CN210141143U - 一种管幕暗挖多层悬拉立柱支撑系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型的一种管幕暗挖多层悬拉立柱支撑系统，涉及基坑支护设计与施工技术领域。针对现有管幕暗挖法中在每个临时竖向支撑下方都打桩的施工方式，钢管桩废弃数量较多，经济性及环保性差的问题。它包括：顶梁，其紧贴管幕下方设置；多根竖向型钢支撑，分别竖向设置于顶梁和钢管桩之间，且竖向型钢支撑的两端分别与顶梁、钢管桩刚性连接；多个悬拉立柱，悬拉立柱竖向设置于相邻两个钢管桩之间且位于地下结构基础底板上方，悬拉立柱的顶部连接于顶梁底部；多道横向水平支撑，分别水平连接于悬拉立柱与竖向型钢支撑之间，悬拉立柱与所述钢管桩之间，以及相邻两个悬拉立柱之间。

Description

一种管幕暗挖多层悬拉立柱支撑系统

技术领域

本实用新型涉及基坑支护设计与施工技术领域，特别涉及一种管幕暗挖多层悬拉立柱支撑系统。

背景技术

管幕暗挖法的施工流程主要是：在拟建地下通道顶面和侧面顶入钢管并形成止水空间后，对止水空间内土体进行加固，边开挖边打桩、设置临时竖向及横向支撑，直至开挖贯通，最后浇筑主体结构。管幕暗挖法相对于明挖法具有施工时无噪音和震动,不必降低地下水位和大范围开挖道路,不影响城市道路交通运转等诸多优点。

但是，在软土地区，管幕暗挖法中的每一个临时竖向支撑的下方都要打桩(一般为钢管桩，以下称“钢管桩”)，临时竖向支撑(一般由型钢制成，以下称“型钢竖向支撑”)立于钢管桩上，土方以小方格式逐层开挖，随着开挖深度的增加，开挖下层小方格土方时，钢管桩露出，露出地面的钢管桩作为临时竖向支撑，主体结构施工完毕后，拆除型钢竖向支撑，割除露出地面的钢管桩，而埋于地下的钢管桩一部分作为永久抗拔桩，一部分则留于土中废弃，由于实际主体结构的永久抗拔桩不需要那么多，这种每个临时竖向支撑下方都打桩的施工方式，钢管桩废弃数量较多，经济性及环保性欠佳。

发明内容

针对现有管幕暗挖法中在每个临时竖向支撑下方都打桩的施工方式，钢管桩废弃数量较多，经济性及环保性欠佳的问题。本实用新型的目的是提供一种管幕暗挖多层悬拉立柱支撑系统，采用悬拉立柱代替一部分钢管桩,既能在管幕暗挖法中起到竖向支撑的作用，又可较大幅度地减少钢管桩，具有经济环保、绿色节能的优点。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种管幕暗挖多层悬拉立柱支撑系统，它包括：

顶梁，其紧贴管幕下方设置；

多根竖向型钢支撑，分别竖向设置于所述顶梁和钢管桩之间，且所述竖向型钢支撑的两端分别与所述顶梁、所述钢管桩刚性连接；

多个悬拉立柱，所述悬拉立柱竖向设置于相邻两个所述钢管桩之间且位于地下结构基础底板上方，所述悬拉立柱的顶部连接于所述顶梁底部,其作为竖向支撑替代部分钢管桩；

多道横向水平支撑，分别水平连接于所述悬拉立柱与所述竖向型钢支撑之间，所述悬拉立柱与所述钢管桩之间，以及相邻两个所述悬拉立柱之间。

优选的，还包括垂直设置于所述横向水平支撑底部的多道纵向水平支撑，以及多个连接组件，所述连接组件包括三角托架及多个拉结螺栓，所述三角托架设置于所述纵向水平支撑底部，所述三角托架的一个直角边螺栓连接或焊接于所述悬拉立柱，其另一个直角边通过位于所述纵向水平支撑两侧的拉结螺栓与所述横向水平支撑螺栓连接。

优选的，所述悬拉立柱由至少两段立柱标准节沿竖向拼接而成，其中，位于上部的第一立柱标准节的底部及位于下部的第二立柱标准节的顶部分别固接有与其轴线垂直的底座，所述底座上设有相对应的螺栓孔，上、下设置的所述第一立柱标准节和所述第二立柱标准节通过贯穿螺栓孔的高强螺栓锁紧连接。

优选的，相邻两段所述立柱标准节之间还设有连接板，所述第一立柱标准节的底座靠近腹板位置设有槽孔，所述连接板一端与所述第一立柱标准节的腹板螺栓连接，所述连接板另一端贯穿槽孔并延伸至底座下方，所述第二立柱标准节的底座靠近腹板位置设有相对应的槽孔，所述连接板的另一端贯穿所述第二立柱标准节底座的槽孔并与所述第二立柱标准节的腹板螺栓连接。

优选的，每个所述底座上还垂直固接有多个加劲板，所述加劲板的侧面固接于立柱标准节。

优选的，多道所述横向水平支撑的一端与所述悬拉立柱刚性连接，其另一端与所述竖向型钢支撑、钢管桩或相邻的所述悬拉立柱刚性连接。

优选的，所述悬拉立柱侧壁顶端设有多个直角连接件，所述直角连接件的水平部与所述顶梁螺栓连接，所述直角连接件的竖直部与所述悬拉立柱的侧壁螺栓连接。

优选的，还包括多个剪刀撑，所述剪刀撑设置于相邻两根所述钢管桩之间，所述剪刀撑的端部与所述钢管桩刚性连接。

本实用新型的效果在于：本实用新型的管幕暗挖多层悬拉立柱支撑系统包括竖向设置于钢管桩和顶梁之间的多根竖向型钢支撑，竖向设置于相邻两个钢管桩之间且位于地下结构基础底板上方的多个悬拉立柱，以及连接于相邻悬拉立柱，悬拉立柱与竖向型钢支撑、悬拉立柱与钢管桩的多道水平支撑，由于采用悬拉立柱代替一部分钢管桩承担竖向支撑的作用，因此，无需在每个竖向型钢支撑下方施打钢管桩，钢管桩用量可减少达一半以上，避免设置大量密集的立柱体系，可见，采用本实用新型的管幕暗挖多层悬拉立柱支撑系统，既能在管幕暗挖法中起到竖向支撑的作用，又可较大幅度地减少钢管桩，解决了常规管幕暗挖法中为了提供临时竖向支撑体系而大量施打钢管桩形成的浪费问题，可加快工期、节约材料，减少地下废弃物，具有经济环保、绿色节能的优点。

附图说明

图1至图8为利用本实用新型的管幕暗挖多层悬拉立柱支撑系统施工地下结构各步骤的示意图；

图9为本实用新型的管幕暗挖多层悬拉立柱支撑系统的纵断面示意图；

图10为本实用新型的管幕暗挖多层悬拉立柱支撑系统的悬拉立柱与水平支撑的连接关系示意图；

图11为图10的A部分的局部放大图；

图12为图11的侧视图；

图13为图10的B部分的局部放大图；

图14为图13的侧视图；

图15为图13的俯视图；

图16为图10的C部分的局部放大图。

图中标号如下：

管幕10；钢管桩11；

竖向加固土体20；第一层水平加固土体21；第二层水平加固土体22；第三层水平加固土体23；第四层水平加固土体24；

顶梁31；竖向型钢支撑32；悬拉立柱33；第一立柱标准节330；直角连接件331；底座332；加劲板333；连接板334；第二立柱标准节335；纵向水平支撑35；三角托架36；拉结螺栓37；第一道横向水平支撑38；第二道横向水平支撑39；基础底板40；结构顶板41；结构外墙42；结构柱43；剪刀撑50。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。为叙述方便，下文中所述的“上”、“下”与附图的上、下的方向一致，但这不能成为本实用新型技术方案的限制。

结合图1至图16，重点参考图7说明本实用新型的管幕暗挖多层悬拉立柱支撑系统，它包括：顶梁31，其紧贴管幕10下方设置，顶梁31由型钢或钢筋混凝土材料制成；多根竖向型钢支撑32，分别竖向设置于顶梁31和钢管桩11之间，且竖向型钢支撑32的两端分别与顶梁31、钢管桩11刚性连接；多个悬拉立柱33，悬拉立柱33竖向设置于相邻两个钢管桩11之间且位于地下结构基础底板40上方，悬拉立柱33的顶部连接于顶梁31底部，其作为竖向支撑替代部分钢管桩11；多道横向水平支撑，分别水平连接于悬拉立柱33与竖向型钢支撑32之间，悬拉立柱33与钢管桩11之间，以及相邻两个悬拉立柱33之间。

在管幕暗挖工程中，如图1至图8，顶入钢管管幕10形成止水空间后，对管幕10所围合空间内的土体进行格栅式加固，土方开挖横向(即垂直开挖方向)以小方格式开挖，如图9所示，纵向(即沿开挖方向)以放坡方式开挖，边开挖边打桩并设置本实用新型的管幕10暗挖多层悬拉立柱33支撑系统，直至开挖贯通，最后浇筑主体结构。本实用新型的管幕暗挖多层悬拉立柱支撑系统包括竖向设置于钢管桩11和顶梁31之间的多根竖向型钢支撑32，竖向设置于相邻两个钢管桩11之间且位于地下结构基础底板40上方的多个悬拉立柱33，以及连接于相邻悬拉立柱33，悬拉立柱33与竖向型钢支撑32、悬拉立柱33与钢管桩11的多道水平支撑，由于采用悬拉立柱33代替一部分钢管桩11承担竖向支撑的作用，因此，无需在每个竖向型钢支撑32下方施打钢管桩11，钢管桩11用量可减少达一半以上，避免设置大量密集的立柱体系，可见，采用本实用新型的管幕暗挖多层悬拉立柱支撑系统，既能在管幕10暗挖法中起到竖向支撑的作用，又可较大幅度地减少钢管桩11，解决了常规管幕暗挖法中为了提供临时竖向支撑体系而大量施打钢管桩11形成的浪费问题，可加快工期、节约材料，减少地下废弃物，具有经济环保、绿色节能的优点。

如图7和图10所示，上述悬拉立柱33由型钢制成，本实施例的悬拉立柱33优选工字型钢制成，悬拉立柱33由上、下设置的两段立柱标准节(下文分别称为第一立柱标准节330、第二立柱标准节335)沿竖向拼接而成，悬拉立柱33采用多节段拼接的连接方式，能够根据挖深灵活调整立柱标准节的数量，拆装方便快捷，而且，有利于悬拉立柱33的再利用，从而降低工程成本。上述多道横向水平支撑包括水平连接于第一立柱标准节330和竖向型钢支撑32之间的第一道横向水平支撑38，及水平连接于第二立柱标准节335和钢管桩11之间的第二道横向水平支撑39，且多道横向水平支撑的一端与悬拉立柱33的翼板刚性连接，其另一端与竖向型钢支撑32或钢管桩11刚性连接。

如图7、10和图16所示，本实用新型的管幕暗挖多层悬拉立柱支撑系统还包括垂直设置于横向水平支撑底部的多道纵向水平支撑35，以及多个连接组件，连接组件包括三角托架36及多个拉结螺栓37，三角托架36由角钢焊接而成，三角托架36设置于纵向水平支撑35底部，三角托架36的一个直角边螺栓连接或焊接于悬拉立柱33，其另一个直角边通过位于纵向水平支撑35两侧的拉结螺栓37与横向水平支撑螺栓连接，且两根拉结螺栓37之间的距离可确保纵向水平支撑35能够穿过；纵向水平支撑35用于保证支撑系统的侧向稳定性，利用三角托架36及拉结螺栓37能够将悬拉立柱33、横向水平支撑及纵向水平支撑35三者连接为一体，进一步保证了管幕暗挖多层悬拉立柱支撑系统的整体稳定性。上述横向水平支撑和纵向水平支撑35均为自承重构件，不可施加额外荷载，若需施加荷载，须经严格受力验算后方可投入施工。

如图10、13、14和图15所示，第一立柱标准节330的底端及第二立柱标准节335的顶端均固接有与其轴线垂直的底座332，而且，第一立柱标准节330和第二立柱标准节335的底座332上设有相对应的螺栓孔，两段立柱标准节通过贯穿螺栓孔的高强螺栓锁紧连接。

请继续参考图13至图15，相邻的两个立柱标准节之间还设有连接板334，竖向设置的连接板334的两端分别与相邻的两个立柱标准节螺栓连接。本实施例的结构详述如下：如图13所示，靠近顶梁31的第一立柱标准节330的底座332靠近腹板位置设有槽孔，连接板334的一端与第一立柱标准节330的腹板螺栓连接，连接板334另一端贯穿槽孔后延伸至底座332下方，第二立柱标准节335的底座332设有相对应的槽孔，且第二立柱标准节335的腹板顶部设置的螺栓孔与连接板334下端的螺栓孔相对应，连接板334另一端能够贯穿第二立柱标准节335底座332的槽孔并与其螺栓连接。连接板334的设置能够增强相邻两个立柱标准节的连接强度，从而使所述第一立柱标准节330与所述第二立柱标准节335形成固结连接。

另外，上述每个底座332上还垂直固接有多个加劲板333，加劲板333的侧面固接于立柱标准节的翼板，如图15所示，本实施例中立柱标准节两块翼板的两侧分别设有一块加劲板333，且两块翼板中部的外侧各设有一块加劲板333，加劲板333的设置能够增强立柱标准节与底座332的连接强度。

如图10、11和图12所示，悬拉立柱33翼板顶端分别设有一个直角连接件331，直角连接件331由相互垂直设置的两块基板，及连接于两块基板外侧的两个三角连接板焊接为一体制成，直角连接件331的水平基板与顶梁31螺栓连接，直角连接件331的竖直基板与悬拉立柱33的翼板螺栓连接，从而使悬拉立柱33牢固连接于顶梁31底部；并且，直角连接件331与顶梁31、悬拉立柱33之间均采用高强螺栓连接，以保证各构件之间的连接强度。上述高强螺栓的螺杆、螺帽和垫圈均由高强钢材制作，可承受较大的载荷。另外，高强螺栓的用量及尺寸规格须经受力计算得出，并满足国家或地区的相应规范标准。

如图9所示，本实用新型的管幕暗挖多层悬拉立柱支撑系统还包括多个剪刀撑50，剪刀撑50设置于相邻两根钢管桩11之间，剪刀撑50的端部与钢管桩11刚性连接，以增强钢管桩11的稳定性。

下面结合图1至图9详细说明本实用新型的管幕暗挖多层悬拉立柱支撑系统用于管幕暗挖工程中的总体施工步骤：如图1至图8，顶入钢管管幕10形成止水空间后，对管幕10所围合空间内的土体进行格栅式加固，土方开挖横向(即垂直开挖方向)以小方格式开挖，如图9所示，纵向(即沿开挖方向)以放坡方式开挖，边开挖边打桩并设置管幕暗挖多层悬拉立柱支撑系统，直至开挖贯通，最后浇筑主体结构，拆除管幕暗挖多层悬拉立柱支撑系统。下文以开挖空间高度约5m～7m的工程为例，具体施工步骤详述如下：

步骤一、如图1所示，顶入钢管管幕10形成止水空间后，对止水空间内的土体进行格栅式加固，采用小方格跳挖的方式，即在土体横断面上从最上层角部开始开挖出一个小方格，并跳开一定间距同步开挖出另一个小方格，在开挖出的小方格内打入钢管桩11，将竖向型钢支撑32安装于钢管桩11顶部，竖向型钢支撑32的顶部固接于顶梁31底部；在小方格底部，即第二层水平加固土体22的顶面设置悬拉立柱33的第一立柱标准节330，设置第一道横向水平支撑38及除悬拉立柱33节点处的纵向水平支撑35以外的其他纵向水平支撑35，第一层水平加固土体21及第二层水平加固土体22之间的距离为顶部的管幕10底标高至第一立柱标准节330的底标高，第二层水平加固土体22及第三层水平加固土体23之间的距离为第一立柱标准节330的底标高至第二立柱标准节335的底标高，第三层水平加固土体23及第四层水平加固土体24之间的距离为第二立柱标准节335的底标高至基础底板40底标高；竖向加固土体20位于小方格的两侧，相当于为小方格开挖提供小区域的竖向自立式围护，小方格的底面及侧面为加固土体，挖除的小方格内的土方为未加固土体，小方格的长度和宽度可为2～3m，加固土体的宽度可为800mm～1200mm，加固土体的水平间距和竖向间距根据小方格开挖的大小进行设置；

步骤二、如图2所示，以跳挖的方式在步骤一中已开挖的小方格旁边继续开挖小方格，打入钢管桩11并在钢管桩11与顶梁31之间安装竖向型钢支撑32，将三角托架36固定于第一立柱标准节330侧面，在第一立柱标准节330和竖向型钢支撑32之间连接第一道横向水平支撑38，在三角托架36和第一道横向水平支撑38之间安装纵向水平支撑35；

步骤三、如图3所示，重复步骤一及步骤二中的跳挖施工，包括打桩、设置悬拉立柱33以及横向、纵向水平支撑35，完成横断面中第一层土方的开挖及支撑，第一层土方为第一层水平加固土体21顶面标高至第二层水平加固土体22的顶面标高之间的土方；

步骤四、如图4所示，以跳挖方式从角部开始开挖第二层土方，将悬拉立柱33的第二立柱标准节335拼接于第一立柱标准节330的下方，设置第二道横向水平支撑39，设置除悬拉立柱33节点处的纵向水平支撑35以外的其他纵向水平支撑35，第二层土方为第二层水平加固土体22顶面标高至第三层水平加固土体23的顶面标高之间的土方；

步骤五、如图5所示，以跳挖的方式在步骤四中已开挖的第二层小方格旁边继续开挖小方格，设置第二道横向水平支撑39和纵向水平支撑35，包括悬拉立柱33节点处的纵向水平支撑35。

步骤六、如图6所示，重复步骤四及步骤五中的跳挖，设置悬拉立柱33的第二立柱标准节335，设置第二道横向水平支撑39和纵向水平支撑35，完成横断面中第二层土方的开挖及支撑；

步骤七、如图7所示，开挖第三层土方至坑底，并浇筑基础垫层及基础底板40，第三层土方为第三层水平加固土体23顶面标高至坑底之间的土方；

步骤八、如图8所示，浇筑拟建主体结构，包括结构柱43、结构外墙42、结构顶板41等，从下至上拆除各道水平支撑、悬拉立柱33、竖向型钢支撑32，最后割除露出基础底板40的钢管桩11。

上述步骤一中，水平加固土体位于悬拉立柱33下方，安装悬拉立柱33设置之前，将悬拉立柱33底部的水平加固土体整平，必要时局部浇筑混凝土垫层，为悬拉立柱33的设置提供平整硬实的地面条件。

上述描述仅是对本实用新型较佳实施例的描述，并非对本实用新型范围的任何限定，本实用新型领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求范围。

Claims (8)

1.一种管幕暗挖多层悬拉立柱支撑系统，其特征在于，包括：

顶梁，其紧贴管幕下方设置；

多根竖向型钢支撑，分别竖向设置于所述顶梁和钢管桩之间，且所述竖向型钢支撑的两端分别与所述顶梁、所述钢管桩刚性连接；

多个悬拉立柱，所述悬拉立柱竖向设置于相邻两个所述钢管桩之间且位于地下结构基础底板上方，所述悬拉立柱的顶部连接于所述顶梁底部,其作为竖向支撑替代部分钢管桩；

多道横向水平支撑，分别水平连接于所述悬拉立柱与所述竖向型钢支撑之间，所述悬拉立柱与所述钢管桩之间，以及相邻两个所述悬拉立柱之间。

2.根据权利要求1所述的管幕暗挖多层悬拉立柱支撑系统，其特征在于：还包括垂直设置于所述横向水平支撑底部的多道纵向水平支撑，以及多个连接组件，所述连接组件包括三角托架及多个拉结螺栓，所述三角托架设置于所述纵向水平支撑底部，所述三角托架的一个直角边螺栓连接或焊接于所述悬拉立柱，其另一个直角边通过位于所述纵向水平支撑两侧的拉结螺栓与所述横向水平支撑螺栓连接。

3.根据权利要求1所述的管幕暗挖多层悬拉立柱支撑系统，其特征在于：所述悬拉立柱由至少两段立柱标准节沿竖向拼接而成，其中，位于上部的第一立柱标准节的底部及位于下部的第二立柱标准节的顶部分别固接有与其轴线垂直的底座，所述底座上设有相对应的螺栓孔，上、下设置的所述第一立柱标准节和所述第二立柱标准节通过贯穿螺栓孔的高强螺栓锁紧连接。

4.根据权利要求3所述的管幕暗挖多层悬拉立柱支撑系统，其特征在于：相邻两段所述立柱标准节之间还设有连接板，所述第一立柱标准节的底座靠近腹板位置设有槽孔，所述连接板一端与所述第一立柱标准节的腹板螺栓连接，所述连接板另一端贯穿槽孔并延伸至底座下方，所述第二立柱标准节的底座靠近腹板位置设有相对应的槽孔，所述连接板的另一端贯穿所述第二立柱标准节底座的槽孔并与所述第二立柱标准节的腹板螺栓连接。

5.根据权利要求3或4所述的管幕暗挖多层悬拉立柱支撑系统，其特征在于：每个所述底座上还垂直固接有多个加劲板，所述加劲板的侧面固接于立柱标准节。

6.根据权利要求1所述的管幕暗挖多层悬拉立柱支撑系统，其特征在于：多道所述横向水平支撑的一端与所述悬拉立柱刚性连接，其另一端与所述竖向型钢支撑、钢管桩或相邻的所述悬拉立柱刚性连接。

7.根据权利要求1所述的管幕暗挖多层悬拉立柱支撑系统，其特征在于：所述悬拉立柱侧壁顶端设有多个直角连接件，所述直角连接件的水平部与所述顶梁螺栓连接，所述直角连接件的竖直部与所述悬拉立柱的侧壁螺栓连接。

8.根据权利要求1所述的管幕暗挖多层悬拉立柱支撑系统，其特征在于：还包括多个剪刀撑，所述剪刀撑设置于相邻两根所述钢管桩之间，所述剪刀撑的端部与所述钢管桩刚性连接。

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