浅析基坑内支撑支护体系在工程中的应用

浅析基坑内支撑支护体系在工程中的应用

吴振友 赵德馨

中国建筑第二工程局有限公司 河北省 沧州市 062550

摘要：在基坑施工中，内支撑支护体系关系着建筑工程是否能顺利完成。因此，施工单位需分析工程实际情况，选用恰当的内支撑支护结构，以此保障基坑支护工程的质量。本文说细论述了基坑内支撑支护体系的工程应用。

关键词：基坑；支撑支护体系；应用

基坑工程的内支撑支护结构由支撑结构和挡土构造共同组成，其作用是由挡土结构来承担基坑侧向的土、水压力，防止基坑土体出现坍塌破坏；由内支撑结构来协助挡土结构共同承担，使基坑侧向土、水压力作用下的挡土结构保持平衡，从而控制基坑壁的位移。由此可见，挡土结构与支护结构作为一个整体共同保证基坑工程的正常运行。

一、基坑内支撑支护形式

1、水平支撑系统。此系统可将支撑两侧作用在支护墙的侧压力平衡,且其构造简单,作用力较明确,使用范围广。若构件较长,需考虑到水平受弯和压缩影响基底位移。另外,当基底边侧水平力差别较大时,平面支撑影响支护墙的位移,要调整支护结构计算模型或使用环型结构支撑。

2、竖向斜撑体系。竖直方向斜撑的作用是把支护墙的上压力经斜撑传递给基坑地基。其施工流程为:支护墙结束后,先要采用放坡方式开挖基坑中部土层,之后进行斜撑安装,再挖除周围土坡。对平面尺寸较大,形状不很规则,但深度较浅的基坑宜采用竖向斜撑体系施工较简单,也可节省工程造价。

二、工程概况

某高层建筑地上23层，地下室2层，建筑基坑平面大概呈矩形，基坑周长210m，基坑面积约为2622m²，基坑开挖深度中间主楼部分11m左右，两端裙楼为6m，地下室平面呈梯形，纵向长度60m，进深30m，基坑东面及西面靠近大街，路边埋设有重要的地下管线，基坑西面及南面临近边缘分布有2栋7层高居民楼。

此外勘察报告显示，施工现场与邻近环境的地面较平坦，并无较大陡坡与大面积洼地，整个施工现场无不良地质情况发生。场地的地层大部分都是属于Q4.L(第四系人工填土)、Q3.I(第四系河流冲积层)、第三系(E)湖相沉积的泥岩、Q4.H(第四系沼泽沉积层的淤泥质土)等。

三、基坑内支护方案比选

1、大直径悬臂桩方案。大直径悬臂桩支护结构是目前普遍采用的方案,有着较成熟的计算理论依据,设计简单,基坑开挖简便,缺点是:①配筋与桩身随着基坑开挖深度的增大而增大,不经济；②桩顶位移大,对临近建筑与周围环境影响大；③嵌入基坑较深,对场地水文条件及土层质量要求高。

该工程基坑支护架空高度约11m,若采用悬臂桩方案,通过计算得出,需人工挖孔桩的桩径为1.2m,桩与桩间的间距为2m,30 25mm为其桩身受拉主筋配置,基坑往下桩需嵌入7m深度,然而由于嵌入部分土质原因,导致很难成孔,并且30 25mm的主筋配置大,缺乏经济性。

2、桩锚支护方案。桩锚支护方案,是在基坑四周设置一排钢筋混凝土灌注桩,同时设置几层锚杆。其优点是:嵌入基坑的深度不大,同时对桩身材料要求不高,因此支护桩成孔比大直径悬臂桩方案来说难度降低。然而这种方案需将锚杆深入临近地方,易导致纠纷。而且该工程四周有临近建筑物,靠近大街路边埋设有重要地下管线,若选择桩锚支护方案必然会加大施工难度,不能连续作业,容易误工。

3、内支撑支护体系。内撑式支护由内支撑系统与挡土结构两部分组成,基坑开挖所产生的土、水压力主要由挡土结构承担,同时也由挡土结构来将这两部分侧向压力传递给内支撑,有地下水时也可防止地下水渗漏,是稳定基坑的一种临时支挡方式。通常,支撑结构的布置形式有水平支撑体系和竖向斜支撑体系。

1)从施工现场地质情况分析,无论哪种地质情况的基坑施工,内支撑支护结构都可适用,但最适合应用内支撑支护结构的地质情况是软弱地层基坑施工,在软弱地层中应用内支撑支护结构能将这种支护结构的优点最大限度发挥出来。特别在大城市中临近施工环境有着较为密集的建筑物,内支撑支护结构可严格控制基坑变形量。这种基坑支护的支撑构件承载能力只与构件的材料强度、截面尺寸及形式有关,不受周围土质制约。

2)从基坑挖掘深度来说,这种基坑支护方法不受基坑挖掘深度的影响。但究竟挖掘多深、出现多大的土压力适宜采用该支护结构,则应通过技术和经济比较决定。

3)从整个基坑的平面尺寸来说,对平面尺寸较小的基坑施工较适合采用内支撑支护结构。而平面尺寸较大的基坑施工需较大的内支撑断面和长度,这就不能保证施工经济性。

内支撑基坑支护的缺点为:需较大的空间,这会阻碍土方开挖施工与主体结构的施工,妨碍施工速度,随着施工进度的展开,当下层支撑结构拆除时,往往会导致基坑临近地层移动。另外,内支撑内力会受周围环境温度的变化而变化,例如一个宽25m的基坑,若周围温度从30℃降到20℃,该基坑支撑就会明显缩短,从而导致基坑变形量增大；但当温度重新上升到30℃时,变形量不会得到彻底恢复,反而会加大基坑内支撑内力,因此在实际施工中,尤其是夏季高温环境下,需对内支撑采用涂漆或冷却等措施,减小内支撑所吸取的热量。

四、基坑内支撑支护结构实际应用时需注意的问题

1、支撑构件的截面承载力计算。依据每个施工阶段内支撑结构荷载作用效应的包络图来计算构件截面承载力,通常,支撑截面承载力计算需符合以下要求:

1)计算时需根据偏心受压构件来进行。截面的偏心弯矩,除与竖向荷载所引起的弯矩有关外,还与轴向力所引起的附加弯矩有关。对初始偏心距,可从支撑长度的2‰～3‰中计算得出。当钢结构支撑大于或等于40mm,而若是混凝土支撑应大于或等于20mm。

2)当支撑节点与相关规范相符时,支撑受压长度的计算则按以下方式进行:①中心距由竖向平面中的两临近立柱中得出；②在水平面中,选择和计量支撑相互交合的临近横向平面支撑中心距；③若是钢结构内支撑支护结构,当横向与竖向支撑不能在同一个标高中相互交合时，支撑支护受压长度要选取和计量支撑相交的临近横向平面支撑中心距的1.5～2.0倍。

2、腰梁的截面承载力计算应符合以下规定。通常，受弯构件的计算按水平方向进行。当水平支撑和腰梁斜交时,或弦杆由腰梁来担当时,则需根据偏心受压构件计算,验证数据的准确性。

3、施工要点。1)支撑结构的安装和拆除顺序应与围护结构设计工况相一致。2)支撑结构的安装应符合下列规定:①在基坑竖向平面内严格遵守分层开挖,先支撑后开挖原则；②支撑安装应与土方开挖密切配合,在土方挖到设计标高区段内,及时安装并发挥支撑作用；③钢结构支撑宜采用工具式接头,并配有计量千斤顶装置。千斤顶与计量仪表应由专人使用管理,并定期校验；④钢结构支撑安装后应施加预应力。预应力控制值应由设计确定,通常不应小于支撑设计轴向力的50%,也不宜大于75%；⑤现浇混凝土支撑必须在混凝土强度达到设计强度80%以上,才能开挖支撑以下的土方。3)确定打桩秩序,要结合地形、施工场地土质状况、桩数量及中心距等因素一起考虑,同时要兼顾设备移动方向。

4、基坑地下水控制。在该工程基坑开挖中地下水降幅要达到7.70m以上,并且工程周围对地基的变形都非常敏感。因此依据相关数据在基坑中布置12个排水井。

5、基坑监测方案。依据相关规定,检测对象应包含基坑临近40m范围内所要求加以保护的物品。

总之，基坑支护施工是为保证地下结构施工及基坑周边环境的安全，对基坑侧壁及周边环境采用的支挡、加固与保护措施的施工。所以，在基坑支护过程中,一定要选择合理的施工方案,同时还要充分考虑工程实际,只有这样才能提高建筑施工质量和水平,从而推动我国建筑行业的健康发展。

参考文献：

[1]李景阳.基坑内支撑支护结构的工程应用浅析[J].科技创新与应用.2016(16).

[2]何建军.基坑内支撑支护施工技术探讨[J].城市建设理论研究.2015(05).

[3]张彦斌.基坑内支撑支护结构在某工程中的应用[J].建筑科学，2015(03).