CN116290003B - 复合承载式斜支撑方法及系统 - Google Patents
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Abstract
一种复合承载式斜支撑方法及系统，其特征在于：预先，制备多根斜撑钢管体；先用一复合包裹体将钢管的底端口封盖，将复合包裹体与钢管底端口一周进行密封固定连接；然后，在复合包裹体外再盖装上一具有尖部的导向钢帽体；具体施工方法，包括以下步骤：步骤S1、测量确定斜撑钢管体需要植入的位置；步骤S2、将所述斜撑钢管体植入施工地面；步骤S3、向管内填入底部干填料；步骤S4、向管内反复夯击，以使底部干填料向下冲掉导向钢帽体，并推挤复合包裹体使之膨胀，以在斜撑钢管体的底部形成底部承载体；步骤S5、向管内继续填筑混凝土并夯实，得到复合斜支撑体；步骤S6、将所述复合斜支撑体顶部与支护结构的冠梁/围檩锁紧。
Description
技术领域
本发明涉及基坑工程中的复合承载式斜支撑施工方法及系统。
背景技术
目前在深基坑工程中，普遍采用钢筋混凝土内支撑、型钢内支撑或钢管内支撑结构。
传统钢筋混凝土内支撑需通过支模、绑扎钢筋、浇筑混凝土、拆模等工序，需消耗大量的钢筋、混凝土以及立柱桩等；施工完毕后还需要进行大量的拆除作业，施工繁琐、工期长、产生粉尘和噪音污染，人工劳动力投入大，不经济；而钢结构内支撑提供的刚度有限，用钢量大，且造价随工期增加显著，不经济，施工不便。
近来来，出现了斜支撑支护体系，具体可参见申请公布号为CN111877361A的发明专利申请。该斜支撑支护体系包括深基坑本体，深基坑本体的边缘处设置有若干个支护桩，支护桩的一侧设置有支护结构，所述支护结构包括固定设置在支护桩靠近深基坑中心一侧的斜支撑部，所述斜支撑部包括多个斜支撑杆以及固定设置在斜支撑杆外侧的斜支撑加固层，所述斜支撑加固层埋设在深基坑本体的土层中。具体，斜支撑加固层具体形成方式是：在打设斜支撑杆之前向对应的打设孔中灌注水泥浆，在水泥浆没有凝固之前将斜支撑杆打设至打设孔中，水泥浆凝固之后形成斜支撑加固层。此种斜支撑部其实就是一灌注桩，是以水泥浆的凝固来固定住斜支撑杆底端，牢固度有效，斜向承载力不足。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种复合承载式斜支撑方法及系统，以提升斜向承载力。
为实现上述目的，本发明提供如下施工方法技术方案：一种复合承载式斜支撑方法，预先，制备多根斜撑钢管体；具体是先用一复合包裹体将钢管的底端口封盖，将复合包裹体与钢管底端口一周进行密封固定连接；然后，在复合包裹体外再盖装上一具有尖部的导向钢帽体，以此完成斜撑钢管体的制作；所述复合包裹体由一防水膜层以及至少一层抗拉增强层构成；
具体施工方法，包括以下步骤：
步骤S1、场地平整，测量确定斜撑钢管体需要植入的位置；
步骤S2、将所述斜撑钢管体以预设角度倾斜植入施工地面；
步骤S3、从所述斜撑钢管体顶端向管内填入含水率小于8%的底部干填料，所述底部干填料为未加水的混凝土拌合物、未加水的水泥砂拌合物或这两种的组合；
步骤S4、从所述斜撑钢管体顶端向管内反复夯击，以使底部干填料向下冲掉导向钢帽体后，推挤复合包裹体使之膨胀，以在斜撑钢管体的底部形成一经反复夯击夯实的且从内至外由底部干填料、复合包裹体及周边的土体构成的底部承载体；
步骤S5、从所述斜撑钢管体顶端向斜撑钢管体内填筑预拌混凝土并反复夯击，在填筑预拌混凝土的过程中，预拌混凝土中的水向下渗入底部干填料内，使夯实的底部干填料凝固硬化为一坚硬的实体，并与复合包裹体及周边的土体结合为一个整体，从而得到斜向设置的且与施工地面牢固连接的复合斜支撑体；
步骤S6、将所述复合斜支撑体顶部与支护结构的冠梁/围檩锁紧，得到复合承载式钢管混凝土斜支撑系统。
上述方案中，所述复合包裹体由中间的防水膜层在其两面覆设抗拉增强层构成。
上述方案中，所述复合包裹体是用高强度结构胶胶粘密封于钢管的底端外周上。
上述方案中，所述步骤S4之后包括：步骤S41、测量所述底部承载体的密实度，当密实度等于或者大于预设值时，进入步骤S5；当密度小于预设值时，则返回步骤S4。
上述方案中，所述步骤S2包括采用锤击或者振动或者液压动力或者其组合方式，将所述斜撑钢管体植入施工地面。
上述方案中，所述步骤S2之后包括：步骤S21、测量所述斜撑钢管体植入的位置及角度，若所述斜撑钢管体植入的位置及角度在预设范围内，进入所述步骤S3；若所述斜撑钢管体植入的位置及角度不在预设范围内，则调整所述斜撑钢管体的位置及角度，直至进入预设范围内。
上述方案中，所述步骤S5包括通过焊接或者螺栓连接将所述复合斜支撑体的顶部与支护结构的冠梁/围檩锁紧。
上述方案中，所述步骤S6之后还包括：步骤S7、待地下室底板及侧墙支撑构件达到设计要求后，将所述复合斜支撑体进行切割拆除。
上述方案中，所述步骤S1之后包括：步骤S11、采用碎砖、碎混凝土块、水泥、碎石、卵石或矿渣对施工地面进行预填充。
上述方案中，所述步骤S5中，向斜撑钢管体内填筑预拌混凝土的高度对应于施工地面高度，使斜撑钢管体内填筑预拌混凝土的顶面平齐于施工地面或略低于施工地面，以便待地下室底板及侧墙支撑构件达到设计要求后，可直接以割断地方式拆除复合斜支撑体。
为实现上述目的，本发明提供如下系统技术方案：一种复合承载式斜支撑系统，采用如下方法：
预先，制备多根斜撑钢管体；具体是先用一复合包裹体将钢管的底端口封盖，将复合包裹体与钢管底端口一周进行密封固定连接；然后，在复合包裹体外再盖装上一具有尖部的导向钢帽体，以此完成斜撑钢管体的制作；所述复合包裹体由一防水膜层以及至少一层抗拉增强层构成；
具体方法，包括以下步骤：
步骤S1、场地平整，测量确定斜撑钢管体需要植入的位置；
步骤S2、将所述斜撑钢管体以预设角度倾斜植入施工地面；
步骤S3、从所述斜撑钢管体顶端向管内填入含水率小于8%的底部干填料，所述底部干填料为未加水的混凝土拌合物、未加水的水泥砂拌合物或这两种的组合；
步骤S4、从所述斜撑钢管体顶端向管内反复夯击，以使底部干填料向下冲掉导向钢帽体后，推挤复合包裹体使之膨胀，以在斜撑钢管体的底部形成一经反复夯击夯实的且从内至外由底部干填料、复合包裹体及周边的土体构成的底部承载体；
步骤S5、从所述斜撑钢管体顶端向斜撑钢管体内填筑预拌混凝土并反复夯击，在填筑预拌混凝土的过程中，预拌混凝土中的水向下渗入底部干填料内，使夯实的底部干填料凝固硬化为一坚硬的实体，并与复合包裹体及周边的土体结合为一个整体，从而得到斜向设置的且与施工地面牢固连接的复合斜支撑体；
步骤S6、将所述复合斜支撑体顶部与支护结构的冠梁/围檩锁紧，得到复合承载式钢管混凝土斜支撑系统；
本复合承载式斜支撑系统具体包括：
支护结构，竖直设置于基坑中；
冠梁/围檩，设置于所述支护结构的顶部；
复合斜支撑体，其顶部于所述冠梁/围檩相连；
底部承载体，与所述复合斜支撑体的底部相连，所述底部承载体经反复夯击夯实，且从内至外由底部干填料、复合包裹体及周边的土体构成。
本发明的有益效果是：
1、由于本发明以钢管充填混凝土构成的复合承载桩来代替现有斜支撑中有普通灌注桩，本发明钢管底部形成有底部承载体，使钢管、混凝土、自然土层结合成一整体，支撑牢固性好，大幅提升了斜向支撑的斜向承载力;
2、由于本发明采用含水率低于8%的底部干填料，底部干填料本身未加水前期不会凝固，在未加水的状态下夯击能最大可能地保证夯击的密实效果，即此时的底部干填料基本就是水泥粉和砂石，反复夯击能将其夯实成为高密实度的实体，然后当向钢管再筑填预拌混凝土时，预拌混凝土中的水因重力渗入底部干填料中才使底部干填料发生凝固，凝结成既密实又坚硬的实体，从而达到了高承载力;
3、由于本发明还特别地在钢管的底端口设置了复合包裹体，该复合包裹体具有防水隔水性、弹性以及抗拉强度，复合包裹体起到有效隔离地下水的作用，以防地下水倒灌入钢管内，也从另一方面保证了夯击的效果，使夯击后在底部形成的底部承载体的密实度能够达到预设的要求，从而保证能达到所设计的整个斜支撑的承载力，故本发明特别适用于地下水丰富的地区;
4、由于本发明还特别地在钢管的底端口设置了复合包裹体，在施工过程以及施工完成后复合包裹体都不破裂，它的存在使钢管底端由底部干填料膨胀所形成的大头端的形状更规则，在经过反复多次的夯击、填料操作后，底部干填料、复合包裹体和外周被压实的土层结合成为一个实实在在坚硬的实体（即底部承载体），该底部承载体的形状更规则（较之不设复合包裹体），各方向受力也就更均匀、更稳固，也就增强了承载力的稳定性;
5、本发明复合承载式斜支撑方法，施工简单，提高生产效率;
6、本发明避免大面积使用钢筋混凝土内支撑、型钢内支撑或钢管内支撑，复合斜支撑提高了承载能力，缩减工期、减小钢筋混凝土及钢结构用量，增加基坑内无支撑区域面积，经济性能优越，施工方便。
附图说明
图1为本发明实施例的复合承载式斜支撑系统的示意图；
图2为本发明实施例的复合承载式斜支撑系统的底部承载体处的放大示意图；
图3为本发明实施例的斜撑钢管体的底端示意图；
图4为本发明实施例的复合包裹体剖面示意图。
图中标记为：1、斜撑钢管体；2、复合包裹体；21、防水膜层；22、抗拉增强层；3、导向钢帽体；4、支护结构；5、冠梁/围檩；6、复合斜支撑体；7、底部承载体；8、底部干填料；9、土体。
具体实施方式
以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
实施例：参见图1—图4：
一种复合承载式斜支撑方法，预先，制备多根斜撑钢管体1；具体是先用一复合包裹体2将钢管的底端口封盖，将复合包裹体2与钢管底端口一周进行密封固定连接；然后，在复合包裹体2外再盖装上一具有尖部的导向钢帽体3，具体可将导向钢帽体3与钢管底部以少数几处点焊连接，以此完成斜撑钢管体1的制作。
所述复合包裹体2是较佳可用高强度结构胶胶粘密封于钢管的底端外周上，比如采用商标为“加固邦”的缝补胶GA-501即可。需要保证复合包裹体2与钢管的连接是可靠牢固的，其连接强度肯定是要高于导向钢帽体3与钢管间的连接强度。
所述复合包裹体2由一防水膜层21以及至少一层抗拉增强层22构成。具体，防水膜层21可以用橡胶、高分子聚合物层等材质，需要有一定的弹性和抗拉性，而抗拉增强层22可以采用无纺纤维布、尼龙或几种高强材料的组合，当然，实际中采用其他具有很好的抗拉的材料都可，此抗拉增强层22的作用是保护防水膜层，以免防水膜层破损。最佳是，复合包裹体2由中间的防水膜层21在其两面呼覆设抗拉增强层22构成，如图4所示。
具体包括以下步骤：
步骤S1、场地平整，测量确定斜撑钢管体1需要植入的位置；
步骤S2、将所述斜撑钢管体1以预设角度倾斜植入施工地面；
步骤S3、从所述斜撑钢管体顶端向管内填入含水率小于8%的底部干填料，所述底部干填料为未加水的混凝土拌合物、未加水的水泥砂拌合物或这两种的组合；
步骤S4、从所述斜撑钢管体顶端向管内反复夯击，以使底部干填料向下冲掉导向钢帽体后，推挤复合包裹体使之膨胀，以在斜撑钢管体的底部形成一经反复夯击夯实的且从内至外由底部干填料、复合包裹体及周边的土体构成的底部承载体；
步骤S5、从所述斜撑钢管体顶端向斜撑钢管体内填筑预拌混凝土并反复夯击，在填筑预拌混凝土的过程中，预拌混凝土中的水向下渗入底部干填料内，使夯实的底部干填料凝固硬化为一坚硬的实体，并与复合包裹体及周边的土体结合为一个整体，从而得到斜向设置的且与施工地面牢固连接的复合斜支撑体；
步骤S6、将所述复合斜支撑体6顶部与支护结构4的冠梁/围檩5锁紧，得到复合承载式钢管混凝土斜支撑系统；
步骤S7、待地下室底板及侧墙支撑构件达到设计要求后，将所述复合斜支撑体6进行切割拆除。
所述步骤S4之后包括：步骤S41、测量所述底部承载体7的密实度，当密实度等于或者大于预设值时，进入步骤S5；当密实度小于预设值时，则返回步骤S4。实际，此步骤S41测量所述底部承载体7的密实度可以采用三击贯入度（即提高柱锤6m空击三次，柱锤贯入填料中的深度）来间接测得。
所述步骤S2包括采用锤击或者振动或者液压动力或者其组合方式，将所述斜撑钢管体1植入施工地面。
所述步骤S2之后包括：步骤S21、测量所述斜撑钢管体1植入的位置及角度，若所述斜撑钢管体1植入的位置及角度在预设范围内，进入所述步骤S3；若所述斜撑钢管体1植入的位置及角度不在预设范围内，则调整所述斜撑钢管体1的位置及角度，直至进入预设范围内。
所述步骤S5包括通过焊接或者螺栓连接将所述复合斜支撑体的顶部与支护结构的冠梁/围檩锁紧。
所述步骤S1之后包括：步骤S11、采用碎砖、碎混凝土块、水泥、碎石、卵石、矿渣对施工地面进行预填充。
一种复合承载式斜支撑系统，采用本实施例上述的方法施工而成，该斜支撑系统具体包括：
支护结构4，竖直设置于基坑中；
冠梁/围檩5，设置于所述支护结构4的顶部；
复合斜支撑体6，其顶部于所述冠梁/围檩5相连；
底部承载体7，与所述复合斜支撑体6的底部相连；所述底部承载体7经反复夯击夯实，且从内至外由底部干填料、复合包裹体及周边的土体构成。
本发明实施例复合承载式斜支撑方法，施工简单，提高生产效率；避免大面积使用钢筋混凝土内支撑、型钢内支撑或钢管内支撑，复合斜支撑体6提高了承载能力，缩减工期、减小钢筋混凝土及钢结构用量，增加基坑内无支撑区域面积，经济性能优越，施工方便。
下面将本实施例与现有技术（CN111877361A）灌注桩进行了对比测试：
测试条件：
为简化计算，假定计算范围内土层为单一的、中密粉砂层，力学参数如下：
基坑挖深均为5m，钢管在基坑底面以下深度为5m（即钢管斜向长度为7.1m）,地基承载力取160kPa；本发明采用直径φ426mm的钢管，而现有技术（CN111877361A）灌注桩采用直径一般为φ800mm。
对比例1：采用现有技术（CN111877361A）灌注桩：
根据桩基规范（JGJ94-2008），灌注桩外侧的侧摩阻力可取45kPa，端阻力可取900kPa，则能够提供的斜向极限承载力Nu为：
Nu=Ns+Np=3.14*7.1*0.8*45+0.8*0.8/4*3.14*900=1254.7kN
备注：Nu为斜向极限承载力（单位kN）；Ns为斜向极限侧阻力（单位kN）；Np为斜向极限端阻力（单位kN）；3.14为圆周率；7.1为钢管斜向长度（单位m）；0.8为灌注桩直径（单位m）；45为灌注桩外侧的侧摩阻力（单位kPa）；900为灌注桩端阻力（单位kPa）；
采用现有技术（CN111877361A）灌注桩工艺，斜向承载力特征值R1为：
R1 =Nu/2= 1254.7/2=627.4kN。
对比例2：采用本实施例复合承载式斜支撑方法的斜支撑系统：
以底部承载体持力层为粉砂层，持力层深度为10m，计算为：
按照建筑地基基础规范（GB50007-2011）对地基承载力特征值fak=160kPa进行深度修正，
fa =fak+ηd*γm*（d-0.5）=160+3.0*9.0*（10.0+1.6-0.5）=459.7 kPa;
备注：fak为地基承载力特征值（单位kPa）；ηd为地基承载力深度修正系数，取值3.0；γm为基础底面以上土的加权平均重度（单位kN/m3），取值9.0；d为基础埋置深度（单位m）等于持力层深度（单位m）加上复合承载体计算高度（单位m），持力层深度代入10.0，复合承载体计算高度取值1.6；
取复合承载体等效计算面积A = 3.2m2,则斜向承载力特征值R2为：
R2= fa * A = 459.7 * 3.2=1471.0kN
测试结论：
经比较，R1（627.4kN）远小于R2（1471.0kN）；
即，本实施例与现有技术（CN111877361A）灌注桩工艺相比，本实施例复合承载式斜支撑技术能够大幅提高斜支撑的承载力。
上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种复合承载式斜支撑方法，其特征在于：
预先制备多根斜撑钢管体；具体是先用一复合包裹体将钢管的底端口封盖，将复合包裹体与钢管底端口一周进行密封固定连接；然后，在复合包裹体外再盖装上一具有尖部的导向钢帽体，以此完成斜撑钢管体的制作；所述复合包裹体由一防水膜层以及至少一层抗拉增强层构成；
具体方法，包括以下步骤：
步骤S1、场地平整，测量确定斜撑钢管体需要植入的位置；
步骤S2、将所述斜撑钢管体以预设角度倾斜植入施工地面；
步骤S3、从所述斜撑钢管体顶端向管内填入含水率小于8%的底部干填料，所述底部干填料为未加水的混凝土拌合物、未加水的水泥砂拌合物或这两种的组合；
步骤S4、从所述斜撑钢管体顶端向管内反复夯击，以使底部干填料向下冲掉导向钢帽体后，推挤复合包裹体使之膨胀，以在斜撑钢管体的底部形成一经反复夯击夯实的且从内至外由底部干填料、复合包裹体及周边的土体构成的底部承载体；
步骤S5、从所述斜撑钢管体顶端向斜撑钢管体内填筑预拌混凝土并反复夯击，在填筑预拌混凝土的过程中，预拌混凝土中的水向下渗入底部干填料内，使夯实的底部干填料凝固硬化为一坚硬的实体，并与复合包裹体及周边的土体结合为一个整体，从而得到斜向设置的且与施工地面牢固连接的复合斜支撑体；
步骤S6、将所述复合斜支撑体顶部与支护结构的冠梁/围檩锁紧，得到复合承载式钢管混凝土斜支撑系统。
2.如权利要求1所述的复合承载式斜支撑方法，其特征在于：所述复合包裹体由中间的防水膜层在其两面覆设抗拉增强层构成。
3.如权利要求1所述的复合承载式斜支撑方法，其特征在于：所述复合包裹体是用高强度结构胶胶粘密封于钢管的底端外周上。
4.如权利要求1所述的复合承载式斜支撑方法，其特征在于，所述步骤S4之后包括：
步骤S41、测量所述底部承载体的密实度，当密实度等于或者大于预设值时，进入步骤S5；当密实度小于预设值时，则返回步骤S4。
5.如权利要求1所述的复合承载式斜支撑方法，其特征在于：所述步骤S5中，向斜撑钢管体内填筑预拌混凝土的高度对应于施工地面高度，使斜撑钢管体内填筑预拌混凝土的顶面平齐于施工地面或略低于施工地面。
6.如权利要求1所述的复合承载式斜支撑方法，其特征在于：所述步骤S2之后包括：
步骤S21、测量所述斜撑钢管体植入的位置及角度，若所述斜撑钢管体植入的位置及角度在预设范围内，进入所述步骤S3；若所述斜撑钢管体植入的位置及角度不在预设范围内，则调整所述斜撑钢管体的位置及角度，直至进入预设范围内。
7.如权利要求1所述的复合承载式斜支撑方法，其特征在于：所述步骤S5包括通过焊接或者螺栓连接将所述复合斜支撑体的顶部与支护结构的冠梁/围檩锁紧。
8.如权利要求1所述的复合承载式斜支撑方法，其特征在于：所述步骤S6之后还包括：
步骤S7、待地下室底板及侧墙支撑构件达到设计要求后，将所述复合斜支撑体进行切割拆除。
9.如权利要求1所述的复合承载式斜支撑方法，其特征在于：所述步骤S1之后包括：
步骤S11、采用碎砖、碎混凝土块、水泥、碎石、卵石或矿渣对施工地面进行预填充。
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