施工过程中, 每个开挖步骤的开挖空间几何尺寸、围护墙无支撑暴露面积和时间等施工参数对基坑变形都具有明显的相关性) , 做到随挖随撑、先撑后挖、分层开挖、限时开挖, 尽量缩短基坑无支撑暴露时间, 有效控制基坑变形量。

4 钢支撑架设及拆除

4.1 钢支撑架设的原则

⑴架设速度要快。为提高钢支撑架设速度, 可采取以下几种技术措施:合理设计钢支撑活络端的活动量, 在基坑开挖前即进行支撑预拼装, 其活络端的理论活动量控制在20~36cm之间。配件设计要求实用合理, 钢楔应设计得简单实用、安装方便, 其布置的长度尺寸在满足受力要求的基础上, 能够适合活络端活动量在l5~36cm之间各种尺寸的长度要求。托架安装提前安排, 支撑附加式承托架的焊接可以提前安排在土方开挖尚未完成, 但支撑与连续墙的支撑点位置已开挖结束时进行。钢支撑吊装的方法, 钢支撑吊放安装时可采用钢扁担两点吊放法, 即先安装一端就位, 再安装另一端, 这样可避免上面一道或几道钢支撑的影响, 速度大大加快, 一次性成功率得到很大的提高。

⑵架设质量要高。为提高钢支撑架设的质量, 可采取以下几种措施:支撑架设前, 充分准备好支撑材料, 在地面进行钢支撑的预拼装。钢支撑安装就位后, 要求支撑位置 (平面与高程) 误差不大于15mm, 支撑就位校正后, 用千斤顶将支撑稍微顶紧, 安放钢楔, 钢楔要求两面刨光, 且安放位置要保证与支撑轴线重合, 并确保钢楔为面接触而非点接触, 以便更好地传力和防止应力集中。施加支撑预应力阶段, 顶紧活络头的两台千斤顶、油泵站、压力表 (经标定) 应有专人负责操作和日常维修, 确保两台千斤顶同步正常运行, 避免产生钢支撑偏心受压发生事故。

4.2 内支撑体系的拆除

支撑体系拆除的过程其实就是支撑的“倒换”过程, 即把由钢管横支撑所承受的侧土压力转至永久支护结构或其他临时支护结构。支撑体系的拆除施工应特别注意以下两点:

⑴拆除时应避免瞬间预加应力释放过大而导致结构局部变形、开裂。

⑵利用主体结构换撑时, 主体结构的楼板或底板混凝土强度应达到设计强度的80%以上。

4.3 支撑的设置需要注意的问题

⑴设置支撑是减少桩的位移和内力的很有效的措施;

⑵首道支撑位置适当下移, 可以有效地减小桩的位移和内力峰值;

⑶增加支撑的道数能有效地降低桩的内力和位移峰值, 但支撑道数过多, 会影响基坑开挖进度, 增加支护成本。支撑道数应根据工程实际情况, 经过方案经济技术比较分析确定;

⑷支撑刚度达到某一值以后, 支撑刚度对桩的内力和位移无明显影响。支撑刚度主要取决于其截面尺寸。因此在支撑系统设计时, 应尽量避免支撑截面尺寸越大越好的错误思想;

⑸支撑预应力能有效地减小桩身向基坑中的位移, 但会使桩的内力明显地增加, 所以支撑预应力应适当, 避免支撑预应力过大而引起支护桩被破坏。

5 钢支撑应用前景

钢支撑自重轻, 装拆方便且迅速, 可减少围护墙由于无支撑时间长、土体蠕变而增大变形, 减少时间效应;可施加预压力, 且能根据围护墙变形的发展及时调整预压力值, 以控制其变形;钢支撑是工具式结构, 可多次重复使用;钢管内支撑施工质量较易控制, 不受地层限制, 适用于各种地质条件下的基坑工程。由于钢支撑同混凝土相比具有明显的优越性, 使得其在基坑支护结构中越来越被广泛采用。●

参考文献

[1]陈忠汉.《深基坑工程》第二版机械工业出版社

[2]崔自治.深基坑支撑效应.宁夏大学学报 (自然科学版) , Vol27No.1Mar2006

[3]赵志缙, 应惠清.简析深基坑工程设计施工手册[M].北京:中国建筑工业出版社, 1998

[4]张在明.南京地铁车站深基坑稳定性分析和钢支撑移换技术[J].铁道建筑技术, 2004 (2)

[5]陆培毅, 刘畅, 顾晓鲁.深基坑支护结构支撑系统简化空间分析方法的研究[J].岩土工程学报, 2002, 24 (4) :27-29

[6]赵志缙.高层建筑基础施工 (第二版) [M].北京:中国建筑工业出版社, 1994.76-81

支撑支护 篇9

关键词：斜支撑,膨胀性粘土,基坑支护

0 引言

成都东郊膨胀性粘土中含有大量的蒙脱石—伊利石混合型亲水性矿物, 该区域内的膨胀性粘土具有较明显的遇水膨胀、失水收缩的特性。由于膨胀性粘土在含水量不同的情况下, 其岩土力学特性差异极大, 使得该区域基坑支护设计中的膨胀性粘土参数 (尤其是粘聚力c和内摩擦角φ) 的取值一直存在着较大的争议。东郊存在大量的复杂老旧的市政管网, 在基坑周边难免会出现不明渗水点, 若按膨胀性粘土天然含水率下的力学参数进行计算, 则容易给基坑安全造成严重隐患;若按照膨胀性粘土饱水状态下的力学参数进行计算, 则易造成基坑支护结构过强, 造价过高, 由于基坑支护工程属于临时性、辅助性工程, 这无疑将给建设单位增加不必要的投入。正是由于设计上的不确定性, 使得该区域基坑支护一直是成都地区基坑支护较易出问题的区域。一直以来, 很多学者都尝试着找到一种经济且安全的基坑体系作为该区域基坑支护推广的方法。成都航天通信设备有限责任公司东调搬迁改造项目基坑支护工程, 采用支护桩+斜支撑的基坑支护方式, 利用“强撑”+“弱桩”的思路, 有效的、经济合理的解决了基坑支护中的难点问题。

1 工程概况

工程位于成都市成华区龙潭工业园内, 焊研科技与三方电器以北, 光明乳业与攀钢集团之间。距东三环路约2 km, 交通方便。场地地层主要为杂填土, 厚度0.80 m~1.30 m;膨胀性粘土4.60 m~7.90 m;全风化泥岩5.00 m~6.50 m;强风化泥岩1.50 m~2.40 m;中风化泥岩。地貌单元属于岷江三级阶地, 膨胀性粘土的自由膨胀率较大。基坑深度为11.00 m。场地东侧、西侧为已建厂区道路;北侧距离基坑开挖线9.00 m, 为已建1层厂房;南侧距离基坑开挖线1.45 m, 为已建的4层科研用房。

2 支护方案的选择

该工程基坑深度达11.00 m, 属深基坑。基坑的北侧、东侧、和西侧或为厂区道路或已建建筑离基坑较远, 对基坑变形控制要求不高, 拟采用排桩支护结构形式, 考虑到膨胀性粘土中锚索杆件的抗拔值受土体含水量的影响很大, 效果较差, 故拟采用双排桩支护结构来替代锚拉桩支护结构:桩径1.20 m, 前排桩桩间距2.00 m, 后排桩桩间距4.00 m, 前排桩之间, 后排桩之间分别通过冠梁相连, 前、后排桩之间通过连梁相连。基坑南侧距离已建建筑仅1.45 m, 该侧基坑支护为整个基坑支护的重点和难点。受施工作业面的限制, 该侧支护桩仅能选1.20 m的单排桩。为控制基坑变形, 在该侧设置桩桩相连的单排桩, 桩身设置两道腰梁, 并设置38根斜支撑。

平面布置见图1。

3 计算步骤

基坑东侧、北侧、西侧双排桩的计算过程不是本文讨论的重点, 研究此方面的文章也较多, 在此不再赘述。现就斜支撑+单排桩的计算步骤详述如下:

1) 计算模型的建立。

已建建筑的基础埋深约为2.50 m, 为控制基坑变形, 在2.50 m, 5.00 m处各设置1道斜支撑, 其计算模型如图2所示。

2) 计算步骤。

a.旋挖桩的计算。

Ks=3.248>1.250, 满足规范要求。

Ks=3.899>1.250, 满足规范要求。

Ks=2.940>1.250, 满足规范要求。

Ks=3.503>1.250, 满足规范要求。

Ks=2.184>1.250, 满足规范要求。

安全系数最小的工况号:工况5 (见图3) 。

最小安全Ks=2.184>1.250, 满足规范要求。

计算结果见表1, 表2, 整体稳定性验算简图见图4。

b.斜支撑腰梁的计算。

计算简图见图5。

计算结果见图6~图9。

c.斜撑对腰梁局部受压验算。

d.斜撑对腰梁受冲切验算。

e.基桩抗水平力验算。

桩配筋20根直径25钢筋, 钢筋总面积:

桩截面积Ap=0.25×3.14×1 000×1 000=785 000;

配筋率n=As/Ap=1.25%>0.65%, 则单桩水平承载力特征值:

4 结语

斜支撑由于自身的刚度大, 变形小, 将其与排桩相结合, 可大大减小排桩支护的嵌固端, 从而减少基坑支护的工作量, 达到保证安全的情况下, 降低基坑造价的目的。在成都东郊膨胀性粘土地区, 由于地下水会大大降低膨胀性粘土的粘聚力c和内摩擦角φ值, 使得锚索在该区域实际的使用效果很差, 斜支撑以其自身的特点, 可以可靠的给排桩提供一个有效的支点, 减少桩顶变形量, 在该区域的基坑支护中有着很大的适用性。

参考文献

[1]JGJ 120-2012, 建筑基坑支护技术规程[S].

[2]DB 51/T5026-2001, 成都地区建筑地基基础设计规范[S].