基坑内支撑支护技术2.pptx

制 作 人 周 勇 4 1 4 1 概述概述 围护结构结合内支撑系统 围护结构结合锚杆 作用在围护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层锚杆平衡 内支撑可以直接平衡两端围护墙上所受的侧压力 构造简 单 受力明确 锚杆设置在围护墙的外侧 为挖土 结构施工 创造了空间 有利于提高施工效率 深基坑支护结构最常采用的两种形式 一 内撑式支护结构的含义 内撑式支护结构由于其受力特点 往往又称为内撑式 围护结构 内撑式支护结构的含义可用 外护内支 四个字表述 用围护构件对外挡住边坡 土体 防止地下水渗漏 外护 利用内支撑系统为围护构件 的稳定提供足够的支撑力 内支 二 內撑式支护结构的优缺点 1 施工质量较易控制 2 充分发挥材料在性质上的优点 达到经济的目的 3 尤其适合于在软土地基中采用 4 在一定的条件下具备缩短工期的潜力 1 内撑式支护结构的主要优点 1 形成内撑并令其具备必要的强度 需占用一定的工期 2 内支撑的存在有时对大规模机械化开挖不利 3 四周围护后当开挖深度大时机械进出基坑不甚方便 2 内撑式支护结构的缺点和局限性 三 内撑式支护结构的应用范围 从地质条件上看 这种型式可适用于各种地质条件下的基坑 工程 而最能发挥其优越性的是软弱地基中的基坑工程 从开挖深度上看 这种围护型式适用的基坑深度不受限制 从基坑的平面尺寸来看 这种围护型式适用于平面尺寸不太 大的基坑 从围护的平面布置来看 内撑式一般适用于周围围护或对边 围护 4 2内支撑支护结构的组成 内撑式支护结构 竖向围护结构体系 内支撑体系 止水帷幕 有时包括 一 竖向围护构件的种类 1 板桩式围护构件 2 排桩式围护构件 3 地下连续墙 4 组合型竖向围护结构 包括钢板桩 钢筋混凝土板桩 木板桩等 包括钢板桩 钢筋混凝土板桩 木板桩等 不仅用作竖向围护结构 还兼作永久结构 采用不同材料或同一材料但在平 面布置上形成空间结构 二 内撑式体系的构成 基本构件 围檩 水平支撑 钢立柱和立柱桩 内支撑系统示意图 钢结构支撑 优点 自重轻 安装和 拆除方便 施工 速度快 可以重 复 安装后能立 即发挥支撑作 用 缺点 不适用于钢支撑 的节点构造和安 装相对复杂的情 形 钢管内支撑实景 现浇混凝土支撑 优点 刚度大 整 体性好 灵活的布 置方式 施工质量 相对容易得到保证 使用面较广 缺点 制作和养护 时间长 不能立即 发挥支撑作用 施 工周期相对较长 爆破拆除对周围环 境有一定的影响 清理工作量也很 大 钢管内支撑实景 4 3内支撑支护结构的设计原则 一 围护系统 竖向围护结构竖向围护结构是内撑式结构中的最重要部分之一 同时它占整个围护结构工程量的比例较大 因此设 计时必须掌握以下要点 要要掌握正确 详尽的设计资料 要要进行可行性研究和多方案比较 要要进行全面的计算 验算 要要绘制精细的施工图 要要提出切实可靠的施工要求和监测提纲 1 设计资料及依据 1 工程地质和水文地质资料 2 基坑周边的建筑 道路 地下管网等的准确资料 3 原主体结构地下室及基础施工图 4 基坑施工机具及施工工艺 5 当地政府主管部门对该地区基坑设计 施工的有关管理 规定和指令性文件 6 当地现有的有关基坑设计 施工经验和各种围护桩的参 考价格 在具备上述资料后可进行围护构件的设计 在具备上述资料后可进行围护构件的设计 2 基坑竖向围护结构方案的可行性研究与比较 可行性研究 可行性研究 竖向围护构件方案内容 桩型 平面布置 桩的断面 间 距 桩长 桩顶标高 支撑系统断面及标高 初定施工顺 序 比较比较 选择几种控制性的工况进行初步计算 通过计算来证明结 构方案的可靠性 同时要考虑一套施工工艺及所需的机具 在后阶段对几种方案进行初步估算 从经济角度比较方案 的优劣 然后按照一定程序论证 确定围护结构的方案 3 竖向围护构件的断面及长度设计 决定竖向围护 构件的断面长 度因素 1 基坑开挖深度 2 工程地质和水文地质条件 3 工程桩施工情况 4 围护桩的类型及内支撑点位置 5 基坑开挖施工工艺 1 保证基坑底的稳定性 保证支护结构不会发生踢脚 破坏和基坑底面土体 隆起 2 保证基坑不会发生渗流造成的破坏 周围环境出现 的位移在控制范围内 3 保证基坑不会发生整体滑动失稳 竖向围护构件的长度能满足以下基本要求 4 竖向围护构件设计图纸 1 竖向围护结构的平面布置图 图纸中要正确反映出 主体结构轴线 地下室结构平面轮廓线 基础平面以及与基坑围护结构放样有关的地下结构物 管沟 等的尺寸及标高 相关尺寸均以主体轴线为基准 2 围护构件的施工大样图 图中要表示出构件断面 长度 标高 配筋等 重要部位的 节点详图及与水平支撑相联的节点详图以及预留筋 预埋件 等 3 设计说明及注意事项 图纸中必须表达出以下基本内容 二 水平支撑系统 1 支撑系统的设计要点及注意事项 支撑设计应包括以下内容和要求 1 支撑体系型式 支撑布置应尽可能简单 支撑的杆件应尽可能少 2 支撑材料的选择 设计选用的材料必须强度高 稳定性好 3 支撑结构的内力计算和变形验算 计算假定要符合工程实际条件和 施工具体情况 4 支撑构件的强度和稳定性验算 5 支撑构件的节点设计节点设计应当方便施工 安全可靠 6 支撑在施工中的替换与拆除方案设计 7 支撑设计施工图及说明要强调对施工的要求 8 支撑体系在施工阶段的监测和控制要求 内支撑布置时一般应注意以下几点要求 1 水平支撑的层数根据基坑开挖深度 地质条件 地下室层数 标高 等条件结合选用的围护构件和支撑系统酌情决定 另外还应满足围护结构 的变形控制要求 以控制对周围环境的影响 2 设置的各层支撑标高以不妨碍主体工程地下结构各层构件的施工为 标准 一般情况下 支撑构件底与主体结构面之间的净距不宜小于500mm 或与施工单位配合商定 3 各层支撑的走向应尽量一致 即上 下层水平支撑轴线在投影上应 尽量接近 并力求避开主体结构的柱 墙位置 4 支撑形成的水平净空以大为好 方便施工 5 立柱布置在纵横向支撑的交点处或桁架式支撑的节点位置上 并力 求避开主体工程梁 柱及结构墙的位置 立柱的间距尽量拉大 但必须保 证水平支撑的稳定且足以承担水平支撑传来的竖向荷载 立柱下端应支承 在较好的土层中 2 水平支撑系统平面布置原则 目前常用的内支撑布置形式如下图 目前常用的内支撑布置形式如下图 对于实际工程 通常根据具体情况下可采用如下方式 1 长条形基坑工程中 可设置以短边方向的对撑体系 两端可设 置水平角撑体系 2 当基坑周边紧邻保护要求较高建 构 筑物 地铁车站或隧 道 对基坑工程的变形控制要求较为严格时 或者基坑面积较 小 两个方向的平面尺寸大致时 或者基坑形状不规则 其他形 式的支撑布置有较大难度时 宜采用相互正交的对撑布置方式 3 当基坑面积较大 平面形状不规则时 同时在支撑平面中需要 留设较大作业空间时 宜采用角部设置角撑 长边设置沿短边方 向的对撑结合边桁架的支撑体系 4 基坑平面为规则的方形 圆形或者平面虽不规则但基坑两个方向 的平面尺寸大致相等 或者是为了完全避让塔楼框架柱 剪力墙等竖 向结构以方便施工 加快塔楼施工工期 尤其是当塔楼竖向结构采用 劲性构件时 临时支撑平面应错开塔楼竖向结构 以利于塔楼竖向结 构的施工 可采用单圆环形支撑甚至多圆环形支撑布置方式 5 基坑平面有向坑内折角 阳角 时 阳角处的内力比较复杂 是 应力集中的部分 稍有疏忽 最容易在该部分出现问题 6 支撑结构与主体地下结构的施工期通常是错开的 为了不影响主 体地下结构的施工 支撑系统平面布置时 支撑轴线应尽量避开主体 工程的柱网轴线 同时 避免出现整根支撑位于结构剪力墙之上的情 况 其目的是减小支撑体系对主体结构施工时的影响 7 支撑杆件相邻水平距离首先应确保支撑系统整体变形和支撑构件 承载力在要求范围之内 其次应满足土方工程的施工要求 3 水平支撑系统竖向布置原则 2 上 下各层水平支撑的轴线应尽量布置在同一竖向平面内 主要目的 是为了便于基坑土方的开挖 同时也能保证各层水平支撑共用竖向支撑立 柱系统 3 各层水平支撑与围檩的轴线标高应在同一平面上 且设定的各层水平 支撑的标高不得妨碍主体工程施工 4 首道水平支撑和围檩的布置宜尽量与围护墙结构的顶圈梁相结合 在 环境条件容许时 可尽量降低首道支撑标高 基坑设置多道支撑时 最下 道支撑的布置在不影响主体结构施工和土方开挖条件下 宜尽量降低 当 基础底板的厚度较大 且征得主体结构设计认可时 也可将最下道支撑留 置在主体基础底板内 1 在竖向平面内 水平支撑的层数应根据基坑开挖深度 土方工程施工 围护结构类型及工程经验 有围护结构的计算工况确定 三 竖向斜撑 作用 将围护墙所受的水平力 通过斜撑传到基坑中部 先浇筑好的斜撑基础 上 施工流程 围护墙完成后 先对基 坑中部的土方采用放坡 开挖 其后完成中部的 斜撑基础 并安装斜撑 在斜撑的支挡作用下 再挖除基坑周边留下 的土坡 并完成基坑周 边的主体结构 1 斜支撑 2 角撑 3 锁口梁 4 围檩 图4 5 斜支撑布置示意图 四 支撑节点构造 图4 6 钢支撑结构图 1 钢支撑的长度拼接 钢结构支撑构件的拼接应满足截面等强度的要求 常用的 连接方式有焊接和螺栓连接 螺栓连接施工方便但整体性不 如焊接 为减少节点变形 宜采用高强螺栓 构件在基坑内 的接长 由于焊接条件差 焊缝质量不易保证 通常采用螺 栓连接 钢腰梁在基坑内的拼接点由于受操作条件限制不易做好 尤其在靠围护墙一侧的翼缘连接板较难施工 影响整体性 能 设计时应将接头设置在截面弯矩较小的部位 并 应尽可能加大坑内安装段的长度 以减少安装节点的数 量 2 两个方向的钢支撑连接节点 图4 7 1 双向钢管支撑连接节点示意图 图4 7 2 双向型钢支撑连接节点示意图 3 钢支撑端部预应力活络头构造 钢支撑的端部 考虑预应力施 加的需要 一般 均设置为活络端 待预应力施加 完毕后固定活络 端 且一般配 与琵琶撑 目 前投入基坑工程 使用的活络端为 楔形活络端 图4 8 楔形活络端 4 钢支撑与钢腰梁斜交处抗剪连接节点 由于围护墙表面通常不十分平整 尤其是钻孔灌注 桩墙体 为使钢围檩与围护墙接合得紧密 防止钢围檩截面 产生扭曲 在钢围檩与围护墙之间采用细石混凝土填 实 如二者之间缝宽较大时 为了防止所填充的混凝土脱落 缝内宜放置钢筋网 当支撑与围檩斜交时 为传递沿围檩方向的水平分力 在围檩与围护墙之间需设置剪力传递装置 对于地下连续墙可通过预埋钢板 对于钻孔灌注桩 可通过钢围檩的抗剪焊接件连接 5 支撑与混凝土腰梁斜交处抗剪连接节点 图4 9 钢支撑与腰梁及柱斜交时连接 4 4 水平支撑的计算方法 一 内支撑系统计算内容 内支撑结构计算主要包括以下几个方面内容 1 确定荷载种类 方向及大小 2 计算模型和计算假定 3 采用合理的计算方法 4 计算结果的分析判断和取用 二 水平支撑系统计算方法 计算方法大致分为三种 第一种是简化计算方法 它将支撑体系与竖向围护结构各自 分离计算 压顶梁和腰梁作为承受由竖向围护构件传来的水 平力的连续梁或闭合框架 支撑与压顶梁 腰梁相联的节点 即为其不动支座 第二种是平面整体分析 它将支撑体系作为一个整体 传至环梁的 力作为分布荷载 整个平面体系设若干支座 借助计算机软件进行分 析 可同时得出支撑系统的内力与变形解答 第三种为空间整体分析 它即将所有支撑杆件 压顶梁 腰梁 立柱 与竖向围护构件视为一个协同工作的整体结构 有条件时 可以采用二种以上的方法进行计算 以资对比互校 最后通过分析 判断 选取较合适的计算成果作为支撑结构断面 节点的设计依据 现阶段绝大部分内支撑系统均采用相对简便的平面计算模型进行分析 当采用平面 计算模型进行分析时 水平支撑计算应分别进行水平力作用和竖向力作用下的计算 1 水平力作用下的水平支撑计算方法 1 支撑平面有限元计算方法 图4 10 平面竖向弹性地基梁法计算简图 采用平面竖向弹。