基坑工程 基坑支撑系统施工

基坑工程基坑支撑系统施工1支撑系统的主要形式基坑支撑系统是增大围护结构刚度，改善围护结构受力条件，确保基坑安全和稳定性的构件。目前支撑体系主要有钢支撑和混凝土支撑。支撑系统主要由围檩、支撑和立柱组成。根据基坑的平面形状、开挖面积及开挖深度等，内支撑可分为有围檩和无围檩两种，对于圆形围护结构的基坑，可采用内衬墙和围檩两种方式而不设置内支撑。1.1圆形围护结构采用内衬墙方式圆形围护结构的内衬墙方式一般由圆形基坑的地下连续墙与内衬墙相结合。圆形结构的“拱效应”可将结构体上可能出现的弯矩转化成轴力，充分利用了结构的截面尺寸和材料的抗压性能，支护结构较安全经济。同时圆形围护结构无内支撑方式可在坑内提供一个良好的开挖空间，适合大型挖土机械的施工，缩短工期。1.2圆形围护结构采用围檩方式圆形围护结构采用围檩方式一般由圆形基坑的地下连续墙与围檩相结合。该方式与内衬墙方式相比，在施工便利性、成本、工期上更具有优势。1.3内支撑有围檩方式内支撑有围檩方式从空间结构上可分为平面支撑体系和竖向斜撑体系。根据工程的不同平面形状，水平支撑可采用对撑、角撑以及边桁架和八字撑等组成的平面结构体系；对于方形基坑也可以采用内环形平面结构体系。支撑布置形式目前常用的主要有正交支撑、角撑结合边桁架、圆形支撑、竖向斜撑等布置形式。正交支撑系统（图3）具有刚度大、受力直接、变形小、适应性强的特点，工程应用较为广泛，较适合敏感环境下面积较小基坑工程。但该支撑形式的支撑杆件较密集,工程量较大，出土空间较小，土方开挖效率受到一定影响。图3：正交支撑示意图；图:4对撑、角撑结合边桁架支撑示意图对撑、角撑结合边桁架支撑体系（图4）近年来在深基坑工程中得到了广泛的应用，设计和施工经验较成熟。该支撑体系受力简单明确，各块支撑受力相对独立，可实现支撑与土方开挖的流水作业，可缩短绝对工期，同时该支撑体系无支撑空间较大，有利于出土，可在对撑及角撑区域结合栈桥设计。圆环形支撑体系（图5）可充分利用混凝土抗压能力高的特点，基坑周边的侧压力通过围护墙传给围檩和边桁架腹杆，最后集中传递至圆环。中部无支撑，空间大，有利于出土。圆形支撑体系适用于面积较大基坑。图5：圆环形支撑示意图采用竖向斜撑体系的基坑，先开挖基坑中部土方，施工中部基础底板或地下结构，然后安装斜撑，再挖除周边土方。该体系适用于平面尺寸较大、形状不规则、深度较浅、周边环境较好的基坑，其施工较简单，可节省支撑材料。竖向斜撑体系通常由斜撑、腰梁和斜撑基础等构件组成，斜撑基础一般为基础底板，也可以地下室结构作为斜撑基础。斜撑长度较长时宜在中部设置立柱，如图6所示。采用该支撑体系应考虑基坑周边土方变形、斜撑变形、斜撑基础变形等因素可能造成的围护墙位移。图6：竖向斜撑体系1一围护墙；2—顶圈梁；3一斜撑；4一斜撑基础;5—基础；6—立杆；7一系杆；8一土堤1.4内支撑无围檩方式地铁等狭长形基坑的施工中常采用无围檩支撑体系，该支撑体系在地下连续墙每幅槽段应有不少于2个支撑点，且墙体内设置暗梁。该支撑体系与有围檩的内支撑体系较相似，施工方便，材料节省，且在支撑拆除过程中对围护墙影响较小；但该支撑体系在结构受力方面要求较高，在支撑端头会产生较大集中力，可能会造成围护墙局部破坏。2支撑体系布置2.1支撑体系的平面布置支撑结构的总体布置应根据基坑平面形状和开挖深度、竖向围护结构特性、周边环境保护要求或邻近地下工程施工情况、工程地质和水文地质条件、主体工程地下结构设计、施工顺序和方法、当地工程经验和资源情况等因素综合确定。长条形基坑工程可设置短边方向的对撑体系，两端可设置水平角撑体系；短边方向对撑体系可根据基坑长边长度、土方开挖、工期等要求采用钢支撑或混凝土支撑，两端角撑体系从基坑工程的稳定性及控制变形的角度上，宜采用混凝土支撑的形式。若基坑周边环境保护要求较高，基坑变形控制要求较为严格时，或基坑面积较小、基坑边长大致相等时，宜采用相互正交的对撑布置方式。若基坑面积较大、平面不规则，且支撑平面中需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。基坑平面为规则的方形、圆形或者平面虽不规则但基坑边长尺寸大致相等时，可采用圆环形支撑或多圆环形支撑体系。基坑平面有向坑内折角（阳角）时，可在阳角的两个方向上设置支撑点，或可根据实际情况将该位置的支撑杆件设置为现浇板，还可对阳角处的坑外地基进行加固，提高坑外土体的强度，以减少围护墙侧向压力。一般情况下平面支撑体系由腰梁、水平支撑和立柱组成。根据工程具体情况，水平支撑可用对撑、对撑桁架、斜角撑、斜撑桁架以及边桁架和八字撑等形式组成的平面结构体系，如图7。图7：水平支撑体系,1一围护墙；2—腰梁；3一对撑；4—八字撑；5一角撑;6一系杆；7—立柱；8一对撑桁架；9一斜撑桁架支撑平面位置应避开主体工程地下结构的柱网轴线。当采用混凝土围檩时，沿围檩方向支撑点的间距不宜大于9m,采用钢围檩时支撑点间距不宜大于4m。采用无围檩支撑体系时，每幅槽段墙体上应设2个以上对称支撑点。若相邻水平支撑间距较大，可在支撑端部两侧与围檩间设置八字撑，八字撑宜对称设置。基坑平面有阳角时，应在阳角两个方向上设支撑点，地下水位较高的软土地区尚宜对阴角处的坑外地基进行处理。2.2支撑体系的竖向布置在竖向平面内布置水平支撑的层数，应根据开挖深度、工程地质条件、环境保护要求、围护结构类型、工程经验等确定。上下层水平支撑轴线应布置在同一竖向平面内，竖向相邻水平支撑的净距不宜小于3m,当采用机械坑下开挖及运输时，尚应适当放大。设定的各层水平支撑标高，不得妨碍主体地下结构的施工。一般情况下围护墙顶水平圈梁可与第一道围檩结合，当第一道水平支撑标高低于墙顶圈梁时可另设腰梁，但不宜低于自然地面以下3m。当为多层支撑时，最下一层支撑的标高在不影响主体结构底板施工的条件下，应尽可能降低。立柱应布置在纵横向支撑的交点处或桁架式支撑的节点位置，并应避开主体结构梁、柱及承重墙的位置，立柱的间距一般不宜超过15m；立柱下端一般应支撑在较好土层上或锚入钻孔灌注桩中，开挖面以下埋入深度应满足支撑结构对立柱承载力和变形的要求。竖向斜撑体系的斜撑长度大于15m时，宜在中部设置立柱:斜撑宜采用型钢或组合型钢。竖向斜撑宜均匀对称布置，水平间距不宜大于6m；斜撑与坑底间的夹角不宜大于35°,在地下水位较高的软土地区不宜大于26°,并应与基坑周边土体边坡一致。斜撑基础与围护墙间的水平距离不宜小于围护墙在开挖面以下插入深度的1.5倍。斜撑与腰梁、斜撑与基础以及腰梁与围护墙间的连接应满足斜撑水平分力和垂直分力的传递要求。3支撑材料作为水平支撑的材料主要有木材、钢管和型钢、钢筋混凝土结构。木材支撑以圆木为主，一般用于简单的小型基坑。采木材作为支撑材料施工十分方便，还可用于抢险辅助支撑。钢管和型钢是工厂定型生产的规格化材料，钢管一般有609mmX16mm、609mmX14mm、580mmX14mm,580mmX12mm,406mm等型号，H型钢有焊接H型钢和轧制H型钢。钢支撑质量轻、强度高、稳定性好、可施加预应力、施工速度快、可重复使用，已广泛应用。.钢筋混凝土支撑一般在现场浇筑。该类型支撑杆件设计灵活、整体性好、可靠度高、节点易处理，但施工工序多，后期支撑拆除费工费时。4支撑系统构造措施4.1钢支撑钢支撑结构形式较多，结构形式的选择应考虑地质及环境条件、平面尺寸、深度及地下结构特点和施工要求等诸多因素，常见结构形式的构造措施如以下节点构造图所示。（图8）为钢管支撑与围檩、立柱连接节点详图。图8：钢管支撑节点详图（a）单肢钢管支撑与格构式立柱连接节点构造详图；（b）双肢钢管支撑与格构式立柱连接节点构造详图;（c）钢管支撑与H型钢围檩连接节点构造详图；（d）双肢钢管与八字撑连接节点构造详图（图9）为H型钢支撑与围檩连接节点详图。图9：H型钢支撑节点详图（a）斜撑与围檩连接节点牛腿详图；b）八字撑与围檩连接节点详图；（C）钢围檩连接点详图；（d）钢围檩异形连接节点详图；（e）钢围檩转角处连接节点详图一；（f）钢围檩转角处连接节点详图二钢支撑构件连接可采用焊接或高强螺栓连接；腰梁连接节点宜设置在支撑点附近且不应超过支撑间距的1/3；钢腰梁与围护墙间宜采用细石混凝土填充，钢腰梁与钢支撑的连接节点宜设加劲板；支撑拆除前应在主体结构与围护墙之间设置换撑传力构件或回填夯实。4.2混凝土支撑混凝土支撑在达到一定强度后具有较大刚度，变形控制可靠度高，制作方便，对基坑形状要求不高，对基坑周边环境具有较好的保护作用，已被广泛采用。钢筋混凝土支撑构件的混凝土强度等级不应低于C20,同一平面内宜整体浇筑。图10为钢筋混凝土支撑与围檩连接节点的详图。图10：混凝土支撑与围:檩连接大样图（a）围檩与围护结构连接大样；（b）圈梁或围檩折角加强筋构造；（c）支撑扩大头与圈梁围檩连接大样;（d）双支撑与围檩的连接大样；（e）单支撑与围檩的连接大样；（f）支撑相交处倒角处理。图11为钢筋混凝土支撑与立柱连接节点的详图。图11：混凝土支撑与立柱连接大样图图11：混凝土支撑与立柱连接大样图(a)支撑与偏心立柱连接平面一；(b）支撑与偏心立柱连接平面二；(c)支撑钢筋与立柱连接；(d)十字交叉支撑与偏心立柱连接；(e)斜交支撑与偏心立柱连接5钢支撑施工工艺流程机械设备进场→测量放线→土方开挖→设置围檩托架→安装围檩→设置立柱托架→安装支撑→支撑与立柱抱箍固定→围檩与围护墙空隙填充→施加预应力。2.施工要点（1）钢支撑常用形式有钢管支撑和H型钢支撑。钢围檩多采用H型钢或双拼工字钢、双拼槽钢等，截面宽度一般不小于300mm。可通过设置在围护墙上的钢牛腿与墙体连接，或通过墙体伸出的吊筋予以固定，围檩与墙体间的空隙用细石混凝土填塞。如图12。图12：钢围標与支护墙的固定（a）钢牛腿支撑钢围標；（b）用吊筋固定钢围檩

1一钢围檩；2一填塞细石混凝土；3一支护墙体；4一钢牛腿；5—吊筋

（2）支撑端头应设置一定厚度的钢板作封头端板，端板与支撑杆件间满焊，焊缝高度与长度应能承受全部支撑力或与支撑等强度。必要时可增设加劲板，加劲板数量、尺寸应满足支撑端头局部稳定要求和传递支撑力的要求，如图13（a）为方便对钢支撑预加压力，端部可做成“活络头”，活络头应考虑液压千斤顶的安装及千斤顶顶压后钢楔的施工。“活络头”的构造如图13（b）。钢支撑轴线与围檩不垂直时，应在围檩上设置预埋铁件或采取其他构造措施以承受支撑与围檩间的剪力。图13：钢支撑端部构造（a）固定端头；（b）活络端头1一钢管支撑；2一活络头；3一端头封板；4一肋板；5一钢楔（3）水平纵横向钢支撑宜设置在同一标高，宜采用定型的十字接头连接，该种连接整体性好，节点可靠。釆用重叠连接施工方便，但整体性较差。纵横向水平支撑采用重叠连接时，相应围檩在基坑转角处不在同一平面内相交，也需采用重叠连接，此时应在围檩端部采取加强构造措施，防止围檩端部产生悬臂受力状态。可采用如图14的连接方式。图14：围檩叠接示意图（a）平面图；（b）A—A剖面图1一下围檩；2—上围檩；3一连接肋板；4一连接角钢；5—细石混擬土；6—围护桩（4）立柱间距应根据支撑稳定及竖向荷载大小确定，一般不大于15m。常用截面形式及立柱底部支承桩的形式如图15，立柱穿过基础底板时应采取止水构造措施。图15：:角钢拼接格构柱1—止水片；2—格构柱（5）钢支撑应按要求施加预应力，预应力一般为设计应力的50%〜75%。钢支撑预应力施加可减少围护墙体的侧向位移，并使支撑受力均匀。施加预应力的方法有两种，一种是用千斤顶在围檩与支撑交接处加压，在缝隙处塞钢楔锚固，然后撤去千斤顶；另一种是用特制的千斤顶作为支撑部件，安装在各支撑上，预加应力后保留至支撑拆除。支撑安装完毕后应及时检查各节点的连接情况，经确认符合要求后方可施加预压力，预压力施加宜在支撑两端同步对称进行；预压力应分级施加，重复进行，加至设计值时，再次检查各连接点的情况，必要时应对节点进行加固，待额定压力稳定后锁定。6混凝土支撑施工混凝土支撑体系宜在同一平面内整体浇筑，支撑与支撑、支撑与围檩相交处宜采用加腋等构造措施，使其形成刚性节点。支撑施工时宜采用开槽浇筑的方法，底模板可用素混凝土、木模、小钢模等铺设，土质条件较好时也可利用槽底做土模；侧模多用木模或钢模板。混凝土支撑浇筑前应保持基槽平整，底模支立牢固。支撑与立柱的连接，在顶层支撑处可采用钢板承托方式，其余支撑位置一般可由立柱直接穿过，如图16。:图16：支撑与立柱、围护墙的连接1一钢立柱；2一支撑；3一承托钢板;

4一插筋；5一支护墙；6一悬吊钢筋;7—冠梁；8一腰梁中间腰梁与围护墙间应浇筑密实，悬吊钢筋直径不宜小于20mm,间距一般为1〜1.5m,两端应弯起，吊筋插入腰梁的长度不小于40d应清理与腰梁接触部位的围护墙，凿除钢筋保护层，在围护墙主筋上焊接吊筋，如图16。挖土时必须坚持先撑后挖的原则，上层土方开挖至围檩或支撑下沿位置时，应立即施工支撑系统，且需待支撑达到设计强度方可进入下道工序，若工期较紧时可采取提高混凝土强度等级的措施。应保证围檀与内支撑配筋方位与设计规定的方位一致，同时面层钢筋和构造钢筋布置应满足设置爆破孔位的要求。钢筋绑扎时应将监测所需的传感器及时预埋且做好保护工作。采用地下连续墙围护时，围檩施工缝应设置在地下连续墙的中间位置，禁止设置在接缝处。7支撑立柱施工支撑立柱用于承受支撑自重等荷载，支撑立柱通常采用钢立柱插入立柱桩的形式。立柱一般采用角钢格构式钢柱、H型钢式立柱或者钢管式立柱。立柱桩通常釆用灌注桩,该灌注桩可利用工程桩，也可新增立柱桩。角钢格构柱构造简单、便于加工、承载力较大，在各种基坑工程中广泛应用，常见的角钢格构柱采用4根角钢拼接通过缀板拼接，最常用的角钢格构柱断面边长为420mm、4