《内支撑结构设计》PPT课件.ppt

基 坑 工 程内支撑系统,基 坑 支 护 简 介,1.边坡稳定2.基坑（槽）的支护3.深基坑支护,目 录,土方开挖过程中,土壁是由土体内磨擦阻力和粘结力保持平衡而稳定。一旦土体失去平衡(俗称失稳),土体就会塌方,这不仅会造成人身安全事故、影响工期,有时还会危及附近的建(构)筑物。,边坡过陡；雨水、地下水渗入基坑;基坑上口边缘堆载过大;土方开挖顺序、方法未遵守“从上至下、分层开挖；开槽支撑、先撑后挖”的原则。,基坑塌方 抢险救人,边坡稳定,1.造成边坡失稳的原因,合理地选择基坑、沟槽、路基、堤坝的开挖断面并留设边坡,是减少土方量的有效措施。边坡的表示方法为 1:m，即：,土方边坡坡度hb 1(b h)1:m,式中 m=b/h，称为坡度系数。其意义为：当边坡高度已知为h 时，其边坡宽度则等于mh。,2.边坡预留,边坡稳定,自然放坡的坡率允许值,边坡坡度应根据不同的挖填高度、土的工程性质及工程特点而定，既要保证土体稳定和施工安全，又要节省土方。当地质条件良好、土质均匀且无地下水，其放坡的坡度系数应根据当地施工经验确定,无经验时可按下表确定：,注：表中碎石土的填充物为坚硬或硬塑的黏性土。,边坡稳定,挖填高度：高度大则坡度系数大，反之坡度系数小，甚至不放坡；土的工程性质：土的类别、含水量，有无地下水等。土的类别低(密度小)、含水量大，则坡度系数大；反之坡度系数小；施工特点：坡顶是否有荷载？施工季节及施工期长短？人工作业还是机械作业？,坡顶有荷载(尤其是动荷载)、使用时间长、跨越冬雨季施工的边坡应留有充足的安全系数,规范的边坡留设1 规范的边坡留设2,1.2 边坡留设,3.预留边坡考虑的因素,边坡稳定,边坡有危岩、孤石、崩塌体等不稳定迹象时，要先做妥善处理。对软土土坡和极易风化的软质岩石边坡，应对坡脚、坡面采取喷浆、抹面、嵌补、砌石等保护措施，并作好坡顶、坡脚排水。,浆砌片石拱护坡 悬臂挡土桩,护脚矮墙,立缘石,拱缘石,填心土,边坡稳定,4.场地边坡的整治,锚索抗滑桩,锚索地梁,川藏公路 102滑坡群是世界级滑坡群，其规模是世界第三、亚洲第一。在冰碛物滑坡地段填筑高路堤，采用大吨位锚索整治。,川藏公路102滑坡整治改建工程,边坡稳定,高达530m的边坡锚固,岩质边坡采用锚喷支护,锚杆行列式布置,间距1.253m,倾角10200;岩石护面喷射砼,锚索框架,边坡稳定,支撑垛防治边坡崩塌,大石加固崩塌防治,主动防护网,采用优质不锈钢丝合股后编织而成,撑！,撑！,顶！,边坡稳定,边坡简易护理,边坡主动防护网,边坡被动防护网石笼网护坡,漓江石笼护岸,石笼网是由热镀锌钢丝或包覆PVC钢丝编织而成的生态格网结构。广泛用于渠道河床或护岸、护坡。,边坡稳定,一级基坑：重要工程，支护结构与基础结构合一工程，开挖深度10m，临近建筑物、重要设施在开挖深度以内；开挖影响范围内有历史或近代优秀建筑、重要管线需严加保护；三级基坑：开挖深度7m，且无特别要求的基坑；二级基坑：不属于一级或三级的其它基坑。,基坑变形的监控值 mm,基坑（槽）支护,1.基坑的分级,基(沟)槽开挖一般采用横撑式土壁支撑。可分为水平挡土板及垂直挡土板两大类。前者挡土板的布置又分为间断式和连续式两种。湿度小的粘性土挖土深度3m时，可用间断式水平挡土板支撑。,间断式水平挡土板支撑,垂直挡土板式支撑,对松散、湿度大的土可用连续式水平挡土板支撑，挖土深度可达5m。对松散和湿度很高的土可用垂直挡土板式支撑，其挖土深度不限。,连续式水平挡土板支撑,2.基槽支护,基坑（槽）支护,深度不大的三级基坑，当放坡开挖有困难时，可采用短柱横隔板支撑、临时挡土墙支撑、斜柱支撑、锚拉支撑等支护方法。,放坡开挖的基坑，当部份地段放坡宽度不够时，可采用短柱横隔板支撑、临时挡土墙支撑等简易支护方法进行基础施工,仅适用于部分地段放坡不够、宽度较大的基坑使用,仅适用于部分地段下部放坡不够、宽度较大的基坑使用,临时挡土墙支撑,短柱横隔板支撑,3.一般基坑的支护,3.1 简易支护,基坑（槽）支护,先沿基坑边缘打设柱桩，在柱桩内侧支设挡土板并用斜撑支顶，挡土板内侧填土夯实。适用于深度不大的大型基坑使用。,先沿基坑边缘打设柱桩，在柱桩内侧支设挡土板，柱桩上端用拉杆拉紧，挡土板内侧填土夯实。适用于深度不大、不能安设横(斜)撑的大型基坑使用。,斜柱支撑,锚拉支撑,基坑打设柱桩,3.2 斜柱支撑,3.3 拉锚支撑,基坑（槽）支护,深基坑支护的基本要求确保支护结构能起挡土作用,基坑边坡保持稳定；确保相邻的建(构)筑物、道路、地下管线的安全,不因土体的变形、沉陷、坍塌受到危害；通过排降水,确保基础施工在地下水位以上进行,苏州市土地交易中心基坑支护工程,深基坑支护,常用的支护结构体系,排桩式,土钉墙,锚杆支护,钢管桩,挖孔灌注桩,钢板桩,板墙式,板桩式,组合式,粉体喷射注浆桩墙,钻孔灌注桩,高压喷射注浆桩墙,深层搅拌水泥土桩墙,逆作拱墙式,边坡稳定式,排桩与板墙式,水泥挡土墙式,现浇地下连续墙,灌注桩与水泥土桩结合,加筋水泥土围护墙,型钢横挡板,深基坑支护,适于开挖面积大、深度6m、不允许放坡、邻近有建(构)筑物的基坑支护,开挖前在基坑周围设置砼灌注桩，桩的排列有间隔式、双排式和连续式，桩顶设置砼连系梁或锚桩、拉杆。施工方便、安全度好、费用低。,悬臂桩的间隔式排桩支护,挡土灌注桩排桩支护,桩顶连系梁又称冠梁,悬臂支护桩,深基坑支护,1.排桩支护,直径0.61.1m的钻孔灌注桩可用于深713m的基坑支护，直径0.50.8m的沉管灌注桩可用于深度在10m以内的基坑支护,单层地下室常用0.81.2m的人工挖孔灌注桩作支护结构。,钢筋砼灌注桩的排列方式,北京神华大厦基坑的交错相间排桩支护,深基坑支护,天然土体通过钻孔、插筋、注浆来设置土钉(亦称砂浆锚杆)并与喷射砼面板相结合，形成类似重力挡墙的土钉墙,以抵抗墙后的土压力，保持开挖面的稳定。也称为喷锚网加固边坡或喷锚网挡墙。,深基坑支护,2.土钉墙支护,开挖工作面：土钉支护应自上而下分段分层进行，分层深度视土层情况而定，工作面宽度不宜6m，纵向长度不宜l0m。,土钉支护施工工艺,人工洛阳铲成孔 冲击式钢管成孔 土层锚杆钻机成孔,喷射第一层砼：为防止土体松弛和崩解，须尽快做第一层喷射砼，厚度不宜4050mm。喷射砼水泥用量400kg/m3。,土钉成孔：土钉成孔直径70120mm、向下倾角15200，成孔方法和工艺由承包商根据土层条件、设备和经验而定。,喷射第一层砼,深基坑支护,安设土钉、注浆：土钉有单杆和多杆之分，单杆多为2232mm的粗螺纹钢筋，多杆一般为24根16mm钢筋。采用灰浆泵注浆，土钉注浆可不加压。,挂钢筋网、喷射砼面层：钢筋网通常 直径610、间距200300mm，与土钉连接牢固。钢筋与第一层喷射砼的间隙20mm。设置双层钢筋网时，第二层钢筋网应在第一层钢筋网被覆盖后铺设。砼面板厚度50100mm。,挂钢筋网 喷射第一层砼面板 喷射第一层砼面板 进入下一层土钉支护,安设土钉、注浆,深基坑支护,适于较硬土层或破碎岩石中开挖较大较深基坑，邻近有建筑物须保证边坡稳定时采用,是在未开挖的土层立壁上钻孔至设计深度，孔内放入拉杆，灌入水泥砂浆与土层结合成抗拉力强的锚杆，锚杆一端固定在坑壁结构上，另一端锚固在土层中，将立壁土体侧压力传至深部的稳定土层,深基坑支护,3.锚杆支护,锚杆支护施工工艺,冲击式钻机造孔 旋转式钻机造孔 锚杆造孔近景,造孔：包括钻机就位、施钻成孔、清孔三个作业步骤。造孔用冲击式钻机、旋转式钻机或旋转式冲击钻机，偏心钻机跟进护壁套管方式钻进，造孔须干钻，严禁水钻；考虑沉渣厚度，孔底应超钻3050mm；成孔后高压风清洗孔壁，以保证砂浆与孔壁的粘结力。,开山牌MGY-60型风动冲击式锚杆钻机,深基坑支护,制作完毕的锚索,锚杆的制作与安装,包括下料、除锈防腐、焊接导向锥、绑扎、入孔六个步骤。拉杆常用钢管、粗钢筋或钢丝束、钢 绞线制成的锚索。锚索预留长度为1-1.5m，锚固段间隔1-2m设置隔离架和 紧箍环，中心布置灌浆管；自由段外 套塑料管，前端切实作好隔浆措施。,锚索入孔,导向锥起入孔导向作用,紧箍环,自由段外套塑料管,锚索预留长度,深基坑支护,注 浆 拉杆的预应力张拉 锚杆逐层向下支护施工,灌浆,基坑锚杆常采用埋管式灌浆的一次灌浆法，即由孔底向上有压一次性灌浆,压力0.60.8MPa，砂浆至孔口溢满为止，注浆管不拔出；当土体松散或岩石破碎易发生漏浆时采用二次灌浆法。,制 浆,预应力张拉及封锚：略。,深基坑支护,桩顶不设锚桩、拉杆,而是挖至一定深度,每隔一定距离向桩背面斜向打入锚杆,达到强度后,安上横撑,拉紧固定,在桩中间挖土,直至设计深度,冠梁,悬臂支护桩,锚杆及横撑,适于大型较深基坑,施工期较长,邻近有建筑物,不允许支护、邻近地基不允许有下沉位移时使用,深基坑支护,4.挡土灌注桩与土层锚杆结合支护,当基坑较深、地下水位较高且未施工降水时，采用板桩作为支护结构，既可挡土、防水，还可防止流砂的发生。板桩支撑可分为无锚板桩(悬臂式板桩)和有锚板桩。常用的钢板桩为U型钢板桩，又称拉森钢板桩。,U型钢板桩,钢板桩水上围堰,深基坑支护,5.钢板桩支护,无锚板桩,从一角开始逐块插打，每块钢板桩自起打到结束中途不停顿。打法简便、快速，但单块打入易向一边倾斜，累计误差不易纠正,壁面平直度也较难控制。仅在桩长10m、工程要求不高时采用。又称单独打入法。,钢板桩入土 U型板桩的相互连接,无锚板桩的单独打入法,深基坑支护,有锚板桩的双层围檩插桩法,是先沿板桩边线搭设双层围檩支架,然后将板桩依次在双层围檩中全部插好,形成一个高大的板桩墙。待四角封闭合拢后,再按阶梯形逐渐将板桩一块块打至设计标高。该打法可保证平面尺寸准确和板桩垂直度,但施工速度慢,有锚板桩的双层围檩插桩法,深基坑支护,铣削钻成槽机,先建造钢筋砼地下连续墙,达到强度后在墙间用机械挖土。该支护法刚度大、强度高,可挡土、承重、截水、抗渗,可在狭窄场地施工,适于大面积、有地下水的深基坑施工。,连续墙抓斗成槽机,槽段的连接,深基坑支护,6.地下连续墙支护,导墙施工 成槽机抓土 钢筋笼起吊 钢筋笼入槽,连续墙砼浇筑 锁口管起拔 进入第二槽段施工,亦可用吊车起拔,两边是锁口管,深基坑支护,当基坑深度较大，悬臂式挡墙的强度和变形无法满足要求、坑外锚拉可靠性低时，则可在坑内采用内撑支护。它适用于各种地基土层，缺点是内支撑会占用一定的施工空间。常用有钢管内撑支护和钢筋砼构架内撑支护。,大型深基坑的钢管对撑支护 钢筋砼构架式内撑支护,深基坑支护,7.挡墙+内撑支护,钢管内支撑,钢管支撑一般采用609钢管,用不同壁厚适应不同的荷载.钢管支撑的形式为对撑或角撑,对撑的间距较大时,可设置腹杆形成桁架式支撑,深基坑支护,钢管内支撑的地面拼装 大型深基坑的挡墙钢管内支撑支护,地铁车站的多道钢管对撑支护,大型深基坑的钢管角撑,挡墙的腰梁,深基坑支护,钢筋砼内支撑,钢筋砼内支撑刚度大、变形小,能有效控制挡墙和周围地面的变形。它可随挖土逐层就地现浇,形式可随基坑形状而变化,适用于周围环境要求较高的深基坑,深基坑支护,内支撑下的基础工程施工,就地制作钢筋砼内支撑,内支撑下挖桩间土方,格构式立柱,平面尺寸大的内支撑应在交点处设置立柱,立柱宜为格构式柱,以免影响底板穿筋,立柱下端插入工程桩内2m,否则应设置专用的桩基础,深基坑支护,深基坑支护,基坑工程内支撑系统的设计与施工,概述支撑系统的设计水平支撑的计算方法换撑设计支撑结构施工实例,内支撑系统的设计与施工,深基坑工程中的支护结构一般有两种形式，分别为围护墙结合内支撑系统的形式和围护墙结合锚杆的形式。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。深基坑开挖中采用内支撑系统的围护方式已得到广泛的应用。特别对于软土地区基坑面积大、开挖深度深的情况，内支撑系统由于具有无需占用基坑外侧地下空间资源、可提高整个围护体系的整体强度和刚度以及可有效控制基坑变形的特点而得到了大量的应用。,1.内支撑的概念,概 述,内撑式支护结构体系由两部分组成，一是围护壁结构，二是基坑内的支撑系统。围护壁可以是钢板桩，钢筋混凝土地下连续墙，钢筋混凝土桩排等。支撑系统按材料分可分为钢管支撑、型钢支撑、钢筋混凝土支撑，钢和钢筋混凝土的组合支撑等。按其受力形式可分为单跨压杆式支撑、多跨压杆式支撑、水平框架式支撑、水平桁架式支撑、斜支撑、角支撑等。,2.内支撑的组成,概 述,1.斜支撑 2.角撑 3.锁口梁 4.围檩 5.横向水平支撑6.纵向水平支撑 7.支撑立柱 8.立柱基础,3.内支撑布置的基本形式,概 述,概 述,概 述,概 述,概 述,4.内支撑体系的组成,围檩、水平支撑、钢立柱和立柱桩是内支撑体系的基本构件。,围檩,水平支撑,立柱,概 述,概 述,地铁站施工，深基坑支护采用钻孔灌注桩钢管内撑支护方案。,钢筋混凝土压顶梁,第一道钢管内撑,钻孔灌注桩排桩,粉沙土,型钢腰梁,围檩,围檩是协调支撑和围护墙结构间受力与变形的重要受力构件，其可加强围护墙的整体性，并将其所受的水平力传递给支撑构件，因此要求具有较好的自身刚度和较小的垂直位移。首道支撑的围檩应尽量兼作为围护墙的圈梁。必要时可将围护墙墙顶标高落低，如首道支撑体系的围檩不能兼作为圈梁时，应另外设置围护墙顶圈梁。圈梁作用可将离散的钻孔灌注围护桩、地下连续墙等围护墙连接起来，加强了围护墙的整体性，对减少围护墙顶部位移有利。,概 述,水平支撑,水平支撑是平衡围护墙外侧水平作用力的主要构件，要求传力直接、平面刚度好而且分布均匀。,竖向支撑,钢立柱及立柱桩的作用是保证水平支撑的纵向稳定，加强支撑体系的空间刚度和承受水平支撑传来的竖向荷载，要求具有较好自身刚度和较小垂直位移。,概 述,5.内支撑体系,单层或多层平面支撑体系平面支撑体系可以直接平衡支撑两端围护墙上所收到的侧压力，其构造简单，受力明确，使用范围广。但当支撑长度较大时，应考虑支撑自身的弹性压缩以及温度应力等因素对基坑位移的影响。竖向斜撑体系竖向斜撑体系的作用是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。对于平面尺寸较大，形状不很规则的基坑，采用斜支撑体系施工比较方便，也可大幅节省支撑材料。但墙体位移受到基坑周边土坡变形、斜撑弹性压缩以及斜撑基础变形等多种因素的影响，在设计计算时应给予合理考虑。此外，土方施工和支撑安装应保证对称性。,概 述,概 述,多层平面支撑体系,概 述,竖向斜撑体系,6.支撑材料,支撑材料可以采用钢或混凝土，也可以根据实际情况采用钢-混凝土组合的支撑形式。钢支撑钢结构支撑除了自重轻、安装和拆除方便、施工速度快以及可以重复使用等优点外，安装后能立即发挥支撑作用，对减少由于时间效应而增加的基坑位移，是十分有效的。因此如有条件应优先采用钢结构支撑。钢支撑的节点构造和安装相对比较复杂，如处理不当，会由于节点的变形或节点传力的不直接而引起基坑过大的位移。因此，提高节点的整体性和施工技术水平是至关重要的。,概 述,概 述,概 述,钢支撑,概 述,钢支撑,概 述,钢支撑,概 述,钢支撑,概 述,钢支撑,概 述,混凝土支撑现浇混凝土支撑由于其刚度大，整体性好，可以采取灵活的布置方式适应于不同形状的基坑，而且不会因节点松动而引起基坑的位移，施工质量相对容易得到保证，所以使用面也较广。但是混凝土支撑在现场需要较长的制作和养护时间，制作后不能立即发挥支撑作用，需要达到一定的强度后，才能进行其下土方作业，施工周期相对较长。同时，混凝土支撑采用爆破方法拆除时，对周围环境（包括震动、噪音和城市交通等）也有一定的影响，爆破后的清理工作量也很大，支撑材料不能重复利用。因此，提高混凝土的早期强度，提高材料的经济性，研究和采用装配式预应力混凝土支撑结构是今后值得研究的课题。,概 述,混凝土支撑,概 述,混凝土支撑,概 述,混凝土支撑,概 述,混凝土支撑,概 述,混凝土支撑,概 述,概 述,概 述,钢-混凝土组合支撑,概 述,钢-混凝土组合支撑,概 述,钢-混凝土组合支撑,概 述,钢-混凝土组合支撑,概 述,支撑系统的设计应包含支撑材料的选择、结构体系的布置、支撑结构内力和变形计算、支撑构件的强度和稳定性计算、支撑构件的节点设计以及支撑结构的安装和拆除。,支撑系统的设计,设计原则1.1 基坑工程的分级,支撑系统的设计,设计原则1.2 支护结构极限状态,基坑支护结构极限状态分为下列两类：1、承载能力极限状态 对应于支护结构达到最大承载能力或基坑底失稳、管涌导致土体或支护结构破坏；2、正常使用极限状态 对应于支护结构的变形已破坏基坑周边的平衡状态并产生了不良影响。,支撑系统的设计,设计原则1.3 支护结构计算内容,支护结构均应进行承载能力极限状态的计算。对有位移控制要求的工程应进行支护结构的位移计算。,支撑系统的设计,设计原则1.4 支护结构设计荷载,支撑系统的设计,工况1,工况2,工况3,工况4,工况5,工况6,设计原则1.5 支护结构设计工况,支撑系统的设计,设计时要按照上述工况进行分别验算，施工时要严格按照设计规定的程序实施，才能保证围护结构的稳定性和控制变形。在平面上按设定的挖土与设置支撑流程由一侧向另一侧推进，也可以由中部向两侧推进，但每一层作业作为一个工况考虑进行计算，忽略平面上流程的时间差对围护结构受力的影响。,支撑系统的设计,2.设计方案选择2.1 设计方案选择依据,基坑开挖深度；工程地质与水文地质；基坑等级（邻近环境）；土方开挖方法；地下水处理；支护工程造价。,支撑系统的设计,2.设计方案选择2.2 基坑变形控制标准,h 基坑开挖深度,支撑系统的设计,2.设计方案选择2.3 不同开挖深度的方案选择,h3 m(半地下室),支撑系统的设计,h=3-6m(一层地下室),支撑系统的设计,h=6-9m(一-二层地下室),支撑系统的设计,h=9-12m(二-三层地下室),支撑系统的设计,h 12m(三层以上地下室),支撑系统的设计,3.水平支撑系统平面布置原则,水平支撑系统中内支撑与围檩必须形成稳定的结构体系，有可靠的连接，满足承载力、变形和稳定性要求。支撑系统的平面布置形式众多，从技术上，同样的基坑工程采用多种支撑平面布置形式均是可行的，但科学、合理的支撑布置形式应是兼顾了基坑工程特点、主体地下结构布置以及周边环境的保护要求和经济性等综合因素的和谐统一。通常情况下可采用以下方式：考虑因素：基坑工程特点、主体地下结构布置、周边环境的保护要求、经济性等,支撑系统的设计,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。短边方向的对撑体系可根据基坑短边的长度、土方开挖、工期等要求采用钢支撑或者混凝土支撑，两端的角撑体系从基坑工程的稳定性以及控制变形角度上，宜采用混凝土支撑的形式。,支撑系统的设计,已实施完毕的上海浦东恒大小区基坑工程，基坑形状呈狭长的手枪状，基坑东西方向长度较长约为240m，西侧南北方向长度约为43m，东侧南北方向长度约为83m。综合考虑工程周边环境、基坑面积及形状、基坑开挖深度以及工期等因素，支撑系统采用了钢和混凝土组合支撑的形式，东侧基坑角撑结合对撑的混凝土支撑形式，西侧基坑采用角部混凝土支撑，短边设置钢支撑对撑的形式。,例如：,支撑系统的设计,恒大小区基坑支撑平面布置图,支撑系统的设计,恒大小区东侧混凝土支撑实景,恒大小区西侧混凝土支撑实景,支撑系统的设计,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。该布置型式的支撑系统具有支撑刚度大、传力直接以及受力清楚的特点，适合在变形控制要求高的基坑工程中应用。,支撑系统的设计,上海解放日报新闻业务楼基坑地处上海市黄浦区中心位置，基坑形状呈不规则矩形，基坑面积较小约为2300m2，开挖深度约为12m，基坑东侧紧邻一高层建筑物，根据本基坑的面积、形状以及周围的环境特点，采用了抗侧刚度大、可适应不规则形状的十字正交布置形式的钢筋混凝土支撑形式。,例如：,支撑系统的设计,上海解放日报新闻业务楼基坑支撑平面,支撑系统的设计,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。该类型支撑体系由于具有较好的控制变形能力、大面积无支撑的出土作业面以及可适应各种形状的基坑工程，同时由于支撑系统中对撑、各榀对撑之间具有较强的受力上的独立性，易于实现土方上的流水化施工，此外还具有较好的经济性。因此几乎成为上海等软土地区首选的支撑平面布置形式，近年来得到极为广泛的应用。,支撑系统的设计,上海虹桥综合交通枢纽工程东交通中心、磁悬浮基坑工程面积巨大，地下二层区域长约404m，宽约77136m，基坑开挖深度约1825m，基坑形状呈不规则长方形。根据基坑形状的特点，采用了两端角撑中部对撑的支撑布置形式，该布置形式的支撑为流水化施工支撑和土方开挖创造了条件，从而大大加快了基坑工程的施工速度和缩短了施工工期。,例如：,支撑系统的设计,上海虹桥综合交通枢纽工程基坑支撑平面布置,支撑系统的设计,上海虹桥综合交通枢纽工程基坑支撑实景,支撑系统的设计,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。,支撑系统的设计,天津响螺湾中钢大厦项目位于天津市响螺湾地区，基坑开挖深度达到1822m，基坑面积达到2万m2，是当地规模最大的基坑工程之一。根据围护结构受力计算的需要，本工程内部需设置四道钢筋混凝土支撑体系。由于平面形状不规则，采用较为传统的角撑、对撑结合边桁架布置，需要设置大量穿越基坑内部的杆件，不利于土方的开挖和地下室结构的的施工。因此结合本工程的平面形状和塔楼的分布位置，采用双半圆环的支撑平面布置体系。双半圆环支撑形式的采用，基本上避开了整个塔楼区域的所有竖向构件，基坑开挖到底后，完成基础底板施工后，两个主要的地面建筑即可在不拆撑的情况下向上施工主体结构，加快整体工期进度。,例如：,支撑系统的设计,天津响螺湾中钢大厦基坑支撑平面示意图,支撑系统的设计,圆环形支撑形式的支撑杆件均采用钢筋混凝土材料，在一定条件下也可采用组合结构环形内支撑的形式，该形式与钢筋混凝土环形支撑基本相似，其根本区别在于组合结构环形内支撑形式中，环形支撑由于需承受巨大的轴向压力，因此采用钢筋混凝土支撑材料，其余杆件承受的轴向压力相对较小，采用施工速度快、可回收以及经济性较好的钢结构材料截面承载力也能满足要求。天津新华明珠深基坑支护工程采用组合结构环形内支撑的基坑工程实景，该基坑支撑采用钢筋混凝土大圆环，圆环直径68m，其余杆件均采用钢结构，实施效果良好。,支撑系统的设计,新华明珠基坑工程开挖全景,支撑系统的设计,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。阳角的处理应从多方面进行考虑，首先基坑平面的设计应尽量避免出现阳角，当不可避免时，需作特别的加强，如在阳角的两个方向上设置支撑点，或者可根据实际情况将该位置的支撑杆件设置现浇板，通过增设现浇板增强该区域的支撑刚度，控制该位置的变形。无足够的经验可借鉴时，最好对阳角处的坑外地基进行加固，提高坑外土体的强度，以减少围护墙体的侧向水土压力。,支撑系统的设计,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。另外，如主体地下结构竖向结构构件采用内插钢骨的劲性结构时，应严格复核支撑的平面分布，确保支撑杆件完全避让劲性结构。,支撑系统的设计,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。当支撑系统采用钢筋混凝土围檩时，沿着围檩方向的支撑点间距不宜大于9m；采用钢围檩时，支撑点间距不宜大于4m；当相邻支撑之间的水平距离较大时，应在支撑端部两侧与围檩之间设置八字撑，八字撑宜左右对称，与围檩的夹角不宜大于60 度。,支撑系统的设计,4.水平支撑系统竖向布置原则,在基坑竖向平面内需要布置的水平支撑的数量，主要根据基坑围护墙的承载力和变形控制计算确定，同时应满足土方开挖的施工要求。基坑竖向支撑的数量主要受土层地质特性以及周围环境保护要求的影响。基坑面积、开挖深度、围护墙设计以及周围环境等条件都相同的条件下，不同地区不同土层地质特性情况下，支撑的数量区别是十分显著的，如开挖深度15m的基坑工程，在北方等硬土地区也许无需设置内支撑，仅在坑外设置几道锚杆即可满足要求，而在沿海软土地区，则可能需要设置三四道水平支撑；另外即使在土层地质一致的地区，当周围环境保护要求有较大的区别时，支撑道数也是相差较大的。一般情况下，支撑系统竖向布置可按如下原则进行确定：,支撑系统的设计,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。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承立柱系统。此外，相邻水平支撑的净距不宜小于3m，当采用机械下坑开挖及运输时应根据机械的操作所需空间要求适当放大。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。水平支撑构件与地下结构楼板间的净距不宜小于300mm；与基础底板间净距不小于600mm，且应满足墙、柱竖向结构构件的插筋高度要求。,支撑系统的设计,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。,支撑系统的设计,5.竖向斜撑的布置,竖向斜撑体系一般较多的应用在开挖深度较小、面积巨大的基坑工程中。竖向斜撑体系一般由斜撑、压顶圈梁和斜撑基础等构件组成，斜撑一般投影长度大于15m 时应在其中部设置立柱。斜撑一般采用钢管支撑或者型钢支撑，钢管支撑一般采用60916，型钢支撑一般采用H700300、H500300以及H400400，斜撑坡率不宜大于1：2，并应尽量与基坑内土堤的稳定边坡坡率相一致，同时斜撑基础与围护墙之间的水平距离也不宜小于围护墙插入深度的1.5倍，斜撑与围檩及斜撑与基础之间的连接，以及围檩与围护墙之间的连接应满足斜撑的水平分力和竖向分力的传递要求。,支撑系统的设计,采用竖向斜撑体系的基坑，在基坑中部的土方开挖后和斜撑未形成前，基坑变形取决于围护墙内侧预留的土堤对墙体所提供的被动抗力，因此保持土堤边坡的稳定至关重要，必须通过计算确定可靠的安全储备。,支撑系统的设计,6.支撑节点构造,支撑结构，特别是钢支撑的整体刚度更依赖构件之间的合理连接构造。支撑结构的设计，除确定构件截面外，须重视节点的构造设计。,支撑系统的设计,6.支撑节点构造6.1 钢支撑长度拼接,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。,支撑系统的设计,型钢支撑的长度拼接,螺栓连接,焊 接,支撑系统的设计,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。,钢管支撑的长度拼接,螺栓连接,焊 接,支撑系统的设计,6.支撑节点构造6.2 两个方向钢支撑连接,纵横向支撑采用重迭连接，虽然施工安装方便，但支撑结构整体性差，应尽量避免采用。当纵横向支撑采用重迭连接时，则相应的围檩在基坑转角处不在同一平面相交，此时应在转角处的围檩端部采取加强的构造措施，以防止两个方向上围檩的端部产生悬臂受力状态。纵横向支撑应尽可能设置在同一标高上，采用定型的十字节点连接。这种连接方式整体性好，节点比较可靠。节点可以采用特制的“十”及“井”字接头，纵横管都与“十”字或“井”字接头连接，使纵横钢管处于同一平面内。后者可以使钢管形成一个平面框架，刚度大，受力性能好。,支撑系统的设计,“十”字接头图,“井”字接头图,支撑系统的设计,6.支撑节点构造6.3 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。除了活络端设置在钢支撑端部外，还可以采用螺旋千斤顶等设备设置在支撑的中部。由于支撑加工及生产厂家不同，目前投入基坑工程使用的活络端有以下两种形式，一种为契型活络端、一种为箱体活络端。钢管支撑为了施加预应力常设计一个预应力施加活络头子，并采用单面施加的方法进行。由于预应力施工后会产生各种预应力损失（详见预应力相关规范），基坑开挖变形后预应力也会发生损失，为了保证预应力的强度，当发现预应力损失达到一定程度时须及时进行补充，复加预应力。,支撑系统的设计,楔形活络端,预应力箱体,支撑系统的设计,6.支撑节点构造6.4 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。,支撑系统的设计,1-钢支撑；2-钢腰梁；3-围护墙；4-剪力块；5-填嵌混凝土,钢支撑与腰梁斜交时连接,支撑系统的设计,6.支撑节点构造6.5 支撑与混凝土腰梁斜交处抗剪连接节点,通常情况下，围护墙与混凝土围檩之间的结合面不考虑传递水平剪力。当基坑形状比较复杂，支撑采用斜交布置时，特别是当支撑采用大角撑的布置形式时，由于角撑的数量多，沿着围檩长度方向需传递十分巨大的水平力，此时如围护墙与围檩之间应设置抗剪件和剪力槽，以确保围檩与围护墙能形成整体连接，二者接合面能承受剪力，可使得围护墙也能参与承受部分水平力，既可改善围檩的受力状态、又可减少整体支撑体系的变形。围护墙与围檩结合面的墙体上设置的抗剪件一般可采用预埋插筋，或者预埋埋件，开挖后焊接抗剪件，预留的剪力槽可间隔抗剪件布置，其高度一般与围檩截面相同，间距150200mm，槽深5070mm。,支撑系统的设计,1-支撑；2-腰梁；3-地下连续墙；4-预留受剪钢筋；5-预留剪力槽,支撑与混凝土腰梁斜交时连接,支撑系统的设计,1.水平支撑系统计算方法,水平支撑系统计算可分为在土压力水平力作用下的水平支撑计算和竖向力作用下的水平支撑计算。现阶段的计算手段已可实现将围护体、内支撑以及立柱作为一个整体采用空间模型进行分析，支撑构件的内力和变形可以直接根据其静力计算结果确定即可，但空间计算模型其实用程度上存在若干不足，因此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。,水平支撑的计算方法,1.水平支撑系统计算方法1.1 水平力作用下水平支撑的计算方法,1)支撑平面有限元计算方法水平支撑系统平面内的内力和变形计算方法一般是将支撑结构从整个支护结构体系中截离出来，此时内支撑（包括围檩和支撑杆件）形成一自身平衡的封闭体系，该体系在土压力作用下的受力特性可采用杆系有限元进行计算分析，进行分析时，为限制整个结构的刚体位移，必须在周边的围檩上添加适当的约束，一般可考虑在结构上施加不相交于一点的三个约束链杆，形成静定约束结构，此时约束链杆不产生反力，可保证分析得到的结果与不添加约束链杆时得到的结果一致。,水平支撑的计算方法,内支撑平面模型以及约束条件确定之后，将由平面竖向弹性地基梁法（如图）或平面连续介质有限元方法得到的弹性支座的反力作用在平面杆系结构之上，采用空间杆系有限元的方法即可求得土压力作用下的各支撑杆件的内力和位移。,水平支撑的计算方法,平面竖向弹性地基梁法计算简图,平面连续介质有限元法计算模型,水平支撑的计算方法,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1.0；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）。,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确定。,水平支撑的计算方法,在求得弹性支座的反力之后，可将该水平力作用在平面杆系结构之上，采用有限元方法计算得到各支撑杆件的内力和变形，也可采用简化分析方法，如支撑轴向力，按围护墙沿围檩长度方向的水平反力乘以支撑中心距计算，混凝土围檩则可按多跨连续梁计算，计算跨度取相邻支撑点的中心距。钢围檩的内力和变形宜按简支梁计算，计算跨度取相邻水平支撑的中心距。,水平支撑的计算方法,对于较为复杂的支撑体系，难以直接根据以上公式确定弹性支撑的刚度，且弹性支撑刚度会随着周边节点位置的变化而变化。这里介绍一种较为简单的处理方法，即在水平支撑的围檩上施加与围檩相垂直的单位分布荷载p=1kN/m，求得围檩上各结点的平均位移（与围檩方相垂直的位移），则弹性支座的刚度为：需指出的是，上式反映的是水平支撑系统的一个平均支撑刚度。,水平支撑的计算方法,1.水平支撑系统计算方法1.1 水平力作用下水平支撑的计算方法,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。,水平支撑的计算方法,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承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。下图为基坑工程三维计算模型图。,水平支撑的计算方法,基坑工程三维计算模型,水平支撑的计算方法,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