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内支撑体系选型和布置

318 2021-09-08 09:09:24

内支撑体系的选型和布置应根据下列因素综合考虑确定;

(1)基坑平面的形状、尺寸和开挖深度;

(2)基坑周围环境保护和临近地下工程的施工情况;

(3)场地的工程地质和水文地质条件;

(4)主体工程地下结构的布置,土方工程和地下结构工程的施工顺序和施工方法;

(5)地区工程经验和材料供应情况。

一般情况下支撑结构的形式有平面支撑体系和竖向斜撑体系。平面支撑体系由腰梁 (或围檩)、水平支撑和立柱组成。平面支撑体系可以直接平衡支撑两端围护墙上所受到的部分侧压力,目构造简单。 受力明确,适用范围较广。但当构件长度较大时,应考虑弹性压缩对基坑位移的影响。此外,当基坑两侧的水平作用力相差悬殊时,围护墙的位移会通过水平支撑而相互影响,此时应调整支护结构的计算模型。水平支撑可用对撑或对撑桁架,斜角撑或斜撑桁架,边桁架及八字撑等形式组成的平面结构体系,如图 4-1 所示。平面支撑体系整体性好,水平力传递可靠,平面刚度较大,适合于大小深浅不同的各种基坑。

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竖向斜撑体系的作用是将围护墙上侧压力通过斜撑传到基坑开挖面以下的地基上。竖向斜撑体系由竖向斜撑、腰梁 (或围檩)和斜撑基础以及水平连系杆及立柱等构件组成,如图 4-2。竖向斜支撑要求土方采取"盆式"开挖,即先开挖基坑中部土方,沿四周围护墙边预留土坡(即放坡开控),待斜撑安装后挖除四周土坡。对于平面尺寸较大、形状不很规则,但深度较浅的基坑采用竖向斜撑体系施工比较简单。也可节省支撑材料。但是墙体位移受到坑内土坡变形、斜撑的弹性压缩以及斜撑基础变形等多种因素的影响。为此土方施工和支撑安装必须保证其对称性。

一、平面支撑体系 

1.平面布置.

支撑布置要注意不妨碍主体工程施工,通常支撑轴线平面i位置应避开主体工程的柱网轴线。相邻支撑之间的水平距离不宜小于 4m,当采用机械挖土时不宜小于 8m。各层支撑端部与围护墙之间一般都应设置腰梁。 当为地下连续墙时,如果在每个槽段的墙体上有不少于两个支撑点,可用设置在墙体内的暗梁代替腰梁。

(1)钢结构支撑平面布置

因为钢腰梁和围护墙之间的水平 力传递性能较差,不宜采用余角撑或斜撑桁架为主体的体系,一般情况下应优先采用相互正交、均匀布置的对撑或对撑桁架体系。后者可以为北方开挖留出较大的作业空间。对于宽度不大的长条形基坑,可以采用单向布置的对支撑体系,水平支撑体系可参见图 4-3和图 4-4。

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当相邻支撑之间水平距离较人时,为减少腰梁的计算跨度,可在支撑端部设置八字撑,八字撑应左右对称,长度不宜大于 9m,与腰梁夹角以 60°为宜。沿腰梁长度方向上的支撑点(包括八字撑)间距不宜大于 4m,以减少腰梁的截面尺寸。

(2)混凝土支撑平面布置

混凝-上支撑除可以采用钢支撑的布置方式外,根据具体情况还可以采取以下布置方式;①平面形状比较复杂的基坑可采用边析架和对撑或斜角撑组成的平面支撑体系。边桁架可以加强支撑体系的整体刚度。 提高腰梁的水平抗变能力,布置在基坑形状复杂的区段,可方便支撑布置。边桁架的矢高不宜大于 12m,在其两端支座处应设置对撑或斜角撑加强。

②在基坑平面中需要留设较大作业 空间时,可采用边桁架和对称桁架或斜撑桁架组成的平面支撑体系;对于规则的方形基坑可采用布置在基坑四角的斜撑格架所组成的平面支撑体系。在布置对撑桁架或斜撑桁架时,要注意避免使支撑两端受到相差悬殊的侧压力。因为在这种情况下,支护结构容易产生不个对称的变形,导致部分构件或局部节点受到事前没有估计到的内力和变形而提前破坏。

2.竖向布置

在基坑垂直平面内。根据需要可以设置--道或多道支撑。 具体数量应根据开挖深度、 地质条件和环境保护要求等因素由计算确定。在地下水位较高的软土地区,基坑深度小于 8m时,可设置 1 道支撑;基坑深度为 10~16m 时,可设置 2~4 道竖向支撑。

支护结构水平支撑数量可参考表 4-2。

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当有多道支撑时,上、下各层水平支撑轴线应尽量布置在同一竖向平面内,竖向相邻支撑的净距离不能小于 3m,采用机械挖土时不能小-于 4m。

为了不妨碍主体工程结构施工支撑顶面与地下室楼盖梁底面或楼板底面之间的净距离不宜小了∶300mm,当支撑和腰梁位 于地下室竖向承重构件(如柱子或混凝土墙)的垂直平面时,支撑底面与地下室底板顶面之间的净距离不应小于 600mm。

一般情况下应利用围护墙的顶圈梁作为第一道支撑的腰梁。当第j道支撑标高低干墙预圈梁时,应另设腰梁,但在软土地区不宜低于自然地面以下 3m,在其它地区也不宜超过 4m。此时应考虑支撑设置前围护墙所产生的初始位移对支护结构各个计算工况的景响。在不影响地 下室底板施工的情况下,最下面一道支撑的标高应尽可能降低,以改善支护结构的受力性能。

各层水平支撑通过立柱形成空间结构,加强了水平支撑的刚度,对控制支护结构的位移起有效作用。伯 立柱的下沉或由于坑底十回弹而上抬,以及相邻立柱间的差异近降等因素,而导致水平支撑产生次应力,同时削弱支护结构的刚度,因此立柱应有足够的埋入深度。通常应尽可能结合主体结构的工程桩设置,并与工程桩整体连接,一次沉桩。

立柱应布置在纵横向支撑的交点处或桁架式支撑的节点位置上,并要避开主体工程梁、柱及混凝土承重墙的位置。立柱的间距应根据支撑构件的稳定要求和竖向荷载的大小确定,一般情况下不宜小于 15m,立柱下端应支撑在较好的土层上,开控面以下的埋入长度应满足支撑结构对立柱承载力和变形的要求。

二、竖向斜撑体系

竖向斜撑体系通常应由斜撑、腰梁和斜撑基础等构件组成。如图 4-2。斜撑宜采用型钢或组合型钢截面。

斜撑坡度应与土坡的稳定边坡一致,斜撑与基坑底面之间的夹角一般不宜大于 35°,在地下水位较高的软土地区不宜大于 26°。为防止开挖面以下墙前土体被动抗力受到斜撑基础上水平作用力的影响而降低,斜撑基础边缘与围护墙内侧之间距离不小于墙体在开挖面以 下埋入深度的1.5倍(如图 4-2)。

在不影响主体结构施工的前提下,斜撑应尽可能沿腰梁长度方向均匀对称布置,水平方向的间距不官大于 6mn。在基坑的角部可辅以布置水平支撑。当斜撑长度超过15m 时,应在斜撑中部设置立柱,并在立柱 与斜撑的节点上设置纵向连系杆。

斜撑与腰梁、斜撑与基础以及腰梁与围护墙之间的连接应满足斜撑水平分力和垂直分力的传递要求。

三、混合支撑体系

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利用前述两种基本支撑体系,可以演变成其它支撑形式。如"中心岛"方案,类似竖向斜撑方案,先在基坑中部放坡挖土,施工中部主体结构,然后利用完成的主体结构安装水平支撑或斜撑,再挖除四周留下的土坡。在特殊情况下,同一个基坑里也可同时布置两种支撑形式,如图 4-5。

"中心岛"方案可以充分利用主体工程,加强基坑围护结构的整体刚度,尤其对大型基坑才使支樘布置和施,节省支撑材料。