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拉森鋼板樁圍護內支撐系統該如何選型

來源:深圳正鴻拉森鋼板樁施工公司作者:正鴻基礎工程公司網址:http://www.466093.tw

拉森鋼板樁圍護內支撐系統該如何選型

鋼板樁圍護支撐結構選型包括支撐材料和體系的選擇以及支撐結構布置等內容。鋼板樁圍護支撐結構選型從結構體系上可分為平面支撐體系和豎向斜撐體系;從材料上可分為鋼支撐、鋼筋混凝土支撐和鋼和混凝土組合支撐的形式。各種形式的支撐體系根據其材料特點具有不同的優缺點和應用范圍。由于基坑規模、環境條件、主體結構以及施工方法等的不同,難以對支撐結構選型確定出一套標準的方法,應以確?;影踩煽康那疤嵯伦龅浇洕侠?、施工方便為原則,根據實際工程具體情況綜合考慮確定。


一、鋼支撐體系


鋼支撐體系是在基坑內將鋼構件用焊接或螺栓拼接起來的結構體系。由于受現場施工條件的限制,鋼支撐的節點構造應盡量簡單,節點形式也應盡量統一,因此鋼支撐體系通常均采用具有受力直接、節點簡單的正交布置形式,從降低施工難度角度不宜采用節點復雜的角撐或者桁架式的支撐布置形式。鋼支撐體系目前常用的材料一般有鋼管和 H 型鋼兩種,鋼管大多選用 Φ609,壁厚可為 10mm,12mm,14mm;型鋼支撐大多選用 H 型鋼,常用的有H700×300、H500×300 等。



鋼支撐架設和拆除速度快、架設完畢后不需等待強度即可直接開挖下層土方,而且支撐材料可重復循環使用的特點,對節省基坑工程造價和加快工期具有顯著優勢,適用于開挖深度一般、平面形狀規則、狹長形的基坑工程中。鋼支撐幾乎成為地鐵車站基坑工程首選的支撐體系。但由于鋼支撐節點構造和安裝復雜以及目前常用的鋼支撐材料截面承載力較為有限等特點,以下幾種情況下不適合采用鋼支撐體系:


1) 鋼板樁圍護基坑形狀不規則,不利于鋼支撐平面布置;


2) 鋼板樁圍護基坑面積巨大,單個方向鋼支撐長度過長,拼接節點多易積累形成較大的施工偏差,傳力可靠性難以保證;


3) 由于基坑面積大且開挖深度深,鋼支撐支撐剛度相對較小,不利控制基坑變形和保護周邊的環境。


二、鋼筋混凝土支撐體系


鋼筋混凝土支撐具有剛度大、整體性好的特點,而且可采取靈活的平面布置形式適應基坑工程的各項要求。支撐布置形式目前常用的有正交支撐、圓環支撐或對撐、角撐結合邊桁架布置形式。

1)正交支撐形式


正交對撐布置形式的支撐系統支撐剛度大、傳力直接以及受力清楚,具有支撐剛度大變形小的特點,在所有平面布置形式的支撐體系中最具控制變形的能力,十分適合在敏感環境下面積較小或適中的基坑工程中應用,如鄰近保護建(構)筑物、地鐵車站或隧道的深基坑工程;或者當基坑工程平面形狀較為不規則,采用其他平面布置形式的支撐體系有難度時,也適合采用正交支撐形式。圖為采用正交支撐形式的兩個基坑工程實景。



該布置形式的支撐系統主要缺點是支撐桿件密集、工程量大,而且出土空間比較小,不利于加快出土速度。

2)對撐、角撐結合邊桁架支撐形式


對撐、角撐結合邊桁架支撐體系近年來在深基坑工程中得到了廣泛的使用,具有十分成熟的設計和施工經驗。對撐、角撐結合邊桁架支撐體系具有受力十分明確的特點,且各塊支撐受力相對獨立,因此該支撐布置形式無需等到支撐系統全部形成才能開挖下皮土方,可實現支撐的分塊施工和土方的分塊開挖的流水線施工,一定程度上可縮短支撐施工的絕對工期。而且采用對撐、角撐結合邊桁架支撐布置形式,其無支撐面積大,出土空間大,而且通過在對撐及角撐局部區域設置施工棧橋,將可大大加快土方的出土速度。圖為采用對撐、角撐結合邊桁架支撐形式的兩個基坑工程。


3)鋼板樁圓環支撐形式


通過對深基坑支撐結構的受力性能分析可知, 挖土時基坑圍護墻須承受四周土體壓力的作用。從力學觀點分析, 可以設置水平方向上的受力構件作支撐結構, 為充分利用混凝土抗壓能力高的特點, 把受力支撐形式設計成圓環形結構, 支承其土壓力是十分合理的。在這個基本原理指導下, 土體側壓力通過圍護墻傳遞給圍檁與邊桁架腹桿,再集中傳至圓環。在圍護墻的垂直方向上可設置多道圓環內支撐,其圓環的直徑大小、垂直方向的間距可由基坑平面尺寸、地下室層高、挖土工況與土壓力值來確定。圓環支撐形式適用于超大面積的深基坑工程,以及多種平面形式的基坑,特別適用于方形、多邊形。


圓環支撐體系具有如下幾點方面典型的優點:


a. 受力性能合理。在深基坑施工時, 采用圓環內支撐形式, 從根本上改變了常規的


b. 支撐結構方式, 這種以水平受壓為主的圓環內支撐結構體系, 能夠充分發揮混凝土材料的受壓特性, 具有足夠的剛度和變形小的特點。


c. 加快土方挖運的速度。采用圓環內支撐結構, 在基坑平面形成的無支撐面積達到70% 左右, 為挖運土的機械化施工提供了良好的多點作業條件, 其中環內無支撐區域按周圍環境條件與基坑面積的尺寸大小, 挖土工藝以留島式施工為主, 在較小面積基坑的最后一層可用盆式挖土。挖土速度可成倍提高, 極大地縮短了深基坑的挖土工期, 同時有利于基坑變形的時效控制。


d. 經濟效益十分顯著。深基坑施工中采用圓環內支撐結構, 用料節省顯著, 與各類支撐結構相比節省大量鋼材和水泥, 其單位土方的開挖費用較其他支撐相比有較大幅度的下降, 施工費用節約可觀, 社會效益十分顯著。


e. 可適用于狹小場地施工。在施工場地狹小或四周無施工場地的工程中, 使用圓環內支撐也是較合適的。因本支撐剛度大, 可通過配筋、調整立柱間距等措施, 提高其橫向承載能力。亦可在上面搭設堆料平臺, 安裝施工機械, 便于施工的正常進行。


以上為圓環體系的一些較為突出的優點,當然也存在不利的因素,如根據該支撐形式的受力特點,要求土方開挖流程應確保圓環支撐受力的均勻性,圓環四周坑邊應土方均勻、對稱的挖除,同時要求土方開挖必須在上道支撐完全形成后進行,因此對施工單位的管理與技術能力要求相對更高,同時不能實現支撐與挖土流水化施工。圖為采用圓環支撐形式的兩個基坑工程實景。



4)鋼與混凝土組合支撐形式


鋼支撐具有架設以及拆除施工速度快、可以通過施加和復加預應力控制基坑變形以及可以重復利用經濟性較好的特點,因此在大量工程中得到了廣泛的應用,但由于復雜的鋼支撐節點現場施工難度大、施工質量不易控制,以及現可供選擇鋼支撐類型較少而且承載能力較為有限等局限性限制了其應用的范圍,其主要應用在平面呈狹長形的基坑工程,如地鐵車站、共同溝或管道溝槽等市政工程中,也大量應用在平面形狀比較規則、短邊距離較小的深基坑工程中。鋼筋混凝土支撐由于截面承載能力高、以及現場澆筑可以適應各種形狀的基坑工程,幾乎可以在任何需要支撐的基坑工程中應用,但其工程造價高、需要現場澆筑和養護,而且基坑工程結束之后還需進行拆除,因此其經濟性和施工工期不及相同條件下的鋼支撐。


根據上述鋼支撐和鋼筋混凝土支撐的不同特點以及應用范圍,在一定條件下的基坑工程可以充分利用兩種材料的特性,采用鋼與混凝土組合支撐形式,在確?;庸こ贪踩疤嵯?,可實現較為合理的經濟和工期目標。鋼與混凝土組合支撐體系常用的有兩種形式,一為同層支撐平面內鋼和混凝土組合支撐,如在長方形的深基坑中,中部可設置短邊方向的鋼支撐對撐,施工速度快而且工程造價低,基坑兩邊如設置鋼支撐角撐支撐節點復雜而且剛度低,不利于控制基坑變形,可采用施工難度低、剛度更大的鋼筋混凝土角撐。


陸??沾髲B基坑工程為工程實例之一;二為鋼支撐平面與混凝土支撐平面的分層組合的形式。為了節約工程造價以及施工的便利,一般情況下深基坑工程第一道支撐系統的局部區域均利用作為施工棧橋,作為基坑工程實施階段以及地下結構施工階段的施工機械作業平臺、材料堆場,第一道支撐采用鋼筋混凝土支撐,對減小圍護體水平位移,并保證圍護體整體穩定具有重要作用,同時第一道支撐部分區域的支撐桿件經過截面以及配筋的加強即可作為施工棧橋,既方便了施工,又降低了施工技術措施費,第二及以下各道支撐系統為加快施工速度和節約工程造價可采用鋼支撐,采用此種組合形式的支撐時,應注意第一道支撐與其下各道支撐平面應上下統一,以便于豎向支承系統的共用以及基坑土方的開挖施工。


鋼板樁基坑支撐系統為采用鋼支撐平面與混凝土支撐平面的分層組合形式,第一道采用鋼筋混凝土支撐,中部區域經過加固后作為施工棧橋,第二道支撐采用鋼管支撐。



5)豎向斜撐形式


當基坑工程的面積大而開挖深度一般時,如采用常規的按整個基坑平面布置的水平支撐,支撐和立柱的工程量將十分巨大,而且施工工期長,中心島結合豎向斜撐的圍護設計方案可有效的解決此難題,其具體施工流程為:基坑工程首先在基坑中部放坡盆式開挖,形成中心島盆式工況,依靠基坑周邊的盆邊留土為圍護體提供足夠的被動土壓力,其后在完成中部基礎底板之后,再利用中部已澆筑形成并達到設計強度的基礎底板作為支撐基礎,設置豎向斜撐,支撐基坑周邊的圍護體,最后挖除周邊盆邊留土,澆筑形成周邊的基礎底板,在地下室整體形成之后,基坑周邊密實回填,再拆除豎向斜撐。豎向斜撐一般采用鋼管支撐,在端部穿越結構外墻段用 H 型鋼替代,以方便穿越結構外墻并設置止水措施。圖為采用豎向斜撐的兩個工程實例。


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