CN216194808U - 一种运用空间组合结构的深基坑支护结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种运用空间组合结构的深基坑支护结构，包括外侧支护结构、竖向钢格构柱、竖向钢格构柱下灌注桩、水平腹杆、斜腹杆、水平桁架结构。外侧支护结构包括设置于基坑周边土体的连排钻孔灌注桩以及压在钻孔灌注桩上的冠梁。竖向钢格构柱布置于基坑一侧，每两根竖向钢格构柱为一组。水平腹杆及斜腹杆将一组竖向钢格构柱和最接近的两根外侧灌注桩连接成一个竖向空间组合支护结构单元。竖向空间组合支护结构单元间用水平桁架结构连接，最终形成本实用新型的空间组合支护结构。本实用新型增大了抗侧力截面的高度，强化了抗变形能力，借助结构的空间效应保证支护结构整体稳定性，同时也能实现保证施工空间、控制造价等目标。

Description

一种运用空间组合结构的深基坑支护结构

技术领域

本实用新型涉及一种运用空间组合结构的深基坑支护结构，属于基坑支护技术领域，主要应用于大面积深基坑的支护。

背景技术

随着社会的发展，城镇现代化要求，市政、交通、建筑等工程施工中，大量涉及深基坑工程的应用。基坑开挖的规模越来越大，其长度、宽度、深度要求越来越高。现有的深基坑支护结构包括悬臂支护结构、土层锚杆支护结构、内支撑支护结构等。悬臂支护施工难度较小，同时不侵占基坑内空间，但是存在刚度不足、易变形等问题；土层锚杆与内支撑支护结构能有效解决支护结构刚度不够的问题，控制基坑变形，保障基坑支护本身及周边设施的安全。锚杆支护结构的拉锚受土质及地下水的影响大，而内支撑支护结构则施工工作量较大、过多侵占基坑内部空间与建筑结构施工产生干涉需要提前换撑拆除等问题。针对以上各类支护结构的不足，本实用新型提出了一种新型支护结构，它利用基坑内少量的空间并随土体向下开挖逐步形成具有空间结构作用的挡土结构，相对于内支撑支护结构而言不仅具有相当的结构刚度，还不占用地下结构的施工作业空间，综合经济效益显著。

实用新型内容

本实用新型需要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种运用空间组合结构的深基坑支护结构。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

一种运用空间组合结构的深基坑支护结构，包括外侧支护结构、竖向钢格构柱、水平桁架结构、竖向钢格构柱下灌注桩、水平腹杆、斜腹杆；

外侧支护结构包括设置于基坑内壁土体的若干钻孔灌注桩以及压在钻孔灌注桩上端的冠梁，若干钻孔灌注桩连排设置，钻孔灌注桩为垂直于地面，钻孔灌注桩的下端埋于基坑底部内；

连排设置的钻孔灌注桩外侧从上之下依次设置有多层通长水平杆，沿通长水平杆设有若干腹杆单元，上下相邻的通长水平杆上的腹杆单元处于同一纵向位置；所述腹杆单元包括两根垂直于通长水平杆安装的水平腹杆以及一根平行于通长水平杆的水平腹杆，垂直于通长水平杆的水平腹杆为垂直腹杆，平行于通长水平杆的水平腹杆为平行腹杆；

腹杆单元外侧的基坑底部设有若干两两一组的竖向钢格构柱下灌注桩，竖向钢格构柱下灌注桩埋于基坑底部，竖向钢格构柱下灌注桩上方设有竖向钢格构柱，竖向钢格构柱部分插置于竖向钢格构柱下灌注桩中，位于竖向钢格构柱下灌注桩外的部分竖向钢格构柱固定安装于垂直腹杆上，一根垂直腹杆对应一根竖向钢格构柱，垂直腹杆一端固定于通长水平杆，另一端固定于竖向钢格构柱；平行腹杆固定焊接于两根竖向钢格构柱之间；

相邻两个腹杆单元之间设有水平桁架结构，所述水平桁架结构包括与通长水平杆平行的水平杆，水平杆与通长水平杆之间设有连续的斜腹杆，连续的斜腹杆呈折叠结构布置，所述水平杆与平行腹杆处于同一直线上，水平杆的两端分别与两根竖向钢格构柱固定。

同一纵向位置中，上层通长水平杆上的腹杆单元和下层通长水平杆上的腹杆单元之间还设有一个腹杆单元，该腹杆单元的垂直腹杆固定于钻孔灌注桩上，该腹杆单元的平行腹杆固定焊接于两根竖向钢格构柱之间。

上下相邻的腹杆单元中，上层的垂直腹杆与其正对的下层的垂直腹杆之间设有斜腹杆，上层的平行腹杆与其正对的下层的平行腹杆之间也设有斜腹杆，所述斜腹杆和垂直腹杆以及斜腹杆和平行腹杆之间的角度均为45度。

竖向钢格构柱与钻孔灌注桩之间的距离为1/6-1/4倍的基坑开挖深度；与同一腹杆单元对应的两根竖向钢格构柱之间的间距等于竖向钢格构柱距离钻孔灌注桩的距离。

相邻的两组竖向钢格构柱下灌注桩间净间距为0.5-1倍的基坑开挖深度。

上下层水平桁架结构之间的间距为两倍的水平腹杆长度。

钻孔灌注桩的长度为1.8~2.0倍的基坑深度，所述竖向钢格构柱下灌注桩埋于基坑底部平面以下，桩顶平面与基坑底平面共面，所述竖向钢格构柱下灌注桩的埋深为1.0~1.5倍基坑深度，且其桩底所在平面深于外侧支护结构的钻孔灌注桩（1）桩底所在平面。

竖向钢格构柱采用四根长条状的角钢和若干钢板焊接制作而成，四根角钢围成横截面为矩形的结构，相邻两根角钢之间通过钢板焊接。

一种运用空间组合结构的深基坑支护结构的建造方法，包括以下步骤：

步骤一：施工基坑外侧支护结构：在地面沿基坑形状钻出孔，钻孔内侧为预计开挖的基坑位置，钻孔深度大于预计的基坑深度，在预制的钢筋笼上焊接多个与水平腹杆和斜腹杆连接的预留焊接钢片，在各个钻孔中吊放钢筋笼，钢筋笼上的预留焊接钢片朝向基坑内侧面布置，在一排钻孔中浇筑混凝土形成连排的钻孔灌注桩，在连排的钻孔灌注桩的桩顶施工冠梁，形成外侧支护结构；

步骤二：预制竖向钢格构柱：将四根长条形的角钢定位为钢柱的四角，角钢之间通过若干钢板焊接连接，相邻两根角钢间焊接的钢片等间距焊接布置，形成竖向钢格构柱；

步骤三：施工竖向钢格构柱下灌注桩：沿外侧支护结构的内侧钻孔，每两个孔为一组，每组之间具有一段间距，钻孔深度大于钻孔灌注桩的深度，然后钻孔中浇筑混凝土并一一插入竖向钢格构柱，形成竖向钢格构柱下灌注桩，竖向钢格构柱顶端与地面等高，竖向钢格构柱下灌注桩顶端与开挖后的基坑底部等高；

步骤四：第一层土方开挖：第一层土方开挖深度至预计安装的第一层腹杆单元以下0.3米处，保证露出竖向钢格构柱以及连排钻孔灌注桩上预留的焊接钢片；

步骤五：第一层水平桁架结构和第一层腹杆单元的安装：结合连排钻孔灌注桩上预留的焊接钢片，先沿一排钻孔灌注桩焊接通长水平杆，再在通长水平杆上间隔式焊接腹杆单元，腹杆单元处于一对竖向钢格构柱的位置，腹杆单元的垂直腹杆焊接于竖向钢格构柱与通长水平杆之间，一根垂直腹杆对应一根竖向钢格构柱，水平腹杆焊接于一对竖向钢格构柱之间；在相邻两对竖向钢格构柱之间焊接水平杆，水平杆的两端固定于竖向钢格构柱，水平杆与通长水平杆之间焊接连续折叠的斜腹杆，形成水平桁架结构；

步骤六：第二层土方开挖：第二层土方开挖深度至预计安装的第二层腹杆单元以下0.3米处，保证露出连排钻孔灌注桩上预留的焊接钢片；

步骤七：安装第二道腹杆单元：在第一层腹杆单元的正下方焊接第二层腹杆单元，第二层腹杆单元中的水平腹杆与第一层腹杆单元中的水平腹杆上下相应位置一一对应，第二层腹杆单元中的垂直腹杆焊接于钻孔灌注桩与竖向钢格构柱之间，第二层腹杆单元中的平行腹杆焊接于一对竖向钢格构柱之间；第一层腹杆单元的垂直腹杆与对应位置第二层腹杆单元的垂直腹杆之间焊接斜腹杆，第一层腹杆单元的平行腹杆与对应位置第二层腹杆单元的平行腹杆之间焊接斜腹杆，斜腹杆与水平腹杆之间的夹角为45°；

步骤八：第三层土方开挖：第三层土方开挖深度至预计安装的第三层腹杆单元以下0.3米处，保证露出连排钻孔灌注桩上预留的焊接钢片；

步骤九：第三层中水平桁架结构和第三层腹杆单元的安装：重复步骤五的安装过程焊接形成第三层中的水平桁架结构和第三层的腹杆单元；第三层腹杆单元的垂直腹杆与对应位置第二层腹杆单元的垂直腹杆之间焊接斜腹杆，第三层腹杆单元的平行腹杆与对应位置第二层腹杆单元的平行腹杆之间焊接斜腹杆，斜腹杆与水平腹杆之间的夹角为45°；

步骤十：按照步骤四至步骤九的安装过程，直至基坑开挖完成；

步骤十一：施工地下建筑结构后回收水平桁架结构、水平腹杆、斜腹杆、竖向钢格构柱。

综上所述，本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型克服了悬臂支护结构难以保证支护结构基本刚度的问题。采用了预制竖向钢格构柱通过水平腹杆、斜腹杆及水平桁架结构与外侧支护结构共同形成空间组合形式的支护结构，保证了支护结构的刚度，控制了支护结构的变形：一方面，该支护结构采用了第二排竖向钢格构柱，通过水平腹杆、斜腹杆与外侧支护结构连接，增大了抗侧力截面的高度，强化了抗变形能力；另一方面，结合水平桁架结构的布置特点，将各个空间组合单元连接在一起，形成了一个完整整体，结构的空间效应保证了支护结构整体的稳定性。

2、本实用新型克服了内支撑结构过分侵占基坑空间的问题，该支护结构施工完毕后，地下工程的施工将在支护结构所围的基坑空间内进行，最终的地下工程最外侧结构距离竖向钢格构柱仍有一段距离，因此该支护结构不会干涉地下工程施工作业面，不侵占基坑空间，保证了施工的便利。

本实用新型提出的一种支护结构建造方法不复杂、适用性强、经济性较好。该新型空间组合支护结构的外侧支护结构和悬臂支护结构施工方法类似，技术纯熟，内侧竖向钢格构柱、水平腹杆、斜腹杆及水平桁架结构采用预制并且可回收再利用，相较于内支撑支护结构无需随地下建筑结构的施工而换撑拆撑，整个工程的施工工期缩短，同时省去了大量的支撑材料，特别是在大面积深基坑中效果更为显著，因此，本实用新型提出的一种支护结构的综合经济效益好。

附图说明

图1显示了本实用新型的结构示意图；

图2显示了本实用新型的正视图；

图3显示了本实用新型俯视图；

图4显示了本实用新型的右视图；

图5显示了本实用新型竖向钢格构柱的结构示意图；

图6显示了本实用新型竖向钢格构柱的剖面图；

图7显示了本实用新型竖向空间组合支护结构单元的结构示意图；

图8显示了本实用新型效果图；

其中有：1-钻孔灌注桩，2-冠梁，3-竖向钢格构柱，4-水平桁架结构，5-竖向钢格柱下灌注桩，6-水平腹杆，7-斜腹杆，8-通长水平杆，9-角钢，10-钢板。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本实用新型的优选技术方案。

如图1所示，一种运用空间组合结构的深基坑支护结构，包括外侧支护结构、竖向钢格构柱3、竖向钢格构柱下灌注桩5、水平腹杆6、斜腹杆7、水平桁架结构4。其中，外侧支护结构包括设置于基坑周边土体的连排钻孔灌注桩1以及压在钻孔灌注桩上的冠梁2；竖向钢格构钢柱3布置于基坑一侧，距外侧支护结构距离为1/6-1/4倍基坑开挖深度；每两根竖向钢格构柱3一组，两根间间距为1倍距外侧支护结构距离；每组钢格构柱间净间距1/2~1倍开挖深度。如图5和图6所示，竖向钢格构柱3由四根角钢9和若干连接钢板10焊接而成。

如图7所示，若干根水平腹杆6及斜腹杆7将一组竖向钢格构柱3和最接近的两根外侧钻孔灌注桩1焊接连接成一个竖向空间组合支护结构单元。

如图2和图3所示，具体地，每个水平面上焊接水平腹杆6使得两根钻孔灌注桩1和两根竖向钢格构柱3在该平面上围成一个闭合矩形，水平面与水平面之间间距以保证两水平面间的斜腹杆7倾斜角45度为宜，竖向平面内用斜腹杆7焊接连接，形成桁架式布置，最终一个形成竖向空间组合支护结构单元。

竖向空间组合支护结构单元间用水平桁架结构4连接，上下水平桁架结构间的间距为2倍的水平腹杆6间间距。具体地，如图3和图4所示，在同一水平面上，贴近灌注桩侧焊接通长水平杆8，每组竖向钢格构柱3间用水平杆焊接直连，再以一边的竖向空间组合支护结构单元的竖向钢格构柱3上的焊点为起点焊接水平面上的斜腹杆7，与通长水平杆8夹角均优选为30°~60°，进一步优选为45°，具体取值根据实际构件尺寸确定，水平面上的斜腹杆7连续焊接连接，终点是另一边空间支护单元的灌注桩预留焊点，形成连续锯齿状的钢杆连接，最终形成水平桁架结构4的连接。所有竖向空间组合支护结构单元连接完毕，形成该支护结构。

本实用新型中，该支护结构采用了第二排竖向钢格构柱3，通过水平腹杆6、斜腹杆7与外侧支护结构连接，增大了抗侧力截面的高度，强化了抗变形能力，同时结合水平桁架结构的布置特点，将各个空间组合单元连接在一起，形成了一个完整整体，结构的空间效应保证了支护结构整体的稳定性。本实用新型的一种深基坑支护结构的建造方法，包括如下步骤。

步骤1、施工外侧支护结构：钻孔灌注桩1，灌注桩深度可取1.8倍基坑深度，钻孔，吊放钢筋笼，在靠近基坑侧焊接钢片作为后期进行水平腹杆6、斜腹杆7连接的预留焊接点。浇筑混凝土成桩，连排灌注桩桩顶施工冠梁2，最终形成外侧支护结构。

步骤2、预制竖向钢格构柱3：将四根角钢9定位为钢柱的四角，角钢之间通过若干钢板10焊接连接，每两根角钢9间焊接的钢板10等间距焊接布置。该步骤可在工厂预制运输到现场，也可在现场预制。

步骤3、施工竖向钢格构柱下灌注桩5并插入预制的竖向钢格构柱3，灌注桩顶面位于开挖后的基坑底面处，竖向钢格构柱插入灌注桩内不小于3米。

步骤4、首层土方开挖：首层土方开挖至顶层通长水平杆8的底面以下0.3米处，保证露出竖向钢格构柱3以及连排钻孔灌注桩1上预留的焊接钢片。

步骤5、顶层通长水平杆8及水平桁架结构4安装：结合外侧钻孔灌注桩1上预留焊点，先焊接紧贴外侧灌注桩的通长水平杆8，再在钻孔灌注桩1与最近竖向钢格构柱3之间、竖向钢格构柱3之间焊接水平腹杆6，最后再焊接完成竖向空间组合支护结构单元间的水平桁架结构，水平桁架结构内斜腹杆焊接连接角度优选为30°~60°，可进一步优选为45°。

步骤6、第二层土方开挖：第二层土方开挖至第二道水平腹杆6底面以下0.3米处，保证露出竖向钢格构柱3以及连排钻孔灌注桩1上预留的焊接钢片。

步骤7、安装第二道水平腹杆6及斜腹杆7：层间平面内采用斜腹杆7焊接连接，水平面与水平面之间间距以保证两水平面间的斜腹杆7倾斜角45度为宜，先焊接安装钻孔灌注桩1与最近竖向钢格构柱3之间、竖向钢格构柱3之间的水平腹杆6，再焊接安装与该平面与上一平面间的斜腹杆7。

步骤8、第三层土方开挖：第三层土方开挖至第三道水平腹杆底面6以下0.3米处，保证露出竖向钢格构柱3以及连排钻孔灌注桩1上预留的焊接钢片。

步骤9、安装第三道水平腹杆6及斜腹杆7、安装第二道水平桁架结构4：在该层焊接紧贴外侧钻孔灌注桩1的通长水平杆8，焊接安装钻孔灌注桩1与最近竖向钢格构柱3之间、竖向钢格构柱3之间水平腹杆6，再焊接安装与该平面与上一平面间的斜腹杆7，最后再焊接完成竖向空间组合支护结构单元间的水平桁架结构4，水平桁架结构内斜腹杆焊接连接角度优选为30°~60°，可进一步优选为45°。

步骤10、重复上述步骤，直至土方开挖完成：结合土方开挖层数，重复步骤6到步骤9施工过程，逐层开挖、逐层施工安装水平腹杆6和斜腹杆7，竖向空间组合支护结构单元间的水平桁架结构4及对应层上的通长水平杆8自首层安装开始隔层安装布置，直至土方开完完成。

步骤11、在基坑底部平面以及平面之上再设置水平腹杆6和斜腹杆7：土方开挖完成后，在贴近基坑底部，再安装一道水平腹杆6及斜腹杆7，焊接安装钻孔灌注桩1与最近竖向钢格构柱3之间、竖向钢格构柱3之间水平腹杆6，再焊接安装与该平面与上一平面间的斜腹杆7。

步骤12、施工地下建筑结构。

步骤13、施工地下建筑结构后回收水平桁架结构4、水平腹杆6、斜腹杆7以及竖向钢格构柱3：该空间组合支护结构不参与建筑结构体系中，当地下结构施工完毕，本着经济性原则，可先在地下室外墙和外侧支护结构间设置横向支撑，再拆除回收全部外露的水平桁架结构4、水平腹杆6、斜腹杆7及竖向钢格构柱3，后在地下结构与支护结构之间填土压实，完成整个地下工程施工。

步骤14、施工地下建筑结构后，不回收竖向钢格构柱3：若本着工期优先原则，也可不回竖向钢格构柱3，仅回收水平桁架结构4、水平腹杆6、斜腹杆7，回收水平桁架结构4、水平腹杆6、斜腹杆7前先回填土至水平腹杆6底面下0.3米处与安装过程相反，完成地下工程施工。

本实用新型是一种新型的支护结构，能够分别借鉴悬壁支护结构和内支撑支护结构的优点，增大了抗侧力截面的高度，强化了抗变形能力，借助结构的空间效应保证支护结构整体稳定性，同时也能实现保证施工空间、控制造价等设计目标，在保证结构刚度、保证施工空间、缩短工期、材料节约等方面取得平衡，获得综合优势，为大面积深基坑支护结构工程提供了一种新的方案，具有实际应用的可能性。

以上详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本实用新型的保护范围。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种运用空间组合结构的深基坑支护结构，其特征在于：包括外侧支护结构、竖向钢格构柱（3）、水平桁架结构（4）、竖向钢格构柱下灌注桩（5）、水平腹杆（6）、斜腹杆（7）；

所述外侧支护结构包括设置于基坑内壁土体的若干钻孔灌注桩（1）以及压在钻孔灌注桩（1）上端的冠梁（2），若干钻孔灌注桩（1）连排设置，钻孔灌注桩（1）为垂直于地面，钻孔灌注桩（1）的下端埋于基坑底部内；

连排设置的钻孔灌注桩（1）外侧从上之下依次设置有多层通长水平杆（8），沿通长水平杆（8）设有若干腹杆单元，上下相邻的通长水平杆（8）上的腹杆单元处于同一纵向位置；所述腹杆单元包括两根垂直于通长水平杆（8）安装的水平腹杆（6）以及一根平行于通长水平杆（8）的水平腹杆（6），垂直于通长水平杆（8）的水平腹杆（6）为垂直腹杆，平行于通长水平杆（8）的水平腹杆（6）为平行腹杆；

所述腹杆单元外侧的基坑底部设有若干两两一组的竖向钢格构柱下灌注桩（5），竖向钢格构柱下灌注桩（5）埋于基坑底部，竖向钢格构柱下灌注桩（5）上方设有竖向钢格构柱（3），竖向钢格构柱（3）部分插置于竖向钢格构柱下灌注桩（5）中，位于竖向钢格构柱下灌注桩（5）外的部分竖向钢格构柱（3）固定安装于垂直腹杆上，一根垂直腹杆对应一根竖向钢格构柱（3），垂直腹杆一端固定于通长水平杆（8），另一端固定于竖向钢格构柱（3）；平行腹杆固定焊接于两根竖向钢格构柱（3）之间；

相邻两个腹杆单元之间设有水平桁架结构（4），所述水平桁架结构（4）包括与通长水平杆（8）平行的水平杆，水平杆与通长水平杆（8）之间设有连续的斜腹杆（7），连续的斜腹杆（7）呈折叠结构布置，所述水平杆与平行腹杆处于同一直线上，水平杆的两端分别与两根竖向钢格构柱（3）固定。

2.根据权利要求1所述的一种运用空间组合结构的深基坑支护结构，其特征在于：同一纵向位置中，上层通长水平杆（8）上的腹杆单元和下层通长水平杆（8）上的腹杆单元之间还设有一个腹杆单元，该腹杆单元的垂直腹杆固定于钻孔灌注桩（1）上，该腹杆单元的平行腹杆固定焊接于两根竖向钢格构柱（3）之间。

3.根据权利要求2所述的一种运用空间组合结构的深基坑支护结构，其特征在于：上下相邻的腹杆单元中，上层的垂直腹杆与其正对的下层的垂直腹杆之间设有斜腹杆（7），上层的平行腹杆与其正对的下层的平行腹杆之间也设有斜腹杆（7），所述斜腹杆（7）和垂直腹杆以及斜腹杆（7）和平行腹杆之间的角度均为45度。

4.根据权利要求2所述的一种运用空间组合结构的深基坑支护结构，其特征在于：所述竖向钢格构柱（3）与钻孔灌注桩（1）之间的距离为1/6-1/4倍的基坑开挖深度；与同一腹杆单元对应的两根竖向钢格构柱（3）之间的间距等于竖向钢格构柱（3）距离钻孔灌注桩（1）的距离。

5.根据权利要求2所述的一种运用空间组合结构的深基坑支护结构，其特征在于：相邻的两组竖向钢格构柱下灌注桩（5）间净间距为0.5-1倍的基坑开挖深度。

6.根据权利要求2所述的一种运用空间组合结构的深基坑支护结构，其特征在于：上下层水平桁架结构（4）之间的间距为两倍的水平腹杆（6）长度。

7.根据权利要求2所述的一种运用空间组合结构的深基坑支护结构，其特征在于：所述竖向钢格构柱下灌注桩（5）埋于基坑底部平面以下，桩顶平面与基坑底平面共面，所述竖向钢格构柱下灌注桩（5）的埋深为1.0~1.5倍基坑深度，且其桩底所在平面深于外侧支护结构的钻孔灌注桩（1）桩底所在平面。

8.根据权利要求2所述的一种运用空间组合结构的深基坑支护结构，其特征在于：所述竖向钢格构柱（3）采用四根长条状的角钢（9）和若干钢板（10）焊接制作而成，四根角钢（9）围成横截面为矩形的结构，相邻两根角钢（9）之间通过钢板（10）焊接。

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