一種基坑支護體系的拆撐設計與施工方法
2023-06-12 06:23:46
專利名稱：一種基坑支護體系的拆撐設計與施工方法
技術領域：
本發明涉及建築工程領域，具體涉及一種基坑支護體系的拆撐設計與施工方法。
背景技術：
基坑工程主要包括基坑支護體系設計、施工和監測，是一項綜合性很強的系統工 程。而基坑開挖勢必引起應力場的改變，導致周圍地層位移，對周圍建(構)築物和管線產 生影響，嚴重的將危及其正常使用或安全，為了避免這種情況，基坑支護體系對於基坑工程 而言具有十分重要的意義。深基坑支護中的內支撐主要有兩種形式，即平撐和斜撐。平撐目前被廣泛的應用， 但是由於平撐佔用了大量坑內空間，不利於挖土作業，同時提高了工程的成本。而基坑支 護外拉錨形式，其使用也越來越受到規劃紅線和周圍環境因素的制約，隨著基坑開挖的面 積和深度越來越大，平撐已很難滿足安全經濟的原則，而錨杆在建築物密集的市中心區域 又極易超越建築紅線，因此急需一種既安全經濟又能適應城市內緊湊環境下的基坑支護形 式。與平撐相比，斜撐具有工程量小、造價低、挖土方便、工期短等優點，更有利於對建築紅 線的控制和管理。因此在基坑支護中具有不可替代的作用和廣闊的應用前景。但目前常規 的斜撐拆除方法是等到先行施工地下結構並完成換撐後才可進行拆撐，這就不得不在地下 結構的外牆、樓板上因斜撐而留洞，從而增加了施工難度，影響了地下結構的施工速度、施 工質量和結構的整體性，也限制了斜撐支護體系的推廣應用。
發明內容
針對現有技術存在的諸多不足之處，本發明提供了一種斜撐拆除的方法，具體涉 及一種採用排樁斜撐的基坑支護方法，在具體使用時採用了「先拆後撐」分段拆除斜撐的方 式施工中先行分段拆除斜撐，然後分段施工地下結構，從而避免在地下結構上留洞，在發 揮斜撐支護體系優勢的同時，也克服了拆撐階段對地下結構施工的不利影響，由於採用了 考慮空間協同變形的最小勢能理論來計算分段拆除斜撐的長度，保證了施工的安全性，擴 大了斜撐在基坑支護中的應用。本發明所採用的具體技術方案是採用排樁斜撐的支護方法，在拆除斜撐時，採用 分段拆撐法，首先確定拆除的最大分段長度L，在確定L後首先拆除排樁間隔長度為L1內的 所有斜支撐，其中L1小於最大分段長度L，然後施工該段地下結構，同時在該L1內的區域建 立換撐，其中最大分段長度L需滿足下列條件(1)冠梁彎矩 冠梁剪力 式中Eg為冠梁的彈性模量，Igz為冠梁截面對ζ軸的慣性矩，δ工為斜撐壓縮量， S ο為支護單元中部冠梁的位移，[Mg]為冠梁拆撐期間的設計承載力控制值，[Vg]為冠梁拆撐期間的設計抗剪承載力控制值；(2)斜撐間的支護樁彎矩風艦=-^UqMJ 剪力義[⑴最大位移μζΜΧ = δ。彡[μζ]式中ΕΖ為頂部沒有斜撐支護樁的彈性模量，Izy為頂部沒有斜撐支護樁截面對y 軸的慣性矩，H為樁體長度，μ z為頂部帶支撐的支護樁坑底附近的位移，[MJ為設計支護樁 承載力控制值，[VJ為設計抗剪承載力控制值；(3)斜撐軸力=禪aL + 20釋冗-很-JTp)《[Fc][FJ為拆撐期間斜撐的軸力控制值，q為基坑後超載，Ka、Kp分別是主動土壓力系 數和被動土壓力係數，c為土體粘聚力，λ =h/H；(4)連接斜撐的支護樁 式中Ehz為頂部有斜撐支護樁的彈性模量，Ihzy為頂部有斜撐支護樁的截面對y軸 的慣性矩；H為樁體長度；a'、b'、c'、d'為土壓力和基坑深度的函數，土壓力為採用朗 肯土壓力模式，由最小勢能解理論得出；以上數值中，冠梁和樁體的E根據混凝土的強度等級確定；截面參數I可依據現場
所採用的冠梁或者排樁的實際截面計算得到，矩形截面1=^-，其中b為構件寬度，h為構件
高度；Ka、Kp、c根據地質勘察報告取值，q為基坑後超載，依據現場坑頂超載情況確定，S 0> μ ο可通過最小勢能理論求得。其中所述的(2)連接斜撐的支護樁彎矩計算中，所述的a 『、
『為土壓力和基坑深度的函數，具體如下 其中Υ為土體的加權平均重度；q為基坑後超載，Ka、Kp分別是主動土壓力係數和 被動土壓力係數，c為土體粘聚力，λ =h/H，F。為(3)中確定的斜撐軸力。而上述各式中提到的根據最小勢能論獲得的各值所述的
其中 式中s為排樁間距。同時滿足上述方程式的L既是最大分段長度。在滿足以上各式的要求後，依據基坑設計理論，即可保證排樁斜撐支護體系各構 件受力及變形在規範和承載力範圍之內，根據《建築基坑支護技術規程》JGJ120-99的要求， 排樁彎矩、剪力、冠梁的彎矩及斜撐內力的計算均滿足該規範中「基坑支護結構均應進行承 載能力極限狀態的計算」之規定；排樁的位移即滿足規範中「對於安全等級為一級及對支護 結構變形有限定的二級建築基坑側壁，尚應對支護結構變形進行驗算」之規定，實現安全施 工之目的，且大大節省了施工時間。待該段長度為L1的換撐完畢後再進行下段斜支撐的拆除，需要保證拆除排樁間隔 長度為Ltl內的所有斜撐時，L0與L1 一樣小於最大分段長度L。採用這種方式的設計與施工方法，排樁斜撐支護體系「先拆後撐」分段拆撐法充分 發揮排樁斜撐支護體系的空間整體協同作用，利用空間有限元分析拆撐過程，對應力進行安全有序的調整轉移和再分配，確定分段拆撐長度；施工中則是先行分段拆除斜撐，然後分 段施工地下結構，從而避免在地下結構上留洞，在發揮斜撐支護體系優勢的同時，也克服了 拆撐階段對地下結構施工的不利影響。
具體實施例方式實施例1 該基坑支護形式為排樁擋牆，內支撐形式為混凝土斜撐，排樁、冠梁和斜撐混凝 土強度為C40。支護樁直徑800mm，樁中心間距為1200mm，支護樁長22. lm。斜撐截面 1200mmX 800mm，共有174根，長度16m，冠梁截面1200mmX 1500mm。基坑開挖形式總體呈近 似矩形，平面尺寸東西長約353. OOm,南北寬約189. 0m。由於受建築紅線控制，周圍環境不 允許採用外拉錨形式。依據前述方法確定的Eg、Ehz 和 Ez 為 31500Mpa ；Igz 為 0. 216 X IO1W, Ihzy 和 Izy 為 0. 02X IO1W, H 為 22. lm, γ 為 18. 7KN/m3，q 為 20Kpa，爐為 16° , Ka = 0. 57，Kp = 1. 76，s 為1. 2M。各構件承載力值如下表 依據說明書中公開的4項計算方法，將以上的已知條件代入確定的最大分段長 度為45. 3m，斜撐總混凝土施工量2227m3，全部換撐工作完成共1個月的時間。拆撐過程 中基坑排樁新增位移7mm，排樁累積側向位移16mm，小於《建築基坑工程監測技術規範》 GB50497-2009的30mm的要求；內力等其餘各項監測項目均在規範報警值範圍之內。比較例類似實施例1中的工程坑深12m，長約353. OOm,南北寬約189. Om,方案一兩道混 凝土水平支撐，豎向間距6m，總混凝土施工量17841m3。方案二 兩道鋼支撐，由於基坑寬度 189m所以中間須架設18根立柱，鋼支撐施工量118根，長189πιΦ609016的鋼支撐，用鋼量 2. 6X 1010kg，可見建立水平支撐時，所需要的物料量均十分巨大，成本較高。該工程原拆撐設計方案為先行施工地下室結構，結構施工至士0. 00之後進行斜 撐的拆除工作，此方案須在地下室外牆留洞計174個，尺寸約1. 2mX 1. Om,中板留洞計174 個，尺寸約1.2mX 1.0m，從而造成後期補洞、鋼筋連接及節點防水等勞動量和材料的大量增 加；其中增加的工序及作業時間延長3個月左右，並嚴重影響地下室外牆的整體性，對留洞 位置的防滲和防水提出了更大的難題。由此可見由於採用我們的支護方法，使得上述的方法可以不再使用，既節省了成 本，又減少了後期拆撐時的難度。
權利要求
一種基坑支護體系的拆撐設計與施工方法，採用排樁斜撐的支護方法，在拆除斜撐時，採用分段拆撐法，首先確定拆除的最大分段長度L，在確定L後首先拆除排樁間隔長度為L1內的所有斜支撐，其中L1小於最大分段長度L，然後施工該段地下結構，同時在該L1內的區域建立換撐，其中最大分段長度L需滿足下列條件(1)冠梁彎矩 M gmax = E g I gz 0- 1 2 4 2 L2 [ M g] 冠梁剪力 V gmax = 4 2 E g I gz ( 0 - 1 ) L3 [ V g] 式中Eg為冠梁的彈性模量，Igz為冠梁截面對z軸的慣性矩，δ1為斜撐壓縮量，δ0為支護單元中部冠梁的位移，[Mg]為冠梁拆撐期間的設計承載力控制值，[Vg]為冠梁拆撐期間的設計抗剪承載力控制值；(2)斜撐間的支護樁彎矩 M zmax =- E z I zy 2 2 H 2 0[ M z] M zmax =- E z I zy 2 2 H 2 1[ M z] 剪力 V zmax = E z I zy 3 0 2 H 3 [ V z] 最大位移μzmax-＝δ0≤[μz]式中Ez為頂部沒有斜撐支護樁的彈性模量，Izy為頂部沒有斜撐支護樁截面對y軸的慣性矩，H為樁體長度，μz為頂部帶支撐的支護樁坑底附近的位移，[Mz]為設計支護樁承載力控制值，[Vz]為設計抗剪承載力控制值；(3)斜撐軸力 F=q HK aL+2cHL ( K p - K a - K p )[ F c] [Fc]為拆撐期間斜撐的軸力控制值，q為基坑後超載，Ka、Kp分別是主動土壓力係數和被動土壓力係數，c為土體粘聚力，λ＝h/H；(4)連接斜撐的支護樁彎矩 a H 3+ b H 2+ c H+ d + E hz I hzy 3 1 H2 [ M hz] 剪力 3a H 2+ 2b H+ c - 3 E hz I hzy 1 H3 [ V hz] 最大位移μ0≤[μhz]式中Ehz為頂部有斜撐支護樁的彈性模量，Ihzy為頂部有斜撐支護樁的截面對y軸的慣性矩；H為樁體長度；a′、b′、c′、d′為土壓力和基坑深度的函數，土壓力為採用朗肯土壓力模式，由最小勢能解理論得出；以上數值中，冠梁和樁體的E根據混凝土的強度等級確定；截面參數I可依據現場所採用的冠梁或者排樁的實際截面計算得到，矩形截面其中b為構件寬度，h為構件高度；Ka、Kp、c根據地質勘察報告取值，q為基坑後超載，依據現場坑頂超載情況確定，δ0、μ0可通過最小勢能理論求得。FSA00000187056900019.tif
2.根據權利要求1所述的基坑支護體系的拆撐設計與施工方法，其特徵在於所述的⑵連接斜撐的支護樁彎矩計算中，所述的a'、b'、c'、d'為土壓力和基 其中Y為土體的加權平均重度；q為基坑後超載，Ka、Kp*別是主動土壓力係數和被動 土壓力係數，c為土體粘聚力，λ =h/H，F。為(3)中確定的斜撐軸力。
3.根據權利要求1或2所述的基坑支護體系的拆撐設計與施工方法，其特徵在於所述的 其中 式中s為排樁間距。
全文摘要
本發明涉及一種基坑支護體系的拆撐設計與施工方法，提供了排樁斜撐支護的基坑在拆除斜撐時，採用了「先拆後撐」分段拆除斜撐的方式施工中首先確定拆除的最大分段長度L，然後按照該長度的範圍分段拆除斜撐，然後分段施工地下結構，從而避免在地下結構上留洞，在發揮斜撐支護體系優勢的同時，也克服了拆撐階段對地下結構施工的不利影響，由於採用了考慮空間協同變形的最小勢能理論來計算分段拆除斜撐的長度，保證了施工的安全性，極大地推動了斜撐在基坑支護中的應用。
文檔編號E02D17/04GK101886392SQ20101021402
公開日2010年11月17日 申請日期2010年6月30日 優先權日2010年6月30日
發明者劉俊巖, 劉燕 申請人:濟南鼎匯土木工程技術有限公司;中建八局第一建設有限公司;劉俊巖;劉燕