深大基坑开挖多层大直径圆环异形支撑装置

摘要

本发明公开了一种深大基坑开挖多层大直径圆环异形支撑装置，包括平面钢网架、圆环支撑件、格构柱、纵向支撑杆、水平连接件、钢筋笼纵向钢筋、钢筋笼螺旋钢筋、水平移动支架、竖直移动杆、摇杆、连杆一、连杆二、连杆三；先施工地连墙围护结构，施作在围护结构内分层开挖土体，分层施作大直径圆环异形水平支撑，并与竖向格构柱立体衔接，形成多层大直径圆环异形支撑系统。本发明提针对现有深大基坑开挖施工中面对的支撑质量控制困难，实现深大基坑开挖施工时稳固、快速施工。本发明在一定范围内对布置的位置进行相应设计调节，满足不同工程中不同大小的基坑支撑施工需要；符合绿色施工、文明施工、装配式施工的技术需求。

说明书

技术领域

本发明属于建筑施工技术领域，具体涉及一种深大基坑开挖多层大直径圆环异形支撑技术。

背景技术

现有技术中的深基坑为了实现稳固支撑，通常会沿着基坑壁布置若干互相咬合的止水桩体,从而形成具有止水功能的挡墙，为了节省成本,该止水桩体通常会采用水泥土桩体。然而，水泥土桩体由于其挡土能力不强，为了解决该技术问题，本领域技术人员通常会在水泥土桩的内层或外层环型布置混凝土桩体,或与水泥土桩体间隔布置混凝土桩体,使得水泥土桩体与混凝土桩体间形成咬合,不但实现挡土止水的效果，还可以有效地降低施工成本。

然而,对于深基坑而言,基坑壁的向内压力会非常大,这就要求提高挡墙的抗压性,以避免被压弯,甚至被压断。为了提高挡墙的挡土能力,本领域技术人员通过将若干根桩体设计为若干环形连续咬合布置,以得到两层以上的连续挡墙,以增加连续挡墙的厚度,从而来提高连续挡墙的抗压能力,然而这只依靠桩体本身的厚度叠加来增加挡墙的厚度,虽然可以提高挡土能力,但是所需要的成本确比较高。

近年来我国经济持续发展,深基坑工程问题已成为岩土工程的一个重要领域。在深基坑开挖过程中,作用在挡土墙上的主动或者被动土压力、坑外地面沉降、坑底土体隆起以及挡土墙位移等问题都与工程安全性及其环境影响息息相关，是基坑工程问题的重要研究内容。采用多层支撑技术，在岩土工程领域得到了广泛的应用。其中，如何实现深大基坑开挖过程中的多层大范围支撑是迫切需要解决的问题。

环形内支撑支护作为一种新型支护体系，在城市深大基坑施工中得到了应用和发展，由原来的十几米发展到几十米，由原来的单层发展到现在的多层，由原来的小面积小深度基坑发展成深大基坑，由原来的圆形变为椭圆形等多种形状；信息化监测保障了基坑支护更加安全。环形支撑体系已成功应用于天津津塔基坑工程、中国石油大厦基坑工程、铁四院科研大楼基坑工程等。

根据工程基坑开挖深、大等特点，支护体系设计与工程施工方案衔接，需考虑每层土体开挖净空需要，大直径圆环异形支撑结构随着土体开挖自上而下分层施工，随着接建工程施工自下而上拆除，最后拆除格构柱。多层大直径圆环异形支撑支护体系可以提供较大的作业空间,方便施工,可提高施工效率，有利于质量控制和安全管理。

中国专利201921219152.5提供一种可拆卸的深基坑开挖支撑系统，用于解决现有技术中基坑变形情形下的支撑的问题。本实用新型提供一种可拆卸的深基坑开挖支撑系统，包括：钢柱，所述钢柱两端分别对两个地下连续墙进行支撑，所述钢柱一端对顶设有液压千斤顶，所述液压千斤顶的输出端抵靠所述地下连续墙，所述钢柱的另一端一个所述地下连续墙固定；一个所述地下连续墙上设有可拆卸支撑机构，所述可拆卸支撑机构包括预埋组件和支撑台，所述预埋组件预埋在所述地下连续墙内，所述支撑台和所述预埋组件可拆卸固定连接，所述液压千斤顶的缸体部分被所述支撑台支撑，所述支撑台和所述钢柱的一端可拆卸固定。

中国专利202021633256.3公开了一种土建施工用基坑开挖支撑装置，包括底板和第一挡泥板，底板顶部的左侧与第一挡泥板的底部固定连接，第一挡泥板右侧的正面和背面均固定连接有L型卡板，两个L型卡板之间滑动连接有第二挡泥板，底板顶部的正面和背面均通过转轴转动连接有伸缩杆，两个伸缩杆的输出端均通过转轴与第二挡泥板转动连接，本实用新型涉及土建施工技术领域。该土建施工用基坑开挖支撑装置，通过第二挡泥板在滑动槽内上下滑动，方便调节挡泥板的高度，以用来支撑不同高度的基坑，适用范围广，在调节第二挡泥板高度的同时，伸缩杆进行相应的伸缩来适应不同高度时的支撑，支撑效果更好，安全性更高，进一步提高了适用范围。

中国专利201921620968.9公开了种土木工程基坑开挖用支撑装置，包括挡板、支撑件、第一连接件、锁紧件和第二插销套，所述挡板的左右两侧固定连接有插块，所述挡板背面的上部固定连接有第二插销套，所述挡板背面的下部固定连接有挂件和第四插销套，所述第四插销套中插合连接有插销件，所述挡板背面的中间部位处与锁紧件中的第三连接件固定连接，所述挡板两两之间均通过第一连接件插合连接，所述挡板两两之间均通过锁紧件与支撑件中的螺纹杆螺纹连接。本实用新型解决了挡板在安装和拆卸费时费力，浪费了大量的人力资源，且挡板不能重复使用，以及挡板拼接的缝隙处不具备防水功能，使得基坑中会产生很多的水源，影响施工进度的问题。

多层大直径圆环异形支撑系统施工先施工地连墙围护结构，施作在围护结构内分层开挖土体，分层施作大直径圆环异形水平支撑，并与竖向格构柱立体衔接，形成多层大直径圆环异形支撑系统。该体系将坑外土体水平推力转化为环梁的轴向压力,充分发挥钢筋混凝土材料性能，节省了材料用量，减少了拆除作业量，缩短了施工工期，节省了工程造价。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有深大基坑开挖施工中面对的支撑质量控制困难，支撑效果标准不统一，拆除施工工作量大的问题，提出了一种深大基坑开挖多层大直径圆环异形支撑技术，以实现深大基坑开挖施工时稳固、快速施工。

本发明采用的技术方案为一种深大基坑开挖多层大直径圆环异形支撑装置，一种深大基坑开挖多层大直径圆环异形支撑装置，深大基坑采用对称布设的方式；深大基坑开挖多层大直径圆环异形支撑装置深大基坑的包括水平支撑结构和竖直格构柱；所述的水平支撑结构由平面钢网架和圆环支撑件组成，平面钢网架的内部由圆环支撑件支撑，圆环支撑件的内壁为地铁车站的外支撑结构；各水平支撑结构分层水平安装在竖直的格构柱上；圆环支撑件一方面与格构柱进行紧固连接，另一方面构格构柱上设有卸力连杆机构，基坑外的土体水平推应力还能够通过平面钢网架、圆环支撑件作用在格构柱上的卸力连杆机构上，通过卸力连杆机构将基坑外的土体水平推应力转化为格构柱的竖向压应力。

进一步地，格构柱分为地上连接部分和地下灌注部分；格构柱的地上连接部分由四根阵列分布的纵向支撑杆组成，纵向支撑杆之间通过水平连接件进行紧固连接；格构柱的地下灌注部分由钢筋笼纵向钢筋和钢筋笼螺旋钢筋及混凝土浇筑构成。

进一步地，卸力连杆机构包括水平移动支架、竖直移动杆、摇杆、连杆一、连杆二和连杆三；水平移动支架与圆环支撑件通过水平连接件连接，并固定在格构柱的地上连接部分的纵向支撑杆上；水平移动支架为方形框架结构，方形框架结构上设有滑槽；竖直移动杆的一端与连杆三的一端铰接，连杆三的另一端铰接在格构柱的顶部；连杆二的一端铰接在连杆三的中间位置，连杆二的另一端与连杆一的一端铰接；连杆二上设有销轴，销轴与滑槽卡接在一起，销轴能够在滑槽能上下移动；连杆一的另一端与摇杆的一端铰接，摇杆的另一端铰接在竖直移动杆的另一端。

进一步地，土体水平推应力对水平移动支架施加水平推力，水平移动支架产生水平运动，通过摇杆、连杆一、连杆二和连杆三组成的四连杆结构转化为竖直移动杆的向下运动并且通过销轴将土体水平推应力转化为对格构柱的压应力，对水平支撑结构形成耗能，能够有效消耗周围土体震动产生的能量。

进一步地，平面钢网架内部的钢结构杆上设有直线杆和圆弧杆。

进一步地，平面钢网架在边界处设计为直线结构，能够提高钢网架在施工基坑中的几何匹配性。

进一步地，圆环支撑件由弧形钢结构杆焊接收尾相连焊接而成，直径根据施工现场具体情况确定。

进一步地，环形支撑件与平面钢网架和格构杆之间通过焊接或螺栓螺母进行连接紧固。

与现有技术相比较，本发明具有如下技术效果。

1、本发明提出了一种深大基坑开挖多层大直径圆环异形支撑技术，针对现有深大基坑开挖施工中面对的支撑质量控制困难，支撑效果标准不统一，拆除施工工作量大的问题，实现了深大基坑开挖施工时稳固、快速施工。本发明设计的连接结构快速稳固，能够显著提高支撑施工的作业质量和效率。适用于深度大于50m，半径大于200m的深大基坑施工。

2、本发明设计支撑结构由多个水平钢网架上下堆叠组成，格构杆为可拆卸式构件以及预制构件，可以实现在一定范围内对布置的位置进行相应设计调节，满足不同工程中不同大小的基坑支撑施工需要；符合绿色施工、文明施工、装配式施工的技术需求。

3、异形支撑主要适用于不同场景，比如车站基坑防护、附属结构基坑支护、轨道基坑防护；针对不同的建筑基坑结构，异形支撑能够保证施工现场的力学整体性，并且节省现场大量的人力以及时间的支出耗费。

附图说明

图1是基坑开挖多层支撑示意图。

图2是基坑开挖多层支撑示意图。

图3是格构杆结构示意图。

图4是卸力连杆的结构示意图。

图5是卸力连杆的运动示意图。

图中：1、平面钢网架，2、圆环支撑件，3、格构柱，4、纵向支撑杆，5、水平连接件，6、钢筋笼纵向钢筋，7、钢筋笼螺旋钢筋，8、水平移动支架，9、竖直移动杆，10、摇杆，11、连杆一，12、连杆二，13、连杆三13。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

如图1-5所示，本发明为一种深大基坑开挖多层大直径圆环异形支撑装置，为降低周围土体扰动，深大基坑采用对称布设的方式；包括水平支撑结构和竖直格构柱3；所述的水平支撑结构由平面钢网架1和圆环支撑件2组成，平面钢网架1的内部由圆环支撑件2支撑，圆环支撑件2的内壁为地铁车站的外支撑结构。各水平支撑结构分层水平安装在竖直的格构柱3上；圆环支撑件2一方面与格构柱3进行紧固连接，另一方面构格构柱3上设有卸力连杆机构，基坑外的土体水平推应力还能够通过平面钢网架1、圆环支撑件2作用在格构柱3上的卸力连杆机构上，通过卸力连杆机构将基坑外的土体水平推应力转化为格构柱3的竖向压应力。

格构柱3分为地上连接部分和地下灌注部分。格构柱3的地上连接部分由四根阵列分布的纵向支撑杆4组成，纵向支撑杆4之间通过水平连接件5进行紧固连接；格构柱3的地下灌注部分由钢筋笼纵向钢筋6和钢筋笼螺旋钢筋7及混凝土浇筑构成。

卸力连杆机构包括水平移动支架8、竖直移动杆9、摇杆10、连杆一11、连杆二12和连杆三13；水平移动支架8与圆环支撑件2通过水平连接件5连接，并固定在格构柱3的地上连接部分的纵向支撑杆4上；水平移动支架8为方形框架结构，方形框架结构上设有滑槽；竖直移动杆9的一端与连杆三13的一端铰接，连杆三13的另一端铰接在格构柱3的顶部；连杆二12的一端铰接在连杆三13的中间位置，连杆二12的另一端与连杆一11的一端铰接；连杆二12上设有销轴，销轴与滑槽卡接在一起，销轴能够在滑槽能上下移动；连杆一11的另一端与摇杆10的一端铰接，摇杆10的另一端铰接在竖直移动杆9的另一端。

土体水平推应力对水平移动支架8施加水平推力，水平移动支架8产生水平运动，通过摇杆10、连杆一11、连杆二12和连杆三13组成的四连杆结构转化为竖直移动杆9的向下运动并且通过销轴将土体水平推应力转化为对格构柱3的压应力，对水平支撑结构形成耗能，能够有效消耗周围土体震动产生的能量。

根据施工现场基坑及附属建筑安排，将深大基坑的平面钢网架1布设为适应结构支撑的异性结构，约束住深大基坑的力学性能；平面钢网架1由若干钢结构杆焊接组成，每个钢结构杆之间互相交叉、重叠，有效增强平面钢网架1的结构强度，避免在基坑形变压力下结构变形。

平面钢网架1内部的钢结构杆上设有直线杆和圆弧杆。直线杆能够增强结构强度，圆弧杆能够在直线杆之间存在较大空隙的情况下灵活填补结构受力空白区域(补强)，提高平面钢网架1的受力自适应性，增强稳固性。

平面钢网架1在边界处设计为直线结构，能够提高钢网架在施工基坑中的几何匹配性，边界处的选择根据现场施工情况灵活确定。对于基坑中间的地下轨道，宜在地下轨道两侧相对应布设基坑，形成对称结构进行力学平衡。

圆环支撑件2由弧形钢结构杆焊接收尾相连焊接而成，直径根据施工现场具体情况确定。

环形支撑件2与平面钢网架1和格构杆3之间通过焊接或螺栓螺母进行连接紧固。

每层水平钢网架1的纵向连接由格构柱3实现。

格构柱3的主体连接结构为纵向支撑杆4。纵向支撑杆4呈阵列放置，以提高支撑强度。

所述的格构柱3的下部分为灌注桩钢筋笼，由钢筋笼纵向钢筋6和钢筋笼螺旋钢筋7构成。

纵向支撑杆4上设有若干水平连接件5，每个水平连接件5与相应层的平面钢网架1进行连接，实现平面钢网架1的支撑和稳固连接。

水平连接件5与平面钢网架1之间通过焊接或螺栓螺母进行连接固定，防止松动影响结构整体稳定性。

灌注桩钢筋笼上的钢筋笼纵向钢筋6呈阵列放置，能够将支撑力均匀分布在各个钢筋上，提高结构整体稳定性。钢筋笼螺旋钢筋7在钢筋笼纵向钢筋6的阵列上从上至下螺旋缠绕，并且二者之间通过焊接和紧固钢丝来连接。卸力连杆机构将土体水平推力通过水平移动支架8的水平运动，带动摇杆10、连杆一11、连杆二12、连杆三13，最后转化为竖直移动杆9。

本发明提出了一种深大基坑开挖多层大直径圆环异形支撑技术，针对现有深大基坑开挖施工中面对的支撑质量控制困难，支撑效果标准不统一，拆除施工工作量大的问题，实现了深大基坑开挖施工时稳固、快速施工。本发明设计的连接结构快速稳固，能够显著提高支撑施工的作业质量和效率。先施工地连墙围护结构，施作在围护结构内分层开挖土体，分层施作大直径圆环异形水平支撑，并与竖向格构柱立体衔接，形成多层大直径圆环异形支撑系统。

本发明设计支撑结构由多个水平钢网架上下堆叠组成，格构杆为可拆卸式构件以及预制构件，可以实现在一定范围内对布置的位置进行相应设计调节，满足不同工程中不同大小的基坑支撑施工需要；符合绿色施工、文明施工、装配式施工的技术需求。本发明的装配式结构工艺较为简单，装配周期较短，节省现场大量的人力以及时间的支出耗费。

上面结合附图对本发明的实施方式做了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种改变，包括材料及连接方式等变化，但所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。