基坑与边坡工程第4章内支撑支护技术ppt课件.ppt

基坑与边坡工程,第4章内支撑支护技术,制 作 人 ：周 勇,4.1 概述,围护结构结合内支撑系统围护结构结合锚杆,作用在围护墙上的水土压力可以由内支撑有效地传递和平衡，也可以由坑外设置的土层锚杆平衡。 内支撑可以直接平衡两端围护墙上所受的侧压力，构造简单，受力明确；锚杆设置在围护墙的外侧，为挖土、结构施工创造了空间，有利于提高施工效率。,深基坑支护结构最常采用的两种形式：,一、内撑式支护结构的含义,内撑式支护结构由于其受力特点，往往又称为内撑式围护结构。,内撑式支护结构的含义可用“外护内支”四个字表述。,用围护构件对外挡住边坡土体、防止地下水渗漏,“外护”：,利用内支撑系统为围护构件的稳定提供足够的支撑力,“内支”：,二、內撑式支护结构的优缺点,1）施工质量较易控制,2）充分发挥材料在性质上的优点，达到经济的目的,3）尤其适合于在软土地基中采用,4）在一定的条件下具备缩短工期的潜力,1. 内撑式支护结构的主要优点:,1）形成内撑并令其具备必要的强度，需占用一定的工期,2）内支撑的存在有时对大规模机械化开挖不利,3）四周围护后当开挖深度大时机械进出基坑不甚方便,2. 内撑式支护结构的缺点和局限性:,三、内撑式支护结构的应用范围,从地质条件上看，这种型式可适用于各种地质条件下的基坑工程，而最能发挥其优越性的是软弱地基中的基坑工程。,从开挖深度上看，这种围护型式适用的基坑深度不受限制。,从基坑的平面尺寸来看，这种围护型式适用于平面尺寸不太大的基坑,从围护的平面布置来看，内撑式一般适用于周围围护或对边围护,4.2内支撑支护结构的组成,内撑式支护结构,竖向围护结构体系,内支撑体系,止水帷幕(有时包括),一、竖向围护构件的种类,1）板桩式围护构件:,2）排桩式围护构件:,3）地下连续墙:,4）组合型竖向围护结构:,包括钢板桩、钢筋混凝土板桩、木板桩等。,包括钢板桩、钢筋混凝土板桩、木板桩等。,不仅用作竖向围护结构，还兼作永久结构。,采用不同材料或同一材料但在平面布置上形成空间结构。,二、内撑式体系的构成,基本构件,围檩,水平支撑,钢立柱和立柱桩,内支撑系统示意图,钢结构支撑优点：自重轻、安装和拆除方便、施工速度快、可以重复、安装后能立即发挥支撑作用。缺点：不适用于钢支撑的节点构造和安装相对复杂的情形,钢管内支撑实景,现浇混凝土支撑优点：刚度大，整体性好，灵活的布置方式，施工质量相对容易得到保证，使用面较广。缺点：制作和养护时间长，不能立即发挥支撑作用，施工周期相对较长，爆破拆除对周围环境有一定的影响，清理工作量也很大。,钢管内支撑实景,4.3内支撑支护结构的设计原则,一、围护系统,竖向围护结构是内撑式结构中的最重要部分之一，同时它占整个围护结构工程量的比例较大，因此设计时必须掌握以下要点：,要掌握正确、详尽的设计资料；要进行可行性研究和多方案比较；要进行全面的计算、验算；要绘制精细的施工图；要提出切实可靠的施工要求和监测提纲。,1. 设计资料及依据,1）工程地质和水文地质资料；2）基坑周边的建筑、道路、地下管网等的准确资料；3）原主体结构地下室及基础施工图；4）基坑施工机具及施工工艺；5）当地政府主管部门对该地区基坑设计、施工的有关管理规定和指令性文件；6）当地现有的有关基坑设计、施工经验和各种围护桩的参考价格。在具备上述资料后可进行围护构件的设计。,2.基坑竖向围护结构方案的可行性研究与比较,可行性研究：竖向围护构件方案内容：桩型、平面布置；桩的断面、间距、桩长；桩顶标高；支撑系统断面及标高；初定施工顺序。,比较：选择几种控制性的工况进行初步计算。通过计算来证明结构方案的可靠性，同时要考虑一套施工工艺及所需的机具。在后阶段对几种方案进行初步估算，从经济角度比较方案的优劣，然后按照一定程序论证，确定围护结构的方案。,3. 竖向围护构件的断面及长度设计,决定竖向围护构件的断面长度因素,1）基坑开挖深度；2）工程地质和水文地质条件；3）工程桩施工情况；4）围护桩的类型及内支撑点位置；5）基坑开挖施工工艺。,1）保证基坑底的稳定性。保证支护结构不会发生踢脚 破坏和基坑底面土体 隆起；,2）保证基坑不会发生渗流造成的破坏。周围环境出现 的位移在控制范围内；,3）保证基坑不会发生整体滑动失稳。,竖向围护构件的长度能满足以下基本要求：,4. 竖向围护构件设计图纸,1）竖向围护结构的平面布置图。图纸中要正确反映出:主体结构轴线；地下室结构平面轮廓线;基础平面以及与基坑围护结构放样有关的地下结构物、管沟等的尺寸及标高。相关尺寸均以主体轴线为基准；2）围护构件的施工大样图。图中要表示出构件断面、长度、标高、配筋等。重要部位的节点详图及与水平支撑相联的节点详图以及预留筋、预埋件等；3）设计说明及注意事项。,图纸中必须表达出以下基本内容：,二、水平支撑系统,1. 支撑系统的设计要点及注意事项,支撑设计应包括以下内容和要求：,1）支撑体系型式，支撑布置应尽可能简单，支撑的杆件应尽可能少；2）支撑材料的选择，设计选用的材料必须强度高、稳定性好；3）支撑结构的内力计算和变形验算，计算假定要符合工程实际条件和 施工具体情况；4）支撑构件的强度和稳定性验算；5）支撑构件的节点设计节点设计应当方便施工，安全可靠；6）支撑在施工中的替换与拆除方案设计；7）支撑设计施工图及说明要强调对施工的要求；8）支撑体系在施工阶段的监测和控制要求。,内支撑布置时一般应注意以下几点要求：,1）水平支撑的层数根据基坑开挖深度、地质条件、地下室层数、标高等条件结合选用的围护构件和支撑系统酌情决定，另外还应满足围护结构的变形控制要求，以控制对周围环境的影响。2）设置的各层支撑标高以不妨碍主体工程地下结构各层构件的施工为标准。一般情况下，支撑构件底与主体结构面之间的净距不宜小于500mm，或与施工单位配合商定。3）各层支撑的走向应尽量一致。即上、下层水平支撑轴线在投影上应尽量接近，并力求避开主体结构的柱、墙位置。4）支撑形成的水平净空以大为好，方便施工。5）立柱布置在纵横向支撑的交点处或桁架式支撑的节点位置上，并力求避开主体工程梁、柱及结构墙的位置；立柱的间距尽量拉大，但必须保证水平支撑的稳定且足以承担水平支撑传来的竖向荷载；立柱下端应支承在较好的土层中。,2. 水平支撑系统平面布置原则,目前常用的内支撑布置形式如下图：,对于实际工程，通常根据具体情况下可采用如下方式：,1）长条形基坑工程中，可设置以短边方向的对撑体系，两端可设置水平角撑体系。,2）当基坑周边紧邻保护要求较高建（构）筑物、地铁车站或隧道，对基坑工程的变形控制要求较为严格时，或者基坑面积较小、两个方向的平面尺寸大致时，或者基坑形状不规则，其他形式的支撑布置有较大难度时，宜采用相互正交的对撑布置方式。,3）当基坑面积较大，平面形状不规则时，同时在支撑平面中需要留设较大作业空间时，宜采用角部设置角撑、长边设置沿短边方向的对撑结合边桁架的支撑体系。,4）基坑平面为规则的方形、圆形或者平面虽不规则但基坑两个方向的平面尺寸大致相等，或者是为了完全避让塔楼框架柱、剪力墙等竖向结构以方便施工、加快塔楼施工工期，尤其是当塔楼竖向结构采用劲性构件时，临时支撑平面应错开塔楼竖向结构，以利于塔楼竖向结构的施工，可采用单圆环形支撑甚至多圆环形支撑布置方式。,5）基坑平面有向坑内折角（阳角）时，阳角处的内力比较复杂，是应力集中的部分，稍有疏忽，最容易在该部分出现问题。,6）支撑结构与主体地下结构的施工期通常是错开的，为了不影响主体地下结构的施工，支撑系统平面布置时，支撑轴线应尽量避开主体工程的柱网轴线，同时，避免出现整根支撑位于结构剪力墙之上的情况，其目的是减小支撑体系对主体结构施工时的影响。,7）支撑杆件相邻水平距离首先应确保支撑系统整体变形和支撑构件承载力在要求范围之内，其次应满足土方工程的施工要求。,3. 水平支撑系统竖向布置原则,2）上、下各层水平支撑的轴线应尽量布置在同一竖向平面内，主要目的是为了便于基坑土方的开挖，同时也能保证各层水平支撑共用竖向支撑立柱系统。,3）各层水平支撑与围檩的轴线标高应在同一平面上，且设定的各层水平支撑的标高不得妨碍主体工程施工。,4）首道水平支撑和围檩的布置宜尽量与围护墙结构的顶圈梁相结合。在环境条件容许时，可尽量降低首道支撑标高。基坑设置多道支撑时，最下道支撑的布置在不影响主体结构施工和土方开挖条件下，宜尽量降低。当基础底板的厚度较大，且征得主体结构设计认可时，也可将最下道支撑留置在主体基础底板内。,1）在竖向平面内，水平支撑的层数应根据基坑开挖深度、土方工程施工、围护结构类型及工程经验，有围护结构的计算工况确定；,三、竖向斜撑,作用：将围护墙所受的水平力通过斜撑传到基坑中部先浇筑好的斜撑基础上。,施工流程：围护墙完成后，先对基坑中部的土方采用放坡开挖，其后完成中部的斜撑基础，并安装斜撑，在斜撑的支挡作用下，再挖除基坑周边留下的土坡，并完成基坑周边的主体结构。,1-斜支撑； 2-角撑； 3-锁口梁； 4-围檩；图4-5 斜支撑布置示意图,四、支撑节点构造,图4-6 钢支撑结构图,1.钢支撑的长度拼接,钢结构支撑构件的拼接应满足截面等强度的要求。常用的连接方式有焊接和螺栓连接。螺栓连接施工方便但整体性不如焊接，为减少节点变形，宜采用高强螺栓。构件在基坑内的接长，由于焊接条件差，焊缝质量不易保证，通常采用螺栓连接。 钢腰梁在基坑内的拼接点由于受操作条件限制不易做好，尤其在靠围护墙一侧的翼缘连接板较难施工，影响整体性能。设计时应将接头设置在截面弯矩较小的部位，并应尽可能加大坑内安装段的长度，以减少安装节点的数量。,2.两个方向的钢支撑连接节点,图4-7 -1 双向钢管支撑连接节点示意图,图4-7-2 双向型钢支撑连接节点示意图,3. 钢支撑端部预应力活络头构造,钢支撑的端部，考虑预应力施加的需要，一般均设置为活络端，待预应力施加完毕后固定活络端，且一般配与琵琶撑。目前投入基坑工程使用的活络端为楔形活络端。,图4-8 楔形活络端,4.钢支撑与钢腰梁斜交处抗剪连接节点,由于围护墙表面通常不十分平整，尤其是钻孔灌注桩墙体，为使钢围檩与围护墙接合得紧密，防止钢围檩截面产生扭曲，在钢围檩与围护墙之间采用细石混凝土填实，如二者之间缝宽较大时，为了防止所填充的混凝土脱落，缝内宜放置钢筋网。当支撑与围檩斜交时，为传递沿围檩方向的水平分力，在围檩与围护墙之间需设置剪力传递装置。对于地下连续墙可通过预埋钢板，对于钻孔灌注桩可通过钢围檩的抗剪焊接件连接。,5.支撑与混凝土腰梁斜交处抗剪连接节点,图4-9 钢支撑与腰梁及柱斜交时连接,4.4 水平支撑的计算方法,一、内支撑系统计算内容,内支撑结构计算主要包括以下几个方面内容：,1）确定荷载种类、方向及大小；2）计算模型和计算假定；3）采用合理的计算方法；4）计算结果的分析判断和取用。,二、水平支撑系统计算方法,计算方法大致分为三种：,第一种是简化计算方法。它将支撑体系与竖向围护结构各自分离计算。压顶梁和腰梁作为承受由竖向围护构件传来的水平力的连续梁或闭合框架，支撑与压顶梁、腰梁相联的节点即为其不动支座。,第二种是平面整体分析。它将支撑体系作为一个整体，传至环梁的力作为分布荷载，整个平面体系设若干支座，借助计算机软件进行分析，可同时得出支撑系统的内力与变形解答。,第三种为空间整体分析。它即将所有支撑杆件、压顶梁、腰梁、立柱与竖向围护构件视为一个协同工作的整体结构。,有条件时，可以采用二种以上的方法进行计算，以资对比互校。最后通过分析、判断，选取较合适的计算成果作为支撑结构断面、节点的设计依据。现阶段绝大部分内支撑系统均采用相对简便的平面计算模型进行分析，当采用平面计算模型进行分析时，水平支撑计算应分别进行水平力作用和竖向力作用下的计算。,1. 水平力作用下的水平支撑计算方法,1）支撑平面有限元计算方法,图4-10 平面竖向弹性地基梁法计算简图,采用平面竖向弹性地基梁法或平面连续介质有限元法时需先确定弹性支座的刚度，对于形状比较规则的基坑，并采用十字正交对撑的内支撑体系，支撑刚度可根据支撑体系的布置和支撑构件的材质与轴向刚度等条件按如下计算公式（4-1）确定。,（4-1）,式中：KB内支撑的压缩弹簧系数（kN/m2）；,与支撑松弛有关的折减系数，一般取0.51.0；混凝土支撑与钢支撑施加预压力时，取a1.0；,E支撑结构材料的弹性模量（kN/m2）；A支撑构件的截面积（m2）；l支撑的计算长度（m）；S支撑的水平间距（m）。,2）支撑三维计算方法,一般情况下，基坑外侧的超载、水土压力等侧向水平力通过围护体，将全部由坑内的内支撑系统进行平衡，围护体仅起到挡土、止水以及将水平力通过竖向抗弯的方式全部传递给内支撑，并不参与坑外水平力的分担。当基坑形状具有较强的空间效应时，比如拱形、圆形情况或者基坑角部区域，围护体还将同时承受部分坑外水平力，在该情况下如按照上述计算方法对内支撑进行内力和变形进行计算分析，将高估了内支撑实际的内力和变形，造成不必要的浪费，此时应采用能考虑空间效应的空间计算模型，空间弹性地基板法的求解可采用通用有限元软件，一般可先通过有限元软件自带的前处理模块或其它有限元前处理软件建立考虑围护结构、水平支撑体系和竖向支撑系统共同作用的三维有限元模型，模型需综合考虑结构的分布、开挖的顺序等，然后用有限元程序分步求解。,2.竖向力作用下的水平支撑计算方法,竖向力作用下，支撑的内力和变形可近似按单跨或多跨梁进行分析，其计算跨度取相邻立柱中心距，荷载除了其自重之外还需考虑必要的支撑顶面如施工人员通道的施工活荷载。此外，基坑开挖施工过程中，基坑由于土体的大量卸荷会引起基坑回弹隆起，立柱也将随之发生隆起，立柱间隆沉量存在差异时，也会对支撑产生次应力，因此在进行竖向力作用下的水平支撑计算时，应适当考虑立柱桩存在差异沉降的因素予以适当的增强。,三、支撑系统设计计算要点,支撑结构上的主要作用力是由围护墙传来的水、土压力和坑外地表荷载所产生的侧压力。本节关注的支撑体系的设计计算更倾向于支撑构件的强度、稳定性以及节点构造等方面内容，主要有如下几个方面的内容：,1）支撑承受的竖向荷载，一般只考虑结构自重荷载和支撑顶面的施工活荷载，施工活荷载通常情况下取4kPa，主要是指施工期间支撑作为施工人员的通道，以及主体地下结构施工时可能用作混凝土输送管道的支架，不包括支撑上堆放施工材料和运行施工机械等情况。,2）围檩与支撑采用钢筋混凝土时，构件节点宜采用整浇刚接。采用钢围檩时，安装前应在围护墙上设置竖向牛腿。,3）支撑结构上的主要作用力是由围护墙传来的水、土压力和坑外地表荷载所产生的侧压力。,4）支撑与围檩体系中的主撑构件长细比不宜大于75；联系构件的长细比不宜大于120。,四、水平支撑体系基本构件设计,1. 水平支撑的截面设计,支撑截面设计方法基本上与普通结构类似，作为临时性结构尚可作如下一些规定：,1)支撑构件的承载力验算应根据在各工况下计算内力包络图进行。,2)水平支撑按偏心受压构件计算。杆件弯矩除由竖向荷载产生的弯矩外，尚应考虑轴向力对杆件的附加弯矩，附加弯矩可按轴向力乘以初始偏心距确定,偏心距按实际情况确定。,3)支撑的计算长度:对于混凝土支撑，在竖向平面内取相邻立柱的中心距，在水平面内取与之相交的相邻支撑的中心距。对于钢支撑如纵横向支撑不在同一标高上相交时，其水平面内的计算长度应取与该支撑相交的相邻支撑的中心距的1.52倍，其它情况下的计算长度同混凝土支撑。,2. 压顶梁与腰梁设计,1)压顶梁通常采用现浇钢筋混凝土结构，以保证有较好的连续性和整体性。腰梁可用型钢或钢筋棍凝土结构。,2)压顶梁和腰梁首先是水平方向受弯的多跨连续梁，所以采用扁宽形截面效果更好。各计算跨度为相邻支撑点之间的中心距,3)当压顶梁、腰梁成闭合结构时，或与水平支撑斜交、或者作为边桁架的弦杆、或本身为弧形梁时，还应按偏心受压构件进行验算。,4)压顶梁与竖向围护构件的连接必须可靠，不致造成“脱帽”,5)当压顶梁与支撑构件均为钢筋混凝土结构时最好同时施工。,6)腰梁随基坑挖土达到设计标高时施工，它附贴于竖向围护构件的内侧。,7)腰梁通常搁支在竖向围护构件的牛腿上，牛腿可以做成明的或暗的形式。在竖向围护构件设置牛腿的位置预埋铁件、此预埋铁件与竖向围护构件的钢筋笼固定在一起。预埋铁件要足以承担腰梁传来的竖向剪力和弯矩。,8)当腰梁与竖向围护构件均为混凝土结构时，它们的连接关系也可以这样处理：将腰梁一侧嵌人竖向围护构件内50mm，另一侧用钢筋吊杆来保持腰梁的平衡。钢筋用1622，间距2000mm。,3. 斜撑的设计,1)斜撑体系通常由斜撑、压顶梁或腰梁和斜撑基础等构件组成,2)斜撑构件常规采用型钢或组合型钢截面，必要时也可采用钢筋混凝土结构。,3)斜撑的水平投影长度S应大于基坑的深度D。当斜撑水平投影长度大于15m或斜撑截面的长细比75时，宜在跨中设置竖向立柱或做成组合式斜撑。,4)斜撑杆件按偏心受压杆计算，轴向平面内的计算长度取相邻节点的距离，轴向平面外取斜向平面内二支点之间的距离。,5)斜撑设计中要考虑斜撑与压顶梁、腰梁，斜撑与其基础及压顶梁、腰梁与竖向围护构件之间的连接部都要有足够的承载能力。,6）斜撑上下的支座面宜与斜撑的纵向轴线相垂直。,当基坑的平面尺寸较大、形状不规则而深度又不大，在符合下列条件时，可以采用竖向斜支撑体系：,1)基坑深度8m(在地下水位较高的软上地区基坑深度6m)；2)场地周边没有对沉降特别敏感的建筑物、构筑物、重要地下管网或其他市政设施；3)预留土坡在斜撑安装前能满足边坡稳定条件；4)坑底中心部分有条件形成可靠的斜撑传力基础。,4.5竖向支撑的设计,基坑竖向支撑系统，通常采用钢立柱插入立柱桩桩基的型式。竖向支撑系统是基坑实施期间的关键构件。右图4-11为钻孔桩做立柱桩详图。,一、竖向支撑设计要点,设置立柱应考虑以下问题：,1）设置立柱不能影响主体施工。要力求避开主体框架梁、柱、剪力墙等位置；2）尽量利用工程桩；3）立柱要均匀布置，且数量尽量少；4）立柱穿板处要考虑防渗；5）保证立柱的强度和稳定；6）当有其他办法时尽量不设立柱或在施工底板时能去掉立柱，如采用吊挂或空间桁架、拱等形式来代替立柱。,二、立柱设计,立柱的设计一般应按照轴心受压构件进行设计计算，同时应考虑所采用的立柱结构构件与平支撑的连接构造要求以及与底板连接位置的止水构造要求。基坑工程的立柱与主体结构的竖向钢构件的最大不同在于，立柱需要在基坑开挖前置入立柱桩孔中，并在基坑开挖阶段逐层与水平支撑构件完成连接。,1. 立柱设计类型,竖向支撑钢立柱,角钢格构柱,H型钢柱,钢管混凝土立柱,角钢格构柱由于构造简单、便于加工且承载能力较大，因而近几年来，它无论是在采用钢筋混凝土支撑或是钢支撑系统的顺作法基坑工程中，还是在采用结构梁板代支撑的逆作法基坑工程中，均是应用最广的钢立柱型式。,图4-12 角钢拼接格构柱,2. 立柱的设计要点,1）施工中必须对立柱的定位精度严加控制，并应根据立柱允许偏差按偏心受压构件验算施工偏心的影响。一般情况下钢立柱的垂直度偏差不宜大于1/200，立柱长细比应不大于25。设计图纸中对于角钢格构柱等截面具有方向性的立柱放置角度应提出具体要求，以利于水平支撑杆件钢筋穿越钢立柱。,2）基坑施工阶段，应根据每一施工工况对立柱进行承载力和稳定性验算。同时，当基坑开挖至坑底、底板尚未浇筑前，最底层一跨钢立柱在承受最不利荷载的同时计算跨度也相当大，一般情况下，该工况是钢立柱的最不利工况。无论对于哪种钢立柱型式，所采用的定型钢材长度均有可能小于工程所需的立柱长度。钢立柱的接长均要求等强度连接，并且连接构造应易于现场实施。,图4-13 角钢格构柱拼接构造图（单位：mm）,3. 钢立柱的计算要点,钢立柱的竖向承载能力主要由整体稳定性控制，若在柱身局部位置有截面削弱，必须进行竖向承载的抗压强度验算。一般截面型式的钢立柱计算，可按国家标准钢结构设计规范（GB50017-2003）等相关规范中关于轴心受力构件的有关规定进行。,角钢格构柱和钢管立柱插入立柱桩的深度计算可按下式计算：,式中：l插入立柱桩的长度（mm）；K安全系数，取2.02.5；fc混凝土的轴心抗压强度设计值（N/mm2）；A钢立柱的截面面积（mm2）；L中间支承柱断面的周长（mm）；粘结设计强度，如无试验数据可近似取混凝土的抗拉设计强度值ft（N/mm2）。,（4-5）,三、立柱桩设计,1. 立柱桩的结构型式,结构型式,灌注桩将钢立柱承担的竖向荷载传递给地基,钢管桩作为立柱桩基础,采用钻孔灌注桩,立柱桩应根据相应规范按受压桩的要求进行设计，目前建筑基坑支护技术规程未要求对基坑立柱桩进行专门的荷载试验。因此在工程设计中需保证立柱桩的设计承载力具备足够安全度，并应提出全面的成桩质量检测要求。,2. 立柱桩的设计要点,立柱桩的设计计算方法与主体结构工程桩相同，可按照国家标准或工程所在地区的地方标准进行。,图4-14 钢立柱插入钻孔灌注立柱桩构造图,四、竖向支撑系统的连接构造,1. 角钢格构柱与支撑的连接构造,竖向支撑系统钢立柱与临时支撑节点的设计，应确保节点在基坑施工阶段能够可靠地传递支撑的自重和各种施工荷载。,角钢格构柱与支撑的连接节点，施工期间主要承受临时支撑竖向荷载引起的剪力，设计一般根据剪力的大小计算确定后在节点位置钢立柱上设置足够数量的抗剪钢筋或抗剪栓钉。施工阶段在直接作用施工车辆等较大超载的施工栈桥区域，需要在栈桥梁下钢立柱上设置钢牛腿或者在梁内钢牛腿上焊接抗剪能力较强的槽钢等构件。,图4-15 钢立柱设置抗剪钢筋与临时支撑的连接节点,图4-16 钢格构柱设置钢牛腿作为抗剪件的示意图与实景图,2. 钢立柱在底板位置的止水构造,由于钢立柱需在水平支撑全部拆除之后方可割除，水平支撑则随着地下结构由下往上逐层施工而逐层拆除，因此钢立柱需穿越基础底板，钢立柱穿越基础底板范围将成为地下水往上渗流的通道，为防止地下水上渗，钢立柱在底板位置应设置止水构件，通常采用在钢立柱构件周边加焊止水钢板的型式。对于角钢拼接格构柱通常止水构造是在每根角钢的周边设置两块止水钢板，通过延长渗水途径起到止水目的。对于钢管混凝土立柱，则需要在钢管位于底板的适当标高位置设置封闭的环形钢板，作为止水构件。,4.6 施工要求,一、支撑施工的总体原则,1）支撑的安装与拆除顺序，应同基坑支护结构的设计计算工况相一致。,2）支撑的安装必须按“先支撑后开挖”的顺序施工；支撑的拆除，除最上一道支撑拆除后设计容许处于悬臂状态外，均应按“先换撑后拆除”的顺序施工。,3）在基坑竖向土方施工应分层开挖。土方在平面上分区开挖时，支撑应随开挖进度分区安装，并使一个区段内的支撑形成整体。,4）支撑安装应采用开槽架设。,5）立柱穿过主体结构底板以及支撑结构穿越主体结构地下室外墙的部位，必须采用可靠的止水构造措施。,二、钢支撑,1. 钢支撑与不同围护挡墙的连接,1）凿开围檩处围护墙体钢筋，将支撑与围护墙体钢筋连接；,2）围护墙体设置钢牛腿，支撑搁置在牛腿上。,2. 钢支撑安装工艺流程,1）根据支撑布置图在基坑四周支护墙上定出围檩轴线位置；2）根据设计要求，在支护墙内侧弹出围檩轴线标高基准线；3）按围模轴线及标高，在支护墙上设置围檩托架或吊杆；4）安装围檩；5）根据围檩标高在基坑立柱上焊支撑托架；6）安装短向（横向）水平支撑；7）安装长向（纵向）水平支撑；8）对支撑预加压力；9）在纵、横支撑交叉处及支撑与立柱相交处，用夹具或电焊固定；10）在基坑周边围擦与支护墙间的空隙处，用混凝土填充。,3. 钢支撑的施工要求,1）钢支撑吊装就位时，吊车及钢支撑下方禁止有人员站立，现场做好防下坠措施；2）支撑端头应设置封头端板，端板与支撑杆件应满焊；3）支撑与冠梁、腰梁的连接应牢固，钢腰梁与围护墙体之间的空隙应填充密实；采用无腰梁的钢支撑系统时，钢支撑与围护墙体的连接应满足受力要求；4）钢支撑的预应力施加应符合下列要求：a.支撑安装完毕后，应及时检查各节点的连接状况，经确认符合要求后方可施加预压力；预应力应均匀、对称、分级施加；b.预应力施加过程中应检查支撑连接节点，必要时应对支撑节点进行加固；预应力施加完毕后应在额定压力稳定后予以锁定；c.钢支撑使用过程应定期进行预应力监测，必要时应对预应力损失进行补偿。,三、钢筋混凝土支撑,钢筋钢筋混凝土支撑应首先进行施工分区和流程的划分，支撑的分区一般结合土方开挖方案，按照盆式开挖、“分区、分块、对称”的原则确定，随着土方开挖的进度及时跟进支撑的施工，尽可能减少围护体侧开挖段无支撑暴露的时间，以控制基坑工程的变形和稳定性。,钢筋混凝土支撑体系(支撑及围檩)应在同一平面内整浇，支撑与支撑、支撑与围檩相交处宜采用加腋，使其形成刚性节点。,支撑施工宜用开槽浇筑的方法，底模板可用素混凝土，也可采用木、小钢模等铺设，也可利用槽底作土模，侧模多用木、钢模板。,钢筋棍凝土支撑与立柱的连接在顶层支撑处可采用钢板承托方式，在顶层以下的支撑位置，一般可由立柱直接穿过支撑。,设在支护墙腰部的钢筋混凝土腰梁与支护墙间应浇筑密实，腰梁可用设置在冠或上层支撑腰梁的悬吊钢筋作竖向吊点。,四、支撑立柱的施工,钢格构柱现场安装一般采用“地面拼接、整体吊装”的施工方法，首先将工厂里制作好运至现场的分段钢立柱在地面拼接成整体，其后根据单根钢立柱的长度采用两台或多台吊车抬吊的方式将钢格构柱吊装至安装孔口上方，调整钢格构柱的转向满足设计要求之后，和钢筋笼连接成一体后就位，调整垂直度和标高，固定后进行立柱桩混凝土的浇筑施工。,钢格构柱作为基坑实施阶段的重要的竖向受力支承结构，其垂直度至关重要，将直接影响钢立柱的竖向承载力。目前，钢立柱的调垂方法基本分为气囊法、机械调垂架法和导向套筒法三大类。其中机械调垂法是几种调垂方法中最经济实用的。,具体操作流程为：钢格构柱吊装就位后，将斜向调节丝杆和钢柱连接，调整钢格构柱安装标高在误差范围内，然后调整支架上的水平调节丝杆，调整钢柱轴线位置，使钢格构柱四个面的轴向中心线对准地面（或支撑架H型钢上表面）测放好的柱轴线，使其符合设计及规范要求，将水平调节丝杆拧紧。调整斜向调节丝杆，用经纬仪测量钢柱的垂直度，使钢立柱柱顶四个面的中心线对准地面测放出的柱轴线，控制其垂直度偏差在设计要求范围内。,五、支撑的替换与拆除,1. 支撑替换与拆除的必要性,近年来的围护设计在功能上都要求做到地下室外墙不留洞，而且混凝土支撑构件不穿墙，以保证结构物外墙不留隐患和施工能顺利进行。为此，当地下室外墙施工到一定部位时，相应的支撑就必须拆除。支撑拆除时，如不采取替代措施，则意味着将增加桩作为竖向梁的跨度，在最不利的情况下，桩将呈长悬臂状态工作。这种做法至少是不经济的，在一定条件下甚至是不可行的，因此换撑是必要的。,2.钢筋混凝土支撑拆除要点,钢筋混凝土支撑拆除时，应严格按设计工况进行支撑拆除，遵循先换撑、后拆除的原则。内支撑拆除要点主要为：,1）内支撑拆除应遵照当地政府的有关规定，考虑现场周边环境特点，按先置换后拆除的原则制定详细的操作条例，认真执行，避免出现事故；2）内支撑相应层的主体结构达到规定的强度等级，并可承受该层内支撑的内力时，可按规定的换撑方式将支护结构的支撑荷载传递到主体结构后，方可拆除该层内支撑；3）内支撑拆除应小心操作，不得损伤主体结构。在拆除下层内支撑时，支撑立柱及支护结构在一定时期内还处于工作状态，必须小心断开支撑与立柱，支撑与支护桩的节点，使其不受损伤；4）最后拆除支撑立柱时，必须作好立柱穿越底板位置的加强防水处理；5）在拆除每层内支撑的前后必须加强对周围环境的监测，出现异常情况立即停止拆除并立即采取措施，确保换撑安全、可靠。,3. 临时支撑的设置,拆除旧支撑和设置临时支撑在基坑工程上也称为“换撑”。在实施的程序上一般是先行设置临时支撑，然后拆掉旧支撑。由于多数情况下，地下室外墙与竖向围护构件之间的距离能满足外墙外防水制作即可，故距离一般不大，临时支撑用一般方木(或钢件)即可。注意到防止局部应力集中及支撑固定的要求，在临时支撑的两端即边墙与桩面上应垫以厚木板之类的部件。,4. 内支撑的拆除方法,混凝土支撑的拆除手段可以有以下几种：,1）用手工工具拆除，即人工凿除混凝土并用气割切断钢筋；2）在混凝土内钻孔然后装药爆破，爆破方式一般采用无声炸药松动爆破。3）在混凝土内预留孔，然后装药爆破。爆破工艺同上。,爆破拆除法由于其经济性适中而且施工速度快、效率高以及爆破之后后续工作相对简单的特点，近年来得到了广泛的推广应用,5. 支撑拆除时的围护结构变形,支撑拆除的瞬间围护结构将发生突然变形。换撑工作草率时其数值可达未拆除前最大变形的几倍，这一现象值得引起人们重视。如不是用换撑，而是用“填槽”，也要注意这一问题。,六、施工和监测的配合,从监测仪器埋设开始，施工单位就应对监测单位提供协作，其中最主要的是保护监测仪器不受损坏。埋设的监测仪器及其附件在施工中受损坏的事件时有发生。为了监测仪器能正常工作，施工单位应对埋设的监侧仪器提供有效而妥善的保护。,监测工作是收集施工过程中涉及围护结构工作状态有关信息的有效手段，在工程中起着一种预警作用。这里应该提及的是监测资料必须及时整理，最好是现场马上整理及时将信息反馈给有关单位和有关人员，以便合理安排施工或制订补救措施。,4.7 内支撑支护设计实例,一、工程概况,某地铁车站为地下二层。主基坑开挖深度约15.85m，开挖宽度18.7m，车站两端端头井基坑开挖深17.5m。该站位于规划东路和西路交叉路口东侧，东路宽50米，西路宽40米。该地区为待开发的规划用地，东侧为科技经济园，西侧紧靠本工程的车辆基地。地铁控制范围内的保护要求极高，对水平变形和沉降等控制要求十分严格。图4-17为施工现场实景图。,图4-17 施工现场实景图,二、围护设计方案,该地铁车站深基坑工程，涵盖了支护结构选型、支护结构内力和变形分析、基坑开挖对周边既有建筑物和地下管线的影响研究、地下水处理措施的选择等诸多领域。可供选择的基坑围护结构主要有地下连续墙、咬合桩、钻孔灌注桩、SMW工法等。其中地下连续墙有刚度大、整体性好、变形相对小、能较好抗渗止水等优点，但场地地质条件相对较好，且连续墙造价较高，故排除地下连续墙基坑围护方案；SMW工法虽有施工速度快、环境污染小、考虑内插型钢回收造价较低等优点，但本车站基底埋深14.7m，所以不采用SMW工法。因此车站基坑围护结构采用咬合桩。场地浅部潜水静止水位一般深为14m，补给来源主要为大气降水与地表水，坑外补充水资源较丰富；同时基坑开挖深度范围内主要地层为粉土和砂质粉土，该地层渗透系数较大；在砂质粉土地区进行土方开挖，如果出现较大渗漏点时，基坑外大量砂土随地下水涌入基坑，从而导致坑外地面塌陷，边坡失稳，危及围护结构安全，所以基坑止水、降水是基坑设计成败的关键。,针对上述情况，钻孔桩采用咬合桩。采用全套管钻孔桩，一方面便于桩身成孔，确保桩身质量；一方面结合其工艺可实现素混凝土切割咬合特性，将成桩施工误差控制在桩身混凝土保护层范围，只要提高施工精度和适当加大桩身混凝土保护层厚度就可实现。图4-18为围护体及支撑平面布置图，图4-19为一字形咬合式钻孔灌注桩。,图4-19 一字形咬合式钻孔灌注桩,图4-18 围护体及支撑平面布置图,三、支撑体系设计,由于排桩+内支撑的支护体系适用于平面形状规则且狭长的基坑，且钢支撑可循环使用、降低造价，体系受地域条件、土质条件限制较小，钢支撑的构架状态单纯，便于掌握其应力状态，所以桩撑支护体系在地铁车站深基坑的支护设计中得到了广泛的应用。因此，主体围护结构采用钻孔咬合桩加钢管内支撑的形式。本基坑工程竖向设置四道水平型钢支撑系统，第一道钢支撑采用609钢管（壁厚12mm），第二道第四道钢支撑采用609钢管（壁厚16mm）。冠梁采用1200800的钢筋混凝土梁，围檩采用双拼5003001115H型钢围檩。图4-20为围护结构剖面图。,图4-20 围护结构剖面图,四、主要施工步骤,本车站采用明挖顺做法施工，其主要施工步骤如下:建筑物拆除、管线改移等进行场地平整、施工围护结构前准备围护结构施工基坑第一层土开挖设置第一层钢支撑第二层土开挖设置第二层钢支撑第三层土开挖设置第三层钢支撑第四层土开挖设置第四层钢支撑最后开挖至坑底垫层混凝土施工施作底板防水层底板混凝土浇注拆除第四道支撑、施工侧墙对第三道支撑进行换撑施工侧墙、车站中板拆除第二道支撑施工车站顶板及防水层拆除第一、四道支撑车站主体结构完成，管线恢复回填基坑及恢复路面。,五、施工技术及工艺,车站主体位于农舍及农田下，故采用明挖顺作法施工。根据车站地面交通、周边环境、地质条件、埋置深度、进度要求及技术经济指标等方面综合考虑，本站主体结构基坑围护采用800mm直径咬合桩，咬合桩桩间重叠200mm，采用基坑内降水、内设钢管支撑、明挖顺做的施工方法。开挖时应充分考虑时间、空间效应，按一定长度（不大于25m）分段施工，每段开挖应分层（4m高）分小段（6m长），随挖随支撑，限时安装钢管支撑，做好基坑降水，减少坑底暴露时间。及时安装钢支撑和准确施加预应力；第一层钢支撑可在基坑开挖前抽槽埋设，第二层及其下面各层均分小段开挖和支撑，每小段（约6m长）土方于16小时内开挖完。,随即在8小时以内安装两根钢支撑并加好预应力。预加轴力为设计轴力的30%60%。基坑开挖的方式原则上采用机械开挖与人工开挖相结合。基坑设四道支撑，五次开挖至基底。根据水文地质情况，参照类似工程的成功经验，本基坑采用基坑内大口径（直径400mm射流泵）井点降水措施。基坑内沿纵向分别设两排线状井点（局部扩大段设三四排），井点间距一般为1015m，降水深度为基坑底面下12m。降水在基坑开挖前20天开始，降水开始后定期对水位观测孔进行监测，检查降水效果，确保基坑土体得到一定的疏干和固结。,六、结束语,由于设计合理，严格按设计施工，支护工程不但安全而且便于作业施工。有效保证地下室顺利完成，在狭窄施工现场四周民房基础不详及管道多的场地采用该方案是安全可靠的。,思考题与习题,4.1 内支撑系统有什么特点？4.2 钢支撑和现浇混凝土支撑各自有何特点？4.3 水平支撑系统平面布置原则是什么？4.4 支撑系统及立柱桩的设计计算要点有哪些？,谢谢！,