CN104631468A - 基坑开挖工程的支护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基坑开挖工程的支护方法，包括：在待开挖的基坑四周施工支护桩；在支护桩上施工冠梁；土体放坡开挖，形成基坑的中心岛区域以及位于中心岛区域与支护桩之间的边坡区域；在中心岛区域内施工中心混凝土底板；在中心混凝土底板上施工混凝土支墩；沿边坡区域的坡面支设斜抛撑，将斜抛撑的两端分别锚固于混凝土支墩与冠梁；开挖边坡区域内的土方至与中心岛区域齐平，在开挖后的边坡区域的底面上制作L型换撑板，将L型换撑板的水平段抵撑于中心混凝土底板，将L型换撑板的竖直段抵撑于支护桩；待L型换撑板达到设计强度，拆除斜抛撑，完成施工。避免多次混凝土施工，后期L形换撑板联合支护桩共同形成基坑水土压力的围挡，节约了工期。

Description

基坑开挖工程的支护方法

技术领域

本发明涉及基坑开挖施工领域，尤其是指一种基坑开挖工程的支护方法。

背景技术

基坑工程具有工程量大、技术难度高、不可预见因素多的特点，基坑支护的安全可靠性不仅影响基坑工程本身，而且往往会影响基坑的周边环境。正因为如此，基坑支护方案必须结合周边环境情况进行选择；另一方面，基坑支护虽然是临时结构，但其费用很高，对工程总造价的影响不容忽视。因此，如何选择既能保护环境又经济合理的基坑支护形式，具有十分重要的现实意义。

基坑面积大、形状不规则、周边环境复杂的单层地下结构施工，基坑支护可选方案较多。支护结构包括钻孔灌注桩支护、复合土钉支护、SMW工法支护、水泥搅拌桩重力式挡土墙等；支撑形式有混凝土水平支撑、钢管斜撑及预应力锚杆等。基坑支护方案的优选对周边环境安全、施工技术和经济投入的影响都非常巨大。

通常基坑开挖后支护桩的支护方法，是在开挖后的基坑底面上先施工混凝土底板，然后在混凝土底板上施工换撑板，并在换撑板与支护桩之间施工加固梁，待换撑板与加固梁达到设计强度后，最后拆除斜抛撑。但是，这样的施工方法需要进行多次的混凝土施工，比较繁琐而且工期较长。

发明内容

有鉴于上述问题，本发明提供了一种基坑开挖工程的支护方法，包括：

在待开挖的基坑四周施工支护桩；

在所述支护桩上施工冠梁；

土体放坡开挖，形成基坑的中心岛区域以及位于所述中心岛区域与所述支护桩之间的边坡区域；

在所述中心岛区域内施工中心混凝土底板；

在所述中心混凝土底板上施工混凝土支墩；

沿所述边坡区域的坡面支设斜抛撑，将所述斜抛撑的两端分别锚固于所述混凝土支墩与所述冠梁；

开挖所述边坡区域内的土方至与所述中心岛区域齐平，在开挖后的所述边坡区域的底面上制作L型换撑板，将所述L型换撑板的水平段抵撑于所述中心混凝土底板，将所述L型换撑板的竖直段抵撑于所述支护桩；

待所述L型换撑板达到设计强度，拆除所述斜抛撑，完成施工。

本发明基坑开挖工程的支护方法，通过在开挖后的边坡区域内施工L型换撑板，将L型换撑板的水平段与中心混凝土底板相连接，将L型换撑板的竖直段与支护桩相连接，达到一次施工的目的，避免了多次进行混凝土施工。后期L形换撑板联合支护桩共同形成基坑水土压力的围挡，具有受力形式简单，节约工期等优点。

本发明基坑开挖工程的支护方法的进一步改进在于，在待开挖的基坑四周施工支护桩之后，还包括：在所述支护桩内插设型钢。

本发明基坑开挖工程的支护方法的进一步改进在于，所述型钢采用H型钢、工字钢、格构式钢架、大直径钢管或微型钢管。

本发明基坑开挖工程的支护方法的进一步改进在于，将所述L型换撑板的竖直段抵撑于所述支护桩时，在所述L型换撑板的竖直段与所述支护桩之间植入锚筋。

本发明基坑开挖工程的支护方法的进一步改进在于，在开挖后的所述边坡区域的底面上制作L型换撑板，包括：

计算所述L型换撑板的竖直段的高度H和宽度B；

根据计算得到的所述L型换撑板的竖直段的高度H和宽度B，在开挖后的所述边坡区域的底面上浇筑混凝土以形成所述L型换撑板。

本发明基坑开挖工程的支护方法的进一步改进在于，计算所述L型换撑板的竖直段的高度H，包括：

将所述支护桩设置为圆柱形桩，利用公式W_D＝πD³/32，计算单个所述支护桩的截面抵抗矩系数W_D，式中D为所述支护桩的直径；

利用公式M_D＝f_cW_D，计算单个所述支护桩的最大抗弯能力M_D，式中f_c为所述L型换撑板的混凝土设计强度；

利用公式γ＝(γ₁h₁+γ₂h₂+...γ_ih_i)/(γ₁+γ₂+...γ_i)，计算所述基坑上的土体的加权平均重度值γ，式中h_i为所述基坑上第i层土层的厚度，γ_i为所述基坑上第i层土层的重度；

利用公式K₀＝(K₁h₁+K₂h₂+...K_ih_i)/(h₁+h₂+...h_i)，计算所述基坑上的土体的静止土压力系数K₀，式中K_i为所述基坑上第i层土层的静止土压力系数；

利用公式F₁＝γsK₀(L₀-H)²/2，计算单个所述支护桩承受的土压力F₁，式中L₀为所述支护桩的支护深度，s为相邻两个所述支护桩之间的间距；

利用公式M₁＝F₁(L₀-H)/3，计算单个所述支护桩承受的土压力F₁引起的弯矩M₁；

将所述L型换撑板的竖直段的高度H设置为，使单个所述支护桩承受的土压力F₁引起的弯矩M₁不大于单个所述支护桩的最大抗弯能力M_D，利用公式M₁≤M_D，计算得到所述L型换撑板的竖直段的高度

$H\≥L_0-\sqrt[3]{{3f}_c\mathrm{\π}{D}^3/16\mathrm{\γ}{\mathrm{sK}}_0}.$

本发明基坑开挖工程的支护方法的进一步改进在于，计算所述L型换撑板的竖直段的宽度B，包括：

利用公式F₀＝γsK₀L₀ ²/2，计算由所述基坑上的土体形成的最大静止土压力F₀；

利用公式M₀＝F₀L₀/3，计算由所述基坑上的土体形成的最大静止土压力F₀引起的最大弯矩M₀；

利用公式M_r＝M₀-M₁，计算所述L型换撑板承受的土压力引起的弯矩M_r；

利用公式W_L＝sB²/6，计算所述L型换撑板的抗弯抵抗矩系数W_L；

利用公式M_L＝f_cW_L，计算所述L型换撑板的最大抗弯能力M_L；

将所述L型换撑板的竖直段的宽度B设置为，使所述L型换撑板承受的土压力引起的弯矩M_r不大于所述L型换撑板的最大抗弯能力M_L，利用公式M_r≤M_L，计算得到所述L型换撑板的竖直段的宽度

$B\≥\sqrt{[\mathrm{\γ}{K}_0{L_0}^3-{\mathrm{\γK}}_0{(L_0-H)}^3]/f_c}.$

附图说明

图1是本发明基坑开挖工程的支护方法的流程示意图。

图2是采用本发明基坑开挖工程的支护方法的围护结构的平面示意图。

图3～图5是本发明基坑开挖工程的支护方法的阶段示意图。

图6是本发明基坑开挖工程的支护方法的L形换撑板的参数计算示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，图1是本发明基坑开挖工程的支护方法的流程示意图。配合参看图1所示，本发明基坑开挖工程的支护方法，包括：

S101结合图2所示，根据施工图纸设定的开挖界限，在待开挖的基坑10四周浇筑形成支护桩20，支护桩20优选采用圆柱形桩，支护桩20施工完成后，在支护桩20内插设型钢，增强整体支护强度，所述型钢可以采用H型钢、工字钢、格构式钢架、大直径钢管或微型钢管；

S102在支护桩20上浇筑形成冠梁30，增强整体支护强度；

S103结合图3所示，根据土体性质采用盆式开挖法进行土体放坡开挖，形成基坑的中心岛区域110以及位于中心岛区域110与支护桩20之间的边坡区域120，开挖时遵循“分块分层、对称限时、先撑后挖、严禁超挖”的原则，平面分层分段、对称均匀进行，使坑内土方开挖面近似水平下降；

S104结合图4所示，在中心岛区域110内浇筑形成中心混凝土底板111并养护到混凝土设计强度；

S105结合图4所示，在中心混凝土底板111浇筑形成混凝土支墩112；

S106结合图4所示，沿边坡区域120的坡面与基坑10的交点位置等间距地支设斜抛撑40，将斜抛撑40的两端分别锚固于混凝土支墩112与冠梁30；

S107结合图4与图5所示，开挖边坡区域120内的土方121至与中心岛区域110齐平，逐步从坑内斜抛撑40的坑底方向向四周开挖土方，最后基坑内的全部土方清理至地下室底板标高时，在开挖后的边坡区域120的坑底绑扎L型换撑板50的钢筋并支设模板，然后采用与支护桩20相同标号的混凝土浇筑形成L型换撑板50；具体地，先计算L型换撑板50的竖直段的高度H和宽度B；根据计算得到的L型换撑板50的竖直段的高度H和宽度B，在开挖后的边坡区域120的底面上浇筑混凝土以形成L型换撑板50；浇筑L型换撑板50时，将L型换撑板50的水平段510的端面抵撑于中心混凝土底板111的端面，将L型换撑板50的竖直段520的侧面抵撑于支护桩20的侧面，连接时在L型换撑板50的竖直段520与支护桩20之间植入锚筋，然后再浇筑混凝土；

S108待L型换撑板50及相连底板的混凝土强度达到设计强度时，拆除斜抛撑40，完成支护施工，L形换撑板50联合支护桩20共同形成基坑水土压力的围挡。然后就可以进行地下室其他部位的施工。

进一步地，本发明还提供了所述L型换撑板的竖直段的高度H和宽度B的计算方法。配合参阅图6所示，图6是本发明基坑开挖工程的支护方法的L形换撑板的参数计算示意图。

(1)所述L型换撑板的竖直段的高度H的计算方法，包括：

根据经验，一层地下室的基坑，其深度均在6m以内，厚度不大，且土层性质较为接近，假设该基坑底板上的土层的数量为i层(在图6的实施例中为a1、a2、a3三层)，则利用公式γ＝(γ₁h₁+γ₂h₂+...γ_ih_i)/(γ₁+γ₂+...γ_i)计算得到该基坑底板上所有土体的加权平均重度值γ，式中h_i为该基坑上第i层土层的厚度，γ_i为该基坑上第i层土层的重度，此重度包括水土合重；

在斜抛撑换L型换撑板之前，支护桩保持静止，土体处于弹性平衡状态，利用公式K₀＝(K₁h₁+K₂h₂+...K_ih_i)/(h₁+h₂+...h_i)，计算该基坑上的土体的静止土压力系数K₀，式中K_i为该基坑地质勘察报告中提供的第i层土层的静止土压力系数。特别地，《建筑基坑工程技术规范》规定的静止土压力系数K₀宜由试验确定，当无实验条件时也可按照如下计算：正常固结土：超固结土：式中为土的内摩擦角；

利用公式F₁＝γsK₀(L₀-H)²/2，计算单个支护桩承受的土压力F₁，式中L₀为支护桩的支护深度，s为相邻两个支护桩之间的间距；

利用公式M₁＝F₁(L₀-H)/3，计算单个支护桩承受的土压力F₁引起的弯矩M₁；

支护桩按照最小体积配筋率设计，忽略其钢筋抗力贡献，则利用公式W_D＝πD³/32，计算单个支护桩的截面抵抗矩系数W_D，式中D为支护桩的直径；

利用公式M_D＝f_cW_D，计算单个支护桩的最大抗弯能力M_D，式中f_c为L型换撑板的混凝土设计强度；

L型换撑板的支撑位置需要满足单个支护桩承受的土压力F₁引起的弯矩M₁不大于单个支护桩的最大抗弯能力M_D，则将L型换撑板的竖直段的高度H设置为，使单个支护桩承受的土压力F₁引起的弯矩M₁不大于单个支护桩的最大抗弯能力M_D，利用公式M₁≤M_D，计算得到L型换撑板的竖直段的高度 $H\≥L_0-\sqrt[3]{{3f}_c\mathrm{\π}{D}^3/16\mathrm{\γs}{K}_0}.$

(2)所述L型换撑板的竖直段的宽度B的计算方法，包括：

利用公式F₀＝γsK₀L₀ ²/2，计算由基坑上的土体形成的最大静止土压力F₀；

利用公式M₀＝F₀L₀/3，计算由基坑上的土体形成的最大静止土压力F₀引起的最大弯矩M₀；

由于基坑底部最大弯矩M₀分别由支护桩和L型换撑板共同分担，而支护桩最大的分担弯矩为M₁，则余下未分配弯矩M_r应由L型换撑板自身全部承受，忽略水平楼板自身的弯矩抵抗能力，仅考虑其作为嵌固约束条件，有M_r＝M₀-M₁，则利用公式M_r＝M₀-M₁，计算L型换撑板承受的土压力引起的弯矩M_r；

利用公式W_L＝sB²/6，计算L型换撑板的抗弯抵抗矩系数W_L；

利用公式M_L＝f_cW_L，计算L型换撑板的最大抗弯能力M_L；

L型换撑板的支撑位置需要满足L型换撑板承受的土压力引起的弯矩M_r不大于L型换撑板的最大抗弯能力M_L，则将L型换撑板的竖直段的宽度B设置为，使L型换撑板承受的土压力引起的弯矩M_r不大于L型换撑板的最大抗弯能力M_L，利用公式M_r≤M_L，计算得到L型换撑板的竖直段的宽度 $B\≥\sqrt{[{\mathrm{\γK}}_0{L_0}^3-{\mathrm{\γK}}_0{(L_0-H)}^3]/f_c}.$

本发明基坑开挖工程的支护方法，通过在开挖后的边坡区域内施工L型换撑板，将L型换撑板的水平段与中心混凝土底板相连接，将L型换撑板的竖直段与支护桩相连接，达到一次施工的目的，避免了多次进行混凝土施工。通过对L型换撑板的竖直段的高度H和宽度B的计算，可以保证L型换撑板支设后满足基坑稳定要求，后期L形换撑板联合支护桩共同形成基坑水土压力的围挡，具有受力形式简单，节约工期等优点。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种基坑开挖工程的支护方法，其特征在于，包括：

在待开挖的基坑四周施工支护桩；

在所述支护桩上施工冠梁；

土体放坡开挖，形成基坑的中心岛区域以及位于所述中心岛区域与所述支护桩之间的边坡区域；

在所述中心岛区域内施工中心混凝土底板；

在所述中心混凝土底板上施工混凝土支墩；

沿所述边坡区域的坡面支设斜抛撑，将所述斜抛撑的两端分别锚固于所述混凝土支墩与所述冠梁；

开挖所述边坡区域内的土方至与所述中心岛区域齐平，在开挖后的所述边坡区域的底面上制作L型换撑板，将所述L型换撑板的水平段抵撑于所述中心混凝土底板，将所述L型换撑板的竖直段抵撑于所述支护桩；

待所述L型换撑板达到设计强度，拆除所述斜抛撑，完成施工。

2.如权利要求1所述的基坑开挖工程的支护方法，其特征在于，在待开挖的基坑四周施工支护桩之后，还包括：在所述支护桩内插设型钢。

3.如权利要求2所述的基坑开挖工程的支护方法，其特征在于，所述型钢采用H型钢、工字钢、格构式钢架、大直径钢管或微型钢管。

4.如权利要求1所述的基坑开挖工程的支护方法，其特征在于，将所述L型换撑板的竖直段抵撑于所述支护桩时，在所述L型换撑板的竖直段与所述支护桩之间植入锚筋。

5.如权利要求1所述的基坑开挖工程的支护方法，其特征在于，在开挖后的所述边坡区域的底面上制作L型换撑板，包括：

计算所述L型换撑板的竖直段的高度H和宽度B；

根据计算得到的所述L型换撑板的竖直段的高度H和宽度B，在开挖后的所述边坡区域的底面上浇筑混凝土以形成所述L型换撑板。

6.如权利要求5所述的基坑开挖工程的支护方法，其特征在于，计算所述L型换撑板的竖直段的高度H，包括：

将所述支护桩设置为圆柱形桩，利用公式W_D＝πD³/32，计算单个所述支护桩的截面抵抗矩系数W_D，式中D为所述支护桩的直径；

利用公式M_D＝f_cW_D，计算单个所述支护桩的最大抗弯能力M_D，式中f_c为所述L型换撑板的混凝土设计强度；

利用公式γ＝(γ₁h₁+γ₂h₂+...γ_i h_i)/(γ₁+γ₂+...γ_i)，计算所述基坑上的土体的加权平均重度值γ，式中h_i为所述基坑上第i层土层的厚度，γ_i为所述基坑上第i层土层的重度；

利用公式K₀＝(K₁h₁+K₂h₂+...K_ih_i)/(h₁+h₂+...h_i)，计算所述基坑上的土体的静止土压力系数K₀，式中K_i为所述基坑上第i层土层的静止土压力系数；

利用公式F₁＝γsK₀(L₀-H)²/2，计算单个所述支护桩承受的土压力F₁，式中L₀为所述支护桩的支护深度，s为相邻两个所述支护桩之间的间距；

利用公式M₁＝F₁(L₀-H)/3，计算单个所述支护桩承受的土压力F₁引起的弯矩M₁；

将所述L型换撑板的竖直段的高度H设置为，使单个所述支护桩承受的土压力F₁引起的弯矩M₁不大于单个所述支护桩的最大抗弯能力M_D，利用公式M₁≤M_D，计算得到所述L型换撑板的竖直段的高度

$H\≥L_0-\sqrt[3]{{3f}_c\mathrm{\π}{D}^3/16\mathrm{\γs}{K}_0}.$

7.如权利要求6所述的基坑开挖工程的支护方法，其特征在于，计算所述L型换撑板的竖直段的宽度B，包括：

利用公式F₀＝γsK₀L₀ ²/2，计算由所述基坑上的土体形成的最大静止土压力F₀；

利用公式M₀＝F₀L₀/3，计算由所述基坑上的土体形成的最大静止土压力F₀引起的最大弯矩M₀；

利用公式M_r＝M₀-M₁，计算所述L型换撑板承受的土压力引起的弯矩M_r；

利用公式W_L＝sB²/6，计算所述L型换撑板的抗弯抵抗矩系数W_L；

利用公式M_L＝f_cW_L，计算所述L型换撑板的最大抗弯能力M_L；

将所述L型换撑板的竖直段的宽度B设置为，使所述L型换撑板承受的土压力引起的弯矩M_r不大于所述L型换撑板的最大抗弯能力M_L，利用公式M_r≤M_L，计算得到所述L型换撑板的竖直段的宽度

$B\≥\sqrt{[\mathrm{\γ}{K}_0{L_0}^3-\mathrm{\γ}{K}_0{(L_0-H)}^3]/f_c}.$