1、基 坑 工 程 內(nèi)支撐系統(tǒng),基 坑 支 護 簡 介,1. 邊坡穩(wěn)定 2. 基坑（槽）的支護 3. 深基坑支護,目 錄,土方開挖過程中,土壁是由土體內(nèi)磨擦阻力和粘結(jié)力保持平衡而穩(wěn)定。一旦土體失去平衡(俗稱失穩(wěn)),土體就會塌方,這不僅會造成人身安全事故、影響工期,有時還會危及附近的建(構(gòu))筑物。,邊坡過陡； 雨水、地下水滲入基坑; 基坑上口邊緣堆載過大; 土方開挖順序、方法未遵守“從上至下、分層開挖；開槽支撐、先撐后挖”的原則。,基坑塌方 搶險救人,邊坡穩(wěn)定,1. 造成邊坡失穩(wěn)的原因,合理地選擇基坑、溝槽、路基、堤壩的開挖斷面并留設(shè)邊坡,是減少土方量的有效措施。邊坡的表示方法為 1:m ，即：,土

2、方邊坡坡度hb 1(b h)1:m,式中 m = b / h ，稱為坡度系數(shù)。其意義為：當(dāng)邊坡高度已知為h 時，其邊坡寬度則等于mh。,2. 邊坡預(yù)留,邊坡穩(wěn)定,自然放坡的坡率允許值,邊坡坡度應(yīng)根據(jù)不同的挖填高度、土的工程性質(zhì)及工程特點而定，既要保證土體穩(wěn)定和施工安全，又要節(jié)省土方。 當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件良好、土質(zhì)均勻且無地下水，其放坡的坡度系數(shù)應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)厥┕そ?jīng)驗確定,無經(jīng)驗時可按下表確定：,注：表中碎石土的填充物為堅硬或硬塑的黏性土。,邊坡穩(wěn)定,挖填高度：高度大則坡度系數(shù)大，反之坡度系數(shù)小，甚至不放坡； 土的工程性質(zhì)：土的類別、含水量，有無地下水等。土的類別低(密度小)、含水量大，則坡度系數(shù)大；反之坡

3、度系數(shù)??； 施工特點：坡頂是否有荷載？施工季節(jié)及施工期長短？ 人工作業(yè)還是機械作業(yè)？,坡頂有荷載(尤其是動荷載)、使用時間長、跨 越冬雨季施工的邊坡應(yīng)留有充足的安全系數(shù),規(guī)范的邊坡留設(shè)1 規(guī)范的邊坡留設(shè)2,1.2 邊坡留設(shè),3. 預(yù)留邊坡考慮的因素,邊坡穩(wěn)定,邊坡有危巖、孤石、崩塌體等不穩(wěn)定跡象時，要先做妥善處理。對軟土土坡和極易風(fēng)化的軟質(zhì)巖石邊坡，應(yīng)對坡腳、坡面采取噴漿、抹面、嵌補、砌石等保護措施，并作好坡頂、坡腳排水。,漿砌片石拱護坡 懸臂擋土樁,護腳矮墻,立緣石,拱緣石,填心土,邊坡穩(wěn)定,4. 場地邊坡的整治,錨索抗滑樁,錨索地梁,川藏公路 102滑坡群是世界級滑坡群，其規(guī)模是世界第三、

4、亞洲第一。在冰磧物滑坡地段填筑高路堤，采用大噸位錨索整治。,川藏公路102滑坡整治改建工程,邊坡穩(wěn)定,高達530m的邊坡錨固,巖質(zhì)邊坡采用錨噴支護,錨桿行列式布置, 間距1.253m, 傾角10200; 巖石護面噴射砼,錨索框架,邊坡穩(wěn)定,支撐垛防治 邊坡崩塌,大石加固 崩塌防治,主動防護網(wǎng),采用優(yōu)質(zhì)不銹鋼絲合股后編織而成,撐！,撐！,頂！,邊坡穩(wěn)定,邊坡簡易護理,邊坡主動防護網(wǎng),邊坡被動防護網(wǎng) 石籠網(wǎng)護坡,漓江石籠護岸,石籠網(wǎng)是由熱鍍鋅鋼絲或包覆PVC鋼絲編織而成的生態(tài)格網(wǎng)結(jié)構(gòu)。廣泛用于渠道河床或護岸、護坡。,邊坡穩(wěn)定,一級基坑：重要工程，支護結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)合一工程，開挖深度10m，臨近建筑

5、物、重要設(shè)施在開挖深度以內(nèi)；開挖影響范圍內(nèi)有歷史或近代優(yōu)秀建筑、重要管線需嚴(yán)加保護； 三級基坑：開挖深度7m，且無特別要求的基坑； 二級基坑：不屬于一級或三級的其它基坑。,基坑變形的監(jiān)控值 mm,基坑（槽）支護,1. 基坑的分級,基(溝) 槽開挖一般采用橫撐式土壁支撐?？煞譃樗綋跬涟寮按怪睋跬涟鍍纱箢?。前者擋土板的布置又分為間斷式和連續(xù)式兩種。濕度小的粘性土挖土深度3m時，可用間斷式水平擋土板支撐。,間斷式 水平擋土板支撐,垂直擋土板式支撐,對松散、濕度大的土可用連續(xù)式水平擋土板支撐，挖土深度可達5m。對松散和濕度很高的土可用垂直擋土板式支撐，其挖土深度不限。,連續(xù)式水平擋土板支撐,2. 基

6、槽支護,基坑（槽）支護,深度不大的三級基坑，當(dāng)放坡開挖有困難時，可采用短柱橫隔板支撐、臨時擋土墻支撐、斜柱支撐、錨拉支撐等支護方法。,放坡開挖的基坑，當(dāng)部份地段放坡寬度不夠時，可采用短柱橫隔板支撐、臨時擋土墻支撐等簡易支護方法進行基礎(chǔ)施工,僅適用于 部分地段放 坡不夠、寬 度較大的基 坑使用,僅適用于 部分地段下 部放坡不夠 、寬度較大 的基坑使用,臨時擋土墻支撐,短柱橫隔板支撐,3. 一般基坑的支護,3.1 簡易支護,基坑（槽）支護,先沿基坑邊緣打設(shè)柱樁，在柱樁內(nèi)側(cè)支設(shè)擋土板并用斜撐支頂，擋土板內(nèi)側(cè)填土夯實。適用于深度不大的大型基坑使用。,先沿基坑邊緣打設(shè)柱樁，在柱樁內(nèi)側(cè)支設(shè)擋土板，柱樁上端

7、用拉桿拉緊，擋土板內(nèi)側(cè)填土夯實。適用于深度不大、不能安設(shè)橫(斜)撐的大型基坑使用。,斜柱支撐,錨拉支撐,基坑打設(shè)柱樁,3.2 斜柱支撐,3.3 拉錨支撐,基坑（槽）支護,深基坑支護的基本要求 確保支護結(jié)構(gòu)能起擋土作用,基坑邊坡保持穩(wěn)定； 確保相鄰的建(構(gòu))筑物、道路、地下管線的安全, 不因土體的變形、沉陷、坍塌受到危害； 通過排降水,確?；A(chǔ)施工在地下水位以上進行,蘇州市土地交易中心基坑支護工程,深基坑支護,常用的支護結(jié)構(gòu)體系,排樁式,土釘墻,錨桿支護,鋼管樁,挖孔灌注樁,鋼板樁,板墻式,板樁式,組合式,粉體噴射注漿樁墻,鉆孔灌注樁,高壓噴射注漿樁墻,深層攪拌水泥土樁墻,逆作拱墻式,邊坡穩(wěn)定式

8、,排樁與板墻式,水泥擋土墻式,現(xiàn)澆地下連續(xù)墻,灌注樁與 水泥土樁結(jié)合,加筋水泥土圍護墻,型鋼橫擋板,深基坑支護,適于開挖面積大、深度6m、不允許放坡、鄰近有建(構(gòu))筑物的基坑支護,開挖前在基坑周圍設(shè)置砼灌注樁，樁的排列有間隔式、雙排式和連續(xù)式，樁頂設(shè)置砼連系梁或錨樁、拉桿。施工方便、安全度好、費用低。,懸臂樁的間隔式排樁支護,擋土灌注樁 排樁支護,樁頂連系梁又稱冠梁,懸臂支護樁,深基坑支護,1. 排樁支護,直徑0.61.1m的鉆孔灌注樁可用于深713m的基坑支護，直徑0.50.8m的沉管灌注樁可用于深度在10m以內(nèi)的基坑支護,單層地下室常用0.81.2m的人工挖孔灌注樁作支護結(jié)構(gòu)。,鋼筋砼灌注

9、樁的排列方式,北京神華大廈基坑的 交錯相間排樁支護,深基坑支護,天然土體通過鉆孔、插筋、注漿來設(shè)置土釘(亦稱砂漿錨桿)并與噴射砼面板相結(jié)合，形成類似重力擋墻的土釘墻,以抵抗墻后的土壓力，保持開挖面的穩(wěn)定。也稱為噴錨網(wǎng)加固邊坡或噴錨網(wǎng)擋墻。,深基坑支護,2.土釘墻支護,開挖工作面：土釘支護應(yīng)自上而下分段分層進行，分層深度視土層情況而定，工作面寬度不宜6m，縱向長度不宜l0m。,土釘支護施工工藝,人工洛陽鏟成孔 沖擊式鋼管成孔 土層錨桿鉆機成孔,噴射第一層砼：為防止土體松弛和崩解，須盡快做第一層噴射砼，厚度不宜4050mm。噴射砼水泥用量400kg/m3。,土釘成孔：土釘成孔直徑70120mm、向

10、下傾角15200，成孔方法和工藝由承包商根據(jù)土層條件、設(shè)備和經(jīng)驗而定。,噴射第一層砼,深基坑支護,安設(shè)土釘、注漿：土釘有單桿和多桿之分，單桿多為2232mm的粗螺紋鋼筋，多桿一般為24根16mm鋼筋。采用灰漿泵注漿，土釘注漿可不加壓。,掛鋼筋網(wǎng)、噴射砼面層：鋼筋網(wǎng)通常 直徑610、間距200300mm，與土釘連接牢固。鋼筋與第一層噴射砼的間隙20mm。設(shè)置雙層鋼筋網(wǎng)時，第二層鋼筋網(wǎng)應(yīng)在第一層鋼筋網(wǎng)被覆蓋后鋪設(shè)。砼面板厚度50100mm。,掛鋼筋網(wǎng) 噴射第一層砼面板 噴射第一層砼面板 進入下一層土釘支護,安設(shè)土釘、注漿,深基坑支護,適于較硬土層或破碎巖石中開挖較大較深基坑，鄰近有建筑物須保證邊坡

11、穩(wěn)定時采用,是在未開挖的 土層立壁上鉆孔至 設(shè)計深度，孔內(nèi)放 入拉桿，灌入水泥 砂漿與土層結(jié)合成 抗拉力強的錨桿， 錨桿一端固定在坑 壁結(jié)構(gòu)上，另一端 錨固在土層中，將 立壁土體側(cè)壓力傳 至深部的穩(wěn)定土層,深基坑支護,3.錨桿支護,錨桿支護施工工藝,沖擊式鉆機造孔 旋轉(zhuǎn)式鉆機造孔 錨桿造孔近景,造孔：包括鉆機就位、施鉆成孔、清孔三個作業(yè)步驟。造孔用沖擊式鉆機、旋轉(zhuǎn)式鉆機或旋轉(zhuǎn)式?jīng)_擊鉆機，偏心鉆機跟進護壁套管方式鉆進，造孔須干鉆，嚴(yán)禁水鉆；考慮沉渣厚度，孔底應(yīng)超鉆3050mm；成孔后高壓風(fēng)清洗孔壁，以保證砂漿與孔壁的粘結(jié)力。,開山牌MGY-60型 風(fēng)動沖擊式錨桿鉆機,深基坑支護,制作完畢的錨索,

12、 錨桿的制作與安裝,包括下料、除銹防腐、焊接導(dǎo)向錐、綁扎、入孔六個步驟。拉桿常用鋼管、粗鋼筋或鋼絲束、鋼 絞線制成的錨索。錨索預(yù)留長度為1- 1.5m，錨固段間隔1-2m設(shè)置隔離架和 緊箍環(huán)，中心布置灌漿管；自由段外 套塑料管，前端切實作好隔漿措施。,錨索入孔,導(dǎo)向錐起入孔導(dǎo)向作用,緊箍環(huán),自由段外套塑料管,錨索預(yù)留長度,深基坑支護,注 漿 拉桿的預(yù)應(yīng)力張拉 錨桿逐層向下支護施工, 灌漿,基坑錨桿常采用埋管式灌漿的一次灌漿法，即由孔底向上有壓一次性灌漿,壓力0.60.8MPa，砂漿至孔口溢滿為止，注漿管不拔出；當(dāng)土體松散或巖石破碎易發(fā)生漏漿時采用二次灌漿法。,制 漿,預(yù)應(yīng)力張拉及封錨：略。,深

13、基坑支護,樁頂不設(shè)錨樁、拉桿,而是挖至一定深度,每隔一定距離向樁背面斜向打入錨桿,達到強度后,安上橫撐,拉緊固定,在樁中間挖土,直至設(shè)計深度,冠梁,懸臂支護樁,錨桿及橫撐,適于大型較深基坑,施工期較長,鄰近有建筑物,不允許支護、鄰近地基不允許有下沉位移時使用,深基坑支護,4.擋土灌注樁與土層錨桿結(jié)合支護,當(dāng)基坑較深、地下水位較高且未施工降水時，采用板樁作為支護結(jié)構(gòu)，既可擋土、防水，還可防止流砂的發(fā)生。板樁支撐可分為無錨板樁(懸臂式板樁)和有錨板樁。常用的鋼板樁為U型鋼板樁，又稱拉森鋼板樁。,U型鋼板樁,鋼板樁水上圍堰,深基坑支護,5.鋼板樁支護,無錨板樁,從一角開始逐塊插打，每塊鋼板樁自起打到

14、結(jié)束中途不停頓。打法簡便、快速，但單塊打入易向一邊傾斜，累計誤差不易糾正,壁面平直度也較難控制。僅在樁長10m、工程要求不高時采用。又稱單獨打入法。,鋼板樁入土 U型板樁的相互連接,無錨板樁的 單獨打入法,深基坑支護,有錨板樁的 雙層圍檁插樁法,是先沿板樁邊線搭設(shè)雙層圍檁支架,然后將板樁依次在雙層圍檁中全部插好,形成一個高大的板樁墻。待四角封閉合攏后,再按階梯形逐漸將板樁一塊塊打至設(shè)計標(biāo)高。該打法可保證平面尺寸準(zhǔn)確和板樁垂直度,但施工速度慢,有錨板樁的 雙層圍檁插樁法,深基坑支護,銑削鉆成槽機,先建造鋼筋砼地下連續(xù)墻,達到強度后在墻間用機械挖土。該支護法剛度大、強度高,可擋土、承重、截水、抗?jié)B

15、,可在狹窄場地施工,適于大面積、有地下水的深基坑施工。,連續(xù)墻抓斗成槽機,槽段的連接,深基坑支護,6.地下連續(xù)墻支護,導(dǎo)墻施工 成槽機抓土 鋼筋籠起吊 鋼筋籠入槽,連續(xù)墻砼澆筑 鎖口管起拔 進入第二槽段施工,亦可用 吊車起拔,兩邊是 鎖口管,深基坑支護,當(dāng)基坑深度較大，懸臂式擋墻的強度和變形無法滿足要求、坑外錨拉可靠性低時，則可在坑內(nèi)采用內(nèi)撐支護。它適用于各種地基土層，缺點是內(nèi)支撐會占用一定的施工空間。常用有鋼管內(nèi)撐支護和鋼筋砼構(gòu)架內(nèi)撐支護。,大型深基坑的鋼管對撐支護 鋼筋砼構(gòu)架式內(nèi)撐支護,深基坑支護,7.擋墻+內(nèi)撐支護, 鋼管內(nèi)支撐,鋼管支撐一般采用609鋼管,用不同壁厚適應(yīng)不同的荷載.鋼管

16、支撐 的形式為對撐或角撐,對撐的間距較大時,可設(shè)置腹桿形成桁架式支撐,深基坑支護,鋼管內(nèi)支撐的地面拼裝 大型深基坑的擋墻鋼管內(nèi)支撐支護,地鐵車站的多道鋼管對撐支護,大型深基坑的鋼管角撐,擋墻的腰梁,深基坑支護, 鋼筋砼內(nèi)支撐,鋼筋砼內(nèi)支撐剛度大、變形小,能有效控制擋墻和 周圍地面的變形。它可隨挖土逐層就地現(xiàn)澆,形式可隨 基坑形狀而變化,適用于周圍環(huán)境要求較高的深基坑,深基坑支護,內(nèi)支撐下的基礎(chǔ)工程施工,就地制作鋼筋砼內(nèi)支撐,內(nèi)支撐下挖樁間土方,格構(gòu)式立柱,平面尺寸大的內(nèi)支撐應(yīng)在交點處設(shè)置立柱, 立柱宜為格構(gòu)式柱,以免影響底板穿筋,立柱下端 插入工程樁內(nèi)2m,否則應(yīng)設(shè)置專用的樁基礎(chǔ),深基坑支護,

17、深基坑支護,基坑工程內(nèi)支撐系統(tǒng)的 設(shè)計與施工,概述 支撐系統(tǒng)的設(shè)計 水平支撐的計算方法 換撐設(shè)計 支撐結(jié)構(gòu)施工 實例,內(nèi)支撐系統(tǒng)的設(shè)計與施工,深基坑工程中的支護結(jié)構(gòu)一般有兩種形式，分別為圍護墻結(jié)合內(nèi)支撐系統(tǒng)的形式和圍護墻結(jié)合錨桿的形式。作用在圍護墻上的水土壓力可以由內(nèi)支撐有效地傳遞和平衡，也可以由坑外設(shè)置的土層錨桿平衡。 內(nèi)支撐可以直接平衡兩端圍護墻上所受的側(cè)壓力，構(gòu)造簡單，受力明確；錨桿設(shè)置在圍護墻的外側(cè)，為挖土、結(jié)構(gòu)施工創(chuàng)造了空間，有利于提高施工效率。 深基坑開挖中采用內(nèi)支撐系統(tǒng)的圍護方式已得到廣泛的應(yīng)用。特別對于軟土地區(qū)基坑面積大、開挖深度深的情況，內(nèi)支撐系統(tǒng)由于具有無需占用基坑外側(cè)地下

18、空間資源、可提高整個圍護體系的整體強度和剛度以及可有效控制基坑變形的特點而得到了大量的應(yīng)用。,1. 內(nèi)支撐的概念,概 述,內(nèi)撐式支護結(jié)構(gòu)體系由兩部分組成，一是圍護壁結(jié)構(gòu)，二是基坑內(nèi)的支撐系統(tǒng)。 圍護壁可以是鋼板樁，鋼筋混凝土地下連續(xù)墻，鋼筋混凝土樁排等。 支撐系統(tǒng)按材料分可分為鋼管支撐、型鋼支撐、鋼筋混凝土支撐，鋼和鋼筋混凝土的組合支撐等。按其受力形式可分為單跨壓桿式支撐、多跨壓桿式支撐、水平框架式支撐、水平桁架式支撐、斜支撐、角支撐等。,2. 內(nèi)支撐的組成,概 述,1.斜支撐 2.角撐 3.鎖口梁 4.圍檁 5.橫向水平支撐 6.縱向水平支撐 7.支撐立柱 8.立柱基礎(chǔ),3. 內(nèi)支撐布置的基

19、本形式,概 述,概 述,概 述,概 述,概 述,4. 內(nèi)支撐體系的組成,圍檁、水平支撐、鋼立柱和立柱樁是內(nèi)支撐體系的基本構(gòu)件。,圍檁,水平支撐,立柱,概 述,概 述,地鐵站施工，深基坑支護采用鉆孔灌注樁鋼管內(nèi)撐支護方案。,鋼筋混凝土壓頂梁,第一道鋼管內(nèi)撐,鉆孔灌注樁排樁,粉沙土,型鋼腰梁,圍檁,圍檁是協(xié)調(diào)支撐和圍護墻結(jié)構(gòu)間受力與變形的重要受力構(gòu)件，其可加強圍護墻的整體性，并將其所受的水平力傳遞給支撐構(gòu)件，因此要求具有較好的自身剛度和較小的垂直位移。首道支撐的圍檁應(yīng)盡量兼作為圍護墻的圈梁。必要時可將圍護墻墻頂標(biāo)高落低，如首道支撐體系的圍檁不能兼作為圈梁時，應(yīng)另外設(shè)置圍護墻頂圈梁。圈梁作用可將離散

20、的鉆孔灌注圍護樁、地下連續(xù)墻等圍護墻連接起來，加強了圍護墻的整體性，對減少圍護墻頂部位移有利。,概 述,水平支撐,水平支撐是平衡圍護墻外側(cè)水平作用力的主要構(gòu)件，要求傳力直接、平面剛度好而且分布均勻。,豎向支撐,鋼立柱及立柱樁的作用是保證水平支撐的縱向穩(wěn)定，加強支撐體系的空間剛度和承受水平支撐傳來的豎向荷載，要求具有較好自身剛度和較小垂直位移。,概 述,5. 內(nèi)支撐體系,單層或多層平面支撐體系 平面支撐體系可以直接平衡支撐兩端圍護墻上所收到的側(cè)壓力，其構(gòu)造簡單，受力明確，使用范圍廣。但當(dāng)支撐長度較大時，應(yīng)考慮支撐自身的彈性壓縮以及溫度應(yīng)力等因素對基坑位移的影響。 豎向斜撐體系 豎向斜撐體系的作用

21、是將圍護墻所受的水平力通過斜撐傳到基坑中部先澆筑好的斜撐基礎(chǔ)上。對于平面尺寸較大，形狀不很規(guī)則的基坑，采用斜支撐體系施工比較方便，也可大幅節(jié)省支撐材料。但墻體位移受到基坑周邊土坡變形、斜撐彈性壓縮以及斜撐基礎(chǔ)變形等多種因素的影響，在設(shè)計計算時應(yīng)給予合理考慮。此外，土方施工和支撐安裝應(yīng)保證對稱性。,概 述,概 述,多層平面支撐體系,概 述,豎向斜撐體系,6. 支撐材料,支撐材料可以采用鋼或混凝土，也可以根據(jù)實際情況采用鋼-混凝土組合的支撐形式。 鋼支撐 鋼結(jié)構(gòu)支撐除了自重輕、安裝和拆除方便、施工速度快以及可以重復(fù)使用等優(yōu)點外，安裝后能立即發(fā)揮支撐作用，對減少由于時間效應(yīng)而增加的基坑位移，是十分有

22、效的。因此如有條件應(yīng)優(yōu)先采用鋼結(jié)構(gòu)支撐。 鋼支撐的節(jié)點構(gòu)造和安裝相對比較復(fù)雜，如處理不當(dāng)，會由于節(jié)點的變形或節(jié)點傳力的不直接而引起基坑過大的位移。因此，提高節(jié)點的整體性和施工技術(shù)水平是至關(guān)重要的。,概 述,概 述,概 述,鋼支撐,概 述,鋼支撐,概 述,鋼支撐,概 述,鋼支撐,概 述,鋼支撐,概 述,混凝土支撐 現(xiàn)澆混凝土支撐由于其剛度大，整體性好，可以采取靈活的布置方式適應(yīng)于不同形狀的基坑，而且不會因節(jié)點松動而引起基坑的位移，施工質(zhì)量相對容易得到保證，所以使用面也較廣。但是混凝土支撐在現(xiàn)場需要較長的制作和養(yǎng)護時間，制作后不能立即發(fā)揮支撐作用，需要達到一定的強度后，才能進行其下土方作業(yè)，施工周

23、期相對較長。同時，混凝土支撐采用爆破方法拆除時，對周圍環(huán)境（包括震動、噪音和城市交通等）也有一定的影響，爆破后的清理工作量也很大，支撐材料不能重復(fù)利用。因此，提高混凝土的早期強度，提高材料的經(jīng)濟性，研究和采用裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土支撐結(jié)構(gòu)是今后值得研究的課題。,概 述,混凝土支撐,概 述,混凝土支撐,概 述,混凝土支撐,概 述,混凝土支撐,概 述,混凝土支撐,概 述,概 述,概 述,鋼-混凝土組合支撐,概 述,鋼-混凝土組合支撐,概 述,鋼-混凝土組合支撐,概 述,鋼-混凝土組合支撐,概 述,支撐系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)包含支撐材料的選擇、結(jié)構(gòu)體系的布置、支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形計算、支撐構(gòu)件的強度和穩(wěn)定性計算、支

24、撐構(gòu)件的節(jié)點設(shè)計以及支撐結(jié)構(gòu)的安裝和拆除。,支撐系統(tǒng)的設(shè)計,設(shè)計原則 1.1 基坑工程的分級,支撐系統(tǒng)的設(shè)計,設(shè)計原則 1.2 支護結(jié)構(gòu)極限狀態(tài),基坑支護結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)分為下列兩類： 1、承載能力極限狀態(tài) 對應(yīng)于支護結(jié)構(gòu)達到最大承載能力或基坑底失穩(wěn)、管涌導(dǎo)致土體或支護結(jié)構(gòu)破壞； 2、正常使用極限狀態(tài) 對應(yīng)于支護結(jié)構(gòu)的變形已破壞基坑周邊的平衡狀態(tài)并產(chǎn)生了不良影響。,支撐系統(tǒng)的設(shè)計,設(shè)計原則 1.3 支護結(jié)構(gòu)計算內(nèi)容,支護結(jié)構(gòu)均應(yīng)進行承載能力極限狀態(tài)的計算。 對有位移控制要求的工程應(yīng)進行支護結(jié)構(gòu)的位移計算。,支撐系統(tǒng)的設(shè)計,設(shè)計原則 1.4 支護結(jié)構(gòu)設(shè)計荷載,支撐系統(tǒng)的設(shè)計,工況1,工況2,工況3,

25、工況4,工況5,工況6,設(shè)計原則 1.5 支護結(jié)構(gòu)設(shè)計工況,支撐系統(tǒng)的設(shè)計,設(shè)計時要按照上述工況進行分別驗算，施工時要嚴(yán)格按照設(shè)計規(guī)定的程序?qū)嵤拍鼙ＷC圍護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和控制變形。在平面上按設(shè)定的挖土與設(shè)置支撐流程由一側(cè)向另一側(cè)推進，也可以由中部向兩側(cè)推進，但每一層作業(yè)作為一個工況考慮進行計算，忽略平面上流程的時間差對圍護結(jié)構(gòu)受力的影響。,支撐系統(tǒng)的設(shè)計,2. 設(shè)計方案選擇 2.1 設(shè)計方案選擇依據(jù),基坑開挖深度； 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)； 基坑等級（鄰近環(huán)境）； 土方開挖方法； 地下水處理； 支護工程造價。,支撐系統(tǒng)的設(shè)計,2. 設(shè)計方案選擇 2.2 基坑變形控制標(biāo)準(zhǔn),h 基坑開挖深度,支撐系

26、統(tǒng)的設(shè)計,2. 設(shè)計方案選擇 2.3 不同開挖深度的方案選擇,h3 m (半地下室),支撐系統(tǒng)的設(shè)計,h = 3-6m (一層地下室),支撐系統(tǒng)的設(shè)計,h = 6-9m (一-二層地下室),支撐系統(tǒng)的設(shè)計,h = 9-12m (二-三層地下室),支撐系統(tǒng)的設(shè)計,h 12m (三層以上地下室),支撐系統(tǒng)的設(shè)計,3. 水平支撐系統(tǒng)平面布置原則,水平支撐系統(tǒng)中內(nèi)支撐與圍檁必須形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)體系，有可靠的連接，滿足承載力、變形和穩(wěn)定性要求。支撐系統(tǒng)的平面布置形式眾多，從技術(shù)上，同樣的基坑工程采用多種支撐平面布置形式均是可行的，但科學(xué)、合理的支撐布置形式應(yīng)是兼顧了基坑工程特點、主體地下結(jié)構(gòu)布置以及周邊環(huán)

27、境的保護要求和經(jīng)濟性等綜合因素的和諧統(tǒng)一。通常情況下可采用以下方式： 考慮因素：基坑工程特點、主體地下結(jié)構(gòu)布置、周邊環(huán)境的保護要求、經(jīng)濟性等,支撐系統(tǒng)的設(shè)計,1）長條形基坑工程中，可設(shè)置以短邊方向的對撐體系，兩端可設(shè)置水平角撐體系。 短邊方向的對撐體系可根據(jù)基坑短邊的長度、土方開挖、工期等要求采用鋼支撐或者混凝土支撐，兩端的角撐體系從基坑工程的穩(wěn)定性以及控制變形角度上，宜采用混凝土支撐的形式。,支撐系統(tǒng)的設(shè)計,已實施完畢的上海浦東恒大小區(qū)基坑工程，基坑形狀呈狹長的手槍狀，基坑?xùn)|西方向長度較長約為240m，西側(cè)南北方向長度約為43m，東側(cè)南北方向長度約為83m。綜合考慮工程周邊環(huán)境、基坑面積及形

28、狀、基坑開挖深度以及工期等因素，支撐系統(tǒng)采用了鋼和混凝土組合支撐的形式，東側(cè)基坑角撐結(jié)合對撐的混凝土支撐形式，西側(cè)基坑采用角部混凝土支撐，短邊設(shè)置鋼支撐對撐的形式。,例如：,支撐系統(tǒng)的設(shè)計,恒大小區(qū)基坑支撐平面布置圖,支撐系統(tǒng)的設(shè)計,恒大小區(qū)東側(cè)混凝土支撐實景,恒大小區(qū)西側(cè)混凝土支撐實景,支撐系統(tǒng)的設(shè)計,2）當(dāng)基坑周邊緊鄰保護要求較高建（構(gòu)）筑物、地鐵車站或隧道，對基坑工程的變形控制要求較為嚴(yán)格時，或者基坑面積較小、兩個方向的平面尺寸大致時，或者基坑形狀不規(guī)則，其他形式的支撐布置有較大難度時，宜采用相互正交的對撐布置方式。 該布置型式的支撐系統(tǒng)具有支撐剛度大、傳力直接以及受力清楚的特點，適合在

29、變形控制要求高的基坑工程中應(yīng)用。,支撐系統(tǒng)的設(shè)計,上海解放日報新聞業(yè)務(wù)樓基坑地處上海市黃浦區(qū)中心位置，基坑形狀呈不規(guī)則矩形，基坑面積較小約為2300m2，開挖深度約為12m，基坑?xùn)|側(cè)緊鄰一高層建筑物，根據(jù)本基坑的面積、形狀以及周圍的環(huán)境特點，采用了抗側(cè)剛度大、可適應(yīng)不規(guī)則形狀的十字正交布置形式的鋼筋混凝土支撐形式。,例如：,支撐系統(tǒng)的設(shè)計,上海解放日報新聞業(yè)務(wù)樓基坑支撐平面,支撐系統(tǒng)的設(shè)計,3）當(dāng)基坑面積較大，平面形狀不規(guī)則時，同時在支撐平面中需要留設(shè)較大作業(yè)空間時，宜采用角部設(shè)置角撐、長邊設(shè)置沿短邊方向的對撐結(jié)合邊桁架的支撐體系。 該類型支撐體系由于具有較好的控制變形能力、大面積無支撐的出土

30、作業(yè)面以及可適應(yīng)各種形狀的基坑工程，同時由于支撐系統(tǒng)中對撐、各榀對撐之間具有較強的受力上的獨立性，易于實現(xiàn)土方上的流水化施工，此外還具有較好的經(jīng)濟性。因此幾乎成為上海等軟土地區(qū)首選的支撐平面布置形式，近年來得到極為廣泛的應(yīng)用。,支撐系統(tǒng)的設(shè)計,上海虹橋綜合交通樞紐工程東交通中心、磁懸浮基坑工程面積巨大，地下二層區(qū)域長約404m，寬約77136m，基坑開挖深度約1825m，基坑形狀呈不規(guī)則長方形。根據(jù)基坑形狀的特點，采用了兩端角撐中部對撐的支撐布置形式，該布置形式的支撐為流水化施工支撐和土方開挖創(chuàng)造了條件，從而大大加快了基坑工程的施工速度和縮短了施工工期。,例如：,支撐系統(tǒng)的設(shè)計,上海虹橋綜合交

31、通樞紐工程基坑支撐平面布置,支撐系統(tǒng)的設(shè)計,上海虹橋綜合交通樞紐工程基坑支撐實景,支撐系統(tǒng)的設(shè)計,4）基坑平面為規(guī)則的方形、圓形或者平面雖不規(guī)則但基坑兩個方向的平面尺寸大致相等，或者是為了完全避讓塔樓框架柱、剪力墻等豎向結(jié)構(gòu)以方便施工、加快塔樓施工工期，尤其是當(dāng)塔樓豎向結(jié)構(gòu)采用勁性構(gòu)件時，臨時支撐平面應(yīng)錯開塔樓豎向結(jié)構(gòu)，以利于塔樓豎向結(jié)構(gòu)的施工，可采用單圓環(huán)形支撐甚至多圓環(huán)形支撐布置方式。,支撐系統(tǒng)的設(shè)計,天津響螺灣中鋼大廈項目位于天津市響螺灣地區(qū)，基坑開挖深度達到1822m，基坑面積達到2萬m2，是當(dāng)?shù)匾?guī)模最大的基坑工程之一。根據(jù)圍護結(jié)構(gòu)受力計算的需要，本工程內(nèi)部需設(shè)置四道鋼筋混凝土支撐體系

32、。由于平面形狀不規(guī)則，采用較為傳統(tǒng)的角撐、對撐結(jié)合邊桁架布置，需要設(shè)置大量穿越基坑內(nèi)部的桿件，不利于土方的開挖和地下室結(jié)構(gòu)的的施工。因此結(jié)合本工程的平面形狀和塔樓的分布位置，采用雙半圓環(huán)的支撐平面布置體系。雙半圓環(huán)支撐形式的采用，基本上避開了整個塔樓區(qū)域的所有豎向構(gòu)件，基坑開挖到底后，完成基礎(chǔ)底板施工后，兩個主要的地面建筑即可在不拆撐的情況下向上施工主體結(jié)構(gòu)，加快整體工期進度。,例如：,支撐系統(tǒng)的設(shè)計,天津響螺灣中鋼大廈基坑支撐平面示意圖,支撐系統(tǒng)的設(shè)計,圓環(huán)形支撐形式的支撐桿件均采用鋼筋混凝土材料，在一定條件下也可采用組合結(jié)構(gòu)環(huán)形內(nèi)支撐的形式，該形式與鋼筋混凝土環(huán)形支撐基本相似，其根本區(qū)別在

33、于組合結(jié)構(gòu)環(huán)形內(nèi)支撐形式中，環(huán)形支撐由于需承受巨大的軸向壓力，因此采用鋼筋混凝土支撐材料，其余桿件承受的軸向壓力相對較小，采用施工速度快、可回收以及經(jīng)濟性較好的鋼結(jié)構(gòu)材料截面承載力也能滿足要求。 天津新華明珠深基坑支護工程采用組合結(jié)構(gòu)環(huán)形內(nèi)支撐的基坑工程實景，該基坑支撐采用鋼筋混凝土大圓環(huán)，圓環(huán)直徑68m，其余桿件均采用鋼結(jié)構(gòu)，實施效果良好。,支撐系統(tǒng)的設(shè)計,新華明珠基坑工程開挖全景,支撐系統(tǒng)的設(shè)計,5）基坑平面有向坑內(nèi)折角（陽角）時，陽角處的內(nèi)力比較復(fù)雜，是應(yīng)力集中的部分，稍有疏忽，最容易在該部分出現(xiàn)問題。 陽角的處理應(yīng)從多方面進行考慮，首先基坑平面的設(shè)計應(yīng)盡量避免出現(xiàn)陽角，當(dāng)不可避免時，需

34、作特別的加強，如在陽角的兩個方向上設(shè)置支撐點，或者可根據(jù)實際情況將該位置的支撐桿件設(shè)置現(xiàn)澆板，通過增設(shè)現(xiàn)澆板增強該區(qū)域的支撐剛度，控制該位置的變形。 無足夠的經(jīng)驗可借鑒時，最好對陽角處的坑外地基進行加固，提高坑外土體的強度，以減少圍護墻體的側(cè)向水土壓力。,支撐系統(tǒng)的設(shè)計,6）支撐結(jié)構(gòu)與主體地下結(jié)構(gòu)的施工期通常是錯開的，為了不影響主體地下結(jié)構(gòu)的施工，支撐系統(tǒng)平面布置時，支撐軸線應(yīng)盡量避開主體工程的柱網(wǎng)軸線，同時，避免出現(xiàn)整根支撐位于結(jié)構(gòu)剪力墻之上的情況，其目的是減小支撐體系對主體結(jié)構(gòu)施工時的影響。 另外，如主體地下結(jié)構(gòu)豎向結(jié)構(gòu)構(gòu)件采用內(nèi)插鋼骨的勁性結(jié)構(gòu)時，應(yīng)嚴(yán)格復(fù)核支撐的平面分布，確保支撐桿件完

35、全避讓勁性結(jié)構(gòu)。,支撐系統(tǒng)的設(shè)計,7）支撐桿件相鄰水平距離首先應(yīng)確保支撐系統(tǒng)整體變形和支撐構(gòu)件承載力在要求范圍之內(nèi)，其次應(yīng)滿足土方工程的施工要求。 當(dāng)支撐系統(tǒng)采用鋼筋混凝土圍檁時，沿著圍檁方向的支撐點間距不宜大于9m；采用鋼圍檁時，支撐點間距不宜大于4m；當(dāng)相鄰支撐之間的水平距離較大時，應(yīng)在支撐端部兩側(cè)與圍檁之間設(shè)置八字撐，八字撐宜左右對稱，與圍檁的夾角不宜大于60 度。,支撐系統(tǒng)的設(shè)計,4. 水平支撐系統(tǒng)豎向布置原則,在基坑豎向平面內(nèi)需要布置的水平支撐的數(shù)量，主要根據(jù)基坑圍護墻的承載力和變形控制計算確定，同時應(yīng)滿足土方開挖的施工要求。基坑豎向支撐的數(shù)量主要受土層地質(zhì)特性以及周圍環(huán)境保護要求的

36、影響。基坑面積、開挖深度、圍護墻設(shè)計以及周圍環(huán)境等條件都相同的條件下，不同地區(qū)不同土層地質(zhì)特性情況下，支撐的數(shù)量區(qū)別是十分顯著的，如開挖深度15m的基坑工程，在北方等硬土地區(qū)也許無需設(shè)置內(nèi)支撐，僅在坑外設(shè)置幾道錨桿即可滿足要求，而在沿海軟土地區(qū)，則可能需要設(shè)置三四道水平支撐；另外即使在土層地質(zhì)一致的地區(qū)，當(dāng)周圍環(huán)境保護要求有較大的區(qū)別時，支撐道數(shù)也是相差較大的。 一般情況下，支撐系統(tǒng)豎向布置可按如下原則進行確定：,支撐系統(tǒng)的設(shè)計,1）在豎向平面內(nèi)，水平支撐的層數(shù)應(yīng)根據(jù)基坑開挖深度、土方工程施工、圍護結(jié)構(gòu)類型及工程經(jīng)驗，有圍護結(jié)構(gòu)的計算工況確定。 2）上、下各層水平支撐的軸線應(yīng)盡量布置在同一豎向

37、平面內(nèi)，主要目的是為了便于基坑土方的開挖，同時也能保證各層水平支撐共用豎向支承立柱系統(tǒng)。此外，相鄰水平支撐的凈距不宜小于3m，當(dāng)采用機械下坑開挖及運輸時應(yīng)根據(jù)機械的操作所需空間要求適當(dāng)放大。 3）各層水平支撐與圍檁的軸線標(biāo)高應(yīng)在同一平面上，且設(shè)定的各層水平支撐的標(biāo)高不得妨礙主體工程施工。水平支撐構(gòu)件與地下結(jié)構(gòu)樓板間的凈距不宜小于300mm；與基礎(chǔ)底板間凈距不小于600mm，且應(yīng)滿足墻、柱豎向結(jié)構(gòu)構(gòu)件的插筋高度要求。,支撐系統(tǒng)的設(shè)計,4）首道水平支撐和圍檁的布置宜盡量與圍護墻結(jié)構(gòu)的頂圈梁相結(jié)合。在環(huán)境條件容許時，可盡量降低首道支撐標(biāo)高。 基坑設(shè)置多道支撐時，最下道支撐的布置在不影響主體結(jié)構(gòu)施工和

38、土方開挖條件下，宜盡量降低。 當(dāng)基礎(chǔ)底板的厚度較大，且征得主體結(jié)構(gòu)設(shè)計認(rèn)可時，也可將最下道支撐留置在主體基礎(chǔ)底板內(nèi)。,支撐系統(tǒng)的設(shè)計,5. 豎向斜撐的布置,豎向斜撐體系一般較多的應(yīng)用在開挖深度較小、面積巨大的基坑工程中。豎向斜撐體系一般由斜撐、壓頂圈梁和斜撐基礎(chǔ)等構(gòu)件組成，斜撐一般投影長度大于15m 時應(yīng)在其中部設(shè)置立柱。 斜撐一般采用鋼管支撐或者型鋼支撐，鋼管支撐一般采用60916，型鋼支撐一般采用H700300、H500300以及H400400，斜撐坡率不宜大于1：2，并應(yīng)盡量與基坑內(nèi)土堤的穩(wěn)定邊坡坡率相一致，同時斜撐基礎(chǔ)與圍護墻之間的水平距離也不宜小于圍護墻插入深度的1.5倍，斜撐與圍檁

39、及斜撐與基礎(chǔ)之間的連接，以及圍檁與圍護墻之間的連接應(yīng)滿足斜撐的水平分力和豎向分力的傳遞要求。,支撐系統(tǒng)的設(shè)計,采用豎向斜撐體系的基坑，在基坑中部的土方開挖后和斜撐未形成前，基坑變形取決于圍護墻內(nèi)側(cè)預(yù)留的土堤對墻體所提供的被動抗力，因此保持土堤邊坡的穩(wěn)定至關(guān)重要，必須通過計算確定可靠的安全儲備。,支撐系統(tǒng)的設(shè)計,6. 支撐節(jié)點構(gòu)造,支撐結(jié)構(gòu)，特別是鋼支撐的整體剛度更依賴構(gòu)件之間的合理連接構(gòu)造。 支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計，除確定構(gòu)件截面外，須重視節(jié)點的構(gòu)造設(shè)計。,支撐系統(tǒng)的設(shè)計,6. 支撐節(jié)點構(gòu)造 6.1 鋼支撐長度拼接,鋼結(jié)構(gòu)支撐構(gòu)件的拼接應(yīng)滿足截面等強度的要求。常用的連接方式有焊接和螺栓連接。螺栓連接施

40、工方便但整體性不如焊接，為減少節(jié)點變形，宜采用高強螺栓。構(gòu)件在基坑內(nèi)的接長，由于焊接條件差，焊縫質(zhì)量不易保證，通常采用螺栓連接。,支撐系統(tǒng)的設(shè)計,型鋼支撐的長度拼接,螺栓連接,焊 接,支撐系統(tǒng)的設(shè)計,鋼腰梁在基坑內(nèi)的拼接點由于受操作條件限制不易做好，尤其在靠圍護墻一側(cè)的翼緣連接板較難施工，影響整體性能。設(shè)計時應(yīng)將接頭設(shè)置在截面彎矩較小的部位，并應(yīng)盡可能加大坑內(nèi)安裝段的長度，以減少安裝節(jié)點的數(shù)量。,鋼管支撐的長度拼接,螺栓連接,焊 接,支撐系統(tǒng)的設(shè)計,6. 支撐節(jié)點構(gòu)造 6.2 兩個方向鋼支撐連接,縱橫向支撐采用重迭連接，雖然施工安裝方便，但支撐結(jié)構(gòu)整體性差，應(yīng)盡量避免采用。當(dāng)縱橫向支撐采用重迭

41、連接時，則相應(yīng)的圍檁在基坑轉(zhuǎn)角處不在同一平面相交，此時應(yīng)在轉(zhuǎn)角處的圍檁端部采取加強的構(gòu)造措施，以防止兩個方向上圍檁的端部產(chǎn)生懸臂受力狀態(tài)。 縱橫向支撐應(yīng)盡可能設(shè)置在同一標(biāo)高上，采用定型的十字節(jié)點連接。這種連接方式整體性好，節(jié)點比較可靠。節(jié)點可以采用特制的“十”及“井”字接頭，縱橫管都與“十”字或“井”字接頭連接，使縱橫鋼管處于同一平面內(nèi)。后者可以使鋼管形成一個平面框架，剛度大，受力性能好。,支撐系統(tǒng)的設(shè)計,“十”字接頭圖,“井”字接頭圖,支撐系統(tǒng)的設(shè)計,6. 支撐節(jié)點構(gòu)造 6.3 鋼支撐端部預(yù)應(yīng)力活絡(luò)頭構(gòu)造,鋼支撐的端部，考慮預(yù)應(yīng)力施加的需要，一般均設(shè)置為活絡(luò)端，待預(yù)應(yīng)力施加完畢后固定活絡(luò)端，

42、且一般配與琵琶撐。除了活絡(luò)端設(shè)置在鋼支撐端部外，還可以采用螺旋千斤頂?shù)仍O(shè)備設(shè)置在支撐的中部。由于支撐加工及生產(chǎn)廠家不同，目前投入基坑工程使用的活絡(luò)端有以下兩種形式，一種為契型活絡(luò)端、一種為箱體活絡(luò)端。 鋼管支撐為了施加預(yù)應(yīng)力常設(shè)計一個預(yù)應(yīng)力施加活絡(luò)頭子，并采用單面施加的方法進行。由于預(yù)應(yīng)力施工后會產(chǎn)生各種預(yù)應(yīng)力損失（詳見預(yù)應(yīng)力相關(guān)規(guī)范），基坑開挖變形后預(yù)應(yīng)力也會發(fā)生損失，為了保證預(yù)應(yīng)力的強度，當(dāng)發(fā)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力損失達到一定程度時須及時進行補充，復(fù)加預(yù)應(yīng)力。,支撐系統(tǒng)的設(shè)計,楔形活絡(luò)端,預(yù)應(yīng)力箱體,支撐系統(tǒng)的設(shè)計,6. 支撐節(jié)點構(gòu)造 6.4 鋼支撐與鋼腰梁斜交處抗剪連接節(jié)點,由于圍護墻表面通常不十分平

43、整，尤其是鉆孔灌注樁墻體，為使鋼圍檁與圍護墻接合得緊密，防止鋼圍檁截面產(chǎn)生扭曲，在鋼圍檁與圍護墻之間采用細石混凝土填實，如二者之間縫寬較大時，為了防止所填充的混凝土脫落，縫內(nèi)宜放置鋼筋網(wǎng)。當(dāng)支撐與圍檁斜交時，為傳遞沿圍檁方向的水平分力，在圍檁與圍護墻之間需設(shè)置剪力傳遞裝置。對于地下連續(xù)墻可通過預(yù)埋鋼板，對于鉆孔灌注樁可通過鋼圍檁的抗剪焊接件。,支撐系統(tǒng)的設(shè)計,1-鋼支撐；2-鋼腰梁；3-圍護墻；4-剪力塊；5-填嵌混凝土,鋼支撐與腰梁斜交時連接,支撐系統(tǒng)的設(shè)計,6. 支撐節(jié)點構(gòu)造 6.5 支撐與混凝土腰梁斜交處抗剪連接節(jié)點,通常情況下，圍護墻與混凝土圍檁之間的結(jié)合面不考慮傳遞水平剪力。當(dāng)基坑形

44、狀比較復(fù)雜，支撐采用斜交布置時，特別是當(dāng)支撐采用大角撐的布置形式時，由于角撐的數(shù)量多，沿著圍檁長度方向需傳遞十分巨大的水平力，此時如圍護墻與圍檁之間應(yīng)設(shè)置抗剪件和剪力槽，以確保圍檁與圍護墻能形成整體連接，二者接合面能承受剪力，可使得圍護墻也能參與承受部分水平力，既可改善圍檁的受力狀態(tài)、又可減少整體支撐體系的變形。 圍護墻與圍檁結(jié)合面的墻體上設(shè)置的抗剪件一般可采用預(yù)埋插筋，或者預(yù)埋埋件，開挖后焊接抗剪件，預(yù)留的剪力槽可間隔抗剪件布置，其高度一般與圍檁截面相同，間距150200mm，槽深5070mm。,支撐系統(tǒng)的設(shè)計,1-支撐；2-腰梁；3-地下連續(xù)墻；4-預(yù)留受剪鋼筋；5-預(yù)留剪力槽,支撐與混凝

45、土腰梁斜交時連接,支撐系統(tǒng)的設(shè)計,1. 水平支撐系統(tǒng)計算方法,水平支撐系統(tǒng)計算可分為在土壓力水平力作用下的水平支撐計算和豎向力作用下的水平支撐計算。 現(xiàn)階段的計算手段已可實現(xiàn)將圍護體、內(nèi)支撐以及立柱作為一個整體采用空間模型進行分析，支撐構(gòu)件的內(nèi)力和變形可以直接根據(jù)其靜力計算結(jié)果確定即可，但空間計算模型其實用程度上存在若干不足，因此現(xiàn)階段絕大部分內(nèi)支撐系統(tǒng)均采用相對簡便的平面計算模型進行分析，當(dāng)采用平面計算模型進行分析時，水平支撐計算應(yīng)分別進行水平力作用和豎向力作用下的計算。,水平支撐的計算方法,1. 水平支撐系統(tǒng)計算方法 1.1 水平力作用下水平支撐的計算方法,1)支撐平面有限元計算方法 水平

46、支撐系統(tǒng)平面內(nèi)的內(nèi)力和變形計算方法一般是將支撐結(jié)構(gòu)從整個支護結(jié)構(gòu)體系中截離出來，此時內(nèi)支撐（包括圍檁和支撐桿件）形成一自身平衡的封閉體系，該體系在土壓力作用下的受力特性可采用桿系有限元進行計算分析，進行分析時，為限制整個結(jié)構(gòu)的剛體位移，必須在周邊的圍檁上添加適當(dāng)?shù)募s束，一般可考慮在結(jié)構(gòu)上施加不相交于一點的三個約束鏈桿，形成靜定約束結(jié)構(gòu)，此時約束鏈桿不產(chǎn)生反力，可保證分析得到的結(jié)果與不添加約束鏈桿時得到的結(jié)果一致。,水平支撐的計算方法,內(nèi)支撐平面模型以及約束條件確定之后，將由平面豎向彈性地基梁法（如圖）或平面連續(xù)介質(zhì)有限元方法得到的彈性支座的反力作用在平面桿系結(jié)構(gòu)之上，采用空間桿系有限元的方法即

47、可求得土壓力作用下的各支撐桿件的內(nèi)力和位移。,水平支撐的計算方法,平面豎向彈性地基梁法計算簡圖,平面連續(xù)介質(zhì)有限元法計算模型,水平支撐的計算方法,KB內(nèi)支撐的壓縮彈簧系數(shù)（kN/m2）； 與支撐松弛有關(guān)的折減系數(shù)，一般取0.51.0；混凝土支撐與鋼支撐施加預(yù)壓力時，取1.0； E支撐結(jié)構(gòu)材料的彈性模量（kN/m2）； A支撐構(gòu)件的截面積（m2）； l支撐的計算長度（m）； S支撐的水平間距（m）。,采用平面豎向彈性地基梁法或平面連續(xù)介質(zhì)有限元法時需先確定彈性支座的剛度，對于形狀比較規(guī)則的基坑，并采用十字正交對撐的內(nèi)支撐體系，支撐剛度可根據(jù)支撐體系的布置和支撐構(gòu)件的材質(zhì)與軸向剛度等條件按如下計算

48、公式確定。,水平支撐的計算方法,在求得彈性支座的反力之后，可將該水平力作用在平面桿系結(jié)構(gòu)之上，采用有限元方法計算得到各支撐桿件的內(nèi)力和變形，也可采用簡化分析方法，如支撐軸向力，按圍護墻沿圍檁長度方向的水平反力乘以支撐中心距計算，混凝土圍檁則可按多跨連續(xù)梁計算，計算跨度取相鄰支撐點的中心距。鋼圍檁的內(nèi)力和變形宜按簡支梁計算，計算跨度取相鄰水平支撐的中心距。,水平支撐的計算方法,對于較為復(fù)雜的支撐體系，難以直接根據(jù)以上公式確定彈性支撐的剛度，且彈性支撐剛度會隨著周邊節(jié)點位置的變化而變化。這里介紹一種較為簡單的處理方法，即在水平支撐的圍檁上施加與圍檁相垂直的單位分布荷載p=1kN/m，求得圍檁上各結(jié)

49、點的平均位移（與圍檁方相垂直的位移），則彈性支座的剛度為： 需指出的是，上式反映的是水平支撐系統(tǒng)的一個平均支撐剛度。,水平支撐的計算方法,1. 水平支撐系統(tǒng)計算方法 1.1 水平力作用下水平支撐的計算方法,2)支撐三維計算方法 一般情況下，基坑外側(cè)的超載、水土壓力等側(cè)向水平力通過圍護體，將全部由坑內(nèi)的內(nèi)支撐系統(tǒng)進行平衡，圍護體僅起到擋土、止水以及將水平力通過豎向抗彎的方式全部傳遞給內(nèi)支撐，并不參與坑外水平力的分擔(dān)。 當(dāng)基坑形狀具有較強的空間效應(yīng)時，比如拱形、圓形情況或者基坑角部區(qū)域，圍護體還將同時承受部分坑外水平力，在該情況下如按照上述計算方法對內(nèi)支撐進行內(nèi)力和變形進行計算分析，將高估了內(nèi)支撐

50、實際的內(nèi)力和變形，造成不必要的浪費，此時應(yīng)采用能考慮空間效應(yīng)的空間計算模型。,水平支撐的計算方法,空間彈性地基板法的求解可采用通用有限元軟件，一般可先通過有限元軟件自帶的前處理模塊或其它有限元前處理軟件建立考慮圍護結(jié)構(gòu)、水平支撐體系和豎向支承系統(tǒng)共同作用的三維有限元模型，模型需綜合考慮結(jié)構(gòu)的分布、開挖的順序等，然后用有限元程序分步求解。 下圖為基坑工程三維計算模型圖。,水平支撐的計算方法,基坑工程三維計算模型,水平支撐的計算方法,一般情況下，基坑外側(cè)的超載、水土壓力等側(cè)向水平力通過圍護體，將全部由坑內(nèi)的內(nèi)支撐系統(tǒng)進行平衡，圍護體僅起到擋土、止水以及將水平力通過豎向抗彎的方式全部傳遞給內(nèi)支撐，并

51、不參與坑外水平力的分擔(dān)。 當(dāng)基坑形狀具有較強的空間效應(yīng)時，比如拱形、圓形情況或者基坑角部區(qū)域，圍護體還將同時承受部分坑外水平力，在該情況下如按照上述計算方法對內(nèi)支撐進行內(nèi)力和變形進行計算分析，將高估了內(nèi)支撐實際的內(nèi)力和變形，造成不必要的浪費，此時應(yīng)采用能考慮空間效應(yīng)的空間計算模型。 空間彈性地基板法的求解可采用通用有限元軟件，一般可先通過有限元軟件自帶的前處理模塊或其它有限元前處理軟件建立考慮圍護結(jié)構(gòu)、水平支撐體系和豎向支承系統(tǒng)共同作用的三維有限元模型，模型需綜合考慮結(jié)構(gòu)的分布、開挖的順序等，然后用有限元程序分步求解。,水平支撐的計算方法,1. 水平支撐系統(tǒng)計算方法 1.1 水平力作用下水平支

52、撐的計算方法,3)計算實例 以下對某基坑項目的支撐系統(tǒng)采用平面有限元計算方法分析過程進行說明，該項目基坑面積約6500m2，開挖深度約16.4m，基坑圍護體采用鉆孔灌注樁結(jié)合攪拌樁止水帷幕作為圍護體，基坑豎向設(shè)置三道鋼筋混凝土支撐，支撐采用圓環(huán)支撐平面布置形式，平面簡圖如下圖所示：,水平支撐的計算方法,支撐平面布置圖,支撐平面計算簡圖,水平支撐的計算方法,支撐信息一覽表,水平支撐的計算方法,支撐信息一覽表,a）確定支撐系統(tǒng)剛度 建立三道鋼筋混凝土支撐系統(tǒng)的計算簡圖，如圖所示，其后分別沿著圍檁作用垂直向的單位分布荷載p=1kN/m，進而求得三道支撐系統(tǒng)在單位分布荷載作用下的平均位移以及支撐系統(tǒng)剛

53、度K。,水平支撐的計算方法,b）計算支撐支座反力 根據(jù)以上通過計算確定的支撐剛度，采用豎向彈性地基梁法求得第一三道支撐系統(tǒng)的支撐反力，具體如圖所示。,支撐反力計算結(jié)果圖,水平支撐的計算方法,c）計算支撐系統(tǒng)的變形和內(nèi)力 根據(jù)上圖可知，第一道支撐水平荷載為314kN/m，第二道支撐水平荷載為1076.1kN/m，第三道支撐水平荷載為536.3kN/m，將三道支撐的水平荷載分別施加在圍檁上，求得三道支撐系統(tǒng)的變形和內(nèi)力。,水平支撐的計算方法,支撐變形結(jié)果圖,支撐軸力計算結(jié)果圖,水平支撐的計算方法,1. 水平支撐系統(tǒng)計算方法 1.2 豎向力作用下水平支撐的計算方法,豎向力作用下，支撐的內(nèi)力和變形可近

54、似按單跨或多跨梁進行分析，其計算跨度取相鄰立柱中心距，荷載除了其自重之外還需考慮必要的支撐頂面如施工人員通道的施工活荷載。此外，基坑開挖施工過程中，基坑由于土體的大量卸荷會引起基坑回彈隆起，立柱也將隨之發(fā)生隆起，立柱間隆沉量存在差異時，也會對支撐產(chǎn)生次應(yīng)力，因此在進行豎向力作用下的水平支撐計算時，應(yīng)適當(dāng)考慮立柱樁存在差異沉降的因素予以適當(dāng)?shù)脑鰪姟?水平支撐的計算方法,2. 支撐系統(tǒng)設(shè)計計算要點,支撐結(jié)構(gòu)上的主要作用力是由圍護墻傳來的水、土壓力和坑外地表荷載所產(chǎn)生的側(cè)壓力。支撐系統(tǒng)的整體分析方法在上一節(jié)中已作了專門的說明，本節(jié)關(guān)注的支撐體系的設(shè)計計算更傾向于支撐構(gòu)件的強度、穩(wěn)定性以及節(jié)點構(gòu)造等方

55、面內(nèi)容，主要有如下幾個方面的內(nèi)容：,水平支撐的計算方法,1）支撐承受的豎向荷載，一般只考慮結(jié)構(gòu)自重荷載和支撐頂面的施工活荷載，施工活荷載通常情況下取4kPa，主要是指施工期間支撐作為施工人員的通道，以及主體地下結(jié)構(gòu)施工時可能用作混凝土輸送管道的支架，不包括支撐上堆放施工材料和運行施工機械等情況。支撐系統(tǒng)上如需設(shè)置施工棧橋作為施工堆載平臺或施工機械的作業(yè)平臺時時應(yīng)進行專門設(shè)計。 2）圍檁與支撐采用鋼筋混凝土?xí)r，構(gòu)件節(jié)點宜采用整澆剛接。采用鋼圍檁時，安裝前應(yīng)在圍護墻上設(shè)置豎向牛腿。鋼圍檁與圍護墻間的安裝間隙應(yīng)采用C30細石混凝土填實。采用鋼筋混凝土圍檁，且與圍護墻和支撐構(gòu)件整體澆筑連接時，對計算支

56、座彎距可乘以調(diào)幅折減系數(shù)0.80.9，但跨中彎距相應(yīng)增加。鋼支撐構(gòu)件與圍檁斜交時，宜在圍檁上設(shè)置水平向牛腿。,水平支撐的計算方法,3）支撐結(jié)構(gòu)上的主要作用力是由圍護墻傳來的水、土壓力和坑外地表荷載所產(chǎn)生的側(cè)壓力。對于溫度變化和加在鋼支撐上的預(yù)壓力對支撐結(jié)構(gòu)的影響，由于目前對這類超靜定結(jié)構(gòu)所做的試驗研究較少，難以提出確切的設(shè)計計算方法。溫度變化的影響程度與支撐構(gòu)件的長度有較大關(guān)系，根據(jù)經(jīng)驗和實測資料，對長度超過40m的支撐宜考慮10%左右支撐內(nèi)力的變化影響。 4）支撐與圍檁體系中的主撐構(gòu)件長細比不宜大于75；聯(lián)系構(gòu)件的長細比不宜大于120。,水平支撐的計算方法,地下結(jié)構(gòu)施工階段，即基坑開挖至基底

57、之后地下結(jié)構(gòu)的回筑階段，該階段為不妨礙地下結(jié)構(gòu)的施工，將結(jié)合地下結(jié)構(gòu)的施工流程逐層的拆除臨時支撐，所謂換撐即指在該階段，通過利用回筑的地下結(jié)構(gòu)合理的設(shè)置換撐，調(diào)整基坑圍護體的支撐點，實現(xiàn)圍護體應(yīng)力的安全有序的調(diào)整、轉(zhuǎn)移和再分配，達到各個階段基坑變形的控制要求。,換撐設(shè)計,換撐的設(shè)計大體上可分成兩個部分的設(shè)計: 一、基坑圍護體與地下結(jié)構(gòu)外墻之間的換撐設(shè)計。 二、地下結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)開口、后澆帶等水平結(jié)構(gòu)不連續(xù)位置的換撐設(shè)計。,換撐設(shè)計,1. 圍護體與結(jié)構(gòu)外墻之間的換撐設(shè)計,當(dāng)基坑圍護體采用臨時圍護體時，由于圍護體與結(jié)構(gòu)外墻之間通常會留設(shè)不小于800mm的施工作業(yè)面，作為地下室外墻外防水的施工操作面，

58、地下結(jié)構(gòu)施工階段需對該施工空間進行換撐處理，該區(qū)域的換撐標(biāo)高應(yīng)分別對應(yīng)地下各層結(jié)構(gòu)平面標(biāo)高，以利于水平力的傳遞。,換撐設(shè)計,圍護體與結(jié)構(gòu)外墻之間的換撐設(shè)計 1.1 圍護體與基礎(chǔ)底板間換撐,基坑開挖至基底便進入地下結(jié)構(gòu)施工階段，基礎(chǔ)底板澆筑形成之后需拆除最下一道支撐，圍護體將形成從基底至上一道支撐較大的暴露跨度，如基礎(chǔ)底板未對其有效支撐作用，圍護體將發(fā)生較大的變形甚至引發(fā)安全問題，因此基礎(chǔ)底板施工時應(yīng)同時完成基坑周邊基礎(chǔ)底板與圍護體之間的換撐施工。 基礎(chǔ)底板周邊的換撐板帶為了施工上的便利，通常采用與基礎(chǔ)底板同等標(biāo)號的混凝土進行充填處理即可，由于僅起到了支擋圍護體的抗壓作用，無需對換撐板帶進行配筋

59、。為避免正常使用階段主體結(jié)構(gòu)與基坑周圍圍護體之間存在差異沉降對主體結(jié)構(gòu)造成不利影響，換撐與圍護體之間設(shè)置低壓縮性的隔離材料。,換撐設(shè)計,當(dāng)基礎(chǔ)底板厚度較厚時，如超過1000mm時，如在圍護體與基礎(chǔ)底板之間設(shè)置同厚的換撐，換撐混凝土量相當(dāng)可觀，換撐板帶的厚度通過計算滿足換撐傳力要求即可，其余部分可采用造價較低的磚模及回砂進行處理。當(dāng)然，如果圍護體與基礎(chǔ)底板之間距離較大時，采用素砼充填其間空檔混凝土工程量將過大，此種情況下，可沿圍護體設(shè)置一圈圍檁，之間設(shè)置間隔布置的臨時鋼或混凝土支撐，以減少換撐的工程量。 當(dāng)出現(xiàn)基礎(chǔ)底板完成，拆除最下道支撐后圍護體計算跨度過大，變形不能滿足計算要求的情況，可通過在基礎(chǔ)底板周邊設(shè)置上翻的換撐牛腿，換撐牛腿高于基礎(chǔ)底板面標(biāo)高一定距離，目的是縮短拆撐工況下的圍護體計算跨度和控制其變形。