带钢桁架及斜抛撑的新型深基坑内支撑体系及施工方法与流程

1.本发明涉及基坑支护技术领域，尤其设计一种带钢桁架及斜抛撑的新型深基坑内支撑体系及施工方法。


背景技术：

2.当代社会在经济飞速发展的同时，也导致了道路交通拥挤等问题，于是人们通过开发地下交通，以减小道路交通拥挤所带来的压力。随着深地下室、地铁车站等地下主体结构的发展，为保护其施工及所处基坑周边环境的安全，需进行基坑支护。当基坑临近建筑物、地下管线、地铁设施等敏感而重要的保护对象时，支护结构往往不能超出建筑红线，一般采用支护桩结合内支撑系统的支护形式，对于深度较深的基坑，往往需设置多道内支撑，使得基坑内施工空间有限。传统的内支撑多采用钢筋混凝土材料，须达到一定强度后才可进行下一步的土体开挖，施工周期相对较长，而且支撑拆除时工作量大、速度慢，拆除后还将产生大量建筑垃圾，污染生态环境。与此同时，为保证现浇混凝土水平支撑的纵向稳定、加强支撑的空间刚度和承受水平支撑传递而来的竖向荷载，需设立柱及立柱桩，使得基坑内施工作业面狭小，且留在土体内的立柱桩基础，为难以清除的障碍物；增设立柱的位置在浇筑底板混凝土时还需预留孔洞，给地下主体结构的防水留下隐患。


技术实现要素：

3.(一)要解决的技术问题
4.鉴于现有技术的上述缺点和不足，本发明提供一种带钢桁架及斜抛撑的新型深基坑内支撑体系及施工方法，其解决了在基坑内设置的立柱及立柱桩导致施工作业面过小的问题。
5.(二)技术方案
6.为了达到上述目的，本发明的带钢桁架及斜抛撑的新型深基坑内支撑体系包括：
7.成对的支护桩模块；
8.多个钢桁架模块，所述钢桁架模块的两端与成对的所述支护桩模块的顶端一一对应连接；
9.多个斜抛撑组件，所述斜抛撑组件的顶部对所述支护桩模块的侧壁进行支撑；
10.多组系杆，所述系杆垂直连接于多个所述钢桁架模块，所述系杆、所述支护桩模块、所述钢桁架模块和所述斜抛撑组件构成空间受力体系。
11.可选地，所述钢桁架模块包括从左到右通过法兰板依次可拆卸连接的第一弦杆组件、钢桁架第一标准单元体、钢桁架第三标准单元体、钢桁架第二标准单元体和第二弦杆组件，所述钢桁架第三标准单元体设置于所述钢桁架模块的中心位置，所述第一弦杆组件的左端和所述第二弦杆组件的右端分别连接对应的所述支护桩模块。
12.可选地，所述钢桁架模块均包括下弦杆、上弦杆和腹杆，所述腹杆的上端与所述上弦杆连接，所述腹杆的下端与所述下弦杆连接，所述第一弦杆组件的上弦杆的左端和所述
第二弦杆组件的上弦杆的右端均设置有向下延伸的竖杆，所述竖杆垂直于所述下弦杆，所述下弦杆、所述上弦杆、所述腹杆和所述竖杆均为方形钢管。
13.可选地，所述竖杆的下端固定连接有第一钢垫板，所述支护桩模块的上端固定连接有第二钢垫板，所述第一钢垫板与所述第二钢垫板可拆卸连接。
14.可选地，所述支护桩模块设置有多个第三钢垫板；所述第一弦杆组件的下弦杆的左端与第一活络端头连接，所述第一活络端头的另一端可拆卸地连接对应的所述第三钢垫板；所述第二弦杆组件的下弦杆的右端与固定端头连接，所述固定端头的另一端可拆卸连接对应的所述第三钢垫板；所述第一活络端头的内部设置有第一千斤顶。
15.可选地，所述支护桩模块包括支护桩、腰梁和冠梁，所述腰梁现浇筑于所述支护桩的侧壁，所述冠梁现浇筑于所述支护桩的顶端，所述冠梁的顶端与所述第二钢垫板固定连接，所述冠梁的侧面与所述第三钢垫板固定连接。
16.可选地，所述斜抛撑组件包括斜抛撑和牛腿，所述斜抛撑的一端设置有第二活络端头，所述斜抛撑与所述第二活络端头连接，所述第二活络端头的另一端支撑所述腰梁，所述斜抛撑的另一端与所述牛腿连接，所述牛腿的另一端与底板固定连接，所述第二活络端头的内部设置有第二千斤顶。
17.可选地，所述钢桁架第一标准单元体、所述钢桁架第二标准单元体和所述钢桁架第三标准单元体上均预留有用于吊装的吊环。
18.可选地，所述系杆包括第一系杆和第二系杆，所述第一系杆与所述上弦杆垂直并固定连接，所述第二系杆与所述下弦杆垂直并固定连接。
19.进一步地，本发明还提供一种带钢桁架及斜抛撑的新型深基坑内支撑体系的施工方法，基于所述施工方法能够得到所述的带钢桁架及斜抛撑的新型深基坑内支撑体系，所述施工方法包括以下步骤：
20.基坑竖向支护桩施工完成，在所述支护桩的顶部位置现浇筑冠梁，所述冠梁的内部预埋有与第二钢垫板和第三钢垫板连接的植筋，将第二钢垫板通过植筋与所述冠梁的顶端固定连接，将所述第三钢垫板通过植筋与所述冠梁的侧面固定连接；
21.所述钢桁架模块及所述斜抛撑组件的各构件均为预制件，从左到右通过法兰板依次可拆卸连接的第一弦杆组件、钢桁架第一标准单元体、钢桁架第三标准单元体、钢桁架第二标准单元体和第二弦杆组件；
22.将所述钢桁架模块吊装于所述冠梁的顶部；
23.将所述第一弦杆组件的下弦杆的左端与第一活络端头通过法兰板连接，所述第一活络端头的另一端与所述第三钢垫板可拆卸连接，所述第二弦杆组件的下弦杆的右端与固定端头通过法兰板连接，所述固定端头的另一端与所述第三钢垫板可拆卸连接，以使所述钢桁架模块的下弦杆垂直于所述支护桩；
24.通过在所述第一钢垫板和所述第二钢垫板之间增减钢垫板，调整所述竖杆与所述冠梁的顶部之间的缝隙，并在所述第一钢垫板和所述第二钢垫板之间涂抹润滑油，所述第一钢垫板、所述第二钢垫板与中间增减的所述钢垫板的位置校准后，进行打孔、攻丝，并通过螺栓将三者固定连接；
25.所述第一活络端头的内部设置有第一千斤顶，所述第一千斤顶与所述第三钢垫板接触，基坑外土压力通过所述第一千斤顶施加预压力传递到所述钢桁架模块，对所述第一
千斤顶逐级施加预压力；
26.系杆垂直连接两组相邻的所述钢桁架模块；
27.基坑开挖至腰梁的底部后，在所述支护桩的侧面打多个盲孔，插入多根植筋，将所述腰梁的模具设置于植筋外部并紧靠所述支护桩的侧面，对所述模具的内部浇筑混凝土，混凝土凝固后移除所述模具，得到所述腰梁，从所述腰梁的位置开始预留反压土台；
28.在底板上现浇筑牛腿，斜抛撑的一端与第二活络端头通过法兰板连接，所述第二活络端头的自由端与所述腰梁通过第一锚垫板连接，所述斜抛撑的另一端通过第二锚垫板与牛腿连接，所述反压土台设置于所述支护桩、所述斜抛撑和所述底板围成的空间中；
29.所述第二活络端头的内部设置有第二千斤顶，所述第二千斤顶与所述第一锚垫板接触，基坑外土压力通过所述第二千斤顶施加预压力传递到所述斜抛撑组件，对所述第二千斤顶逐级施加预压力。
30.(三)有益效果
31.本发明的有益效果是：在工程开工前，钢桁架模块及斜抛撑组件的各构件均可在工厂预制，将预制件运输至施工现场后，只需将预制件连接起来即可，施工速度快，而且材料均可拆卸，能够在类似的基坑中重复利用，从而减少建筑垃圾、节约材料成本；钢桁架模块自重轻、刚度大、适应跨度范围大、受力体系简单，可避免在基坑内部增设立柱及立柱桩，从而减少对地基土的扰动破坏，降低底板施工漏水风险，并为地下主体结构施工提供更宽敞的作业面；在基坑纵向设置斜抛撑组件，以此代替第二道内支撑，提高了基坑支护体系的强度和刚度，增加了基坑竖向施工空间。
附图说明
32.图1为本发明的带钢桁架及斜抛撑的新型深基坑内支撑体系的剖面图；
33.图2为本发明的钢桁架模块布置的立体图；
34.图3为本发明的上弦杆、腹杆和系杆连接节点的立体图；
35.图4为本发明的下弦杆、腹杆和系杆连接节点的立体图；
36.图5为本发明的支护桩模块、第一弦杆组件和活络端头的连接示意图；
37.图6为本发明的支护桩模块、第二弦杆组件和固定端头的连接示意图；
38.图7为本发明的钢桁架第一标准单元体的连接示意图；
39.图8为本发明的钢桁架第二标准单元体的连接示意图；
40.图9为本发明的钢桁架第三标准单元体的连接示意图；
41.图10为图9中沿a-a线的截面图；
42.图11为图9中沿b-b线的截面图；
43.图12为本发明的钢桁架模块和系杆的连接示意图；
44.图13为本发明的斜抛撑组件与腰梁的连接示意图；
45.图14为本发明的斜抛撑组件与底板的连接示意图。
46.【附图标记说明】
47.1：支护桩；2：冠梁；3：上弦杆；4：腹杆；5：下弦杆；6：第一活络端头；7：固定端头；8：斜抛撑；9：腰梁；10：牛腿；12：第一弦杆组件；13：第二弦杆组件；14：钢桁架第一标准单元体；15：钢桁架第二标准单元体；16：钢桁架第三标准单元体；17：挂架；18：第一系杆；19：第
二系杆；21：第二钢垫板；22：植筋；23：第三钢垫板；31：竖杆；32：第一钢垫板；51：法兰板；61：第一千斤顶；80：第二活络端头；81：第一锚垫板；82：第二锚垫板；83：第二千斤顶。
具体实施方式
48.为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
49.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
50.另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
51.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；“连接”可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
52.参见图1和图2，本发明提供一种带钢桁架及斜抛撑的新型深基坑内支撑体系，其包括：成对的支护桩模块、多个钢桁架模块、多个斜抛撑组件和多组系杆。钢桁架模块的两端与成对的支护桩模块的顶端一一对应连接；斜抛撑组件的顶部对支护桩模块的侧壁进行支撑；系杆垂直连接于多个钢桁架模块，系杆、支护桩模块、钢桁架模块和斜抛撑组件构成空间受力体系。
53.在工程开工前，钢桁架模块及斜抛撑组件的各构件均可在工厂预制，将预制件运输至施工现场后，只需将预制件连接起来即可，施工速度快，而且材料均可拆卸，能够在类似的基坑中重复利用，从而减少建筑垃圾、节约材料成本；钢桁架模块自重轻、刚度大、适应跨度范围大、受力体系简单，可避免在基坑内部增设立柱及立柱桩，从而减少对地基土的扰动破坏，降低底板施工漏水风险，并为地下主体结构施工提供更宽敞的作业面；在基坑纵向设置斜抛撑组件，以此代替第二道内支撑，提高了基坑支护体系的强度和刚度，增加基坑竖向施工空间。本发明适用于工期紧、基础施工工作面要求高的基坑工程。
54.参见图1至图11，钢桁架模块包括从左到右通过法兰板51依次可拆卸连接的第一弦杆组件12、钢桁架第一标准单元体14、钢桁架第三标准单元体16、钢桁架第二标准单元体15和第二弦杆组件13，钢桁架第三标准单元体16设置于钢桁架模块的中心位置，第一弦杆组12件的左端和第二弦杆组件13的右端分别连接对应的支护桩模块。第一弦杆组件12、钢桁架第一标准单元体14、钢桁架第三标准单元体16、钢桁架第二标准单元体15和第二弦杆组件13均可以在工厂预制成型，运送至施工现场后，只需要用法兰板51连接，即可完成对钢桁架模块的拼接组装；传统的内支撑多采用钢筋混凝土材料，需等混凝土凝固至一定强度后，才可进行下一步的土体开挖，施工周期相对较长，而本发明通过预制钢桁架模块的各构件，节省了大量的施工时间，大幅提高了施工效率。
55.进一步地，钢桁架模块均包括下弦杆5、上弦杆3和腹杆4，腹杆4的上端与上弦杆5连接，腹杆4的下端与下弦杆5连接，第一弦杆组件12的上弦杆5的左端和第二弦杆组件13的上弦杆5的右端均设置有向下延伸的竖杆31，竖杆31垂直于下弦杆5，下弦杆5、上弦杆3、腹杆4和竖杆31均为方形钢管。第一弦杆组件12的竖杆31与第二弦杆组件13的竖杆31，同样是在工厂预制成型，不需要到施工现场临时施工；钢桁架模块的各杆件均为方形钢管，方形钢管相比于圆形钢管，不需要额外的再使用方头连接，节省了成本。
56.另外，竖杆31的下端固定连接有第一钢垫板32，支护桩模块的上端固定连接有第二钢垫板21，第一钢垫板32与第二钢垫板21可拆卸连接。第一钢垫板32同样可以在工厂预制，并完成与竖杆31的固定连接后，再运输至施工现场。
57.其中，支护桩模块设置有多个第三钢垫板23；第一弦杆组件12的下弦杆5的左端与第一活络端头6连接，第一活络端头6的另一端可拆卸地连接对应的第三钢垫板23；第二弦杆组件13的下弦杆5的右端与固定端头7连接，固定端头7的另一端可拆卸地连接对应的第三钢垫板23；第一活络端头6的内部设置有第一千斤顶61。优选地，在第一活络端头6的上端和固定端头7的上端均对应设置有挂架17，挂架17为l型挂架，l型挂架包括相互连接的垂直板和水平板，挂架17的垂直板可以与第一活络端头6的上端或固定端头7的上端固定连接，挂架17的水平板设置在支护桩模块的顶部，并与支护桩模块的顶部面接触，从而起到对第一活络端头6和固定端头7安装时的临时支撑作用，方便第一活络端头6和固定端头7的安装。
58.另外，第一活络端头6包括端头、保压装置和第一千斤顶61。端头的右端与下弦杆5通过法兰板51连接，端头的左端与多个保压装置和第一千斤顶61连接；保压装置设置于端头与第三钢垫板23之间，保压装置包括套筒和推杆，套筒与端头固定连接，推杆设置于套筒内部，并可相对于端头轴向移动，推杆的末端设置有一固定连接的底座，底座顶靠在第三钢垫板23上；第一千斤顶61设置在相邻的保压装置之间，第一千斤顶61的一端与端头连接，另一端顶靠在第三钢垫板23上；在套筒与底座之间的位置，推杆上设置有螺母，推杆上对应的设置与螺母相配合的螺纹段，当第一千斤顶61施加的预应力达到预定标准后，将螺母向端头的所在方向拧紧，以使螺母能够顶靠在套筒左端，从而起到保压的效果；并且可以在螺母与底座之间的位置，在推杆的内部设置测力传感器，以读取保压装置的受力数值，并能够实时监控后续施工过程中推杆上预应力的变化情况，以提高对基坑施工时的安全保障。
59.进一步地，支护桩模块包括支护桩1、腰梁9和冠梁2，腰梁9现浇筑于支护桩1的侧壁，冠梁2现浇筑于支护桩1的顶端，冠梁2的顶端与第二钢垫板21固定连接，冠梁2的侧面与第三钢垫板23固定连接。本发明的原理，就是利用被施加预应力后的钢桁架模块以及斜抛撑组件来支撑支护桩模块，使得支护桩模块获得一个与外土压力载荷相反的预应力；当外土在挤压支护桩模块时，只有先抵消支护桩模块内部的预应力，才能真正对支护桩模块造成挤压。预应力的施加能够进一步地提高支护桩模块对外土的抗压能力，从而进一步提高对基坑变形的控制能力。
60.如图13和图14所示，斜抛撑组件包括斜抛撑8和牛腿10，斜抛撑8的一端设置有第二活络端头80，斜抛撑8与第二活络端头80连接，第二活络端头80的另一端支撑腰梁9，斜抛撑8的另一端与牛腿10连接，牛腿10的另一端与底板固定连接，第二活络端头80的内部设置有第二千斤顶83。斜抛撑组件的设置能够替代传统的第二道内支撑，斜抛撑组件与第二道
内支撑都能够起到支撑支护桩模块的水平载荷的作用。由于本发明的钢桁架模块为钢结构，重量轻，斜抛撑组件通过与反压土台配合，既能承受水平载荷，又能承受竖向载荷，因此可以用斜抛撑组件替代第二道内支撑以及立柱和立柱桩。第二千斤顶83的安装方式可类比于第一千斤顶61的安装方式。
61.另外，钢桁架第一标准单元体14、钢桁架第二标准单元体15和钢桁架第三标准单元体16上均预留有用于吊装的吊环，吊环可在工厂预制并安装在钢桁架模块的各杆件上。
62.参见图1、图2和图12，系杆包括第一系杆18和第二系杆19，第一系杆18与上弦杆3垂直并固定连接，第二系杆19与下弦杆5垂直并固定连接。优选地，将第一系杆18和第二系杆19设置在腹杆4与下弦杆5相垂直的位置，此时第一系杆18、上弦杆3和腹杆4相交于同一节点，第二系杆19、下弦杆5和腹杆4相交于同一节点，腹杆4的两端与第一系杆18和第二系杆19相互垂直。通过上述设置能够进一步提高桁架和相交节点的支撑强度。
63.此外，本发明还提供一种带钢桁架及斜抛撑的新型深基坑内支撑体系的施工方法，基于施工方法能够得到上述的带钢桁架及斜抛撑的新型深基坑内支撑体系，其包括以下步骤：
64.基坑竖向支护桩1施工完成，在支护桩1的顶部位置现浇筑冠梁2，冠梁2的内部预埋有与第二钢垫板21和第三钢垫板23连接的植筋22，将第二钢垫板21通过植筋22与冠梁2的顶端固定连接，将第三钢垫板23通过植筋22与冠梁2的侧面固定连接；
65.钢桁架模块及斜抛撑组件的各构件均为预制件，从左到右通过法兰板51依次可拆卸连接的第一弦杆组件12、钢桁架第一标准单元体14、钢桁架第三标准单元体16、钢桁架第二标准单元体15和第二弦杆组件13。具体地，将钢桁架第一标准单元体14、钢桁架第二标准单元体15、钢桁架第三标准单元体16、第一弦杆组件12和第二弦杆组件13，分别用下弦杆5、上弦杆3和腹杆4焊接成型；腹杆4的上端与上弦杆3通过焊接连接，腹杆4的下端与下弦杆5通过焊接连接；腹杆4与下弦杆5以一定的角度，将多根腹杆4依次布置于上弦杆3和下弦杆5之间；钢桁架第一标准单元体14、钢桁架第二标准单元体15、钢桁架第三标准单元体16、第一弦杆组件12和第二弦杆组件13之间，在施工现场均通过法兰板51连接；竖杆31和第一钢垫板32同样能够在工厂完成焊接，再将竖杆31分别与第一弦杆组件12的上弦杆3和第二弦杆组件13的上弦杆3焊接；
66.将钢桁架模块吊装于冠梁2的顶部；
67.将第一弦杆组件12的下弦杆5的左端与第一活络端头6通过法兰板51连接，第一活络端头6的另一端与第三钢垫板23可拆卸连接，第二弦杆组件13的下弦杆5的右端与固定端头7通过法兰板51连接，固定端头7的另一端与第三钢垫板23可拆卸连接，以使钢桁架模块的下弦杆5垂直于支护桩1；
68.安装第一活络端头6处的下弦杆5时，以下弦杆5与基坑侧壁垂直为基准，通过在第一钢垫板32和第二钢垫板21之间增减钢垫板，调整竖杆31与冠梁2的顶部之间的缝隙，并在第一钢垫板32和第二钢垫板21之间涂抹润滑油，第一钢垫板32、第二钢垫板21与中间增减的钢垫板的位置校准后，进行打孔、攻丝，并通过螺栓将三者固定连接；在第一钢垫板32和第二钢垫板21之间涂抹润滑油，以保证对下弦杆5施加预应力时，不会因第一钢垫板32和第二钢垫板21之间的摩擦力过大，而导致上弦杆3、腹杆4和竖杆31被变形破坏；
69.第一活络端头6的内部设置有第一千斤顶61，第一千斤顶61与第三钢垫板23接触，
基坑外土压力通过第一千斤顶61施加预压力传递到钢桁架模块，对第一千斤顶61逐级施加预压力；具体地，第一千斤顶61先将预压力传递给下弦杆5，经下弦杆5再传递给腹杆4、上弦杆3、系杆和竖杆31；通过对第一千斤顶61逐级施加预压力，并实时监控测力传感器的显示数值，直至钢桁架模块的预压力达到设定标准时，拧紧螺母以完成对钢桁架模块的保压；
70.系杆垂直连接两组相邻的钢桁架模块；将第一系杆18与上弦杆3垂直焊接，第二系杆19与下弦杆5垂直焊接，多组系杆均匀布置于多个钢桁架模块之间；同时将系杆设置在腹杆4与下弦杆5垂直的位置，以进一步提高桁架和相交节点的支撑强度；
71.基坑开挖至腰梁的底部后，在支护桩1的侧面打多个盲孔，插入多根植筋，将腰梁9的模具设置于植筋22外部并紧靠支护桩1的侧面，对模具内部浇筑混凝土，混凝土凝固后移除模具，得到腰梁9，从腰梁9的位置开始预留反压土台；
72.在底板上现浇筑牛腿10，牛腿10的施工方式与腰梁9类似，斜抛撑8的一端与第二活络端头80通过法兰板51连接，第二活络端头80的自由端与腰梁9通过第一锚垫板81连接，斜抛撑8的另一端通过第二锚垫板82与牛腿10连接，反压土台设置于支护桩1、斜抛撑8和底板围成的空间中，底板为现浇混凝土板；
73.第二活络端头80的内部设置有第二千斤顶83，第二千斤顶83与第一锚垫板81接触，基坑外土压力通过第二千斤顶83施加预压力传递到斜抛撑组件，对第二千斤顶83逐级施加预压力；对斜抛撑组件逐级施加预压力的过程，可类比对钢桁架模块逐级施加预压力的过程。
74.本发明的可拆卸连接的部分，在工程完工后，可以拆卸下来并运输至其他类似的基坑重复利用，既减少了建筑垃圾，保护了环境，又节约了材料成本，提高了施工效率。
75.需要理解的是，以上对本发明的具体实施例进行的描述只是为了说明本发明的技术路线和特点，其目的在于让本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，但本发明并不限于上述特定实施方式。凡是在本发明权利要求的范围内做出的各种变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。