CN116815789A - 一种用于控制基坑位移的支撑体系及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于控制基坑位移的支撑体系及施工方法，该体系包括：围护结构；横向支撑体系，包括沿所述基坑的高度方向依次水平设置的第一道至第N道混凝土横向支撑；所述第一道至第N道混凝土横向支撑均包括分布在同一平面上间隔排列的若干个预制支撑；加力装置，其两端分别与所述围护结构和所述预制支撑相连，能够通过控制系统对所述围护结构施加预应力。本发明通过沿基坑的高度方向依次水平设置第一道至第N道混凝土横向支撑，并在预制支撑与围护结构之间设置加力装置，利用加力装置的伸缩即可对围护结构施加预应力，从而可以主动控制围护结构的位移，本发明还具有结构稳定可靠，施工工期短，造价低等优点。

Description

一种用于控制基坑位移的支撑体系及施工方法

技术领域

本发明涉及基坑工程技术领域，尤其涉及一种用于控制基坑位移的支撑体系及施工方法。

背景技术

基坑开挖可能会对引起周边土体产生位移，进而影响周边建构(筑)物安全。现有的支撑系统的种类及存在的问题如下：

1、伺服式钢支撑体系，这种体系采用的是一个千斤顶连接一根钢支撑的方式，是一种长条形的结构，虽可以控制围护结构的位移，但是大面积基坑开挖的情况，钢支撑的跨度较大，容易出现失稳的情况，一旦失稳，会出现连锁失效反应，增加基坑的风险；此外，伺服式钢支撑体系由于其承载力较低，支撑水平及竖向间距较密，造价相对较高。

2、混凝土支撑体系，这种体系的稳定性较高，但是发生位移后无法采用措施进行补救，因此它无法主动控制围护结构的位移；此外，基坑开挖至指定高度至混凝土支撑形成并达到设计强度需较长周期，在此期间由于支撑未能及时施加，基坑底部土体产生流变致使基坑发生较大的位移。

综上所述，现有技术无法兼顾主动控制位移和体系稳定的优势，施工工期长，造价高。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种用于控制基坑位移的支撑体系及施工方法。

一种用于控制基坑位移的支撑体系，包括：

围护结构；

横向支撑体系，包括沿所述基坑的高度方向依次水平设置的第一道至第N道混凝土横向支撑；所述第一道至第N道混凝土横向支撑均包括分布在同一平面上间隔排列的若干个预制支撑；

加力装置，其两端分别与所述围护结构和所述预制支撑相连，能够通过控制系统对所述围护结构施加预应力。

在其中一个实施例中，所述预制支撑的外侧设置有钢筋笼，外周浇筑有混凝土层；

在其中一个实施例中，所述第一道至第N道混凝土横向支撑同一平面上的支撑可以全部为预制支撑或预制支撑与混凝土支撑的组合。

在其中一个实施例中，所述混凝土横向支撑可预埋加力装置，与所述预制支撑协同受力。

在其中一个实施例中，所述预制支撑是型钢、格构柱、钢管、混凝土、钢管混凝土中的一种或几种。

在其中一个实施例中，还包括：

多个支撑连接杆，分别水平设置在第二道至第N道混凝土横向支撑的底部中间位置处；

立柱单元，竖直地设置在所述基坑的内部，所述立柱单元包括立柱和立柱桩，所述立柱的顶部与所述第一道混凝土横向支撑相连接，所述立柱的中部分别依次与不同高度的所述支撑连接杆固定连接，所述立柱的底部穿设在所述立柱桩内，所述立柱桩固定在所述基坑的坑底。

在其中一个实施例中，水平相邻的两个预制支撑之间固定连接有八字型混凝土支撑，所述八字型混凝土支撑的中部与所述围护结构相连接。

在其中一个实施例中，所述八字型混凝土支撑的一端与所述围护结构之间设有楔块单元，所述楔块单元包括相互配合的上楔块和下楔块，所述上楔块的一侧与所述八字型混凝土支撑的一端相接触，所述下楔块的一侧与所述围护结构相接触。

在其中一个实施例中，所述加力装置包括：

千斤顶，包括相互连接的千斤顶本体和活络头，所述千斤顶本体的底部通过预埋件钢板和第一锚固钢筋与第一道至第N道混凝土横向支撑相连接，所述活络头通过千斤顶垫板和第二锚固钢筋与所述围护结构相连接；

控制系统，经油管与所述千斤顶相连接。

在其中一个实施例中，所述围护结构包括地下连续墙或排桩，所述排桩包括围檩和灌注桩本体，所述灌注桩本体位于所述围檩的外侧。

一种用于控制基坑位移的支撑体系的施工方法，包括以下步骤：

S1、定位并施工地下围护结构和立柱单元；

S2、开挖第一层土体并形成第一道混凝土横向支撑；

S3、待第一道混凝土横向支撑养护到设计强度时，于设置预制支撑区域开槽挖土至第二道混凝土横向支撑底部或将第二层土体整体开挖至第二道混凝土横向支撑底部的深度；

S4、安装预制支撑和加力装置，并对围护结构施加预应力；

S5、将所述预制支撑的外围设置钢筋笼并浇筑混凝土，或在所述预制支撑的一侧或两侧设有混凝土支撑，形成第二道混凝土横向支撑，待第二道混凝土横向支撑养护到设计强度时，根据设计要求逐级施加预应力；

S6、通过加力装置对围护结构施加向基坑外的横向推力，实现位移的主动控制；

S7、开挖第三层土体至第三道混凝土横向支撑底部的深度，重复步骤S3-S6；

S8、开挖第N层土体至坑底，完成所有开挖。

在其中一个实施例中，所述步骤S2中，形成第一道混凝土横向支撑的方法包括：开挖第一层土体至第一道混凝土横向支撑底部的深度，架设混凝土支撑模板，放置钢筋笼，并与立柱单元焊接；浇筑混凝土，形成第一道混凝土横向支撑。

上述用于控制基坑位移的支撑体系及施工方法，通过沿基坑的高度方向依次水平设置第一道至第N道混凝土横向支撑，并在预制支撑与围护结构之间设置加力装置，利用加力装置的伸缩即可对围护结构施加预应力，从而可以主动控制围护结构的位移，本发明还具有结构稳定可靠，施工工期短，造价低等优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一的用于控制基坑位移的支撑体系的结构示意图；

图2是图1的立面剖视图；

图3是本发明的加力装置的结构示意图；

图4是本发明的加力装置的另一种分布状态图；

图5是本发明的楔块单元的结构示意图；

图6是本发明的混凝土横向支撑本体的第一种结构示意图；

图7是本发明的混凝土横向支撑本体的第二种结构示意图；

图8是本发明的第一道至第N道混凝土横向支撑开槽挖土的俯视图；

图9是本发明实施例二的用于控制基坑位移的支撑体系的结构示意图；

图10是图9的立面剖视图；

图11是本发明的围檩和注浆孔的位置示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

实施例一：

参阅图1-8所示，本发明一实施例提供一种用于控制基坑位移的支撑体系，包括：

围护结构1；所述围护结构1可以包括地下连续墙101等。

横向支撑体系，包括沿所述基坑的高度方向依次水平设置的第一道至第N道混凝土横向支撑(31-3N)；所述第一道至第N道混凝土横向支撑(31-3N)均包括分布在同一平面上间隔排列的若干个预制支撑321；

加力装置4，其两端分别与所述围护结构1和所述预制支撑321相连，能够通过控制系统对所述围护结构1施加预应力。可选地，加力装置4可以设置在所述横向支撑体系3的一侧或者两侧。

本实施例中，第一道至第N道混凝土横向支撑(31-3N)主要根据开挖时的土体层数进行依次划分，例如：自上而下开挖第一层土体后可以架设第一道混凝土横向支撑31，之后，继续向下开挖第二层土体可以架设第二道混凝土横向支撑32，依次类推，继续向下开挖第N层土体可以架设第N道混凝土横向支撑3N，其中，N为大于2的整数。

上述用于控制基坑位移的支撑体系，通过沿基坑的高度方向依次水平设置第一道至第N道混凝土横向支撑(31-3N)，并在预制支撑321与围护结构1之间设置加力装置4，利用加力装置4的伸缩即可对围护结构1施加预应力，从而可以主动控制围护结构1的位移，本发明还具有结构稳定可靠，施工工期短，造价低等优点。

在本发明一实施例中，所述预制支撑321的外侧设置有钢筋笼322，外周浇筑有混凝土层323；或所述预制支撑321的一侧或两侧设有横向支撑本体，此时，在横向支撑本体安装完成后，还可以拆下预制支撑321。

在本发明一实施例中，所述第一道至第N道混凝土横向支撑(31-3N)同一平面上的支撑可以全部为预制支撑或预制支撑与混凝土支撑的组合。可选地，所述混凝土横向支撑可预埋加力装置，与所述预制支撑协同受力。

在其中一个实施例中，预制支撑321可以为钢管、型钢，也可为预制混凝土桩等；钢筋笼322及模板可事先在地面上将其安装到预制支撑321外围，之后与预制支撑321一同吊装至预定位置。

在本发明一实施例中，还包括：

多个支撑连接杆5，分别水平设置在第二道至第N道混凝土横向支撑(32-3N)的底部中间位置处；

立柱单元6，竖直地设置在所述基坑的内部，所述立柱单元6包括立柱61和立柱桩62，所述立柱61的顶部与所述第一道混凝土横向支撑31相连接，所述立柱61的中部分别依次与不同高度的所述支撑连接杆5固定连接，所述立柱61的底部穿设在所述立柱桩62内，所述立柱桩62固定在所述基坑的坑底。

本实施例中，每一层的支撑连接杆5用于连接所在平面内所有的预制支撑321，从而可以提高整体的结构强度。立柱61可以设置在水平相邻的两个预制支撑321之间，这样可以形成一个完整的支撑体系，其稳定性高，承载力较强，且混凝土横向支撑的水平及竖向间距可以稍放宽，从而降低造价。

在本发明一实施例中，水平相邻的预制支撑321之间固定连接有八字型混凝土支撑7，所述八字型混凝土支撑7的中部与所述围护结构1相连接。如此，通过八字型混凝土支撑7可以增加水平相邻的两个预制支撑321之间的结构强度，避免两者之间间距过大造成的支撑稳定性下降。

在本发明一实施例中，所述八字型混凝土支撑7的一端与所述围护结构1之间设有楔块单元8，所述楔块单元8包括相互配合的上楔块81和下楔块82，所述上楔块81的一侧与所述八字型混凝土支撑7的一端相接触，所述下楔块82的一侧与所述围护结构1相接触。本实施例中，当围护结构1和下楔块82产生间隙时，可敲击上楔块81，使围护结构1和下楔块82的间隙闭合。

在本发明一实施例中，所述加力装置4包括：

千斤顶，包括相互连接的千斤顶本体41和活络头42，所述千斤顶本体41的底部通过预埋件钢板13和第一锚固钢筋14与第一道至第N道混凝土横向支撑(31-3N)相连接，所述活络头42通过千斤顶垫板9和第二锚固钢筋10与所述围护结构1相连接；

控制系统11，经油管12与所述千斤顶相连接。

本实施例中，通过控制系统11控制千斤顶，可以使活络头42伸出，以调节相应位置处围护结构1的位移。设置预埋件钢板13和第一锚固钢筋14、千斤顶垫板9和第二锚固钢筋10，则是为了增加千斤顶与围护结构1、第一道至第N道混凝土横向支撑(31-3N)的接触面积，提高连接强度。

本发明一实施例提供一种用于控制基坑位移的支撑体系的施工方法，包括以下步骤：

S1、定位并施工地下围护结构和立柱单元；具体地，地下连续墙101的钢筋笼中预埋预埋件钢板13和第一锚固钢筋14，预埋件钢板13和第一锚固钢筋14预埋的位置与千斤顶安装的位置一致。考虑施工误差，预埋件钢板13可适当使用比设计尺寸更大的钢板。立柱单元6的立柱61插入立柱桩62中，具体插入深度可根据设计要求和受力调整。

S2、开挖第一层土体并形成第一道混凝土横向支撑；具体地，开挖第一层土体至第一道混凝土横向支撑31底部的深度，架设混凝土支撑模板，放置钢筋笼，并与立柱单元6焊接；浇筑混凝土，形成第一道混凝土横向支撑31。

S3、待第一道混凝土横向支撑31养护到设计强度时，将第二层土体整体开挖至第二道混凝土横向支撑32底部的深度；也可采用开槽挖土将支撑周边土体开挖至第二道混凝土横向支撑32底部的深度。

S4、安装预制支撑321和加力装置4，并对围护结构1施加预应力；具体地，架设预制支撑321，安置千斤顶，千斤顶的千斤顶本体41通过螺栓固定在预埋件钢板13上，通过第一锚固钢筋14连接第二道混凝土横向支撑32；另一边的活络头42通过螺栓固定在千斤顶垫板9上，通过第二锚固钢筋10连接地下连续墙101，并施加预应力(预应力大小根据设计而定)。

S5、将所述预制支撑321的外围设置钢筋笼322并浇筑混凝土323，或在所述预制支撑321的一侧或两侧设有混凝土支撑，形成第二道混凝土横向支撑32，待第二道混凝土横向支撑32养护到设计强度时，根据设计要求逐级施加预应力；

S6、通过加力装置4对围护结构1施加向基坑外的横向推力，实现位移的主动控制；具体地，千斤顶通过油管12连接外界的控制系统11，在开挖过程中，若围护结构1产生较大位移时，通过控制系统11控制油压，对地下连续墙101施加向基坑外的横向推力，减小地下连续墙101的位移，实现位移的主动控制。当地下连续墙101和下楔块82产生间隙时，可敲击上楔块81，使地下连续墙101和下楔块82的间隙闭合。

S7、开挖第三层土体至第三道混凝土横向支撑33底部的深度，重复步骤S3-S6；

S8、开挖第N层土体至坑底，完成所有开挖。

实施例二：

参阅图9-11所示，在本实施例中，所述围护结构1包括排桩102，所述排桩102包括围檩1021和灌注桩本体1022，所述灌注桩本体1022位于所述围檩1021的外侧。围檩1021可为型钢拼接的预制围檩，亦可为型钢拼接外包混凝土的混凝土围檩。

本实施例的施工方法如下：

S1、定位并施工灌注桩102和立柱单元6。具体地，立柱单元6的立柱61插入立柱桩62中，具体插入深度可根据设计要求和受力调整。

S2、开挖第一层土体至第一道混凝土横向支撑31底部的深度，架设混凝土支撑模板，放置钢筋笼，并与立柱单元6焊接；浇筑混凝土，形成第一道混凝土横向支撑31；

S3、待第一道混凝土横向支撑31养护到设计强度时，于设置预制支撑区域开槽挖土至第二道混凝土横向支撑底部或将第二层土体整体开挖至第二道混凝土横向支撑32底部的深度；也可采用开槽挖土将支撑、围檩1021周边土体开挖至第二道混凝土横向支撑32底部的深度。

S4、安装预制支撑321和加力装置4，并对围护结构1施加预应力；具体地，架设预制支撑321，安置千斤顶，千斤顶的千斤顶本体41通过螺栓固定在预埋件钢板13上，通过第一锚固钢筋14连接第二道混凝土横向支撑32；另一边的活络头42通过螺栓固定在千斤顶垫板9上，通过第二锚固钢筋10连接围檩1021，并施加预应力(预应力大小根据设计而定)。

S5、将所述预制支撑321的外围设置钢筋笼322并浇筑混凝土323，或在所述预制支撑321的一侧或两侧设有混凝土支撑，形成第二道混凝土横向支撑32，待第二道混凝土横向支撑32养护到设计强度时，根据设计要求逐级施加预应力。

S6、通过加力装置4对围护结构1施加向基坑外的横向推力，实现位移的主动控制；具体地，千斤顶通过油管12连接外界的控制系统11，在开挖过程中，若围护结构1产生较大位移时，通过控制系统11控制油压，对灌注桩本体1022施加向基坑外的横向推力，减小灌注桩本体1022的位移，实现位移的主动控制；当围檩1021和八字型混凝土支撑7产生间隙时，可利用注浆孔灌注灌浆料使间隙闭合。

S7、开挖第三层土体至第三道混凝土横向支撑33底部的深度，重复步骤S3-S6；

S8、开挖第N层土体至坑底，完成所有开挖。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (12)

1.一种用于控制基坑位移的支撑体系，其特征在于，包括：

围护结构；

横向支撑体系，包括沿所述基坑的高度方向依次水平设置的第一道至第N道混凝土横向支撑；所述第一道至第N道混凝土横向支撑均包括分布在同一平面上间隔排列的若干个预制支撑；

加力装置，其两端分别与所述围护结构和所述预制支撑相连，能够通过控制系统对所述围护结构施加预应力。

2.如权利要求1所述的用于控制基坑位移的支撑体系，其特征在于，所述预制支撑的外侧设置有钢筋笼，外周浇筑有混凝土层。

3.如权利要求1所述的用于控制基坑位移的支撑体系，其特征在于，所述第一道至第N道混凝土横向支撑同一平面上的支撑可以全部为预制支撑或预制支撑与混凝土支撑的组合。

4.如权利要求3所述的用于控制基坑位移的支撑体系，其特征在于，所述混凝土横向支撑可预埋加力装置，与所述预制支撑协同受力。

5.如权利要求1所述的用于控制基坑位移的支撑体系，其特征在于，所述预制支撑是型钢、格构柱、钢管、混凝土、钢管混凝土中的一种或几种。

6.如权利要求2所述的用于控制基坑位移的支撑体系，其特征在于，还包括：

多个支撑连接杆，分别水平设置在第二道至第N道混凝土横向支撑的底部中间位置处；

立柱单元，竖直地设置在所述基坑的内部，所述立柱单元包括立柱和立柱桩，所述立柱的顶部与所述第一道混凝土横向支撑相连接，所述立柱的中部分别依次与不同高度的所述支撑连接杆固定连接，所述立柱的底部穿设在所述立柱桩内，所述立柱桩固定在所述基坑的坑底。

7.如权利要求4所述的用于控制基坑位移的支撑体系，其特征在于，水平相邻的两个预制支撑之间固定连接有八字型混凝土支撑，所述八字型混凝土支撑的中部与所述围护结构相连接。

8.如权利要求6所述的用于控制基坑位移的支撑体系，其特征在于，所述八字型混凝土支撑的一端与所述围护结构之间设有楔块单元，所述楔块单元包括相互配合的上楔块和下楔块，所述上楔块的一侧与所述八字型混凝土支撑的一端相接触，所述下楔块的一侧与所述围护结构相接触。

9.如权利要求1所述的用于控制基坑位移的支撑体系，其特征在于，所述加力装置包括：

千斤顶，包括相互连接的千斤顶本体和活络头，所述千斤顶本体的底部通过预埋件钢板和第一锚固钢筋与第一道至第N道混凝土横向支撑相连接，所述活络头通过千斤顶垫板和第二锚固钢筋与所述围护结构相连接；

控制系统，经油管与所述千斤顶相连接。

10.如权利要求8所述的用于控制基坑位移的支撑体系，其特征在于，所述围护结构包括地下连续墙或排桩，所述排桩包括围檩和灌注桩本体，所述灌注桩本体位于所述围檩的外侧。

11.一种如权利要求1-10任一项所述的用于控制基坑位移的支撑体系的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、定位并施工地下围护结构和立柱单元；

S2、开挖第一层土体并形成第一道混凝土横向支撑；

S3、待第一道混凝土横向支撑养护到设计强度时，于设置预制支撑区域开槽挖土至第二道混凝土横向支撑底部或将第二层土体整体开挖至第二道混凝土横向支撑底部的深度；

S4、安装预制支撑和加力装置，并对围护结构施加预应力；

S5、将所述预制支撑的外围设置钢筋笼并浇筑混凝土，或在所述预制支撑的一侧或两侧设有混凝土支撑，形成第二道混凝土横向支撑，待第二道混凝土横向支撑养护到设计强度时，根据设计要求逐级施加预应力；

S6、通过加力装置对围护结构施加向基坑外的横向推力，实现位移的主动控制；

S7、开挖第三层土体至第三道混凝土横向支撑底部的深度，重复步骤S3-S6；

S8、开挖第N层土体至坑底，完成所有开挖。

12.如权利要求11所述的用于控制基坑位移的支撑体系，其特征在于，所述步骤S2中，形成第一道混凝土横向支撑的方法包括：开挖第一层土体至第一道混凝土横向支撑底部的深度，架设混凝土支撑模板，放置钢筋笼，并与立柱单元焊接；浇筑混凝土，形成第一道混凝土横向支撑。