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基坑内支撑系统如何设计?

250 2020-07-06 13:12:47

自二十一世纪以来,在用地愈发紧张的密集城市中心,结合城市建设和改造开发大型地下空间已成为一种必然,如高层建筑多层地下室、地下铁道及地下车站、地下道路、地下停车库、地下街道、地下商场、地下仓库、地下人防以及多种地下民用和工业设施等。这些地下空间开发规模越来越大,基坑支护的深度也越来越深,这些深大基坑通常都位于密集的城市中心,常常紧邻建筑物、交通干线、地铁隧道及各种地下管线,施工场地紧张、施工条件复杂、工期紧迫。所有这些导致基坑工程的设计和施工的难度越来越大。


建筑基坑支护技术规程JGJ120-2012》中对内支撑的定义为设置在基坑内的由钢筋混凝土或钢构件组成的用以支撑挡土构件的结构部件。支撑构件采用钢材、混凝土时,分别称为钢支撑、混凝土内支撑。


1、内支撑系统的组成

支护桩(墙)、围檩、水平支撑、钢立柱、立柱桩。

内支撑系统的组成_支护桩(墙)、围檩、水平支撑、钢立柱、立柱桩

内支撑系统的组成


2、支撑的结构型式

①钢支撑

优点:自重轻、安装和拆除方便、施工速度快、可以重复利用(环保、绿色)。且安装后能立即发挥支撑作用,减少由于时间效应而增加的基坑位移是十分有效的。

缺点:节点构造和安装相对比较复杂,施工质量和水平要求较高。适用于对撑、角撑等平面形状简单的基坑。


②钢筋混凝土支撑

优点:刚度大,整体性好,布置灵活,适应于不同形状的基坑,而且不会因节点松动而引起基坑位移,施工质量容易得到保证。

缺点:现场制作和养护时间较长,拆除工程量大,支撑材料不能重复利用。


③钢支撑与钢筋混凝土支撑的组合

支撑的结构类型_优点_缺点

3、支撑结构体系的布置

内支撑结构可采用水平支撑体系或竖向斜撑体系。水平支撑体系通常由围檩、水平支撑和立柱三部分组成;竖向斜撑体系通常由围檩、斜撑和斜撑基础等构件组成。

①内支撑的结构选型与布置应综合考虑基坑形状、开挖深度、周围环境及施工顺序等因素,并尽可能对称、均匀布置。水平支撑可采用由对撑、角撑、圆环撑、边桁架及连系杆件等结构型式组成的平面结构。

②支撑杆件宜避开主体地下结构的墙、柱等竖向构件。不应妨碍地下室主体结构施工。

③水平支撑应在同一平面内形成整体,上、下各道支撑杆件的中心线宜布置在同一竖向平面内。

④水平支撑的立柱宜尽量设置在支撑的节点处。支撑的平面布置应有利于利用工程桩作为支撑立柱。

⑤支撑的平面布置应尽量便于土方开挖。

⑥对于大型深基坑,支撑的平面布置应有利于主体结构分区分片施工,有利于基坑中主楼的施工。

⑦支撑杆件相邻水平距离应确保支撑系统整体变形和支撑构件承载力在要求范围内,即支撑的平面布置应有利于支撑杆件的设计。当支撑系统采用钢砼围檩时,间隔一般为8.0~10.0m。当采用钢围檩时,支撑点间距不宜大于4m;当相邻支撑之间的水平距离较大时,应在支撑端部两侧与围檩之间设置八字撑,八字撑宜左右对称,与围檩的夹角不宜大于60度。

⑧基坑平面设计应尽量避免出现阳角,当不可避免时,应作加强设计。

⑨水平支撑整体或单独受力单元宜必须与围檩共同组成几何不变体系,优先采用超静定体系。为防止一个方向支撑的位移致使另一个方向支撑失稳,宜采用基坑长边短向对顶撑与角撑分别受力的结构形式,或如加强围檩式、格构式及加强角撑式结构。采用纵横对顶式支撑时宜应加设一定数量的斜杆,增加支撑平面内抗变形剪和抗压曲变形能力。按刚结点设计的结点,应采取有效措施保证结点的连结刚度。

4、水平支撑的竖向设置

竖向设置应综合考虑支护桩(墙)受力、土方开挖和主体结构施工等因素。基坑竖向支撑的数量主要受岩土层的地条件、环境保护要求等的影响。

①在竖向平面内,水平支撑的层数应根据基坑开挖深度、土方开挖、围护结构类型及工程经验,由围护结构的计算工况确定;

②支撑的标高设置应有利于控制支护桩(墙)的内力与变形;

③上下各层水平支撑的轴线应尽量布置在同一竖向平面内,相邻各道水平支撑之间的净距以及支撑与基底之间的净距不宜小于3米;

④支撑与其下在拆撑前需要施工的底板或楼板净距不宜小于500mm;考虑到防水施工、钢筋的连接等,与其下需要施工的地下室外墙的净距不小于1200mm。且应满足墙、柱竖向结构构件的插筋与外墙止水钢板高度要求。

⑤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。在环境条件允许时,可尽量降低首道水平支撑。当设置多层水平支撑时,最下一层支撑的标高在不影响基础底板施工的前提下,应尽可能降低。