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拉森钢板桩围护内支撑系统该如何选型

来源:深圳正鸿拉森钢板桩施工公司作者:正鸿基础工程公司网址:http://www.zhenghon.cn

拉森钢板桩围护内支撑系统该如何选型

钢板桩围护支撑结构选型包括支撑材料和体系的选择以及支撑结构布置等内容。钢板桩围护支撑结构选型从结构体系上可分为平面支撑体系和竖向斜撑体系;从材料上可分为钢支撑、钢筋混凝土支撑和钢和混凝土组合支撑的形式。各种形式的支撑体系根据其材料特点具有不同的优缺点和应用范围。由于基坑规模、环境条件、主体结构以及施工方法等的不同,难以对支撑结构选型确定出一套标准的方法,应以确保基坑安全可靠的前提下做到经济合理、施工方便为原则,根据实际工程具体情况综合考虑确定。


一、钢支撑体系


钢支撑体系是在基坑内将钢构件用焊接或螺栓拼接起来的结构体系。由于受现场施工条件的限制,钢支撑的节点构造应尽量简单,节点形式也应尽量统一,因此钢支撑体系通常均采用具有受力直接、节点简单的正交布置形式,从降低施工难度角度不宜采用节点复杂的角撑或者桁架式的支撑布置形式。钢支撑体系目前常用的材料一般有钢管和 H 型钢两种,钢管大多选用 Φ609,壁厚可为 10mm,12mm,14mm;型钢支撑大多选用 H 型钢,常用的有H700×300、H500×300 等。



钢支撑架设和拆除速度快、架设完毕后不需等待强度即可直接开挖下层土方,而且支撑材料可重复循环使用的特点,对节省基坑工程造价和加快工期具有显著优势,适用于开挖深度一般、平面形状规则、狭长形的基坑工程中。钢支撑几乎成为地铁车站基坑工程首选的支撑体系。但由于钢支撑节点构造和安装复杂以及目前常用的钢支撑材料截面承载力较为有限等特点,以下几种情况下不适合采用钢支撑体系:


1) 钢板桩围护基坑形状不规则,不利于钢支撑平面布置;


2) 钢板桩围护基坑面积巨大,单个方向钢支撑长度过长,拼接节点多易积累形成较大的施工偏差,传力可靠性难以保证;


3) 由于基坑面积大且开挖深度深,钢支撑支撑刚度相对较小,不利控制基坑变形和保护周边的环境。


二、钢筋混凝土支撑体系


钢筋混凝土支撑具有刚度大、整体性好的特点,而且可采取灵活的平面布置形式适应基坑工程的各项要求。支撑布置形式目前常用的有正交支撑、圆环支撑或对撑、角撑结合边桁架布置形式。

1)正交支撑形式


正交对撑布置形式的支撑系统支撑刚度大、传力直接以及受力清楚,具有支撑刚度大变形小的特点,在所有平面布置形式的支撑体系中最具控制变形的能力,十分适合在敏感环境下面积较小或适中的基坑工程中应用,如邻近保护建(构)筑物、地铁车站或隧道的深基坑工程;或者当基坑工程平面形状较为不规则,采用其他平面布置形式的支撑体系有难度时,也适合采用正交支撑形式。图为采用正交支撑形式的两个基坑工程实景。



该布置形式的支撑系统主要缺点是支撑杆件密集、工程量大,而且出土空间比较小,不利于加快出土速度。

2)对撑、角撑结合边桁架支撑形式


对撑、角撑结合边桁架支撑体系近年来在深基坑工程中得到了广泛的使用,具有十分成熟的设计和施工经验。对撑、角撑结合边桁架支撑体系具有受力十分明确的特点,且各块支撑受力相对独立,因此该支撑布置形式无需等到支撑系统全部形成才能开挖下皮土方,可实现支撑的分块施工和土方的分块开挖的流水线施工,一定程度上可缩短支撑施工的绝对工期。而且采用对撑、角撑结合边桁架支撑布置形式,其无支撑面积大,出土空间大,而且通过在对撑及角撑局部区域设置施工栈桥,将可大大加快土方的出土速度。图为采用对撑、角撑结合边桁架支撑形式的两个基坑工程。


3)钢板桩圆环支撑形式


通过对深基坑支撑结构的受力性能分析可知, 挖土时基坑围护墙须承受四周土体压力的作用。从力学观点分析, 可以设置水平方向上的受力构件作支撑结构, 为充分利用混凝土抗压能力高的特点, 把受力支撑形式设计成圆环形结构, 支承其土压力是十分合理的。在这个基本原理指导下, 土体侧压力通过围护墙传递给围檩与边桁架腹杆,再集中传至圆环。在围护墙的垂直方向上可设置多道圆环内支撑,其圆环的直径大小、垂直方向的间距可由基坑平面尺寸、地下室层高、挖土工况与土压力值来确定。圆环支撑形式适用于超大面积的深基坑工程,以及多种平面形式的基坑,特别适用于方形、多边形。


圆环支撑体系具有如下几点方面典型的优点:


a. 受力性能合理。在深基坑施工时, 采用圆环内支撑形式, 从根本上改变了常规的


b. 支撑结构方式, 这种以水平受压为主的圆环内支撑结构体系, 能够充分发挥混凝土材料的受压特性, 具有足够的刚度和变形小的特点。


c. 加快土方挖运的速度。采用圆环内支撑结构, 在基坑平面形成的无支撑面积达到70% 左右, 为挖运土的机械化施工提供了良好的多点作业条件, 其中环内无支撑区域按周围环境条件与基坑面积的尺寸大小, 挖土工艺以留岛式施工为主, 在较小面积基坑的最后一层可用盆式挖土。挖土速度可成倍提高, 极大地缩短了深基坑的挖土工期, 同时有利于基坑变形的时效控制。


d. 经济效益十分显著。深基坑施工中采用圆环内支撑结构, 用料节省显著, 与各类支撑结构相比节省大量钢材和水泥, 其单位土方的开挖费用较其他支撑相比有较大幅度的下降, 施工费用节约可观, 社会效益十分显著。


e. 可适用于狭小场地施工。在施工场地狭小或四周无施工场地的工程中, 使用圆环内支撑也是较合适的。因本支撑刚度大, 可通过配筋、调整立柱间距等措施, 提高其横向承载能力。亦可在上面搭设堆料平台, 安装施工机械, 便于施工的正常进行。


以上为圆环体系的一些较为突出的优点,当然也存在不利的因素,如根据该支撑形式的受力特点,要求土方开挖流程应确保圆环支撑受力的均匀性,圆环四周坑边应土方均匀、对称的挖除,同时要求土方开挖必须在上道支撑完全形成后进行,因此对施工单位的管理与技术能力要求相对更高,同时不能实现支撑与挖土流水化施工。图为采用圆环支撑形式的两个基坑工程实景。



4)钢与混凝土组合支撑形式


钢支撑具有架设以及拆除施工速度快、可以通过施加和复加预应力控制基坑变形以及可以重复利用经济性较好的特点,因此在大量工程中得到了广泛的应用,但由于复杂的钢支撑节点现场施工难度大、施工质量不易控制,以及现可供选择钢支撑类型较少而且承载能力较为有限等局限性限制了其应用的范围,其主要应用在平面呈狭长形的基坑工程,如地铁车站、共同沟或管道沟槽等市政工程中,也大量应用在平面形状比较规则、短边距离较小的深基坑工程中。钢筋混凝土支撑由于截面承载能力高、以及现场浇筑可以适应各种形状的基坑工程,几乎可以在任何需要支撑的基坑工程中应用,但其工程造价高、需要现场浇筑和养护,而且基坑工程结束之后还需进行拆除,因此其经济性和施工工期不及相同条件下的钢支撑。


根据上述钢支撑和钢筋混凝土支撑的不同特点以及应用范围,在一定条件下的基坑工程可以充分利用两种材料的特性,采用钢与混凝土组合支撑形式,在确保基坑工程安全前提下,可实现较为合理的经济和工期目标。钢与混凝土组合支撑体系常用的有两种形式,一为同层支撑平面内钢和混凝土组合支撑,如在长方形的深基坑中,中部可设置短边方向的钢支撑对撑,施工速度快而且工程造价低,基坑两边如设置钢支撑角撑支撑节点复杂而且刚度低,不利于控制基坑变形,可采用施工难度低、刚度更大的钢筋混凝土角撑。


陆海空大厦基坑工程为工程实例之一;二为钢支撑平面与混凝土支撑平面的分层组合的形式。为了节约工程造价以及施工的便利,一般情况下深基坑工程第一道支撑系统的局部区域均利用作为施工栈桥,作为基坑工程实施阶段以及地下结构施工阶段的施工机械作业平台、材料堆场,第一道支撑采用钢筋混凝土支撑,对减小围护体水平位移,并保证围护体整体稳定具有重要作用,同时第一道支撑部分区域的支撑杆件经过截面以及配筋的加强即可作为施工栈桥,既方便了施工,又降低了施工技术措施费,第二及以下各道支撑系统为加快施工速度和节约工程造价可采用钢支撑,采用此种组合形式的支撑时,应注意第一道支撑与其下各道支撑平面应上下统一,以便于竖向支承系统的共用以及基坑土方的开挖施工。


钢板桩基坑支撑系统为采用钢支撑平面与混凝土支撑平面的分层组合形式,第一道采用钢筋混凝土支撑,中部区域经过加固后作为施工栈桥,第二道支撑采用钢管支撑。



5)竖向斜撑形式


当基坑工程的面积大而开挖深度一般时,如采用常规的按整个基坑平面布置的水平支撑,支撑和立柱的工程量将十分巨大,而且施工工期长,中心岛结合竖向斜撑的围护设计方案可有效的解决此难题,其具体施工流程为:基坑工程首先在基坑中部放坡盆式开挖,形成中心岛盆式工况,依靠基坑周边的盆边留土为围护体提供足够的被动土压力,其后在完成中部基础底板之后,再利用中部已浇筑形成并达到设计强度的基础底板作为支撑基础,设置竖向斜撑,支撑基坑周边的围护体,最后挖除周边盆边留土,浇筑形成周边的基础底板,在地下室整体形成之后,基坑周边密实回填,再拆除竖向斜撑。竖向斜撑一般采用钢管支撑,在端部穿越结构外墙段用 H 型钢替代,以方便穿越结构外墙并设置止水措施。图为采用竖向斜撑的两个工程实例。


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