CN104631469B - 用于深大基坑的无柱钢筋混凝土支撑构架及其搭建方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于深大基坑的无柱钢筋混凝土支撑构架，包括：两个围护机构，包括多个排桩，排桩竖直并列钻入基坑两侧壁外侧的土地中；两个加固机构，包括多个立柱桩，立柱桩竖直并列钻入基坑两侧壁外侧的土地中并且位于围护机构靠近基坑两侧壁的一侧；多个并排设置的呈拱形的拱梁，其两端分别固定在加固机构，拱梁两侧部分位于地表之下，中间部分位于地表之上；水平支撑机构，包括多个水平支撑梁，水平支撑梁并排横向设置，其两端分别固定在基坑两侧壁外侧的围护机构顶部。本发明还公开了该搭建方法。本发明的有益效果在于，提高基坑土方开挖效率，更加便于拟建地下室结构施工，解决目前技术的作业空间和防水处理难题，节约成本。

Description

用于深大基坑的无柱钢筋混凝土支撑构架及其搭建方法

技术领域

本发明涉及一种用于深大基坑的无柱钢筋混凝土支撑构架及其搭建方法，主要应用在岩土工程的技术领域之中。

背景技术

对于平面尺寸和开挖深度均较大的深大基坑，目前国内采用的内支撑基坑支护方法主要为现浇钢筋混凝土支撑。钢筋混凝土支撑的平面布置形式主要有：网格式、对撑桁架、角撑桁架、边桁架、环形支撑等。支撑构件分为水平支撑梁和竖向支承立柱，立柱设置在梁梁交汇节点位置，材料为钢管或型钢格构，每根立柱下设一根桩基，主要承受竖向荷载，同时也承受支撑传递到立柱上的部分水平荷载。立柱间距一般为8～12米，对于平面尺寸大于100x100米的深大基坑，坑内立柱可达到数十根甚至上百根。在拟建地下室施工时，立柱需要穿过地下室底板和楼板。目前技术存在如下问题：

1：由于基坑内分布有大量立柱，基坑进行每层土方开挖时，挖掘机操作和土方外运时需要避让立柱，大大降低了挖土工效，加之天气和市容管制等叠加效应，使得基坑土方开挖进度缓慢，从而延长了基坑使用时间和总体工期，对基坑安全、工程进度造成不利影响。

2：由于基坑内存在大量支撑构件和立柱，使得拟建地下室结构施工时作业空间局促，工效降低。

3：由于立柱间距较小，且为钢结构，土方开挖过程中各种设备容易对其造成损伤，从而影响基坑安全。

4：大量立柱需要穿过地下室底板，虽然立柱穿底板处均设置止水钢板，但由于地下室底板的防水层被立柱穿破，底板防水效果难以保证。

5：由于每根立柱下设有桩基，显著增加了内支撑支护工程的造价，尤其在软土地区。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于深大基坑的无柱钢筋混凝土支撑构架及其搭建方法，提高基坑土方开挖效率，更加便于拟建地下室结构施工，解决目前技术的作业空间和防水处理难题，节约成本。

本发明是通过以下技术方案来实现的。

一种用于深大基坑的无柱钢筋混凝土支撑构架，包括：

两个围护机构，包括多个排桩，上述排桩竖直并列钻入基坑两侧壁外侧的土地中；

两个加固机构，包括多个立柱桩，上述立柱桩竖直并列钻入基坑两侧壁外侧的土地中并且位于上述围护机构靠近基坑两侧壁的一侧；

多个并排设置的呈拱形的拱梁，其两端分别固定在上述加固机构，上述拱梁两侧部分位于地表之下，中间部分位于地表之上；

水平支撑机构，包括多个水平支撑梁，上述水平支撑梁并排横向设置，其两端分别固定在基坑两侧壁外侧的围护机构顶部。

进一步地，上述加固机构还包括有多个边立柱，上述边立柱竖直设置，并且***上述立柱桩的桩身，上述边立柱由上往下依次固定设置有第一立柱支承梁、第二立柱支撑梁。

进一步地，上述拱梁包括上拱梁、两个下拱梁，上述上拱梁为位于地表之上的中间部分，两个下拱梁为位于地表之下的两侧部分，上述下拱梁的一端固定在上述第二立柱支撑梁。

进一步地，上述下拱梁设置有三角桁架梁，上述三角桁架梁包括一个主架梁和多个从架梁，上述主架梁的两端分别固定在上述下拱梁的中间段和上述水平支撑梁固定在围护机构的端处，上述相邻的从架梁首尾固定在相同处，一个从架梁的两端分别固定连接在上述主架梁位于上述下拱梁的固定端以及上述水平支撑梁，与之固定连接的多个从架梁的两端分别固定在上述下拱梁以上述水平支撑梁，另一个从架梁的两端分别固定连接在上述主架梁位于上述下拱梁的固定端以及上述加固机构，与之固定连接的多个从架梁的两端分别固定在上述下拱梁以及上述加固机构。

进一步地，上述固定两端分别为上述主架梁位于上述下拱梁的固定端以及上述加固机构的从架梁，其连接的上述加固机构为上述第一立柱支撑梁。

进一步地，上述用于深大基坑的无柱钢筋混凝土支撑构架还包括斜向支撑机构，上述斜向支撑机构包括多个斜撑、多个阶梯式支座，上述阶梯式支座固定在基坑底面土地中并且上述阶梯式支座的顶面平拟建地下室底板垫层底，上述斜撑的两端分别固定连接上述第二立柱支撑梁与上述阶梯式支座。

进一步地，上述围护机构还包括有冠梁，上述相邻排桩之间通过上述冠梁连接，上述水平支撑梁的两端锚入上述冠梁。

进一步地，上述相邻拱梁之间设置多个肋梁连接固定，上述上拱梁设置有多个竖直的拉棒，上述拉棒的两端分别固定在上述上拱梁与上述水平支撑梁。

进一步地，上述水平支撑梁与上述拱梁的两个交汇节点处各均设置有转换梁，上述转换梁将上述水平支撑梁与上述拱梁连城整体。

一种用于深大基坑的无柱钢筋混凝土支撑构架的搭建方法，步骤包括：

1)施工基坑侧壁构件围护结构，排桩钻孔灌注桩，按一定间距形成柱列式；

2)施工基坑周边位于拟建地下室外墙与围护结构之间的边立柱；

3)在场地地面标高施工围护结构的冠梁，以及支撑构架中的：水平支撑梁、上拱梁、肋梁、转换梁、拉棒；

4)分两次开挖基坑内土方至设计构架底脚位置，并依次施工第一立柱支承梁、第二立柱支撑梁、三角桁架梁、下拱梁；

5)开挖基坑内土方至基坑底标高，并施工阶梯式支座、斜撑；

6)挖除斜撑下方土坡后浇筑地下室底板，并整体顺作施工地下室结构至正负零。

本发明的有益效果：

(1)本发明取消了拟建地下室范围内的所有立柱，仅在基坑边缘设置边立柱，采用拉棒和三角桁架梁将水平支撑构件的竖向荷载依次传递给拱梁和边立柱，实现了无柱支撑，为基坑土方开挖和地下室结构施工提供了良好的平面作业空间，大大提高了施工效率，从而减少了基坑暴露时间，缩短了工期。同时，由于立柱和立柱桩的取消，解决了立柱穿底板的防水处理难题，节约了造价；

(2)本发明采用三角桁架梁将围护结构下部水平荷载传递至顶部的水平支撑梁，减少了水平支撑道数，显著减少了基坑内的水平支撑构件，为基坑土方开挖和地下室结构施工提供了良好的竖向作业空间，并节约了造价；

(3)本发明采用可施加预应力的花篮螺栓，可有效减小水平支撑梁中部的挠度，调节支撑梁应力，减小支撑变形，提高基坑安全性。

附图说明

图1为本发明的结构剖面示意图；

图2为图1的A--A剖面示意图；

图3为图1的B--B剖面示意图；

图4为实施例第一工况示意图；

图5为实施例第二工况示意图；

图6为实施例第三工况示意图；

图7为实施例第四工况示意图；

图8为实施例第五工况示意图；

图9为实施例第六工况示意图。

具体实施方式

下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本例基坑内拟建主体结构为地下三层，基坑开挖深度13m，平面跨度80米，周边环境复杂，对基坑变形控制要求严格。基坑支护总体方案采用排桩内支撑体系，内支撑采用无柱钢筋混凝土支撑构架。

围护结构采用排桩，参见图4。排桩1采用1000mm直径钻孔灌注桩，桩长20m，按一定间距形成柱列式，相邻排桩1之间通过冠梁4连接，形成排桩围护结构。立柱桩12采用1000mm直径钻孔灌注桩，桩顶标高为拟建地下室底板垫层底以下200mm，桩长10m，边立柱13采用550mmx550mm钢格构柱，由4根L160x16角钢和钢缀板焊接而成，边立柱13间距5m，底部***立柱桩12桩身4m。

参见图2、图5，水平支撑梁5水平间距10m，共三根，截面尺寸采用1000x900，两端头主筋锚入冠梁4。上拱梁6平面跨度54m，拱顶高度9m，截面尺寸为1000x900，沿基坑跨度方向每隔9m设置一道肋梁8，将三根上拱梁6连成整体，肋梁8截面尺寸为700x900。在水平支撑梁5与上拱梁6两个交汇节点处各设一根转换梁9，转换梁9将三根水平支撑梁5及三根上拱梁6连成整体，转换梁9的截面尺寸为1800x1000。栈桥板18厚度250mm，板顶平水平支撑梁5梁顶。拉棒7上下两端分别与上拱梁6、水平支撑梁5连接，连接方式为锚固。

参见图6、图7，每根水平支撑梁5两端下方设一组三角桁架梁10，每组6根，截面尺寸为700x700。三角桁架梁10将水平支撑梁5、下拱梁11、冠梁4、第一立柱支承梁14连为整体。第一立柱支撑梁14的截面尺寸为1000x1000，梁顶标高为场地地面2以下4m。

三角桁架梁10包括1个主架梁101和5个从架梁102，主架梁101的两端分别固定在下拱梁11的中间段和水平支撑梁5固定在围护机构的端处，相邻的从架梁102首尾固定在相同处，一个从架梁102的两端分别固定连接在主架梁101位于下拱梁的固定端以及水平支撑梁，与之固定连接的2个从架梁102的两端分别固定在下拱梁11以水平支撑梁5，另一个从架梁102的两端分别固定连接在主架梁101位于下拱梁11的固定端以及第一立柱支承梁14，与之固定连接的1个从架梁102的两端分别固定在下拱梁11以及第一立柱支承梁14。

下拱梁11坐落在第二立柱支承梁15上，第二立柱支撑梁15的截面尺寸为1300x1000，梁顶标高为场地地面2以下8m。

参见图3、图8、图9，每根水平支撑梁下方设一根斜撑17，斜撑17采用550mmx550mm钢格构柱，由4根L160x16角钢和钢缀板焊接而成，每根斜撑17底部设一阶梯式支座16，阶梯式支座16的尺寸为1500x1500x1500，支座顶面平拟建地下室底板垫层底。斜撑上下两端分别于与第二立柱支承梁15及阶梯式支座16连接，连接方式为与设置在第二立柱支撑梁15及阶梯式支座16表面的预埋件焊接连接。

施工过程如下：

1)如图4所示，在场地地面2施工排桩1、立柱桩11、边立柱12；

2)如图5所示，整体开挖至一次土方开挖面19，施工冠梁4、水平支撑梁5、栈桥板17、上拱梁6、肋梁8、转换梁9以及拉棒7，其中拉棒7的花篮螺栓待上述钢筋混凝土结构全部施工完毕进行下一层土方开挖前安装，并施加预应力；

3)如图6所示，土方开挖至“岛式”土方开挖面一20，施工部分下拱梁11、三角桁架梁10、立柱支承梁一14；

4)如图7所示，土方开挖至“岛式”土方开挖面二21，施工剩余部分下拱梁11、三角桁架梁10、第二立柱支承梁15。待上述钢筋混凝土结构养护达到设计强度的80％，方可进行后续土方开挖，即挖除中心岛土方，此时支撑构件的竖向力将由边立柱13承担；

5)如图8所示，土方开挖至“盆式”土方开挖面22，周边留土，施工位于拟建地下室底板下方的阶梯式支座16，支座施工完毕后安装斜撑17；

如图9所示，斜撑17全部安装完毕后，挖除其下方的土方，整个基坑开挖至基坑底3，则基坑支护及土方开挖全部完工，可移交土建施工单位进行地下室结构施工。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于深大基坑的无柱钢筋混凝土支撑构架，其特征在于，包括：

两个围护机构，包括多个排桩，所述排桩竖直并列钻入基坑两侧壁外侧的土地中；

两个加固机构，包括多个立柱桩，所述立柱桩竖直并列钻入基坑两侧壁外侧的土地中并且位于所述围护机构靠近基坑两侧壁的一侧；

多个并排设置的呈拱形的拱梁，其两端分别固定在所述加固机构，所述拱梁两侧部分位于地表之下，中间部分位于地表之上；

水平支撑机构，包括多个水平支撑梁，所述水平支撑梁并排横向设置，其两端分别固定在基坑两侧壁外侧的围护机构顶部。

2.根据权利要求1所述的用于深大基坑的无柱钢筋混凝土支撑构架，其特征在于，所述加固机构还包括有多个边立柱，所述边立柱竖直设置，并且***所述立柱桩的桩身，所述边立柱由上往下依次固定设置有第一立柱支承梁、第二立柱支撑梁。

3.根据权利要求2所述的用于深大基坑的无柱钢筋混凝土支撑构架，其特征在于，所述拱梁包括上拱梁、两个下拱梁，所述上拱梁为位于地表之上的中间部分，两个下拱梁为位于地表之下的两侧部分，所述下拱梁的一端固定在所述第二立柱支撑梁。

4.根据权利要求3所述的用于深大基坑的无柱钢筋混凝土支撑构架，其特征在于，所述下拱梁设置有三角桁架梁，所述三角桁架梁包括一个主架梁和多个从架梁，所述主架梁的两端分别固定在所述下拱梁的中间段和所述水平支撑梁固定在围护机构的端处，所述相邻的从架梁首尾固定在相同处，一个从架梁的两端分别固定连接在所述主架梁位于所述下拱梁的固定端以及所述水平支撑梁，与之固定连接的多个从架梁的两端分别固定在所述下拱梁以及所述水平支撑梁，另一个从架梁的两端分别固定连接在所述主架梁位于所述下拱梁的固定端以及所述加固机构，与之固定连接的多个从架梁的两端分别固定在所述下拱梁以及所述加固机构。

5.根据权利要求4所述的用于深大基坑的无柱钢筋混凝土支撑构架，其特征在于，固定的两端分别为所述主架梁位于所述下拱梁的固定端以及所述加固机构的从架梁，其连接的所述加固机构为所述第一立柱支撑梁。

6.根据权利要求2所述的用于深大基坑的无柱钢筋混凝土支撑构架，其特征在于，所述用于深大基坑的无柱钢筋混凝土支撑构架还包括斜向支撑机构，所述斜向支撑机构包括多个斜撑、多个阶梯式支座，所述阶梯式支座固定在基坑底面土地中并且所述阶梯式支座的顶面平拟建地下室底板垫层底，所述斜撑的两端分别固定连接所述第二立柱支撑梁与所述阶梯式支座。

7.根据权利要求1所述的用于深大基坑的无柱钢筋混凝土支撑构架，其特征在于，所述围护机构还包括有冠梁，所述相邻排桩之间通过所述冠梁连接，所述水平支撑梁的两端锚入所述冠梁。

8.根据权利要求1所述的用于深大基坑的无柱钢筋混凝土支撑构架，其特征在于，所述相邻拱梁之间设置多个肋梁连接固定，所述上拱梁设置有多个竖直的拉棒，所述拉棒的两端分别固定在所述上拱梁与所述水平支撑梁。

9.根据权利要求1所述的用于深大基坑的无柱钢筋混凝土支撑构架，其特征在于，所述水平支撑梁与所述拱梁的两个交汇节点处各均设置有转换梁，所述转换梁将所述水平支撑梁与所述拱梁连城整体。

10.一种如权利要求1-9任一项的用于深大基坑的无柱钢筋混凝土支撑构架的搭建方法，其特征在于，步骤包括：

1)施工基坑侧壁构件围护结构，排桩钻孔灌注桩，按一定间距形成柱列式；

2)施工基坑周边位于拟建地下室外墙与围护结构之间的边立柱；

3)在场地地面标高施工围护结构的冠梁，以及支撑构架中的：水平支撑梁、上拱梁、肋梁、转换梁、拉棒；

4)分两次开挖基坑内土方至设计构架底脚位置，并依次施工第一立柱支承梁、第二立柱支撑梁、三角桁架梁、下拱梁；

5)开挖基坑内土方至基坑底标高，并施工阶梯式支座、斜撑；

6)挖除斜撑下方土坡后浇筑地下室底板，并整体顺作施工地下室结构至正负零。