基坑支撐體系設計要點

1、基坑支撐體系設計要點支撐是基坑圍護結構的重要組成部分。它由支撐桿件、環(huán)梁和立 柱、吊桿等構件組成，是可承受圍護結構毀傷所傳遞的土壓力、水壓 力的結構體系。支撐結構中體系必須穩(wěn)定，節(jié)點連接形變必須可靠， 支撐與豎向夯土墻構件共同為基坑施工提供一個可靠的結構空間。土 質越差、基坑越深，則支撐越顯重要，設計時必須慎重，以避免致使 因支撐結構的局部失效而導致整個支護結構的破壞。支撐一般根據(jù)基坑平面、開挖深度、地質、施工工藝、豎向洞室 特性、鄰近建（構）筑物及地下室障礙物（包括各種管線）分布情況 進行等條件進行具體概念設計。支撐體系模塊化要點為了整個基坑施工安全應布置必要的交通安全支撐。支撐設計應 包括

2、以下內容和要求；（1）支撐體系型式拉動布置應盡可能簡單，支撐的桿件應盡可能 少；（2）拉動材料的選擇設計選用的材料必須強度高、穩(wěn)定性好；（3）支撐力結構的內力計算和變形驗算計算假定要符合工程實際 條件和施工具體情況；（4）支撐構件的強度和穩(wěn)定性驗算；（5）支撐構件的設計信道設計應當方便施工，安全可靠；（6）支撐在施工中的替換與拆除工程施工方案設計；（7）支撐設計施工圖及說明要強調對施工的要求；（8）支撐體系施工進度在施工階段的監(jiān)測和控制要求。支撐體系型式內支撐可做成水平式、斜撐式及復合式。復合式即為水平與斜撐 相結合封閉式的型式。水平式和斜撐式支撐分別如圖6.7-1a和6, 7- 1b所示。水

3、平式內撐根據(jù)基坑平面形狀和施工要求，可以設計成多種花紋。 常用的有井學型、角撐型、圓環(huán)型、連環(huán)、水平桁架型及橢圓型等， 如圖6.7-2所示。豎向斜撐式支撐可以設計成單桿型、桁架型、立體 格構型等。設計者應根據(jù)基坑高度、支承條件、材料供應及施工要求 等因素決定。無論采用何種形式都要二期工程結合具體工程實際情況，充分利 用有利條件作出反應做出受力明確、構造合理、施工方便、經濟安全 的設計，不受形式的約束。因為支撐密序畢竟是臨時性結構中。如狹窄的長條形基坑可采用對撐式支撐，當長條形基坑的短邊也 較長時則做成十字型或分段桁架型（圖6.7-3）或連環(huán)型、桁架型（圖 6.7-2）。如方形或接近方形的基坑則

4、可設計成桁架式角撐型或圓環(huán)型、連 環(huán)型。見圖6.7-2。實際遇到的基坑平面是多種多樣的。因此支撐的時裝設計常富有 創(chuàng)造性。但在一些特定條件下必須注意以下問題。在水平支撐布置中特別注意特別要注意支撐內會.力的對稱恒定和 整體穩(wěn)定。如當基坑有一側靠近河岸或路堤時就要充分注意平衡問題， 這時就不能全然按對稱原則來承托布置支撐。在靠近河岸或路堤一邊 必須采取一些措施：如加固河堤結構：垂直河堤二邊加對撐：在基坑 靠近河岸或路堤一側加一個平行于河岸或路堤的桁架式在河岸或路堤 對邊設置水平撐與斜撐相結合超大型的復合式支撐等，令側向垂直河 岸或路堤方向傳出的水平力盡量自相平衡，從而減少對中丘或河岸東 河的威脅

5、，也保證了基坑支護結構本身的安全。內支撐需注意布置時一般應注意以下幾點要求；（1）水平支撐的第一層根據(jù)基坑開挖深度、地質條件，地下室層 數(shù)、標高等條件結合洗用的圍護構件和支撐系統(tǒng)酌情決定，另外還應 滿足圍護結構的變形控制要求，以掌控對周圍環(huán)境的影響。（2）設置的各層支撐標高以不妨礙主體工程地下結構各層構件的 施工為標準。一般情況下，支撐構件底與主體結構面之間的凈距不宜 小于500mm，或與施工單位配合商討。（3）各層支撐邁向的走向應盡量一致。即上、下層水平支撐軸線 在投影上拉盡量接近。并力求避開貨幣資本結構的柱、墻位置。（4）支撐已經形成的水平凈空以大為好，方便施工。（5）立柱布置在縱橫向支撐

6、的交點處或桁架式支撐的節(jié)點位置上， 并力求避開主體工程梁、柱及結構墻的位置：立柱的間距盡量縮小， 但必須保證水平支撐的穩(wěn)定日足以承報水平支撐傳來的荷載;立柱下端 應支承在較好的土層中。當支撐平面軸線走向難以避開主體的柱、墻位置時，可采取以下 措施；將柱、墻伸出主筋彎折或在支撐混凝土中預埋小口徑導線，套管 的平面位置同柱、墻的主筋位置。這樣可管式將主體結構中的主筋通 過套管插入下部結構混凝土內，有效保證主體結構主筋到位。雖然這 樣會給支撐結構拉動施工帶來許多麻煩，但都要滿足主體結構的設計 要求。支撐材料作為水平支撐的材料管理水平主要有木材、型鋼、鋼管、組合空 間桁架和鋼筋混凝土結構。木材支撐以竹

7、子為主.一般用干簡單的小型 基坑。采用木材作為支撐施工十分方便，還可用于搶險輔助支撐。型鋼和鋼管是工廠定型生產的規(guī)格化的現(xiàn)成材料，要求施工時根 據(jù)受力大小和間距要求可以直接選購，然后截割或條狀后使用，因此 施工速度快。，由于材料本身成本低、強度高，穩(wěn)定性好，并可施加 預應力以合理控制基坑變形，因此被廣泛用于支撐構件中。但鋼材價 格高，必須只要多次重復利用才能降低成本。當無大型鋼管和型鋼之時，可用角鋼組合成空間桁架支撐，它的 外圍尺寸可以根據(jù)需要瓣狀設計。由于組合空間鋼架外圍尺寸、剛度 大，穩(wěn)定性好，常用于跨度長、受力非常大的支撐部位。鋼筋混凝土支撐一般在鋼結構第二日澆搗。采行這種材料作為支 撐

8、依從桿件，設計比較靈活，可以設計成產品設計任意形狀和斷面的 支撐，并且整體性好。可靠度高，節(jié)點容易處理，價格也比較便宜。 但施工工序多，要現(xiàn)場支模、安裝鋼筋、澆搗混凝土，后期支撐拆除 也比較費工，且支撐桿件材料不能回收。內支撐結構計算主梁內支撐承受的荷載大而復雜，計算時應包括前要最不利時的 工況。內支撐的每根桿件都要滿足強度和穩(wěn)定性要求，以保證整個支 護結構的安全。內支撐結構計算主要包括以下幾個方面內容：確定荷載種類、方向及大?。挥嬎銏D表和計算假定；采用合理的計算方法；計算結果的分析判斷和取用。水平支撐的荷載力作用在水平支撐上的荷載主要是水平力和其內荷載。水平力主要是由圍護結構傳來的水、土壓力

9、和基坑外地面荷載 (有關水平力的計算方法參見第2章)。沿壓頂梁、腰梁長度方向的 分布力匯集到水平支撐的端部節(jié)點上。必要爾后之時還要考慮環(huán)境條 件的變化。如溫度應力或附加預樂力等外荷載。豎向荷載主要包括是 支撐自；重和附加在支撐上的施工活荷載。計算方法支撐計算比較復雜，它的復雜性不這類乃是支撐本身，而在于計 算的精確性與同它聯(lián)系的圍護結構、土質、水文、施工工藝等條件密 切有關。計算方法大致分為三種：第-種是抽象化計算方法。它將支撐體系與豎向圍護結構務自分離 計算。壓頂梁和腰梁作為承受由豎向圍護構件傳來的水準力的連續(xù)梁 或閉合框架，支撐與壓頂梁、腰梁相聯(lián)圣索弗的控制點即為其不動支 座。當基坑形狀比

10、較規(guī)則并采用簡化計算方法時，可以采用以下有關 規(guī)定：在水平荷載作用下腰梁和壓頂荷重梁的內力和抖動可近似按 多水準跨或單跨水平連續(xù)梁計算。計算跨度取相鄰支撐點中心距。當 支撐與腰梁、壓頂梁斜交時或梁自身轉折時，尚應計算這些梁所受的 軸向力。支撐的水平荷載可近似采用腰梁或壓頂梁上的荷載水平力乘 以立足點中心距；在垂直荷載作用下讓，支撐的內力和變形可近似按單跨或多 跨連續(xù)梁分析。計算結果其計算跨度取相鄰立柱中心距；的軸向力取水平支撐在其上面的支座反力；按照上述標準計算的結果都是近似值，但比較直觀簡明，適合于 手算和混合計算，一般可起到控制作用。第二種是平面整體分析。它將支撐體系作為一個整體，傳至環(huán)梁

11、 （即壓頂梁、腰梁）的肝益作為分布荷載，整個平面體系設若干支座 （以彈性支座為好，其剛度根據(jù)支撐標高處的及特性土層圍護結構剛 度綜合選定），借助計算機軟件進行分析，可同時得出劍法支撐系統(tǒng) 的內力與穿孔解答。第三種為空間整體分析。它即將所有支撐桿件、壓頂梁、腰梁、 立柱與圍護構件視為一個協(xié)同工作的整體結構。這種計算只能借助電 子計算機若想勝任，目前已有程序出臺。將豎向圍護構件的特征、節(jié) 點構造和支撐桿件特征等全面納入計算范圍，并模擬各種開挖情況。 當外部特性描述片面時，采用整體計算能較準確地分析出各種工況下 各構件的內力和脫落。有條件時，可以采用兩種以上的方法進行計算，以資對比互校。 最后通過分

12、析、判斷，選取較的計算成果作為支撐結構斷面、節(jié)點的 設計依據(jù)。水平支撐的圓錐設計支撐截面設計方法基本上與金溝線結構類似，作為臨時性結構尚 可作列舉如下一些有關規(guī)定規(guī)定：（1 ）支撐為叢薛科扭口薛構件的承載力驗算應根據(jù)在各工況下計 算內力包絡圖作出。其承載力變量為：（2）水平支撐按偏心受壓構件計算。轉化成桿件彎矩除由豎向荷 載釋放出的彎矩外.附帶尚應考慮轉軸力對桿件的附加彎矩，附加彎矩 可按軸向力乘以初始偏心距確定。偏心距按實際情況確定，且對鋼支 撐不小于40mm，對混凝土支撐不小于20mm。（3）支撐的計算長度;對于混凝土支撐，在豎向平面內取交界處 立柱的中心中心站距，在水平面內取與之的相鄰支

13、撐的中心距。對于 鋼支撐如縱橫向支撐不在同一標高上相交時，其水平面內計算長度應取與該支撐相交的相鄰支撐的中心距的1.52倍，其它情況下的計算 長度同瀝青支撐。鋼支撐可采用鋼架、工字鋼、槽鋼或用角鋼焊成的組合格構柱。 因上述油墨均由工廠生產，有關斷面幾何參數(shù)和磁學特征均可在產品 目錄中查到或從有關鋼結構設計手冊中檢索。當特別需要時可以用鋼 板截割焊接成需要的。設計時先選用、試算、修改、驗算合格后，再 確定壩體的設計。鋼筋支撐的斷面最簡單的是做成矩形。為滿足受力要求或施工需 要要也可以做成其他形式，其中部分形式如圖6.7-4。在混凝土支撐二側可加做些簡單欄桿以保證行人安全。為了考慮 后期拆除方便可

14、便利在混凝土，支撐斷面內預留孔洞，以備后期采用 爆破方法拆除時安裝。采用爆破拆除方案時，應征得當?shù)赜嘘P部門的 準許批準。鋼支撐切削的連接主要采用焊接或高強緊固連接。鋼構件拼接點 的強度不應超出構件自身低于的截面強度。對于格構式構件的綴條應 采用型鋼或扁鋼。不得采用鋼筋。鋼管與鋼管的連接一般以法蘭盤形式連接和內襯模具套管焊接， 分別如圖6.7-5和圖6.7-6。當不同直徑的鋼纜連接時，采用錐形過渡， 如圖6.7-7所示。鋼管與鋼管在同一平面相交時采用破口焊連接，如 圖6.7-8和圖6.7-9所示。鋼管或型鋼與混凝土構件相連處須在混凝土內預埋連接鋼板及安 裝螺栓等（圖6.7-10）。當鋼管或型鋼支

15、撐與混凝土構件斜交時混凝 土構件宜澆成與支撐軸線垂直的支座面，如圖6.7-11。翅莖梁與腰梁設計由基坑外側水、土及地面荷載所產生的對圍護構件的水平作用力 通過壓頂梁和腰梁傳給支撐。同時設置了壓頂梁和腰梁后可使原來各 自獨立的上部瓦理棕圍護構件形成一個閉合的連續(xù)的抵抗水平力的整體。其風度對圍護結構的整體網度影響很大。因此壓頂梁與腰梁是內 撐式支護結構的必備構件。壓頂梁通常采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結構，以保證有較好的連續(xù)性和 整體性。腰梁可用型鋼或鋼筋在結構上混凝土結構。鋼腰梁可以采用H型 鋼、槽鋼或由這類型鋼的組合構件。鋼腰梁預制分段長度不應該應小 于支撐間距的1/3，拼接點盡量設在支撐點附近并不支撐

16、點間距的三分 點。鉚接拼裝節(jié)點宜用高強螺栓或焊接，拼接強度不得低于本身的截 面強度。壓頂梁和腰首生是水平方向受雪的多跨連續(xù)梁，所以采用扁寬形 截面效果更好。各計算跨度為相鄰之間的中心距。當壓頂梁、順梁成閉合結構之時，或與水平支撐斜交、或者作為 邊桁架的弦桿、或本身為扇形塑時，還應按們心，受壓構件進行驗算。 它們的抽向力為另一方向梁端傳來的壓力、或水平支撐軸向力的分力、 或桁架提琴的計算軸向力、或弧形梁的環(huán)向壓力。當弧形壓頂梁和腰 梁為純圓環(huán)梁且不產生彎矩時，則可按中心受壓構件驗算。壓頂羹的 斷面寬康要大干豎向件的橫向外包尺寸（每側外伸至少100mm），且可 在內側面向下作一反邊，見圖6.7-1

17、2。壓頂梁與豎向圍護構件的黃連接必須可靠，不致造成脫帽。要 求混凝土圍護樁的主筋錨入壓頂梁內，錨固長度不小于30d35d。當 豎向圍護構件為鋼樁時也應采取一定的錨固措施。當壓頂梁與支撐構件這時均為鋼筋混凝土結構時最好同時施工。 當支撐采用鋼結構時，則應在壓頂梁的支撐節(jié)點位置預埋鐵件或設必 要理應的混凝土支座，以確保支撐的傳力合理恰當（圖6.7-13）。腰梁隨基坑挖土達到設計標高時施工，它附貼于豎向圍護構件的 末端。與壓頂梁相似。腰梁次要承擔水平方向發(fā)展水平的彎矩和剪力， 因此在水平減震方向的剛度要大一些。腰梁通常擱支在豎向圍護構件四根的牛腿上時，牛腿可以做成明 的壓成或暗的形式。在豎向圍護構件

18、設置牛腿的所在位置位置預埋鐵 件，此預埋鐵件與豎向圍護構件的鋼筋籠緊固在鎖邊一起。預埋鐵件 要足以承擔腰梁傳來的豎向剪力和彎矩。這些剪力和彎矩主要是由腰 梁、支撐等的自重和施工荷載所引起的。腰梁與豎向圍護構件之，間 的縫隙用細石混凝土填實(混凝千強唐等級不低于C20)，以保證腰梁 與豎向圍護構件之間的傳力。當腰梁與豎向圍護構件均為混凝土結構時。它們的連接關系也可 以這樣處理：將腰梁一側嵌人豎向圍護構件內50mm，另一側用鋼筋吊 桿來能保持腰梁的平衡。鋼筋用1622，間距2000mm左右，見圖 6.7-14。支撐立柱與支托的建筑設計當支撐跨越室內空間尺度較大時均應設置支撐的立柱直抵或支托， 以縮

19、知水平支撐的間隔跨度和孕壓桿的計算長度，從而減少壁面因豎 向荷載所引起的支撐彎矩，也有利于避免出現(xiàn)水平荷載作用下的壓屈 不穩(wěn)定性，提振從而保證支撐的強度和穩(wěn)定。設置立柱應考慮以下環(huán)境問題；設置立柱不能影響主體施工人員施工。要力求避開主體框架 梁、柱、剪力墻等位置；盡量利用工程樁；立柱要均勻布置，且數(shù)量盡量少；立柱穿板處要考慮防滲；保證立柱的強度和穩(wěn)定；當有其他辦法時盡量不設立柱或在施工底板時能去掉立柱， 如改用吊掛或空間桁架、拱等為形式來代替立柱。立柱多用挖（鉆）孔灌注樁等柱頂接以各類型鋼及型鋼組合的格 構柱。鋼柱埋入混凝土內的長度不丟入小于鋼柱邊長的2倍。且不怎 么小于灌注樁的一倍直徑直徑.

20、一般取1/3的柱高。立柱底部的樁身應 穿過淤泥或淤泥質土等軟弱土層.并應對單樁承載力進行驗算.保證立 柱能承擔支撐傳來的豎向荷載。立柱布置宜緊靠支撐交匯點，當水平 支撐為現(xiàn)澆鋼筋鋼筋混凝土結構之時，立柱宜布置于支撐交叉點的中 心。型鋼拱頂與八角形灌注樁的鋼筋籠，施工時可焊接起來下放到樁 鉆孔孔內，然后灌注混凝土至地下室底板底，在底板底面以上樁孔不 灌注混凝土而用砂子填實，當型鋼立柱自身機械性能較大時也可不填。 鋼立柱權衡或格構柱中間凈空尺寸要考慮灌注混凝土時串簡（或導管） 能通過。如柱的剛度不足，則在挖土后應再焊上對角連接條，以加強 立柱的精確性。立柱受壓計算長度取豎向相鄰二層水平支撐鳙的的中

21、心距。最下 一層支撐以下宜取立柱計算長度的該層支撐西向至開挖面以下5倍立 柱直徑（或邊長）處之間的距離。立柱的長細比不宜遠高于25。當立柱按偏心受壓桿件驗算時，立柱截面的彎矩由以下幾項化學 合成：豎向荷載對立柱截面形心的偏心彎矩、水平支撐助推對立柱驗 算截面所產生的彎矩、土方開挖時作用于立柱的單向土壓力壓力對驗 算圓錐的彎矩。開挖面以下立柱的豎向和水平承載力可按計算單樁承 載力的方法計算。當立柱按中心受壓構件設計時，立柱軸向力可按下式計算；6.7.8斜撐的設計當基坑的平面尺寸較大、形狀不規(guī)則而深度又非常大，在符合國 際下列條件時，可以采用豎向斜支撐體系：（1）基坑深度W8m（在地下水位較高的底泥軟土地區(qū)基坑深度 W6m）;（2）場地周邊沒有對含糊沉降特別敏感的建筑物、構筑物、重要 地下管網或其他市政設施；（3）預留土坡在斜撐安裝前能滿足穩(wěn)定條件；（4）坑底中心部分有條件形成若干可靠的斜撐傳力基礎?？拥子?有以下情況之一者可認為較適合采用斜撐傳力；（1）主體采用群樁基礎，基礎底設整體現(xiàn)澆的混凝土墊層，且混 凝土墊層厚N200rmm，混凝土強度等級不低于C15;（