CN103334439A - 矩形深基坑大跨度钢筋混凝土内支撑结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

一种矩形深基坑大跨度钢筋混凝土内支撑结构，包括基坑边护壁挡土结构、带钢构支撑柱的内支撑立体支护结构和冠梁，所述内支撑立体支护结构有多层，每一层均包括基坑角部结构、基坑中部对称对撑结构和纵梁；所述基坑中部对称对撑结构包括横梁以及位于横梁两端的两小斜撑，纵梁是基坑中部平行于基坑长边的梁，钢构支撑柱是直达基坑底部以下、底部为灌注混凝土锚固，在基坑中部纵梁、横梁和钢构支撑柱三者相交处有环梁。在内支撑立体支护结构与基坑边护壁挡土结构中部连接处还有支撑腰梁，内支撑立体支护结构的横梁、纵梁、环梁和腰梁是钢筋混凝土或组合式大型钢架结构。本发明内支撑结构设计简单、直观，施工方便，支撑跨度大，支护效果显著。

Description

矩形深基坑大跨度钢筋混凝土内支撑结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及一种基坑综合支护技术，特别是周边场地狭小、软土地基的大型深基坑综合支护技术。

背景技术

随着经济迅速发展，建筑高度不断增加，工程对基础埋深与空间利用率的要求也随之提高；而且会遇到地下室埋深大于20米；淤泥质深基坑；周边邻近建筑物、地下管线、道路等问题。原有的土钉支护、锚杆或喷锚支护、钢板柱支护甚至地下连续墙等单一的支护形式已经越来越不能适应施工的需求了，难以到达基坑内水平、竖向双向受力平衡。

授权公告号为CN202718129U、发明名称为“深大基坑底座角撑支护结构”的实用新型专利公开了一种“包括围囹，围囹的四个边角分别设有多个角撑，围囹中相邻边角的角撑之间设置与角撑交接的横梁，角撑之间以及横梁与围囹之间设置连杆，角撑、连杆、横梁和围囹连接形成桁架结构。”的深大基坑底座角撑支护结构，以解决现有角撑与围囹连接处刚度不足的问题，而且可以单独拆除，便能在安全经济的基础上，使施工赢得时间和空间。 但该支护结构也仅仅解决了四边的支撑问题，对于面积较大、基坑深度深的“深大基坑”中部的支撑没有，还不能满足施工需要；也未解决基坑内水平、竖向双向受力平衡的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种矩形深基坑大跨度钢筋混凝土内支撑结构，解决现有技术中在深基坑支护中的支护形式单一，难以到达基坑内水平、竖向双向受力平衡的问题。同时，本发明还公开了制作“矩形深基坑大跨度钢筋混凝土内支撑结构”的施工方法。

解决上述问题的技术方案是：一种矩形深基坑大跨度钢筋混凝土内支撑结构，包括基坑边护壁挡土结构、包括钢构支撑柱的内支撑立体支护结构和冠梁，所述冠梁为内支撑立体支护结构与基坑边护壁挡土结构顶部连接处的圈梁，其特征在于：所述的内支撑立体支护结构有n层，每一层均包括基坑角部结构、基坑中部对称对撑结构和纵梁；所述的基坑角部结构包括位于基坑拐角处的大斜撑以及角部稳定支撑，所述基坑中部对称对撑结构包括横梁以及位于横梁两端的两小斜撑，所述的横梁为位于基坑中部平行于基坑短边的梁，横梁两端与基坑边护壁挡土结构固定连接，在横梁两端分别有对称地位于横梁两边的两小斜撑，该两小斜撑一端与横梁固定连接、另一端与基坑边护壁挡土结构固定连接；所述的纵梁是基坑中部平行于基坑长边的梁，所述的钢构支撑柱是直达基坑底部以下、柱底为灌注混凝土锚固的钢构支撑柱；在基坑中部纵梁、横梁和钢构支撑柱三者相交处有环梁，n为大于等于1小于30之间的任意整数。

其进一步技术方案是：所述的基坑角部结构的大斜撑上有三角形稳定支撑或直线式稳定支撑，所述的三角形稳定支撑顶点处于基坑边线或边线延长线所形成的0°角平分线PP与次外第二道大斜撑的交点，其两边放射端与最外一道大斜撑相交；所述直线式稳定支撑的一端处于基坑边线或边线延长线所形成的0°角平分线与次外第二道大斜撑的交点，其另一端与最外一道大斜撑相交。

所述的环梁有两种，一种是起临时加强作用的钢筋，另一种是与钢构支撑柱同时保留的增强结构,该增强结构为圆环形或环状多边形。

在内支撑立体支护结构与基坑边护壁挡土结构中部连接处还有支撑腰梁，该支撑腰梁同时与横梁以及基坑边护壁挡土结构连接。

其更进一步技术方案是：所述的内支撑立体支护结构的横梁、纵梁、环梁和腰梁均为钢筋混凝土内支撑结构。

其更进一步技术方案或是：所述的内支撑立体支护结构的横梁、纵梁、环梁和腰梁是组合式大型钢架结构或是刚度达到基坑受力要求的新型材料制作成的框架结构。

其再进一步技术方案或是：当基坑长度不大于宽度时，也可以不用纵梁。

相关的另一技术方案是：一种矩形深基坑大跨度钢筋混凝土内支撑结构的施工方法，其特征在于：其施工工序包括：

A．整体准备

首先在进行基坑边护壁挡土结构施工同时进行钢构支撑柱的施工，通过钻孔桩的方式将钢构支撑柱伸进土里，底部由混凝土灌注锚固，待底部锚固混凝土强度足够的时候，用土方回填、压实；所述基坑边护壁挡土结构是地下连续墙或可支护排桩或是钢板桩；

B．进行内支撑立体支护结构的单层施工

待护壁挡土结构强度足够的时候，便可挖土进行冠梁和第一道内支撑梁的施工；

其施工流程如下：

①土方开挖至第一道内支撑梁的梁底底面；

②测量、弹线，按权利要求1所述内支撑立体支护结构的结构方案进行该层支撑梁的定位，所述该层支撑梁包括基坑角部结构、基坑中部对称对撑结构和纵梁； 

③进行土方压实、梁底垫层施工；

④铺设塑料薄膜，防止垫层与梁底粘结；

⑤绑扎支撑梁钢筋；

⑥安装梁侧模模板；

⑦浇筑混凝土，预留拆除钢筋混凝土支撑梁的爆破孔；

⑧养护；

⑨待支撑梁强度达到0%后开挖土方；

⑩拆模；

C．按步骤B方法，进行第2层直至第n层支撑梁施工，n为大于等于1小于30之间的任意整数。

由于采用上述结构，本发明之一种矩形深基坑大跨度钢筋混凝土内支撑结构及其施工方法具有以下有益效果：

1．设计简单、直观，施工方便，将复杂的基坑支护简化为常用的钢筋混凝土施工。

2．对深、大基坑支护效果显著：深基坑因为其开挖深度大的特点，导致基坑周边土方水平侧压力也比较大，而本发明之矩形深基坑大跨度钢筋混凝土内支撑结构将基坑支护受力问题类比建筑主体受力问题；本发明之矩形深基坑大跨度钢筋混凝土内支撑结构的受力原理如下：

①内支撑承受的水平向力：土压力传到基坑边护壁挡土结构，再传到钢筋混凝土圈梁（即冠梁、腰梁），最后传递到与其连接的基坑中部对称对撑结构上，而基坑中部对称对撑结构的两端都连接在基坑边护壁挡土结构两边的钢筋混凝土圈梁上，这样就可以将两边相同大小、方向相反的土压力进行抵消，形成最佳的受力体系；②内支撑承受的竖向力：竖向力主要为支撑梁自重，是通过钢构支撑柱来传递到地基基础上；

因此，本发明之矩形深基坑大跨度钢筋混凝土内支撑结构满足了承受土方侧压力的作用，并且具有变形小的特点，确保基坑底部安全作业、边坡稳定及其周边建筑物、道路和地下管线等公共设施的安全。

3．不受地域和空间影响：对于城市建筑物密集的深基坑，基坑支护往往受到地域和空间的限制，本发明之矩形深基坑大跨度钢筋混凝土内支撑结构在施工过程中充分体现出其对地域和空间的灵活性，由于基坑中部除有由横梁5以及位于横梁5两端的两小斜撑3组成的对称对撑结构外，还有纵梁6构成纵横稳定的受力结构，基坑内的平面形成大面积无支撑的空旷，空旷面积可达到整个基坑面积的65%～75%，能够在不对周边造成影响的同时，确保基坑的稳定，并且基坑的支撑梁（包括横梁、纵梁）还可以搭设施工临时平台及过道，堆放建筑材料，为施工提供了便利。

4．支撑跨度大，加快土方挖运效率：在对于软地基的基坑，钢筋混凝土内支撑结构在整个基础平面形成了一个开阔的作业面，支撑跨度大，可以满足多台大型机械的同时作业，为土方挖运提供了便利的工作环境。

5．拥有良好经济效益。深基坑钢筋混凝土内支撑结构不仅材料便宜，而且能够有效的提高了工作效率，缩短了工期，降低了工程造价，从而获得明显的经济效益。

下面结合附图和实施例对本发明之矩形深基坑大跨度钢筋混凝土内支撑结构及其施工方法的技术特征作进一步说明。

附图说明

图1-图3：矩形深基坑大跨度钢筋混凝土内支撑结构的示意图：

图1：双层立体图（基坑角部支撑结构为三角形稳定支撑），

图2：单层平面图，

图3：4层纵截面结构的示意图；

图4：基坑角部支撑结构之一（直线式支撑）；

图5：基坑中部横梁及其对称对撑结构示意图；

图6：钢构支撑柱结构示意图；

图7-1～图7-3：环梁结构示意图：

图7-1：临时结构，

图7-2：与圆筒形钢构支撑柱同时保留的圆环形增强结构；

图7-3：与圆筒形钢构支撑柱同时保留的环状四方形增强结构。

图中：

1-大斜撑，11-最外一道大斜撑，12-第二道大斜撑；21-三角形稳定支撑，22-直线式稳定支撑；

3-小斜撑，41-钢筋环梁、421-圆环形永久环梁，422-环状四方形永久环梁，5-横梁，6-纵梁，7-基坑边护壁挡土结构，8-冠梁，9-腰梁，10-钢构支撑柱，101-钢构支撑柱底部；

DJ-地面。

具体实施方式

实施例一

一种矩形深基坑大跨度钢筋混凝土内支撑结构，如图1所示，该矩形深基坑大跨度钢筋混凝土内支撑结构包括基坑边护壁挡土结构7、包括钢构支撑柱10的内支撑立体支护结构和冠梁，所述冠梁为内支撑立体支护结构与基坑边护壁挡土结构顶部连接处的圈梁所述的内支撑立体支护结构有2层，每一层均包括基坑角部结构、基坑中部对称对撑结构和纵梁6；

所述的基坑角部结构包括位于基坑拐角处的大斜撑1，在大斜撑1上有三角形稳定支撑21，所述的三角形稳定支撑21顶点处于基坑边线或边线延长线所形成的90°角平分线与次外第二道大斜撑12的交点，其两边放射端与最外一道大斜撑11相交（参见图1、图2）。

所述基坑中部对称对撑结构包括横梁5以及位于横梁5两端的两小斜撑3，所述的横梁5为位于基坑中部平行于基坑短边的梁，横梁5两端与基坑边护壁挡土结构7固定连接，两小斜撑3分别对称地位于横梁两边，该两小斜撑3一端与横梁固定连接、另一端与基坑边护壁挡土结构固定连接（参见图1、图2、图5）；所述的纵梁6是基坑中部平行于基坑长边的梁，所述的钢构支撑柱10是直达基坑底部以下、钢构支撑柱底部为灌注混凝土锚固的钢构支撑柱；在基坑中部纵梁6、横梁5和钢构支撑柱10三者相交处有环梁4。

所述的环梁4有两种，一种是起临时加强作用的钢筋41（参见图7-1），另一种是与钢构支撑柱同时保留的增强结构；该增强结构为圆环形（参见图7-2），也可为环状四方形（参见图7-3），还可以为其他环状多边形。

在内支撑立体支护结构与基坑边护壁挡土结构中部连接处还有支撑腰梁9，该支撑腰梁9同时与横梁4以及基坑边护壁挡土结构7连接。

所述的内支撑立体支护结构的横梁、纵梁、环梁和腰梁统称为支撑梁，均为钢筋混凝土内支撑结构。

所述基坑边护壁挡土结构可以是地下连续墙、可支护排桩或是钢板桩等多种形式。

作为本发明实施例的一种变换，所述的内支撑立体支护结构的横梁、纵梁、环梁和腰梁也可以采用组合式大型钢架结构或刚度达到基坑受力要求的新型材料制作成的框架结构。

作为本发明实施例的一种变换，所述的内支撑立体支护结构的层数n也可以增加或减少，一般n的取值范围是：n为大于等于1小于等于30的整数，根据需要，也可以更多层。

作为本发明实施例的一种变换，当基坑面积不大或基坑长度不大于基坑宽度时，例如近似矩形结构时，也可以不用纵梁6。

实施例二

一种矩形深基坑大跨度钢筋混凝土内支撑结构的施工方法，其施工工序包括：

A．整体准备

首先在进行基坑边护壁挡土结构7施工同时进行钢构支撑柱的施工，通过钻孔桩的方式将钢构支撑柱10伸进土里，钢构支撑柱底部101用混凝土灌注锚固（参见图3、图6），待底部锚固混凝土强度足够的时候，用土方回填、压实；所述基坑边护壁挡土结构可以是地下连续墙或可支护排桩或是钢板桩等形式；

B．进行内支撑立体支护结构的单层施工

待基坑边护壁挡土结构强度足够的时候，便可挖土进行冠梁和第一道内支撑梁的施工；

大致流程如下：

①土方开挖至第一道内支撑梁的梁底底面；

②测量、弹线，按实施例一所述内支撑立体支护结构的结构方案进行该层支撑梁的定位，所述该层支撑梁包括基坑角部结构、基坑中部对称对撑结构和纵梁6； 

③进行土方压实、梁底垫层施工；

④铺设塑料薄膜，防止垫层与梁底粘结；

⑤绑扎支撑梁钢筋；

⑥安装梁侧模模板；

⑦浇筑混凝土，预留拆除钢筋混凝土支撑梁的爆破孔；

⑧养护；

⑨待支撑梁强度达到80%后开挖土方；

⑩拆模。

C．按步骤B方法，进行第2层直至第n层支撑梁施工；所述n的取值范围是： n为大于等于1小于等于30的整数。

在上述工序中，所述内支撑立体支护结构的结构方案进行该层支撑梁的定位是根据本发明矩形深基坑大跨度钢筋混凝土内支撑结构的受力原理进行的，其内容包括：

a．假设支撑梁的层数、跨度和截面，确定基坑开挖深度、护壁挡土结构厚度后，计算出围梁上单位长度分布的水平压力、集中在支撑梁上的轴向力，然后根据支撑梁上轴向力的大小和自重进行支撑梁的配筋计算和稳定性验算，如此反复的假设和验算后才能最终确定支撑梁的截面和配筋；

b．再根据基础桩、受力大小、内支撑的截面及配筋等方面来确定内支撑的间距和跨度；需要多少道内支撑则由土压力大小、基坑深度、地下室层数、楼板位置等因素确定，多以最终的内支撑方案需要经过多次验算，使得基坑受力体系达到稳定结构。

本发明矩形深基坑大跨度钢筋混凝土内支撑结构的受力原理是：

1）内支撑承受的水平向力：土压力传到护壁挡土结构，再传到钢筋混凝土圈梁，最后传递到与其连接的钢筋混凝土内支撑上，而内支撑的两端都是连接在基坑边护壁挡土结构两边的钢筋混凝土圈梁上，这样就可以将两边相同大小、方向相反的土压力进行抵消，形成最佳的受力体系。

2）内支撑承受的竖向力：竖向力主要为支撑梁自重，是通过钢构支撑柱来传递到地基基础上。

Claims (8)

1.一种矩形深基坑大跨度钢筋混凝土内支撑结构，包括基坑边护壁挡土结构（7）、包括钢构支撑柱（10）的内支撑立体支护结构和冠梁，所述冠梁为内支撑立体支护结构与基坑边护壁挡土结构顶部连接处的圈梁，其特征在于：所述的内支撑立体支护结构有n层，每一层均包括基坑角部结构、基坑中部对称对撑结构和纵梁（6）；所述的基坑角部结构包括位于基坑拐角处的大斜撑（1）以及角部稳定支撑（2），所述基坑中部对称对撑结构包括横梁（5）以及位于横梁（5）两端的两小斜撑（3），所述的横梁（5）为位于基坑中部平行于基坑短边的梁，横梁（5）两端与基坑边护壁挡土结构固定连接，在横梁（5）两端分别有对称地位于横梁两边的两小斜撑（3），该两小斜撑（3）一端与横梁固定连接、另一端与基坑边护壁挡土结构固定连接；所述的纵梁（6）是基坑中部平行于基坑长边的梁，所述的钢构支撑柱（10）是直达基坑底部以下、柱底为灌注混凝土锚固的钢构支撑柱；在基坑中部纵梁、横梁和钢构支撑柱三者相交处有环梁（4），上述n为大于等于1小于30的之间的任意整数。

2.根据权利要求1所述的矩形深基坑大跨度钢筋混凝土内支撑结构，其特征在于：所述的基坑角部结构的大斜撑（1）上有三角形稳定支撑（21）或直线式稳定支撑（22），所述的三角形稳定支撑（21）顶点处于基坑边线或边线延长线所形成的90°角平分线PP与次外第二道大斜撑（12）的交点，其两边放射端与最外一道大斜撑（11）相交；所述直线式稳定支撑（22）的一端处于基坑边线或边线延长线所形成的90°角平分线与次外第二道大斜撑（12）的交点，其另一端与最外一道大斜撑（11）相交。

3.根据权利要求1所述的矩形深基坑大跨度钢筋混凝土内支撑结构，其特征在于：所述的环梁（4）有两种，一种是起临时加强作用的钢筋（41），另一种是与钢构支撑柱同时保留的增强结构,该增强结构为圆环形或环状多边形。

4.根据权利要求1所述的矩形深基坑大跨度钢筋混凝土内支撑结构，其特征在于：在内支撑立体支护结构与基坑边护壁挡土结构中部连接处还有支撑腰梁（9），该支撑腰梁同时与横梁（5）以及基坑边护壁挡土结构（7）连接。

5.根据权利要求1所述的矩形深基坑大跨度钢筋混凝土内支撑结构，其特征在于：所述的内支撑立体支护结构的横梁、纵梁、环梁和腰梁均为钢筋混凝土内支撑结构。

6.根据权利要求1所述的矩形深基坑大跨度钢筋混凝土内支撑结构，其特征在于：所述的内支撑立体支护结构的横梁、纵梁、环梁和腰梁是组合式大型钢架结构或是刚度达到基坑受力要求的新型材料制作成的框架结构。

7.根据权利要求1所述的矩形深基坑大跨度钢筋混凝土内支撑结构，其特征在于：当基坑长度不大于宽度时，也可以不用纵梁。

8.一种矩形深基坑大跨度钢筋混凝土内支撑结构的施工方法，其特征在于：其施工工序包括：

A．整体准备

首先在进行基坑边护壁挡土结构施工同时进行钢构支撑柱的施工，通过钻孔桩的方式将钢构支撑柱（10）伸进土里，底部由混凝土灌注锚固，待底部锚固混凝土强度足够的时候，用土方回填、压实；所述基坑边护壁挡土结构是地下连续墙或可支护排桩或是钢板桩；

B．进行内支撑立体支护结构的单层施工

待护壁挡土结构强度足够的时候，便可挖土进行冠梁和第一道内支撑梁的施工；

其施工流程如下：

①土方开挖至第一道内支撑梁的梁底底面；

②测量、弹线，按权利要求1所述内支撑立体支护结构的结构方案进行该层支撑梁的定位，所述该层支撑梁包括包括基坑角部结构、基坑中部对称对撑结构和纵梁（6）； 

③进行土方压实、梁底垫层施工；

④铺设塑料薄膜，防止垫层与梁底粘结；

⑤绑扎支撑梁钢筋；

⑥安装梁侧模模板；

⑦浇筑混凝土，预留拆除钢筋混凝土支撑梁的爆破孔；

⑧养护；

⑨待支撑梁强度达到80%后开挖土方；

⑩拆模；

C．按步骤B方法，进行第2层直至第n层支撑梁施工，n为大于等于1小于30之间的任意整数。

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