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岩土研究院

内支撑结构设计要点和支撑材料介绍

362 2021-03-24 09:49:52


一、设计要点

支撑是基坑支护结构的重要组成部分。它由支撑杆件、环梁和立柱、吊杆等构件组成,是承受支护结构所传递的土压力、水压力的结构体系。支撑结构体系必须稳定、节点连接构造必须可靠。支撑与竖向支护构件共同为基坑施工提供一个可靠的结构空间。土质越差、基坑越深,则支撑越显重要,设计时必须慎重,以避免因支撑结构的局部失效而导致整个支护结构的破坏。


支撑一般根据基坑平面、开挖深度、地质、施工工艺、竖向支护结构特性、邻近建(构)筑物及地下障碍物(包括各种管线)分布情况等条件进行具体设计。

为了整个基坑施工安全应布置必要的支撑,支撑设计应包括以下内容:

(1)支撑体系型式。支撑布置应尽可能简单,支撑的杆件应尽可能少。

(2)支撑材料的选择。设计选用的材料必须强度高、稳定性好。

(3)支撑结构的内力计算和变形验算。计算假定要符合工程实际条件和施工具体情况。

(4)支撑构件的强度 和稳定性验算。

(5)支撑构件的节点设计。节点设计应当方便施工,安全可靠。

(6)支撑在施工中的替换与拆除方案设计。

(7)支撑设计施工图及说明。要强调对施工的要求。

(8) 支撑体系在施工阶段的监测和控制要求。

各类支撑体系都须具有足够的强度、刚度和稳定性,以保证施工的安全、经济和方便。


二、支撑材料

作为内支撑的材料主要有木材、型钢、钢管、组合空间桁架和钢筋混凝土结构。木材支撑以圆木为主,一般用于简单的小型基坑。采用木材作为支撑施工十分方便,还可用于抢险辅助支撑。


型钢和钢管是工厂定型生产的规格化的现成材料,施 工时根据受力大小和长度要求可以直接选购,然后裁割或接长后使用,因此施工速度快。由于材料本身重量轻、强度高、稳定性好,并可施加预应力,以合理控制基坑变形,因此被广泛用于支撑构件中。但钢材价格高,必须多次重复利用才能降低成本。


当无大型钢管和型钢时,可用型钢组合成空间桁架支撑、它的外围尺寸可以根据需要设计。由于组合空间桁架外围尺寸、刚度大,稳定性好,常用于跨度长、受力大的支撑部位。钢支撑便于安装和拆除,材料的消耗量小,可以施加预紧力以合理地控制基坑变形。钢支撑的架设速度较快,有利于缩短工期。但是钢支撑系统的整体刚度较弱,由于要在两个方向上施加预紧力,所以纵横杆件之间的连接始终处于铰接状态,形不成整体刚接。


钢筋混凝土支撑一般在现场浇捣。采用这种材料作为支撑杆件,设计比较灵活,可以设计成任意形状和断面的支撑,并且整体性好,可靠度高,节点容易处理,价格也比较便宜。钢筋混凝土支撑因其现场浇筑的可行性和高可靠度,而在日前国内较广泛地被采用。日前,对深大基坑.常常采用钢筋混凝土支撑。


无疑,这种结构有很多的优点,但在目前它有 一个很大弱点,就是未能得到允分利用作为永久结构,而且往往需要爆破(也有采用钻凿方法)拆除,使得这种结构的使用受到—定的限制。


从支撑结构的长远发展来看,今后应当推广使用钢支撑,尽快实现钢支撑构件的标准化和工具化,建立钢支撑制作、安装和维修一体化的施工技术体系,提高施工速度和经济效益。


目前在一些深大基坑中,钢支撑显示了它比钢筋混凝土支撑的优越性。比如上海的香港广场成功采用钢结构代替原来的钢筋混凝土方案,基坑深度为 13m,局部为17m,支撑间距8~9m。支撑安装后,施加轴力;在施工过程中,根据需要再施加轴力,调整墙体水平位移。这样,该施工方法对邻近地铁产生的位移能成功地控制在10mm以内。


当然,选择什么材料作为支撑材料比较合适,要根据具体条件,具体分析,然后确定。在特定条件下,钢筋混凝土支撑仍有存在和优化的必要性。