CN109024613A - 大跨度基坑支护施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大跨度基坑支护结构，其特征是施工步骤包括：(1)施工钢承力柱；(2)浇筑一层环形梁、压顶梁、一层支撑梁和斜撑梁混凝土；(3)张拉钢锚索；(4)开挖一层支护结构的土方；(5)浇筑二层环形梁、腰梁、二层支撑梁混凝土；(6)开挖二层支护结构的土方；(7)浇筑环形梁；(8)支设地下室侧壁的钢筋、模板并进行浇筑混凝土；(9)拆除支护结构；(10)拆除钢锚索；(11)割除一层支撑梁或二层支撑梁钢筋和钢承力柱的联接，拔除钢承力柱。
Description
技术领域
本发明涉及一种大跨度基坑支护施工方法，适用于建筑领域。
背景技术
大跨度基坑支护施工时由于支撑梁跨度很大，支撑梁会承受很大的压力，如果将支撑梁截面变大会很不经济，如果采用普通支撑梁，支撑梁在巨大的轴力作用下可能会出现破坏。为了减少支撑梁的轴力和弯矩，往往在支撑梁下面设置钢格构柱作为支撑点，由于软土在外力作用下容易出现塑性流动，钢格构柱很难在软土定位准确，施工难度很大。而且钢格构柱还要锚入土层，钢格构柱长度会较长，成本相对较高。此外钢格构柱的存在对土方开挖也会有所影响。如何解决基坑施工时既能保证安全又能操作方便是工程人员面临的课题。
发明内容
本发明是提供一种大跨度基坑支护施工方法，解决传统基坑支护安全性能不好和操作不方便的问题。
本发明利用环形梁受力比较合理的特征，在基坑支护结构中采用环形梁作为传力结构，并在基坑支护结构中尽可能减少钢格构柱的用量，一方面通过空间桁架结构将部分竖向力转移到钢承力柱，另外通过钢锚索将竖向力传递给钢承力柱。
本发明在基坑支护结构中心设置钢承力柱，基坑支护采用二层结构，一层环形梁直径为14～24m，一层环形梁高度为600～650mm，宽度为300mm，一层环形梁与钢承力柱之间设置一层支撑梁，一层支撑梁高度为600～650mm，宽度为300mm，一层环形梁与一层支撑梁交接部位设置钢格构柱，基坑边坡顶部设置压顶梁，压顶梁高度为600～650mm，宽度为300mm，压顶梁与一层环形梁之间设置一层支撑梁，压顶梁与一层环形梁之间设置斜撑梁，斜撑梁一端设置在一层环形梁1/4圆弧沿圆弧方向的1/3或2/3处，斜撑梁另一端设置在压顶梁沿长度方向1/4处，斜撑梁高度为600～650mm，宽度为300mm；二层环形梁直径为24～36m，二层环形梁高度为500～550mm，宽度为300mm，二层环形梁比一层环形梁高度高是因为在二层土层开挖后一层环形梁承载力要大于一层环形梁。二层环形梁与钢承力柱之间设置二层支撑梁，二层支撑梁高度为500～550mm，宽度为300mm，二层环形梁与二层支撑梁交接部位未设置钢格构柱，二层环形梁与二层支撑梁交接部位未设置钢格构柱既可以方便挖土施工又可以节约造价，基坑边坡中部设置腰梁，腰梁顶标高与腰梁顶标高一致，腰梁高度为500～550mm，宽度为300mm，二层环形梁与腰梁之间设置二层支撑梁。钢承力柱高出一层环形梁顶面1.5～1.8m，钢承力柱与一层环形梁之间设置钢锚索，钢锚索与一层环形梁拉结点沿一层环形梁圆弧均匀分布。钢承力柱伸入地下室底板以下土层以保持锚固长度，钢承力柱底端离地下室底板距离为钢承力柱顶端离地下室底板距离的1.5～1.7倍。
钢承力柱采用厚度为15～18mm的钢管，钢管内每隔0.5～0.7m设置钢板进行加强，在钢承力柱与一层支撑梁或二层支撑梁交接部位留置方形预留孔，方形预留孔深度为100～120mm，宽度和长度与一层支撑梁或二层支撑梁相同，方形预留孔底部和顶部均设置钢隔板，钢承力柱的方形预留孔外面设置临时钢覆板；在基坑施工过程中一层支撑梁或二层支撑梁的钢筋伸入方形预留孔后与钢隔板进行焊接，方形预留孔内设置混凝土。
钢承力柱直径根据基坑最大跨度和基坑开挖深度进行取值，基坑最大跨度是指压顶梁内表面离对侧压顶梁内表面的最大距离。根据计算机仿真分析结果，钢承力柱直径根据表1取值，当基坑最大跨度或基坑开挖深度与表1数值不同时采用插值方法确定钢承力柱直径。当纵向跨度与横向跨度大于2时，钢承力柱受力会减轻些，可以采用折减系数对钢承力柱直径进行折减，当纵向跨度与横向跨度大于1小于等于2时，折减系数采用0.98，当纵向跨度与横向跨度大于2且小于等于2.3时，折减系数采用0.96，当纵向跨度与横向跨度大于2.3且小于等于2.6时，折减系数采用0.94，当纵向跨度与横向跨度大于2.6且小于等于3时，折减系数采用0.92，当纵向跨度与横向跨度大于3时，折减系数采用0.9。这里横向跨度是指相对较大方向的跨度，纵向跨度是指相对较小方向的跨度。
表1钢承力柱直径参数
施工步骤包括：
(1)施工钢承力柱；通过液压静力压桩将钢承力柱压入土层；
(2)安装一层环形梁、压顶梁、一层支撑梁和斜撑梁的钢筋，支设一层环形梁、压顶梁、一层支撑梁和斜撑梁的模板，拆除钢承力柱方形预留孔外面的临时钢覆板，一层支撑梁的钢筋伸入方形预留孔后与钢承力柱的钢隔板进行焊接，在方形预留孔内浇筑混凝土，此后再浇筑一层环形梁、压顶梁、一层支撑梁和斜撑梁混凝土；
(3)张拉钢锚索；采用三级张拉，每一级分别为30％控制应力、60％控制应力和100％控制应力。
在钢承力柱附近搭设张拉平台，采用智能张拉设备同时张拉各条钢锚索，智能张拉设备包括千斤顶、张拉油泵、张拉油缸、电子计算机控制系统、传感器，张拉油泵控制张拉伸长量，张拉油缸装设带有液压桥的二位二通电磁阀，液压桥控制油压的流向和流量，同时在每组张拉油缸内还有一个单向阀，其主要作用是当液压管等发生问题时能够短时间内迅速将张拉油缸的功能锁定，保证负载的有效支撑，提高张拉过程的安全性。电子计算机控制系统将钢锚索张拉伸长量变化信号作为受控参数，并反映钢锚索在张拉油缸受力腔内的压强变化信号，通过传感器采集这些信号，并且将信号传送到电子计算机控制器。电子计算机控制中心接受信号后立即对信号进行比较和计算，当发现其中某受控点有超差的可能时，控制器立刻发出指令信号，让该点的二位二通电磁阀产生动作，关闭液压油流，从而促使该点的张拉油缸上升或下降动作。
(4)待一层环形梁、压顶梁、一层支撑梁和斜撑梁混凝土强度达到设计强度的100％后，开挖一层环形梁外部的土方；一层环形梁外部的土方采用分块分层开挖，一层环形梁外部的土方分成四块开挖，开挖采用对称方式，以减少开挖时产生的附加应力，第一块挖完后再开挖对角的土方；分层开挖厚度为500～600mm；一层环形梁外部的土方开挖至一半深度时再开挖一层环形梁内部的土方，一层环形梁内部的土方采用分块分层开挖，一层环形梁内部的土方分成四块开挖，开挖采用对称方式，第一块挖完后再开挖对角的土方；分层开挖厚度为500～600mm；待一层环形梁内部的土方开挖至一半深度时再开挖一层环形梁外部剩余的土方，最后再开挖一层环形梁内部剩余的土方；
(5)安装二层环形梁、腰梁、二层支撑梁的钢筋，支设二层环形梁、腰梁、二层支撑梁的模板，拆除钢承力柱方形预留孔外面的临时钢覆板，二层支撑梁的钢筋伸入方形预留孔后与钢承力柱的钢隔板进行焊接，在方形预留孔内浇筑混凝土，此后再浇筑二层环形梁、腰梁、二层支撑梁混凝土；
(6)待二层环形梁、腰梁、二层支撑梁混凝土强度达到设计强度的100％后，开挖二层环形梁外部的土方；二层环形梁外部的土方采用分块分层开挖，二层环形梁外部的土方分成四块开挖，开挖采用对称方式，第一块挖完后再开挖对角的土方；分层开挖厚度为500～600mm；二层环形梁外部的土方开挖至一半深度时再开挖二层环形梁内部的土方，二层环形梁内部的土方采用分块分层开挖，二层环形梁内部的土方分成四块开挖，开挖采用对称方式，第一块挖完后再开挖对角的土方；分层开挖厚度为500～600mm；待二层环形梁内部的土方开挖至一半深度时再开挖二层环形梁外部剩余的土方；二层环形梁外部范围的地下室底板分成四块进行浇筑，浇筑顺序与土方开挖顺序一致，即第一块土方开挖完毕后进行浇筑第一块地下室底板，其他块地下室底板依次类推；相邻混凝土块之间设置钢板止水带；
(7)待二层环形梁外部范围的地下室底板浇筑完毕后再开挖二层环形梁内部剩余的土方；二层环形梁内部范围的地下室底板分成四块进行浇筑，浇筑顺序与土方开挖顺序一致，即第一块土方开挖完毕后进行浇筑第一块地下室底板，其他块地下室底板依次类推；相邻混凝土块之间设置钢板止水带；
(8)支设地下室侧壁的钢筋、模板并进行浇筑混凝土；
(9)拆除支护结构，支护结构拆除采用光面切割爆破；先拆除二层环形梁、腰梁、二层支撑梁；再拆除一层环形梁、压顶梁、一层支撑梁和斜撑梁；支护结构爆破可采用垂直孔或倾斜孔。爆破参数按以下经验选取：孔深为0.7～0.8梁高度，孔距为0.56～0.8梁高度，采用梅花形布孔时，孔距为0.5～0.7梁高度；
(10)拆除钢锚索；
(11)割除一层支撑梁或二层支撑梁钢筋和钢承力柱的联接，拔除钢承力柱。钢承力柱可以回收再利用，以节约成本。
本发明安全性能好，施工操作方便。
附图说明
图1为一层支护结构示意图，图2为二层支护结构示意图，图3为支护结构立面示意图，图4为一层支护结构开挖示意图，图5为二层支护结构开挖示意图。
1、钢承力柱，2、钢锚索，3、一层环形梁，4、钢格构柱，5、一层支撑梁，6、压顶梁，7、斜撑梁，8、二层环形梁，9、二层支撑梁，10、腰梁。
具体实施方式
以下结合附图对本实施例进行详细描述。
在基坑支护结构中心设置钢承力柱1，基坑支护采用二层结构，一层环形梁3直径为14～24m，一层环形梁3高度为600mm，宽度为300mm，一层环形梁3与钢承力柱1之间设置一层支撑梁5，一层支撑梁5高度为600mm，宽度为300mm，一层环形梁3与一层支撑梁5交接部位设置钢格构柱4，基坑边坡顶部设置压顶梁6，压顶梁6高度为600mm，宽度为300mm，压顶梁6与一层环形梁3之间设置一层支撑梁5，压顶梁6与一层环形梁3之间设置斜撑梁7，斜撑梁7一端设置在一层环形梁31/4圆弧沿圆弧方向的1/3或2/3处，斜撑梁7另一端设置在压顶梁6沿长度方向1/4处，斜撑梁7高度为600mm，宽度为300mm；二层环形梁8直径为24m，二层环形梁8高度为500mm，宽度为300mm。二层环形梁8与钢承力柱1之间设置二层支撑梁9，二层支撑梁9高度为500mm，宽度为300mm，二层环形梁8与二层支撑梁9交接部位未设置钢格构柱4，基坑边坡中部设置腰梁10，腰梁10高度为500mm，宽度为300mm，二层环形梁8与腰梁10之间设置二层支撑梁9。钢承力柱1高出一层环形梁3顶面1.6m，钢承力柱1与一层环形梁3之间设置钢锚索2，钢锚索2与一层环形梁3拉结点沿一层环形梁3圆弧均匀分布。钢承力柱1伸入地下室底板以下土层，钢承力柱1底端离地下室底板距离为钢承力柱1顶端离地下室底板距离的1.6倍。
钢承力柱1直径采用0.95m，钢承力柱1采用厚度为16mm的钢管，钢管内每隔0.5～0.7m设置钢板进行加强，在钢承力柱1与一层支撑梁5或二层支撑梁9交接部位留置方形预留孔，方形预留孔深度为100mm，宽度和长度与一层支撑梁5或二层支撑梁9相同，方形预留孔底部和顶部均设置钢隔板，钢承力柱1的方形预留孔外面设置临时钢覆板；在基坑施工过程中一层支撑梁5或二层支撑梁9的钢筋伸入方形预留孔后与钢隔板进行焊接，方形预留孔内设置混凝土。
施工步骤包括：
(1)施工钢承力柱1；通过液压静力压桩将钢承力柱1压入土层；
(2)安装一层环形梁3、压顶梁6、一层支撑梁5和斜撑梁7的钢筋，支设一层环形梁3、压顶梁6、一层支撑梁5和斜撑梁7的模板，拆除钢承力柱1方形预留孔外面的临时钢覆板，一层支撑梁5的钢筋伸入方形预留孔后与钢承力柱1的钢隔板进行焊接，在方形预留孔内浇筑混凝土，此后再浇筑一层环形梁3、压顶梁6、一层支撑梁5和斜撑梁7混凝土；
(3)张拉钢锚索2；采用三级张拉，每一级分别为30％控制应力、60％控制应力和100％控制应力。
在钢承力柱1附近搭设张拉平台，采用智能张拉设备同时张拉各条钢锚索2，智能张拉设备包括千斤顶、张拉油泵、张拉油缸、电子计算机控制系统、传感器，张拉油泵控制张拉伸长量，张拉油缸装设带有液压桥的二位二通电磁阀，液压桥控制油压的流向和流量，同时在每组张拉油缸内还有一个单向阀，其主要作用是当液压管等发生问题时能够短时间内迅速将张拉油缸的功能锁定，保证负载的有效支撑，提高张拉过程的安全性。电子计算机控制系统将钢锚索2张拉伸长量变化信号作为受控参数，并反映钢锚索2在张拉油缸受力腔内的压强变化信号，通过传感器采集这些信号，并且将信号传送到电子计算机控制器。电子计算机控制中心接受信号后立即对信号进行比较和计算，当发现其中某受控点有超差的可能时，控制器立刻发出指令信号，让该点的二位二通电磁阀产生动作，关闭液压油流，从而促使该点的张拉油缸上升或下降动作。
(4)待一层环形梁3、压顶梁6、一层支撑梁5和斜撑梁7混凝土强度达到设计强度的100％后，开挖一层环形梁3外部的土方；一层环形梁3外部的土方采用分块分层开挖，一层环形梁3外部的土方分成四块开挖，开挖采用对称方式，以减少开挖时产生的附加应力，第一块挖完后再开挖对角的土方；分层开挖厚度为500～600mm；一层环形梁3外部的土方开挖至一半深度时再开挖一层环形梁3内部的土方，一层环形梁3内部的土方采用分块分层开挖，一层环形梁3内部的土方分成四块开挖，开挖采用对称方式，第一块挖完后再开挖对角的土方；分层开挖厚度为500～600mm；待一层环形梁3内部的土方开挖至一半深度时再开挖一层环形梁3外部剩余的土方，最后再开挖一层环形梁3内部剩余的土方；
(5)安装二层环形梁8、腰梁10、二层支撑梁9的钢筋，支设二层环形梁8、腰梁10、二层支撑梁9的模板，拆除钢承力柱1方形预留孔外面的临时钢覆板，二层支撑梁9的钢筋伸入方形预留孔后与钢承力柱1的钢隔板进行焊接，在方形预留孔内浇筑混凝土，此后再浇筑二层环形梁8、腰梁10、二层支撑梁9混凝土；
(6)待二层环形梁8、腰梁10、二层支撑梁9混凝土强度达到设计强度的100％后，开挖二层环形梁8外部的土方；二层环形梁8外部的土方采用分块分层开挖，二层环形梁8外部的土方分成四块开挖，开挖采用对称方式，第一块挖完后再开挖对角的土方；分层开挖厚度为500～600mm；二层环形梁8外部的土方开挖至一半深度时再开挖二层环形梁8内部的土方，二层环形梁8内部的土方采用分块分层开挖，二层环形梁8内部的土方分成四块开挖，开挖采用对称方式，第一块挖完后再开挖对角的土方；分层开挖厚度为500～600mm；待二层环形梁8内部的土方开挖至一半深度时再开挖二层环形梁8外部剩余的土方；二层环形梁8外部范围的地下室底板分成四块进行浇筑，浇筑顺序与土方开挖顺序一致，即第一块土方开挖完毕后进行浇筑第一块地下室底板，其他块地下室底板依次类推；相邻混凝土块之间设置钢板止水带；
(7)待二层环形梁8外部范围的地下室底板浇筑完毕后再开挖二层环形梁8内部剩余的土方；二层环形梁8内部范围的地下室底板分成四块进行浇筑，浇筑顺序与土方开挖顺序一致，即第一块土方开挖完毕后进行浇筑第一块地下室底板，其他块地下室底板依次类推；相邻混凝土块之间设置钢板止水带；
(8)支设地下室侧壁的钢筋、模板并进行浇筑混凝土；
(9)拆除支护结构，支护结构拆除采用光面切割爆破；先拆除二层环形梁8、腰梁10、二层支撑梁9；再拆除一层环形梁3、压顶梁6、一层支撑梁5和斜撑梁7；支护结构爆破可采用垂直孔或倾斜孔。爆破参数按以下经验选取：孔深为0.75梁高度，孔距为0.6梁高度，采用梅花形布孔时，孔距为0.6梁高度；
(10)拆除钢锚索2；
(11)割除一层支撑梁5或二层支撑梁9钢筋和钢承力柱1的联接，拔除钢承力柱1。
Claims (1)
1.一种大跨度基坑支护施工方法，其特征是在基坑支护结构中心设置钢承力柱，基坑支护采用二层结构，一层环形梁直径为14～24m，一层环形梁高度为600～650mm，宽度为300mm，一层环形梁与钢承力柱之间设置一层支撑梁，一层支撑梁高度为600～650mm，宽度为300mm，一层环形梁与一层支撑梁交接部位设置钢格构柱，基坑边坡顶部设置压顶梁，压顶梁高度为600～650mm，宽度为300mm，压顶梁与一层环形梁之间设置一层支撑梁，压顶梁与一层环形梁之间设置斜撑梁，斜撑梁一端设置在一层环形梁1/4圆弧沿圆弧方向的1/3或2/3处，斜撑梁另一端设置在压顶梁沿长度方向1/4处，斜撑梁高度为600～650mm，宽度为300mm；二层环形梁直径为24～36m，二层环形梁高度为500～550mm，宽度为300mm；二层环形梁与钢承力柱之间设置二层支撑梁，二层支撑梁高度为500～550mm，宽度为300mm，二层环形梁与二层支撑梁交接部位未设置钢格构柱，基坑边坡中部设置腰梁，腰梁高度为500～550mm，宽度为300mm，二层环形梁与腰梁之间设置二层支撑梁；钢承力柱高出一层环形梁顶面1.5～1.8m，钢承力柱与一层环形梁之间设置钢锚索，钢锚索与一层环形梁拉结点沿一层环形梁圆弧均匀分布；钢承力柱伸入地下室底板以下土层，钢承力柱底端离地下室底板距离为钢承力柱顶端离地下室底板距离的1.5～1.7倍；
施工步骤包括：
(1)施工钢承力柱；通过液压静力压桩将钢承力柱压入土层；
(2)安装一层环形梁、压顶梁、一层支撑梁和斜撑梁的钢筋，支设一层环形梁、压顶梁、一层支撑梁和斜撑梁的模板，拆除钢承力柱方形预留孔外面的临时钢覆板，一层支撑梁的钢筋伸入方形预留孔后与钢承力柱的钢隔板进行焊接，在方形预留孔内浇筑混凝土，此后再浇筑一层环形梁、压顶梁、一层支撑梁和斜撑梁混凝土；
(3)张拉钢锚索；
(4)待一层环形梁、压顶梁、一层支撑梁和斜撑梁混凝土强度达到设计强度的100％后，开挖一层环形梁外部的土方；一层环形梁外部的土方采用分块分层开挖，一层环形梁外部的土方分成四块开挖，开挖采用对称方式，以减少开挖时产生的附加应力，第一块挖完后再开挖对角的土方；分层开挖厚度为500～600mm；一层环形梁外部的土方开挖至一半深度时再开挖一层环形梁内部的土方，一层环形梁内部的土方采用分块分层开挖，一层环形梁内部的土方分成四块开挖，开挖采用对称方式，第一块挖完后再开挖对角的土方；分层开挖厚度为500～600mm；待一层环形梁内部的土方开挖至一半深度时再开挖一层环形梁外部剩余的土方，最后再开挖一层环形梁内部剩余的土方；
(5)安装二层环形梁、腰梁、二层支撑梁的钢筋，支设二层环形梁、腰梁、二层支撑梁的模板，拆除钢承力柱方形预留孔外面的临时钢覆板，二层支撑梁的钢筋伸入方形预留孔后与钢承力柱的钢隔板进行焊接，在方形预留孔内浇筑混凝土，此后再浇筑二层环形梁、腰梁、二层支撑梁混凝土；
(6)待二层环形梁、腰梁、二层支撑梁混凝土强度达到设计强度的100％后，开挖二层环形梁外部的土方；二层环形梁外部的土方采用分块分层开挖，二层环形梁外部的土方分成四块开挖，开挖采用对称方式，第一块挖完后再开挖对角的土方；分层开挖厚度为500～600mm；二层环形梁外部的土方开挖至一半深度时再开挖二层环形梁内部的土方，二层环形梁内部的土方采用分块分层开挖，二层环形梁内部的土方分成四块开挖，开挖采用对称方式，第一块挖完后再开挖对角的土方；分层开挖厚度为500～600mm；待二层环形梁内部的土方开挖至一半深度时再开挖二层环形梁外部剩余的土方；二层环形梁外部范围的地下室底板分成四块进行浇筑，浇筑顺序与土方开挖顺序一致，即第一块土方开挖完毕后进行浇筑第一块地下室底板，其他块地下室底板依次类推；相邻混凝土块之间设置钢板止水带；
(7)待二层环形梁外部范围的地下室底板浇筑完毕后再开挖二层环形梁内部剩余的土方；二层环形梁内部范围的地下室底板分成四块进行浇筑，浇筑顺序与土方开挖顺序一致，即第一块土方开挖完毕后进行浇筑第一块地下室底板，其他块地下室底板依次类推；相邻混凝土块之间设置钢板止水带；
(8)支设地下室侧壁的钢筋、模板并进行浇筑混凝土；
(9)拆除支护结构，支护结构拆除采用光面切割爆破；先拆除二层环形梁、腰梁、二层支撑梁；再拆除一层环形梁、压顶梁、一层支撑梁和斜撑梁；
(10)拆除钢锚索；
(11)割除一层支撑梁或二层支撑梁钢筋和钢承力柱的联接，拔除钢承力柱；
支护结构爆破采用垂直孔或倾斜孔；爆破参数可按以下选取：孔深为0.7～0.8梁高度，孔距为0.56～0.8梁高度，采用梅花形布孔时，孔距为0.5～0.7梁高度。
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