CN1206422C - 逆筑法空间斜撑的施工方法 - Google Patents

Abstract

一种逆筑法空间斜撑的施工方法属于建筑工程领域。本发明综合成本、环境保护、施工进度等因素综合考虑空间斜撑支撑布局方法，首先以基坑围护结构计算为依据来确定支撑剖面布局，并进一步(1)确定空间斜撑支撑平面布局，(2)按结构力学原理和基坑工程要求对支撑结构验算，(3)确定施工流程；以基坑围护结构计算为依据来确定支撑剖面布局具体如下：①确定设置多少层支撑，支撑的剖面位置；②确定代替支撑，逆作立柱和梁、板的位置；③采用空间斜撑；④采用逆作楼板和空间斜撑，或者采用钢支撑或混凝土支撑。本发明支撑长度可大大缩短，适用范围更广，完全适用于软土地区，支撑轴力不会损害原有地下结构。

Description

逆筑法空间斜撑的施工方法

技术领域：本发明涉及的是一种深基坑支撑的施工方法，特别是一种逆筑法空间斜撑的施工方法，属于建筑工程领域。

背景技术：随着地下工程的发展，基坑开挖深度越来越深，相应的也必须设置更多层支撑来抵抗巨大的土压力，传统支撑体系均为平面支撑体系，每一支撑深度必须设置一层对应的支撑，空间斜撑是一种新型的深基坑支撑方法，这种支撑方式将逆作楼板与H型钢支撑构件有机地结合，在逆筑楼板上“寄生”一道或多道H型钢支撑，深基坑的混凝土支撑(包括逆作楼板)体系一般由立柱桩、支撑梁、联系梁(板)构成，在立柱桩和支撑梁相交结点处支撑体系即可承受一定的垂直力又可承受相当大水平压力。经文献检索发现，刘建航、贾坚著《基坑工程总体方案设计》，收录于刘建航、侯学渊主编《基坑工程手册》第2章2.6节，中国建筑工业出版社1997年4月第1版，ISBN7-112-03068-4，该文介绍了目前深基坑支撑的布置方式主要有：1.同一水平面的直交式非同一水平面的直交式；2.井字型集中式布置；3.角撑体系布置；4.边桁架；5.圆形环梁布置；6、垂直对称布置；7、圆拱布置；8、竖向斜撑；9.中心岛式开挖的支撑布置；10.逆筑法施工；11.拉锚(锚碇)；12.锚杆；13.组合式布置。支撑的材料主要分为钢支撑和现浇混凝土支撑二种，其中混凝土结硬后刚度大，变形小，强度的安全可靠性强，施工方便，但支撑浇制和养护时间长、软土中被动区土体位移大，如对控制变形有较高要求时，需对被动区软土加固。施工工期长，拆除困难，爆破拆除对周围环境有影响。钢支撑安装、拆除施工方便，可周转使用，支撑中可加预应力，可调整轴力而有效控制围护墙变形；但施工工艺要求较高，如节点和支撑结构处理不当，施工支撑不及时不准确，会造成失稳。目前逆筑法深基坑施工的常用方法，存在下列局限性：(1)平面支撑体系(包括上述第1-第7种支撑)在逆筑法条件下未能利用逆作顶板和站厅板的巨大刚度和强度，与本发明相比，平面支撑体系支撑长度长，不经济。(2)竖向斜撑和中心岛式开挖的斜撑由于无法全部作用在梁柱节点上，对混凝土结构强度要求很高，因此只能设置在底板上。(3)锚杆和拉锚支撑不适用于软土，尤其是流变性软土地区，而且在城市中使用存在锚杆超出规划红线的问题。(4)上述支撑形式未充分结合混凝土支撑和钢支撑的优点。(5)对于在原有车站或其他地下结构旁紧邻施工新车站的特殊工况，对称支撑可能对原有车站产生应力集中。

发明内容和具体实施方式：本发明针对现有技术的不足和缺陷，提供一种逆筑法空间斜撑的施工方法，使其结合混凝土支撑和钢支撑的优点，施工速度大大提高，支撑及时就位，降低了工程风险。本发明综合成本、环境保护、施工进度等因素综合考虑空间斜撑支撑布局方法，首先以基坑围护结构计算为依据来确定支撑剖面布局，并进一步(1)确定空间斜撑支撑平面布局，(2)按结构力学原理和基坑工程要求对支撑结构验算，(3)确定施工流程；

以基坑围护结构计算为依据来确定支撑剖面布局具体如下：

①确定各个基坑剖面支撑各设置多少层支撑，并确定各层支撑的剖面位置；

②确定那些楼板需要逆筑用来代替支撑，并确定逆作立柱和梁、板的位置；

③在逆筑楼板以上或以下，且与逆筑楼相邻的支撑可以考虑采用空间斜撑，空间斜撑一端作用在最靠近围护结构的逆作楼板的梁柱节点上，另一端作用在①所确定的围护结构支撑作用点上，如果这一剖面上斜撑倾角小于或等于45°，剖面布置可以成立；

④在某层支撑采用逆作楼板和空间斜撑，或者采用钢支撑或混凝土支撑。

以下进一步(1)确定空间斜撑支撑平面布局，(2)按结构力学原理和基坑工程要求对支撑结构验算，(3)确定施工流程：

1、空间斜撑支撑平面布局方法具体如下：

①确定逆作立柱桩桩位；

②确定逆作楼板梁柱节点位置；

③每一梁柱节点位置可放射状布置三根钢支撑构件，构件之间的张角小于或等于45°；

④在某层支撑采用逆作楼板和空间斜撑，或者采用钢支撑或混凝土支撑。

2、按结构力学原理和基坑工程要求对支撑结构验算，验算项目主要包括：

①支撑构件轴力，由此确定H性钢规格和支座结构；

②支撑构件对梁柱节点的垂直方向分力，如果立柱桩存在上浮趋势，应在斜撑的反方向设置平衡杆；

③支撑构件在围护结构作用点的水平和垂直方向分力，对有围檩的围护结构，由此确定围檩规格、局部抗压劲板设置、围檩牛腿设置；对无围檩的围护结构，确定围护结构内埋设的预埋钢板结构及锚筋的规格，确定H型钢钢支撑构件与预埋钢板焊缝长度和高度。

经过上述设计程序后，从结构承载的角度看，在支座处H型钢支撑构件的侧向水平分力在支撑对称布置情况下可以相互抵消，不能抵消的分力可以分散到支撑梁板中去；垂直分力首先考虑由混凝土梁、板、柱构成的自重相抵消，如果不足以抵消可以在空间斜撑相反方向设置平衡杆，残余的未平衡力均由立柱桩承受。H型钢支撑构件采用定型的热轧H型钢直接与地下墙预埋钢板或围檩焊接，当中没有任何活络部件，整体性极佳。

3、施工流程具体如下：

①围护结构施工，围护结构内埋设有关的预埋件；

②逆作楼板施工，在梁柱节点处根据空间斜撑的垂直倾角和水平张角制作现浇混凝土支座，支座端面与支撑构件轴线垂直，并在制作端面预埋钢板；

③开挖至设计支撑高度，将支撑构件自逆筑法楼板预留孔吊下，采用单轨梁运输或挖掘机拖带等方法水平运输至预定位置，通过事先安装在楼板下的三台手拉葫芦将支撑构件起吊就位，分别在支座处和围护结构上与预埋钢板按上述设计要求焊接。

本发明具有实质性特点和显著进步，(1)与平面支撑体系相比，支撑长度可大大缩短，理想状态下支撑长度可从基坑长度缩短到接近逆筑结构临近围护结构的一跨长度。(2)与竖向斜撑和中心岛式开挖的斜撑体系相比，其适用范围更广，既可在配合盆式开挖设置底板上，也可以配合逐层开挖方式，设置在任何有梁柱节点的逆筑结构上。(3)与锚杆和拉锚支撑体系相比，支撑安装构件后的位移与土层的流变无关，完全适用于软土地区，而且不存在锚杆超出规划红线的问题。(4)对于在原有车站或其他地下结构旁紧邻施工新车站的特殊工况，支撑轴力通过逆筑结构分散传力给原有地下结构，不会损害原有地下结构。

结合本发明的内容提供以下实施例：

以紧邻正在运营的地铁车站施工的地下二层车站为例，围护结构采用地下连续墙，其中与原有车站相邻的一侧利用原有地下连续墙围护，具体如下：

(1)确定支撑剖面布置：

车站顶板和站厅板均采用逆筑法施工，起到支撑作用，支撑剖面布置形式如下：

其中第二道支撑采用的空间斜撑支撑点在顶板下2873mm，倾角21.04°，第三道支撑采用的空间斜撑支撑点在站厅板板下3592mm，倾角25.24°。

(2)确定支撑平面布置：

立柱桩采用与永久立柱“一柱一桩”结合的方式，标准段柱距8400mm，支撑点平面间距2800mm，平面张角20.22°，地下连续墙按5600mm分幅，每幅地下墙上可以分配到二根支撑，不必设置围檩。

(3)计算支撑轴力和水平方向和垂直方向分力，设计支座节点和地下连续墙预埋件。

	土压力	垂直倾角	平面分力	垂直分力	水平张角	侧向分力	轴力
								单位	KN	度	KN	KN	度	KN	KN
第二道	700	21.04	745.97	286.95	20.22	257.83	799.3
								第三道	1500	25.24	1598.51	753.57	20.22	552.49	1767.2

按照上述计算结果，确定支撑构件为H400×400×21×13型钢，预埋钢板均为20mm厚钢板，支座预埋钢板锚筋4Φ12，地下墙预埋钢板锚筋4×4×Φ25，支撑沿H型钢周边贴角焊厚8mm。

进一步确定工程施工程序：

(1)地下墙制作；(2)地基加固，钢立柱制作；(3)基坑开挖至顶板下100mm，架设第一道钢支撑；(4)顶板下底模制作；(5)顶板制作，预留施工孔；(6)拆除第一道钢支撑；(7)挖土至第二道空间斜撑底面，架设第二道空间斜撑；(8)挖土至中板下100mm底模制作；(9)中板制作，预留施工孔；(10)挖土至第三道空间斜撑底面，架设第三道空间斜撑；(11)开挖至底板，制作基底素砼垫层；(12)制作底板；(13)拆除第二、三道钢支撑，站台层西侧内衬及站厅层西侧内衬制作；(14)割除临时立柱桩；(15)封预留施工孔，覆土，恢复交通。

空间斜撑安装流程：(1)将支撑构件自顶板和站厅板预留孔吊下；(2)采用小型机械设备拖带至预定位置下方；(3)楼板浇筑时事先已经安装若干吊环，在吊环上安装三台手拉葫芦将支撑构件吊起，水平方向和垂直方向逐渐移位直至就位；(4)分别在支座处和围护结构上与预埋钢板焊接，贴角焊厚8mm。

该实施例与传统支撑形式相比较有下列优点：(1)采用传统钢支撑，单根支撑长度为22m，采用空间斜撑最大单根长度仅8.75m。(2)由于压杆长度减小，原来采用Φ609钢管的支撑构件现在改为H400×400×21×13型钢，单根支撑重量由5.11吨减小至1.46吨。(3)支撑长度缩短后吊运和安装更为方便，尤其是在逆筑法条件下。(4)支撑轴力通过顶板和站厅板分散传力给原有车站，不会损害原车站结构。(5)在本实施例中，空间斜撑仅设置在远离原有车站的一侧，是非对称的支撑形式，所以可以非对称开挖，缩短原有车站地下墙暴露时间，减小对原有车站影响。(6)型钢支撑无活络部件，支撑相对刚度大而稳定。(7)由于常规支撑长度长达22m，一般在顶板或站厅板施工前就将顶板或站厅板以下的支撑预置在板下，开挖到设计位置时再移位、就位，采用空间斜撑无需按常规垂直位移，避免引起地下墙附加变形。

Claims (4)

1、一种逆筑法空间斜撑的施工方法，其特征在于综合成本、环境保护、施工进度等因素综合考虑空间斜撑支撑布局方法，首先以基坑围护结构计算为依据来确定支撑剖面布局，并进一步(1)确定空间斜撑支撑平面布局，(2)按结构力学原理和基坑工程要求对支撑结构验算，(3)确定施工流程；

以基坑围护结构计算为依据来确定支撑剖面布局具体如下：

①确定各个基坑剖面支撑各设置多少层支撑，并确定各层支撑的剖面位置；

②确定哪些楼板需要逆筑用来代替支撑，并确定逆作立柱和梁、板的位置；

③在逆筑楼板以上或以下，且与逆筑楼相邻的支撑可以考虑采用空间斜撑，空间斜撑一端作用在最靠近围护结构的逆作楼板的梁柱节点上，另一端作用在①所确定的围护结构支撑作用点上，如果这一剖面上斜撑倾角小于或等于45°，剖面布置可以成立；

④在某层支撑采用逆作楼板和空间斜撑，或者采用钢支撑或混凝土支撑。

2、根据权利要求1所述的这种逆筑法空间斜撑的施工方法，其特征是空间斜撑支撑平面布局方法具体如下：

①确定逆作立柱桩桩位；

②确定逆作楼板梁柱节点位置；

③每一梁柱节点位置可放射状布置三根钢支撑构件，构件之间的张角小于或等于45°；

④在空间斜撑采用逆作楼板和空间斜撑，或者采用钢支撑或混凝土支撑。

3、根据权利要求1所述的这种逆筑法空间斜撑的施工方法，其特征是按结构力学原理和基坑工程要求对支撑结构验算，验算项目主要包括：

①支撑构件轴力，由此确定H性钢规格和支座结构；

②支撑构件对梁柱节点的垂直方向分力，如果立柱桩存在上浮趋势，应在斜撑的反方向设置平衡杆；

③支撑构件在围护结构作用点的水平和垂直方向分力，对有围檩的围护结构，由此确定围檩规格、局部抗压劲板设置、围檩牛腿设置；对无围檩的围护结构，确定围护结构内埋设的预埋钢板结构及锚筋的规格，确定H型钢钢支撑构件与预埋钢板焊缝长度和高度。

4、根据权利要求1所述的这种逆筑法空间斜撑的施工方法，其特征是施工流程具体如下：

①围护结构施工，围护结构内埋设有关的预埋件；

②逆作楼板施工，在梁柱节点处根据空间斜撑的垂直倾角和水平张角制作现浇混凝土支座，支座端面与支撑构件轴线垂直，并在制作端面预埋钢板；

③开挖至设计支撑高度，将支撑构件自逆筑法楼板预留孔吊下，采用单轨梁运输或挖掘机拖带等方法水平运输至预定位置，通过事先安装在楼板下的三台手拉葫芦将支撑构件起吊就位，分别在支座处和围护结构上与预埋钢板按上述设计要求焊接。