CN212175797U

CN212175797U - 一种大跨度地下空间深基坑支护系统

Info

Publication number: CN212175797U
Application number: CN201922037718.9U
Authority: CN
Inventors: 童景盛; 陈双庆; 李菊红; 张伟强; 赵国瑞
Original assignee: North China Municipal Engineering Design and Research Institute Co Ltd
Current assignee: North China Municipal Engineering Design and Research Institute Co Ltd; CSCEC Aecom Consultant Co Ltd
Priority date: 2019-11-22
Filing date: 2019-11-22
Publication date: 2020-12-18
Anticipated expiration: 2029-11-22

Abstract

一种大跨度地下空间深基坑支护系统，包括深基坑；深基坑内四周内壁连续设有多个支护单元，相邻的两个支护单元之间设有工字型钢板桩；支护单元包括上下左右相互对接拼装的预制支护构件，左、右两端的预制支护构件通过螺栓固定连接于工字型钢板桩；在深基坑四周内壁形成整体支护墙。支护单元与开挖的深基坑内壁地基的间隙灌注有防水素混凝土。四个边角各一根工字型钢板桩。本系统采用预制支护构件，进行深基坑四周水平和垂直方向的拼装组合与工字型钢板桩成联合结构，减少或去除大跨度深基坑横向支撑和地连墙的设置，解决了现有技术不能大面积展开工作面施工等难题。具有结构合理、施工大大简化、造价较低、绿色环保、节约投资、安全便捷等优势。

Description

一种大跨度地下空间深基坑支护系统

技术领域

本实用新型属于地下空间深基坑支护技术领域，具体涉及一种可作为临时或永久支护的大跨度地下空间深基坑支护系统。

背景技术

近些年我国城市地下空间的高度开发和大量高层建筑的兴建，伴随着地下空间大跨度、深基坑等一系列工程技术难题和施工处理措施亟待解决，众多研究者不断地探寻着施工便捷、安全高效的新方法。期待探索出一种既能确保施工安全、经济节约，又能保证质量可靠、简单方便的支护结构新技术、新工艺，是建设者们共同追求的目标。

目前深基坑支护方式有钻孔灌注排桩维护墙、地下连续墙、钢板桩或重力式维护墙等支护常用结构和施工方法。对于地质情况稍差、跨度较大的深基坑，以上方法还需要设置横向内支撑、桩锚构件等作为水平向的横向支撑。但是，深基坑设置内支撑会大大减少基坑内的施工空间，大型施工设备难以大面积施工，增加施工成本和周期；而桩锚构件的措施通常因建筑红线的限制而难以在受限空间大范围使用。钻孔灌注桩支护施工周期也较长、成本高，对环境有污染且不经济等因素。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题在于提供一种施工工序简单、绿色环保，无横向支撑的大跨度地下空间深基坑支护系统；本实用新型能够大大缩短施工工期，能显著提高工程施工效率，构成支护系统的支护构件为批量预制标准化生产。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下所述：一种大跨度地下空间深基坑支护系统，包括深基坑；其特征在于：深基坑内四周内壁连续设有多个支护单元，相邻的两个支护单元之间设有工字型钢板桩；支护单元包括上下左右相互对接拼装的预制支护构件，左、右两端的预制支护构件通过螺栓固定连接于工字型钢板桩；在深基坑四周内壁形成整体支护墙。

支护单元与开挖的深基坑内壁地基的间隙灌注有防水素混凝土；预制支护构件采用专利号为ZL201521112761.2、名称为地下空间施工拼装用预制支护构件的中国实用新型专利；工字型钢板桩的底部固定于地层中。

根据深基坑的土质情况，每个支护单元的水平方位的预制支护构件为4～6个。

本实用新型提供的一种大跨度地下空间深基坑支护系统采用预制支护构件作为主体，呈连续拱形状设置在深基坑的四周，各个连续拱形单元沿基坑四周形成环状支护系统，支护系统后背与开挖地基间隙灌注防水素混凝土并填充捣实，与支护单元、工字型钢板桩共同形成整体支护系统。其受力特点是：充分利用拱形构造和砼承受压力的特点用于大跨度地下空间深基坑支护结构，能够有效的抵抗基坑侧向地基土压力作用，使每个拱形构件承受的土压力在水平方向的推力能够相互抵消并且受力平衡，因此可减少或去除基坑横向支撑；工字型钢板桩作为竖直立柱，能够承受连续拱传来的水平荷载的推力作用，同时起到固定拱形预制支护构件和支撑、抗弯作用，与相互对接拼装的预制支护构件共同承担土压力和上部传来的荷载作用。

本实用新型采用专利号为ZL201521112761.2提供的为地下空间施工拼装用预制支护构件，进行深基坑四周水平和垂直方向的拼装组合与工字型钢板桩成联合结构，减少或去除大跨度深基坑横向支撑和地连墙的设置，解决了现有技术不能大面积展开工作面施工等难题。具有结构合理、施工大大简化、造价较低、绿色环保、节约投资、安全便捷等优势，拓展了深基坑支护开挖的新方向，使用的预制支护构件为批量预制标准化生产，能显著提高工程施工效率、确保施工质量和安全，具有良好的社会效益和经济效益。

本实用新型使用的拱形的预制支护构件拼装后，两端固定在垂直打入地层中的的工字型钢板桩上，用于固定预制支护构件的工字型钢板桩沿深基坑四周每隔5m间距布设，深度方向的桩长需要通过计算，且每2m高度设置一层带肋拱形构件，起到横隔梁、加强横向刚度的作用；各个连续拱形支护单元与工字型钢板桩组合，沿深基坑四周形成封闭结构，从而形成一个连续拱形的预制拼装的环状支护系统。它适用于大跨度地下空间深基坑支护，既轻质安全又不需要设横向支撑或地连墙的结构。

本实用新型与现有技术相比，其创造性与有益效果主要是：

1、将连续拱型支护体系承受的土压力转换成水平推力的受力优势应用至竖直向的深基坑支护体结构中，减少了深基坑横向支撑的设置，增大了施工工作面，大型机械可进行分层开挖、方便土方的向外运输。

2、将竖直设置的工字型钢板桩和水平设置的拱形的预制支护构件与加劲肋板构件同时使用在支护单元中组成的联合支护体系，增加了支护墙身整体刚度和承受荷载的能力，简化了深基坑水平向支撑的设置。具有结构构造合理、施工方便、大幅度降低施工难度和安全保障，同时，具有环保节能和减少工程投资等优势。

3、本实用新型使用中国实用新型专利产品ZL201521112761.2、地下空间施工拼装用预制支护构件，利用该构件本身轻质泡沫砼良好的消波吸能性能、可缓冲受力等作用的可靠性，扩大专利产品的应用范围，促进专利产品的延伸与推广。

附图说明

图1为本实用新型总体平面布置图；

图2为图1的局部放大图；

图3为图1转角A部的放大图；

图4为工字型钢板桩的主视图；

图5为图4的俯视图；

图6为图1的局部立体结构示意图；

图7为加劲肋板构件的立体结构示意图；

图8为改进的专利号ZL201521112761.2的预制支护构件的立体示意图；

图9为深基坑四个角打入工字型钢板桩的示意图；

图10为开挖出第一层基坑空间的示意图；

图11为第一层基坑空间拼装了预制支护构件的示意图；

图12为间隙灌装了防水素混凝土的示意图。

图中：1—深基坑，2—防水素混凝土，3—预制支护构件，4—工字型钢板桩，5—螺栓，6—螺帽，7—螺栓孔，8—加劲肋板构件，801—加劲肋板，9—构件螺栓孔，10—深基坑未开挖的土体，11—间隙，12—第一层基坑空间。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行进一步详细说明。如图1、图2与图6所示：一种大跨度地下空间深基坑支护系统，包括深基坑1；深基坑1内四周内壁连续设有多个支护单元，相邻的两个支护单元之间设有工字型钢板桩4；支护单元包括上下左右相互对接拼装的预制支护构件3，左、右两端的预制支护构件3通过螺栓5固定连接于工字型钢板桩4；在深基坑1四周内壁形成整体支护墙。

支护单元与开挖的深基坑内壁地基的间隙11灌注有防水素混凝土2；预制支护构件采用专利号为ZL201521112761.2、名称为地下空间施工拼装用预制支护构件的中国实用新型专利产品；预制支护构件为拱形；工字型钢板桩4的底部固定于地层中。

本实施例每个支护单元的水平方位的预制支护构件3为五个；根据深基坑的土质情况，每个支护单元的水平方位的预制支护构件3为四至六个。

参见图4与图5，工字型钢板桩4上每隔50cm间距设置螺栓孔7；参见图3与图8，构成支护单元的左、右两端的预制支护构件3的连接拱肋设有构件螺栓孔9；螺栓5穿过螺栓孔7与构件螺栓孔9后用螺帽6紧固后将预制支护构件3与工字型钢板桩4固定连接。

参见图3；深基坑1的四角设有工字型钢板桩4，位于深基坑四角的工字型钢板桩4的工字翼缘上也设有螺栓孔7，用以固定转角处改变方向的拱形的预制支护构件3。预制支护构件3采用标准的、长*宽*厚为1000mm*500mm*80mm的规格，相邻的工字型钢板桩4的间距按照5m布置，最终形成整体封闭的深基坑支护系统。

作为本实用新型的完善，在两个工字型钢板桩4之间、沿高度方向每2m设置一排加劲肋板构件8，加劲肋板构件8的结构参见图7：弧形拱状支护板的上端设有加劲肋板801，起到横隔加劲梁与增大刚度的作用；加劲肋板构件8与预制支护构件3、工字型钢板桩4共同形成方格网形带横隔梁式的整体墙面支护系统，具有抵抗土压力和止水墙双重作用。

本实用新型的施工方法案例某V级围岩地区深基坑需要开挖深度8m，基坑长度30m，宽度15m，土壤地下水中等渗漏，施工震动为中等，粘聚力降低系数Kc=0.5，基坑周边堆土高度H₀=1m，土壤重度17.5KN/m³，粘聚力105KPa，粘聚力变化系数0.5，围岩内摩擦角Ø=20⁰；根据以上条件设计基坑开挖实施方案。

步骤1、如图9所示：按照基坑长度30m、宽度15m放线，确定基坑四个角点位置，先将长11m的工字型钢板桩4沿深基坑未开挖的土体10四个角点竖直打入，然后在深基坑未开挖的土体周边长度方向两侧各打入5根、宽度方向两侧各打入2根同样规格工字型钢板桩。

步骤2、根据与本实用新型相关的开发计算软件计算参数结果如下：

2.1、计算结果

2.1.1假定一次开挖长度L=15m、开挖深度H₁=8m：则安全系数=1.12；总侧向水平力F=3604.74KN，最大开挖自稳定高度H_z=5.86m；基坑最大无支撑长度L_max=15m（计算提示：围岩稳定，若一次开挖长度15m、深度8m，则瞬间能稳定1天，要求3小时完成有效支护）。

2.1.2假定一次开挖长度L=30m、开挖深度H₁=3m：则安全系数=1.81；总侧向水平力F=1351.78KN，最大开挖自稳定高度H_z=5.86m；基坑最大无支撑长度L_max=30m（计算提示：围岩短期稳定数周，要求1周完成有效支护）。

2.2、计算开挖深度及长度对应安全系数及要求支护完成时间

步骤3、根据计算的安全系数和对应的深基坑需要开挖的安全深度、安全长度和要求完成支护的时间对比分析，考虑施工安全及施工时间等综合因素，应按照上述假定二分三次进行开挖比较可靠，并符合工程实际。上面两层H₁、H₂每层开挖深度3m，第3层开挖深度H₃=2m则达到开挖总深度8m要求。

如图10所示，进行深基坑内的第一层土体的开挖，施工开挖安全深度H₁=3m，安全长度30m；开挖顺序为先中部开挖、后四周开挖；要求一周时间内完成第一层土体的开挖和相应的支护，开挖第一层土体后，形成深基坑的第一层基坑空间12，及时进入步骤4进行第一层基坑空间12内的拱形构件支护系统的拼接安装工作。

步骤4、如图11所示，对深基坑内开挖出第一层基坑空间12，及时进行预制支护构件的拼装与支护系统的整体安装；预制支护构件先进行水平方位的拼装组合，完成构成支护单元的、水平方位的第一排预制支护构件拼装后，将左、右两端的预制支护构件通过固定螺栓5固定在工字型钢板桩4，由下至上、逐排拼装预制支护构件，逐排固定，直至完成第一层基坑空间的拼装；并且在第3排设置加劲肋板构件8；一次支护高度的、深基坑支护系统拼装完成后，即第一层基坑空间支护系统拼装完成后，在构成支护单元的连续拼装的拱形预制支护构件的背部与深基坑内壁之间构成了间隙11。

步骤5、如图12所示，向间隙11及时灌注、捣实一定厚度的防水素混凝土2，可立即受力，共同形成防护墙，起到深基坑支护和止水双重作用。

步骤6、重复步骤3至5，即进行第二层土体H₂=3m的开挖和支护工作，再进行第三层土体H₃=2m（即基坑设计底标高H）的开挖和支护工作。

支护及施工完成后，可作为基坑永久性防护，作为建筑物的地下室、地下停车场等空间利用；也可以逐层拆除预制拱片，重复利用，起到节能的效果。

Claims

1.一种大跨度地下空间深基坑支护系统，包括深基坑；其特征在于：深基坑（1）内四周内壁连续设有多个支护单元，相邻的两个支护单元之间设有工字型钢板桩（4）；支护单元包括上下左右相互对接拼装的预制支护构件（3），左、右两端的预制支护构件（3）通过螺栓（5）固定连接于工字型钢板桩（4）；在深基坑（1）四周内壁形成整体支护墙。

2.如权利要求1所述的一种大跨度地下空间深基坑支护系统，其特征在于：支护单元与开挖的深基坑内壁地基的间隙（11）灌注有防水素混凝土（2）；预制支护构件（3）为拱形；工字型钢板桩（4）的底部固定于地层中。

3.如权利要求2所述的一种大跨度地下空间深基坑支护系统，其特征在于：工字型钢板桩（4）上每隔50cm间距设置螺栓孔（7）；构成支护单元的左、右两端的预制支护构件（3）的连接拱肋设有构件螺栓孔（9）；螺栓（5）穿过螺栓孔（7）与构件螺栓孔（9）后用螺帽（6）紧固后将预制支护构件（3）与工字型钢板桩（4）固定连接。

4.如权利要求3所述的一种大跨度地下空间深基坑支护系统，其特征在于：深基坑（1）的四角设有工字型钢板桩（4），位于深基坑四角的工字型钢板桩（4）的工字翼缘上设有螺栓孔（7）。

5.如权利要求1至4 任意一项所述的一种大跨度地下空间深基坑支护系统，其特征在于：两个工字型钢板桩（4）之间、沿高度方向每2m设置一排加劲肋板构件（8），加劲肋板构件（8）的结构为在弧形拱状支护板的上端设有加劲肋板（801）。

6.如权利要求5所述的一种大跨度地下空间深基坑支护系统，其特征在于：每个支护单元的水平方位的预制支护构件（3）为四至六个，相邻的工字型钢板桩（4）的间距为四至六米。

7.如权利要求6所述的一种大跨度地下空间深基坑支护系统，其特征在于：预制支护构件（3）是长*宽*厚为1000mm*500mm*80mm的规格。