CN211368726U - 一种水下开挖基坑自平衡支撑系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于基坑水下开挖技术领域，具体提供了一种水下开挖基坑自平衡支撑系统，包括土体和围墙，在土体内下插围墙并预埋密封结构，在围墙内架设纵向传力结构柱和水平支撑梁，并抽掉围墙内的土体以形成基坑；在基坑内的底端土体上浇筑封底混凝土，并将纵向传力结构柱及围墙与所述封底混凝土连接形成整体；抽取基坑内的水以得到自平衡支撑系统。系统完工后，一边进行下一步的施工一边拆掉水平支撑结构和竖向支撑结构。通过利用整体形成的自重以及该整体与土体之间的摩擦力来参与平衡水下开挖过程中水浮力作用，这样便可减少基坑开挖深度，减少封底混凝土的量，节约资源，降低工程建设难度。
Description
技术领域
本实用新型属于基坑水下开挖技术领域，具体涉及一种水下开挖基坑自平衡支撑系统。
背景技术
基坑水下开挖一般应用于保护水资源或受周边环境条件限制，不能或者不应进行基坑降水的情况。
基坑水下开挖是基坑开挖的一种方式，在不进行基坑降水的情况下，防止承压水突涌进基坑，采用水下浇筑混凝土进行封底后，再抽干基坑中的水进行内部结构施工。此工法为平衡水浮力作用，需要水下浇筑混凝土，利用厚重的混凝土重量平衡水浮力作用，确保基坑安全。
这种利用封底混凝土重量平衡水浮力的方式，存在的主要缺点是随着基坑开挖深度增加，需要浇筑混凝土往往非常厚，增深了基坑开挖深度，工程上不经济，同时基坑安全风险也相应增大。
发明内容
本实用新型的目的是克服现有技术中基坑水下开挖工程建设难度高且成本高的问题。
为此，本实用新型提供了一种水下开挖基坑自平衡支撑系统，包括土体，还包括围墙，所述围墙的底端深入土体内，所述围墙内的土体上浇筑有封底混凝土，所述围墙与所述封底混凝土围合形成基坑，所述基坑内设有相互交叉连接的水平支撑结构和竖向支撑结构，所述水平支撑结构的端部分别均匀抵靠在所述围墙内，所述竖向支撑结构的底端与所述封底混凝土抵接。
优选地，所述围墙为方形。
优选地，所述水平支撑结构包括多个水平布置于所述基坑内的水平支撑梁，所述水平支撑梁的两端分别抵靠在所述围墙内壁。
优选地，所述水平支撑结构包括中间横梁及角落端梁，所述中间横梁的两端分别于所述围墙的两个对边连接，所述角落端梁的两端分别于所述围墙的相邻两个边连接。
优选地，所述竖向支撑结构包括多个竖直布置于所述基坑内的纵向传力结构柱，所述纵向传力结构柱底端与所述封底混凝土抵接，所述纵向传力结构柱上端与所述水平支撑梁固定连接。
优选地，所述封底混凝土内纵向贯穿有承力基础柱，所述承力基础柱的底端深入所述土体内，所述承力基础柱的顶端与所述纵向传力结构柱的底端锚固连接。
优选地，多个所述水平支撑梁分别位于所述基坑的不同高度平面内。
优选地，所述围墙为砖砌墙或钢筋混凝土结构。
优选地，所述水平支撑结构和竖向支撑结构均为钢筋混凝土。
本实用新型的有益效果：本实用新型提供的这种水下开挖基坑自平衡支撑系统，包括土体和围墙，在土体内下插围墙并预埋密封结构，在围墙内架设纵向传力结构柱和水平支撑梁，并抽掉围墙内的土体以形成基坑；在基坑内的底端土体上浇筑封底混凝土，并将纵向传力结构柱及围墙与所述封底混凝土连接形成整体；抽取基坑内的水以得到自平衡支撑系统。系统完工后，一边进行下一步的施工一边拆掉水平支撑结构和竖向支撑结构。通过围墙、封底混凝土、纵向传力结构柱以及水平支撑梁相互连接形成的整体形成的自重、以及该整体与土体之间的摩擦力来参与平衡水下开挖过程中水浮力作用，这样便可减少基坑开挖深度，减少封底混凝土的量，节约资源，降低工程建设难度。
以下将结合附图对本实用新型做进一步详细说明。
附图说明
图1是本实用新型水下开挖基坑自平衡支撑系统的俯视图；
图2是本实用新型水下开挖基坑自平衡支撑系统的A-A剖视图。
附图标记说明：围墙1，水平支撑梁2，纵向传力结构柱3，封底混凝土4，承力基础柱5，连接柱6，土体7。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
本实用新型实施例提供了一种水下开挖基坑自平衡支撑系统，包括土体，还包括围墙，所述围墙的底端深入土体内，所述围墙内的土体上浇筑有封底混凝土，所述围墙与所述封底混凝土围合形成基坑，所述基坑内设有相互交叉连接的水平支撑结构和竖向支撑结构，所述水平支撑结构的端部分别均匀抵靠在所述围墙内，所述竖向支撑结构的底端与所述封底混凝土抵接。
如图1和图2所示，先在土体内施工地连墙，即将预先做好的围墙1插入土体7内，将围墙1下放至预定的深度位置形成稳定的地连墙，然后在围墙1与土体7的接触地方预埋密封结构形成密封，防止围墙1外的土体7及地下水进入到围墙1内，其中密封方式通过压浆填充形式进行密封。然后边抽取围墙1内的水土边架设支撑结构，具体地，抽取一部分水土后腾出部分空间，然后在围墙1内架设水平支撑梁2，水平支撑梁2两端均与围墙1的内壁进行连接，水平支撑梁2的结构可以是钢筋混凝土或焊接钢板，通过现场现浇或焊接的方式进行安装，安装时使得水平支撑梁2与围墙1叠合连接形成支撑，于此同时，将位于同一水平面内的水平支撑梁2通过竖向支撑结构进行连接固定，将水平和竖直方向的力进行连接分散。如此继续向下开挖抽取水土以及架设水平支撑梁2，当挖到指定深度后，在基坑底端的土体7上浇筑封底混凝土4，封底混凝土4与围墙1抵接并密封，也可以通过压浆填充形式进行密封。并将竖向支撑结构与封底混凝土4连接起来，这样便可以将围墙1、水平支撑结构、竖向支撑结构以及封底混凝土4连接形成一个整体，如此整个自平衡支撑系统完成。
该基坑自平衡支撑系统受力分析如下：围墙1结构自重G1、水平支撑自重G2、竖向支撑结构G3、封底混凝土自重G4以及基坑内的其他自重G5都参与到水底开挖过程中平衡浮力的体系中。在施工过程中，受力平衡系统满足如下公式：
F浮≤γ*(β1*G1+β2*G2+β3*G3+β4*G4+β5*G5)
其中，F浮为底板浮力设计值，γ为安全系数，β1～5为分项系数，G1～5为支撑系统中中参与抗浮重力的代表值。
优选的方案，所述围墙为方形。如图1和2所示，方形的围墙1便于施工，也便于在围墙1内架设水平支撑结构。
优选的方案，所述水平支撑结构包括多个水平布置于所述基坑内的水平支撑梁，所述水平支撑梁的两端分别抵靠在所述围墙内壁。由此可知，如图1和图2所示，基坑内不同的深度平面内交错布置多个水平支撑梁，水平支撑梁2两端与围墙1的内壁叠合连接，水平支撑梁2起到横向的水平力作用，其与围墙1一起来抵抗围墙1外的水压力，围墙1对水平支撑梁2起到支撑作用，二者共同的自重来抵抗来自土体7的下方的水压力。
优选的方案，所述水平支撑结构包括中间横梁及角落端梁，所述中间横梁的两端分别于所述围墙的两个对边连接，所述角落端梁的两端分别于所述围墙的相邻两个边连接。由此可知，如图1所示，中间横梁架设在围墙1的中间，在围墙1的四个角落对称安装角落端梁，且角落端梁之间通过连接柱6水平连接形成更加牢固的结构。连接柱6也可以是现浇混凝土结构。
优选的方案，所述竖向支撑结构包括多个竖直布置于所述基坑内的纵向传力结构柱，所述纵向传力结构柱底端与所述封底混凝土抵接，所述纵向传力结构柱上端与所述水平支撑梁固定连接。由此可知，如图1和图2所示，纵向传力结构柱3浇筑连接在水平支撑梁2之间，且纵向传力结构柱3的底端与封底混凝土4的上端抵接。
优选的方案，所述封底混凝土内纵向贯穿有承力基础柱，所述承力基础柱的底端深入所述土体内，所述承力基础柱的顶端与所述纵向传力结构柱的底端锚固连接。如图2所示，在浇筑封底混凝土4之前，先在基坑底部浇筑承力基础柱5，承力基础柱5与基坑内的纵向传力结构柱3对应，然后浇筑封底混凝土4，最后将纵向传力结构柱3与承力基础柱5之间锚固连接。
优选的方案，多个所述水平支撑梁分别位于所述基坑的不同高度平面内。由此可知，如图2所示，基坑内不同深度分别架设水平支撑梁2，使得围墙1受力更加均匀分散，以抵抗围墙1外的土体7内的水压力。
优选的方案，所述围墙为砖砌墙或钢筋混凝土结构。由此可知，围墙1可以是现浇也可以是预制件。
优选的方案，所述水平支撑结构和竖向支撑结构均为钢筋混凝土。水平支撑结构和竖向支撑结构均通过现场浇筑形式进行架设安装。
本实施例还提供了一种水下开挖基坑自平衡支撑方法，包括：
在土体内下插围墙并预埋密封结构，在围墙内架设纵向传力结构柱和水平支撑梁，并抽掉围墙内的土体以形成基坑；
在基坑内的底端土体上浇筑封底混凝土，并将纵向传力结构柱及围墙与所述封底混凝土连接形成整体；
抽取基坑内的水以得到自平衡支撑系统。
由此可知，如图1和图2所示，在土体7内下插围墙1并预埋密封结构，在围墙1内架设纵向传力结构柱3和水平支撑梁2，并抽掉围墙1内的土体7以形成基坑；在基坑内的底端土体上浇筑封底混凝土4，并将纵向传力结构柱3及围墙1与所述封底混凝土4连接形成整体；抽取基坑内的水以得到自平衡支撑系统。系统完工后，一边进行下一步的施工内部结构一边拆掉水平支撑结构和竖向支撑结构。
基坑自平衡支撑系统的自重参与基坑开挖和施工内部结构中受力平衡，支撑系统与土体7之间在受到竖直向上力作用情况下，产生向下的摩擦力参与基坑开挖和施工内部结构过程中受力平衡。基坑底部的水浮力作用于封底混凝土4上，通过纵向传力结构柱3将部分浮力传递至支撑体系中，再通过支撑体系传递至基坑周边的围墙1上，然后通过围墙1将支撑体系中的力传递至周边土体上。
本实用新型的有益效果：本实用新型提供的这种水下开挖基坑自平衡支撑系统，包括土体和围墙，在土体内下插围墙并预埋密封结构，在围墙内架设纵向传力结构柱和水平支撑梁，并抽掉围墙内的土体以形成基坑；在基坑内的底端土体上浇筑封底混凝土，并将纵向传力结构柱及围墙与所述封底混凝土连接形成整体；抽取基坑内的水以得到自平衡支撑系统。系统完工后，一边进行下一步的施工一边拆掉水平支撑结构和竖向支撑结构。通过围墙、封底混凝土、纵向传力结构柱以及水平支撑梁相互连接形成的整体形成的自重、以及该整体与土体之间的摩擦力来参与平衡水下开挖过程中水浮力作用，这样便可减少基坑开挖深度，减少封底混凝土的量，节约资源，降低工程建设难度。
以上例举仅仅是对本实用新型的举例说明，并不构成对本实用新型的保护范围的限制，凡是与本实用新型相同或相似的设计均属于本实用新型的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种水下开挖基坑自平衡支撑系统，包括土体，其特征在于：还包括围墙，所述围墙的底端深入土体内，所述围墙内的土体上浇筑有封底混凝土，所述围墙与所述封底混凝土围合形成基坑，所述基坑内设有相互交叉连接的水平支撑结构和竖向支撑结构，所述水平支撑结构的端部分别均匀抵靠在所述围墙内，所述竖向支撑结构的底端与所述封底混凝土抵接。
2.根据权利要求1所述的水下开挖基坑自平衡支撑系统，其特征在于：所述围墙为方形。
3.根据权利要求2所述的水下开挖基坑自平衡支撑系统，其特征在于：所述水平支撑结构包括多个水平布置于所述基坑内的水平支撑梁，所述水平支撑梁的两端分别抵靠在所述围墙内壁。
4.根据权利要求3所述的水下开挖基坑自平衡支撑系统，其特征在于：所述水平支撑结构包括中间横梁及角落端梁，所述中间横梁的两端分别与所述围墙的两个对边连接，所述角落端梁的两端分别于所述围墙的相邻两个边连接。
5.根据权利要求3或4所述的水下开挖基坑自平衡支撑系统，其特征在于：所述竖向支撑结构包括多个竖直布置于所述基坑内的纵向传力结构柱，所述纵向传力结构柱底端与所述封底混凝土抵接，所述纵向传力结构柱上端与所述水平支撑梁固定连接。
6.根据权利要求5所述的水下开挖基坑自平衡支撑系统，其特征在于：所述封底混凝土内纵向贯穿有承力基础柱，所述承力基础柱的底端深入所述土体内，所述承力基础柱的顶端与所述纵向传力结构柱的底端锚固连接。
7.根据权利要求3所述的水下开挖基坑自平衡支撑系统，其特征在于：多个所述水平支撑梁分别位于所述基坑的不同高度平面内。
8.根据权利要求1所述的水下开挖基坑自平衡支撑系统，其特征在于：所述围墙为砖砌墙或钢筋混凝土结构。
9.根据权利要求1所述的水下开挖基坑自平衡支撑系统，其特征在于：所述水平支撑结构和竖向支撑结构均为钢筋混凝土。
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| CN110258583A (zh) * | 2019-06-20 | 2019-09-20 | 中铁第四勘察设计院集团有限公司 | 一种水下开挖基坑自平衡支撑系统及方法 |
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