CN112575789A - 斜拉式空间桁架基坑内支撑体系 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种斜拉式空间桁架基坑内支撑体系，包括钢绞线、立柱、腹杆、水平支撑、斜撑和连接件；所述的立柱设于第一道水平支撑中间上部，腹杆安装在任两道水平支撑之间，形成空间桁架，斜撑支于最下一道水平支撑与腰梁之间，钢绞线的两端分别锚固于立柱的顶部和冠梁处，形成斜拉式空间桁架。本发明将空间桁架引入基坑内支撑体系，结构传力明确，整体刚度大，用材省，通过调节钢绞线索力以实现变形可调，且各构件可在工厂预制成标准件，现场施工时各构件间主要通过螺栓连接即可完成安装，可大幅提高基坑支护结构的施工效率、提高施工质量、缩短工期、节约施工成本。

Description

斜拉式空间桁架基坑内支撑体系

技术领域

本发明属于基坑支护技术领域，具体涉及了一种斜拉式空间桁架基坑内支撑体系。

背景技术

基坑是一种临时结构，指在基础设计位置按基底标高和基础平面尺寸所开挖的土坑，其一般可分为有支护基坑和无支护基坑两种。无支护基坑一般在基础埋置不深，施工周期较短，开挖时不影响邻近建筑物安全的情况下被采用。但是当面临以下几种情况：1、基坑壁土质不稳定，并且有地下水的影响。2、放坡或者土方开挖工程量过大、不经济。3、容易受到施工场地或邻近建筑物限制，不能采用放坡开挖。为保证施工的安全与顺利进行，需采取有支护基坑。

基坑支护是为保护地下主体结构施工和基坑周边环境的安全，对基坑采用的临时性支挡、加固、保护与地下水控制的措施。基坑支护工程的作用主要体现在：（1）确保基坑开挖和基础结构施工安全、顺利进行。（2）确保基坑临近建筑物、地下管道、管线等周边环境正常使用。（3）防止地面出现坍塌、坑底隆起发生。

基坑支护作为一种结构体系，需满足稳定和变形的要求，即承载能力极限状态和正常使用极限状态。基坑支护的结构类型较多，具体应用时可因地制宜进行选取。其中，浅基坑支护的常见支护形式有：（1）锚拉支撑；（2）斜柱支撑；（3）连续式垂直支撑；（4）间断式水平支撑；（5）断续式水平支撑；（6）短柱横隔式支撑；（7）临时挡土墙支撑；（8）型钢桩横挡板支撑；（9）短桩横隔板支撑；（10）临时挡土墙支撑；（11）挡土灌注桩支护；（12）叠袋式挡墙支护。深基坑支护的常见支护形式主要有：（1）土钉墙支护；（2）钢板桩支护；（3）水泥土墙支护；（4）支护桩内支撑支护；（5）支护桩土层锚杆支护；（6）挡土灌注支护桩或地下连续墙支护；（7）支护桩支护；（8）地下连续墙；（9）水泥土桩墙；（10）逆作拱墙。

基坑的水平支护体系包括桩锚杆体系和内支撑体系：桩锚杆体系以支护桩和锚杆作为主要支护构件，但是锚杆一般需要锚固在基坑外部，既会对相邻地块后期的开发造成不利影响，又可能给临近建筑埋下安全隐患。而内支撑体系具有安全可靠、受力合理等特点，其布置于基坑的内部，对基坑外部环境影响小，且可根据土方开挖和地下结构的施工进度进行支设或拆除，搭设形式和施工过程较为灵活，因此工程上一般采用内支撑体系。

目前，深基坑支护主要采用竖向支护加水平内支撑的形式，而水平内支撑主要是钢筋混凝土结构及钢结构，其中，钢筋混凝土支撑一般为一次性工程，且存在诸多问题：（1）施工工序繁杂，施工周期长；钢筋混凝土支撑的施工工序包括打垫层、绑钢筋、支模板、浇筑混凝土、养护、拆模等，且支撑体系多呈“井”字排列，数量多，不仅其自身施工需花费很长时间，还会导致基坑开挖的施工进度缓慢。（2）无法循环使用；基坑开挖完成后，钢筋混凝土支撑需进行拆除，由此会产生大量的建筑垃圾，造成资源浪费，不利于城市的可持续发展。（3）拆除时危险性大、风险高；钢筋混凝土支撑拆除时一般采用爆破、混凝土破拆等方法，炸药量的控制、埋置位置的确定等需要极为专业的人员进行操作，稍有不慎就会造成严重后果。而常用的钢支撑虽然可以回收利用从而减少浪费与环境污染，但是其一般为梁式布置，钢梁刚度小易变形、结构受弯时仅能通过增大梁高加以抵抗，因此支护效率低，所需的支护密度比较大，导致施工空间狭窄，造成施工周期延长，为保证基坑安全往往需要加大用钢量，不够经济。

随着城市的发展，建筑用地日益紧张，因而城市地下空间开发的规模越来越大，如深圳前海地区，地下空间开发面积达到630万平方米，基坑开挖深度更是深达32.5米。可以预见，未来城市的规划建设将更加重视地下空间的开发与利用，基坑工程势必向着更大深度和更大面积的方向发展。而随着我国公路、铁路、地铁线路工程的加速建设，桥梁基础及地铁站施工时，深基坑工程也越来越多、越来越深，如“世界第一拱”——平南三桥基础施工时，地连墙底板直径答54.6米，厚6.0米，需连续浇筑混凝土14041立方米。综上可知，不管是城市建筑还是交通设施的修建，基坑建设工程的数量将更多，规模亦将更加庞大，对基坑内支撑体系的安全性和经济性等提出的要求愈加严苛，寻求有效方法开发安全可靠性更高、经济指标更优的基坑内支撑体系有着巨大的社会及工程意义。

基坑工程是岩土工程中重要的研究方向之一，也是工程中的难题之一。研发可重复使用、节能环保的新型支撑结构，可改善施工条件，提高挖土效率，减少土方开挖的工期，对实现基坑支撑技术的工业化和装配化，满足新时期绿色、高效施工的工程和社会需求等具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是为了弥补现有基坑内支撑体系的缺点，优化基坑水平或斜撑支护结构，提出了一种斜拉式空间桁架基坑内支撑体系。本发明将空间桁架引入基坑内支撑体系，结构传力明确，整体刚度大，用材省，通过调节钢绞线索力以实现变形可调，且各构件可在工厂预制成标准件，现场施工时各构件间主要通过螺栓连接即可完成安装，可大幅提高基坑支护结构的施工效率、提高施工质量、缩短工期、节约施工成本。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种斜拉式空间桁架基坑内支撑体系，包括钢绞线、立柱、腹杆、支护桩、冠梁、腰梁、水平支撑、斜撑和连接件；所述的支护桩设于基坑内壁，并且在支护桩上浇筑冠梁和若干腰梁；所述的水平支撑自上而下设有若干道，并且水平支撑的两端分别与相对应的冠梁或者腰梁固接；所述的立柱设于第一道水平支撑中间上部，腹杆安装在任两道水平支撑之间，形成空间桁架，斜撑支于最下一道水平支撑与腰梁之间，钢绞线的两端分别锚固于立柱的顶部和冠梁处，形成斜拉式空间桁架。

在本发明中，利用结构概念进行基坑支护创新，将空间桁架引入基坑内支撑体系，可提高内撑体系的支护效率，降低基坑开挖的施工风险；通过采用钢结构，可实现循环使用，有利于可持续发展；通过采用先进施工工艺，可缩短基坑工程施工周期，节约资金。

作为本发明进一步说明，所述的立柱、腹杆、水平支撑、斜撑采用的构件可空心或内充填胶结材料；所述的胶结材料包括但不限于混凝土、压浆料、环氧树脂。

作为本发明进一步说明，所述的立柱、腹杆、水平支撑、斜撑采用的构件的截面为箱型、圆型，或者构件为通用的型钢。

作为本发明进一步说明，所述的构件相互连接时采用焊接、铆接、螺栓连接或栓焊结合的方式。

作为本发明进一步说明，所述的连接件用于各构件间的相互连接，包括轴向连接件、横向连接件、直角或非直角连接件。

本发明的优点：

1.结构刚度大，安全性高。将空间桁架引入基坑内支撑体系，可发挥桁式结构刚度大的优势，进行基坑支护时结构变形小，结构发生失效的概率低，更具安全性。

2.结构变形可调，可实现自动化。通过调节钢绞线索力，可根据基坑支护的实际需求对变形进行调整，结合自动监测设备，可实现全过程的实时调整，大幅降低基坑工程对周边环境的影响。

3.各构件为工厂预制的标准件，可在工厂拼接运至现场，减少现场拼接工程量，降低工人安装工作量，保证工人施工安全。装配简单方便，施工快捷，可降低人为及天气因素的影响，提高施工质量，减小基坑工程施工风险。

4.将引入空间桁架进行基坑内支撑体系，可为施工提供大空间，便于车辆出入、便于坑底地基基础工程及大型桩基机械施工。

5.将引入空间桁架进行基坑内支撑体系，支护效率高，需设置的水平或斜撑支撑数量少，用材省，且对基坑开挖及出土影响小，可大幅缩短施工周期。

6.采用钢结构，无需现场浇筑、养护混凝土，可加快施工进度。根据需要，采用的构件可为空心或内充填混凝土、压浆料、环氧树脂等所有胶结材料，如在钢结构中充填混凝土材料，则构成钢管混凝土。

7.根据基坑开挖深度，斜拉式空间桁架基坑内支撑体系可单独使用或与传统的水平支撑、斜撑组合使用。

8.在钢结构上设置喷淋系统，起到降低钢结构温度应力和现场施工降尘作用。

9.各构件损耗率低、周转期限长、回收利用率高，可实现循环使用，绿色环保节能，有利于节能减排和可持续发展。

附图说明

图1是将本发明应用于实施例进行支护的剖面布置图。

图2是实施例的基坑平面示意图。

图3是现有技术中基坑支护原方案平面示意图。

图4是将本发明应用于实施例进行支护的立面布置图。

图5是将本发明应用于实施例进行支护的平面布置图。

附图标记：1-钢绞线，2-立柱，3-腹杆，4-支护桩，5-冠梁，6-腰梁，7-立柱桩，8-混凝土内支撑，9-角撑，10-八角撑，11-喷淋系统，12-水平支撑，13-斜撑，A-基坑底，B-地面线。

具体实施方式

为阐述本发明的技术方案，体现其优越性和经济性，以下结合图1～图5和实施例，对本发明的做进一步说明（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）。

实施例：

一种斜拉式空间桁架基坑内支撑体系，包括钢绞线1、立柱2、腹杆3、支护桩4、冠梁5、腰梁6、水平支撑12、斜撑13和连接件；所述的支护桩4设于基坑内壁，并且在支护桩4上浇筑冠梁5和若干腰梁6；所述的水平支撑12自上而下设有若干道，并且水平支撑的两端分别与相对应的冠梁5或者腰梁6固接；所述的立柱2设于第一道水平支撑中间上部，腹杆3安装在任两道水平支撑之间，形成空间桁架，斜撑13支于最下一道水平支撑与腰梁6之间，钢绞线1的两端分别锚固于立柱2的顶部和冠梁5处，形成斜拉式空间桁架。

应用实例：

如图1-5所示，将本发明应用于某高层住宅楼的基坑支护，该楼用地面积2356m²，建筑面积29687m²，楼高112m，地上35层，地下3层，基坑开挖深度12.5m～18.6m，基坑坑底面积约2235m²，支护长度约221m。基坑重要性等级为一级，设计使用年限一年。原支护方案为支护桩+混凝土水平内支撑支护，水平支撑的立柱系统采用角钢格构柱结合钻孔灌注立柱桩的组合立柱形式，基坑短边方向设置三道钢筋混凝土水平支撑，水平支撑系统呈角撑或对撑形式。

采用本发明进行基坑支护，具体包括钢绞线1、立柱2、腹杆3、水平支撑12、斜撑13和连接件；所述的立柱2设于第一道水平支撑中间上部，腹杆3安装在任两道水平支撑之间，形成空间桁架，斜撑13支于最下一道水平支撑与腰梁6之间，钢绞线1的两端分别锚固于立柱2的顶部和冠梁5处，形成斜拉式空间桁架。本体系将空间桁架引入基坑内支撑体系，结构传力明确，整体刚度大，用材省，通过调节钢绞线索力以实现变形可调，且各构件可在工厂预制成标准件，现场施工时各构件间主要通过螺栓连接即可完成安装，可大幅提高基坑支护结构的施工效率、提高施工质量、缩短工期、节约施工成本。

利用本方案对该基坑进行支护后，其增益效果具体表现在：基坑工程施工时间缩短半年，节省资金30%至50%。

显然，上述实施例仅仅是为了清楚的说明本发明所作的举例，而并非对本发明实施的限定。对于所属技术领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动；这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举；而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种斜拉式空间桁架基坑内支撑体系，其特征在于：包括钢绞线（1）、立柱（2）、腹杆（3）、支护桩（4）、冠梁（5）、腰梁（6）、水平支撑（12）、斜撑（13）和连接件；

所述的支护桩（4）设于基坑内壁，并且在支护桩（4）上浇筑冠梁（5）和若干腰梁（6）；

所述的水平支撑（12）自上而下设有若干道，并且水平支撑的两端分别与相对应的冠梁（5）或者腰梁（6）固接；

所述的立柱（2）设于第一道水平支撑中间上部，腹杆（3）安装在任两道水平支撑之间，形成空间桁架，斜撑（13）支于最下一道水平支撑与腰梁（6）之间，钢绞线（1）的两端分别锚固于立柱（2）的顶部和冠梁（5）处，形成斜拉式空间桁架。

2.根据权利要求1所述的斜拉式空间桁架基坑内支撑体系，其特征在于：所述的立柱（2）、腹杆（3）、水平支撑（12）、斜撑（13）采用的构件可空心或内充填胶结材料；所述的胶结材料包括但不限于混凝土、压浆料、环氧树脂。

3.根据权利要求1所述的斜拉式空间桁架基坑内支撑体系，其特征在于：所述的立柱（2）、腹杆（3）、水平支撑（12）、斜撑（13）采用的构件的截面为箱型、圆型，或者构件为通用的型钢。

4.根据权利要求2或3所述的斜拉式空间桁架基坑内支撑体系，其特征在于：所述的构件相互连接时采用焊接、铆接、螺栓连接或栓焊结合的方式。

5.根据权利要求4所述的斜拉式空间桁架基坑内支撑体系，其特征在于：所述的连接件用于各构件间的相互连接，包括轴向连接件、横向连接件、直角或非直角连接件。

6.根据权利要求1所述的斜拉式空间桁架基坑内支撑体系，其特征在于：所述的水平支撑（12）上设有喷淋系统（11）。

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