一种用于先浅后深的基坑支护结构及方法.pdf

本发明公开了一种用于先浅后深的基坑支护结构及方法，包括用于后期所建深基坑的钢筋混凝土内支撑结构，钢筋混凝土牛腿支座，以及H型钢骨架；所述钢筋混凝土内支撑结构和钢筋混凝土牛腿支座的一端部均靠深浅基坑共用建筑外墙设置；所述H型钢骨架穿过深浅基坑共用建筑外墙，一端连接在钢筋混凝土内支撑结构内部，另一端连接在钢筋混凝土牛腿支座内部；钢筋混凝土牛腿支座的另一端与浅层基础底板连接在一起同时施工而成；所述穿过共用建筑外墙的H型钢骨架外侧焊接有止水钢板。本发明实施的整个工程工期短，施工场地宽敞，材料运输与堆放方便，同时可达到建设单位要求的资金分批投入，商品房分期投入市场的理想目标。

1.  一种用于先浅后深的基坑支护结构，其特征在于：所述基坑支护结构包括用于后期所建深基坑的钢筋混凝土内支撑结构，钢筋混凝土牛腿支座，以及H型钢骨架；所述钢筋混凝土内支撑结构和钢筋混凝土牛腿支座的一端部均靠深浅基坑共用建筑外墙设置；所述H型钢骨架穿过深浅基坑共用建筑外墙，一端连接在钢筋混凝土内支撑结构内部，另一端连接在钢筋混凝土牛腿支座内部；钢筋混凝土牛腿支座的另一端与浅层基础底板连接在一起同时施工而成；所述穿过共用建筑外墙的H型钢骨架外侧焊接有止水钢板。

2.  如权利要求1所述的用于先浅后深的基坑支护结构，其特征在于：所述钢筋混凝土内支撑结构包括多根钢筋混凝土内支撑，每根钢筋混凝土内支撑内部设有一根H型钢骨架，H型钢骨架包含等截面400×400型钢及其翼缘上焊接的Ф19圆柱头高强度抗剪销钉，H型钢骨架一端埋设在钢筋混凝土内支撑内部，另一端埋设在钢筋混凝土牛腿支座内部，Ф19圆柱头高强度抗剪销钉设置在埋设在钢筋混凝土内支撑内部和钢筋混凝土牛腿支座内部的型钢翼缘上，起到抗剪作用。

3.  如权利要求1所述的用于先浅后深的基坑支护结构，其特征在于：所述钢筋混凝土内支撑由内部纵筋和水平箍筋以及混凝土三者共同组成。

4.  如权利要求1所述的用于先浅后深的基坑支护结构，其特征在于：所述钢筋混凝土牛腿支座由顶部纵向受力的纵筋与水平箍筋以及混凝土三者共同组成。

5.  一种实现权利要求1-4任意一项所述的用于先浅后深的基坑支护结构的施工方法，其特征在于：包括如下步骤：
第一步：根据实际情况的要求，基坑先开挖地下一层区域，后开挖地下二层区域；
第二步：根据施工顺序需在先施工的地下一层底板上设置钢筋混凝土牛腿，穿过共用建筑外墙的H型钢骨架一端预埋设在钢筋混凝土牛腿支座内部，施工地下二层时，地下二层钢筋混凝土内支撑通过预埋H型钢骨架的另一端与混凝土牛腿支座连接；
第三步：混凝土牛腿支座、预埋H型钢骨架与地下一层底板一起浇注；浇注钢筋混凝土牛腿支座前，确保钢筋混凝土牛腿支座及预埋型钢与地下二层的钢 筋混凝土内支撑连接在一起，方可实施；
第四步：拆除地下二层支撑的同时，凿除钢筋混凝土牛腿支座；凿除钢筋混凝牛腿时支座，应分区、跳隔凿除，且宜采用人工缓慢凿除，避免影响主体结构；
第五部：凿除后，按照结构设计要求整平基础底板。

6.  如权利要求5所述的用于先浅后深的基坑支护结构的施工方法，其特征在于：埋设于钢筋混凝土牛腿中的H型钢的翼缘上焊接Ф19高强度圆柱形销钉，起到抗剪作用。

7.  如权利要求5所述的用于先浅后深的基坑支护结构的施工方法，其特征在于：所述H型钢构件穿插在混凝土内支撑与混凝土牛腿内，应沿H型钢长度设置多个水平箍筋，以约束偏心受力对混凝土的不利影响，增强钢骨与混凝土之间的粘结力，同时在支撑轴力较大部位的型钢翼缘外侧设置高强度圆柱形销钉，防止型钢与混凝土之间产生相对滑移，导致支撑体系失稳；型钢端头设置销钉的数量，可根据弹性法计算型钢翼缘外表面处的剪应力，相应于该剪应力的剪力，全部由销钉承担，型钢抗剪销钉具体数量n_st采用下式计算：
n_st＝V_st/N_st Nst=0.43AstEcfc]]> Nst≤0.7Astfust]]>
式中：V_st为型钢上下翼缘销钉所承受的水平剪力设计值；N_st为单根销钉受剪承载力；A_st为销钉钉杆截面面积；E_c，f_c分别为钢筋混凝土牛腿支座混凝土弹性模量和轴心抗压强度设计值；f^st_u为销钉钢材的极限抗拉强度最小值。

8.  如权利要求5所述的用于先浅后深的基坑支护结构的施工方法，其特征在于：所述穿过共用墙的H型钢其外侧焊接止水钢板可有效地解决结构外墙对防水的要求。

一种用于先浅后深的基坑支护结构及方法
技术领域
本发明涉及一种用于先浅后深的基坑支护结构及其实现方法，属于岩土工程的技术领域。
背景技术
近年来，我国建筑建设日益兴隆，地下工程迅速兴起，地下室建设面积越来越大。因规划与使用性能的不同，大型地下建筑并非一次性开发，地下室层数也不都相同。常规的基坑设计以及施工都按照“先深后浅”的施工工序进行，大面积深基坑工程如采取“先深后浅”的常规方法，整个工程工期长，且施工场地狭小，建筑材料无处堆放，土方挖运量大，材料运输受到严重的影响，同时达不到建设单位要求的资金分批投入，商品房分期投入市场的理想目标。
“先深后浅”的施工工序已不能满足规划及商业的需求，反之按照“先浅后深“的方式进行成为一种新的形式。在各地深基坑开挖和支护技术方面，由深及浅的设计与施工方式经验丰富，但对于“先浅后深”这种新的施工方式较少应用。先施工浅基坑，使得先建地下室结构边缘距后建基坑特别近，给后建基坑施工带来很大的难度，同时也给先建地下室主体结构带来较大危险，相应地增加了工期和施工费用，同时对后建基坑施工精度的要求增高。先建基坑支护结构的强度与施工工艺若不符合后建深基坑开挖与支护结构的实际情况，则易导致一些基坑工程出现事故，造成损失。
综合各种因素分析，如果合理地采取“先浅后深”的施工方式，满足基坑的精度和强度的要求，则这种施工方式的效益突出。本发明考虑先开挖前期地下一层区域基坑，待前期工程投入市场后，再开挖后期地下二层区域，最后将两期地库连接贯通。
发明内容
发明目的：针对现有技术中存在的问题与不足，本发明提供一种用于先浅后深的基坑支护结构及方法，本发明实现的支护结构后期建设所用支撑刚度大、结构形式简单、施工速度快、节能环保。本发明支护结构对于前期浅基坑施工结束后，后期深基坑内支撑在深浅分界处支撑受力点无法设置，无法提供有效抗力的 情况，能够满足合理设置支撑抗力点，确保后期内支撑的完整性，满足后期基坑施工过程对环境的保护要求，同时不影响前期已建地下室的安全使用。
技术方案：一种用于先浅后深的基坑支护结构，所述基坑支护结构包括用于后期所建深基坑钢筋混凝土内支撑结构，钢筋混凝土牛腿支座，以及H型钢骨架；所述钢筋混凝土内支撑结构和钢筋混凝土牛腿支座的一端部均靠深浅基坑共用建筑外墙设置；所述H型钢骨架穿过深浅基坑共用建筑外墙，一端连接在钢筋混凝土内支撑结构内部，另一端连接在钢筋混凝土牛腿支座内部；钢筋混凝土牛腿支座的另一端与浅层基础底板连接在一起同时施工而成；所述穿过共用建筑外墙的H型钢骨架外侧焊接有止水钢板。
所述钢筋混凝土内支撑结构包括多根钢筋混凝土内支撑，每根钢筋混凝土内支撑内部设有一根H型钢骨架，H型钢骨架包含等截面400×400型钢及其翼缘上焊接的Ф19圆柱头高强度抗剪销钉，H型钢骨架一端埋设在钢筋混凝土内支撑内部，另一端埋设在钢筋混凝土牛腿支座内部，Ф19圆柱头高强度抗剪销钉设置在埋设在钢筋混凝土内支撑内部和钢筋混凝土牛腿支座内部的H型钢骨架翼缘上，起到抗剪作用。
所述钢筋混凝土内支撑由内部纵筋和水平箍筋以及混凝土三者共同组成。
所述钢筋混凝土牛腿支座由顶部纵向受力钢筋(纵筋)与水平箍筋以及混凝土三者共同组成。
一种实现上述用于先浅后深的基坑支护结构的施工方法，用于后期所建深基坑的内支撑，以及将该内支撑轴力荷载传递到前期浅层基础底板上。前期大面积基础底板较好地起到了平衡支撑水平力的作用，保证了支撑体系的稳定。支撑穿越结构外墙部位通过设置H型钢骨架起到过渡作用。包括如下步骤：
第一步：根据实际情况的要求，基坑先开挖地下一层区域，后开挖地下二层区域；
第二步：根据施工顺序需在先施工的地下一层底板(即浅层基础底板)上设置钢筋混凝土牛腿，穿过共用建筑外墙的H型钢骨架一端预埋设在钢筋混凝土牛腿支座内部，施工地下二层时，地下二层钢筋混凝土内支撑通过预埋H型钢骨架的另一端与混凝土牛腿连接；
第三步：混凝土牛腿、预埋H型钢骨架与地下一层底板一起浇注；浇注钢 筋混凝土牛腿前，施工单位必须准确放线，复核地下二层支撑的位置，确保混凝土牛腿及预埋型钢与地下二层支撑准确无误地连接，方可实施。
第四步：拆除地下二层支撑的同时，凿除钢筋混凝土牛腿。凿除钢筋混凝牛腿时，应分区、跳隔凿除，且宜采用人工缓慢凿除，避免影响主体结构。
第五部：凿除后，按照结构设计要求整平基础底板。
所述H型钢构件与钢筋混凝土内支撑能够协调一致地工作。埋设于钢筋混凝土牛腿中的H型钢的翼缘上焊接Ф19高强度圆柱形销钉，起到抗剪作用。
H型钢构件穿插在混凝土内支撑与混凝土牛腿内，应沿H型钢长度设置满足混凝土结构设计规范要求的水平箍筋，以约束偏心受力对混凝土的不利影响，增强钢骨与混凝土之间的粘结力，同时在支撑轴力较大部位的型钢翼缘外侧设置圆柱头高强度抗剪销钉，防止型钢与混凝土之间产生相对滑移，导致支撑体系失稳。型钢端头设置栓钉的数量，可根据弹性法计算型钢翼缘外表面处的剪应力，相应于该剪应力的剪力，全部由栓钉承担，型钢抗剪栓钉具体数量n_st采用下式计算：
n_st＝V_st/N_st Nst=0.43AstEcfcNst≤0.7Astfust]]>
式中：V_st为型钢上下翼缘栓钉所承受的水平剪力设计值；N_st为单根栓钉受剪承载力；A_st为栓钉钉杆截面面积；E_c，f_c分别为钢筋混凝土牛腿支座的混凝土弹性模量和轴心抗压强度设计值；f^st_u为栓钉钢材的极限抗拉强度最小值。
所述穿过共用墙的H型钢其外侧焊接止水钢板可有效地解决结构外墙对防水的要求。
本发明采用上述技术方案，与现有传统技术相比具有如下优点：
1、在先浅后深施工的深基坑工程中，有效地解决了后期内支撑体系抗力点的设置问题，且设置抗剪型钢解决了混凝土支撑穿越结构外墙的难题。
2、钢筋混凝土牛腿与抗剪构件的结合有效地解决了后期施工的内支撑在向下开挖过程中所引起的水平力的传递与平衡问题。
3、采用所述支护结构，基坑施工速度快，而且土体开挖方便，对周围环境影响小，工作效率高，工程费用低，尤其适用于采用先浅后深的深基坑工程。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图；
图2为H型钢截面示意图；
图3为本发明基坑支护结构基坑剖面示意图；
图中，1、浅层基础底板  2、深基坑中钢筋混凝土内支撑  3、深浅基坑共用建筑外墙  4、H型钢骨架  5、钢筋混凝土牛腿支座  6、高强度抗剪销钉  7、止水钢板  8、纵筋  9、水平箍筋。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
如图1-2所示，用于先浅后深的基坑支护结构，包括用于后期所建深基坑的钢筋混凝土内支撑结构，钢筋混凝土牛腿支座5，以及H型钢骨架4；钢筋混凝土内支撑结构包括多根钢筋混凝土内支撑2，每根钢筋混凝土内支撑2内部设有一根H型钢骨架4，钢筋混凝土内支撑结构和钢筋混凝土牛腿支座5的一端部均靠深浅基坑共用建筑外墙3设置；H型钢骨架4穿过深浅基坑共用建筑外墙3，一端连接在钢筋混凝土内支撑2内部，另一端连接在钢筋混凝土牛腿支座5内部；钢筋混凝土牛腿支座5的另一端与浅层基础底板1连接在一起同时施工而成；钢筋混凝土内支撑2、穿过深浅基坑共用建筑外墙3的H型钢骨架与钢筋混凝土牛腿支座5连接形成整个支护结构，H型钢骨架4外侧焊接有止水钢板7。
H型钢骨架4包含等截面400×400型钢及其翼缘上焊接的Ф19圆柱头高强度抗剪销钉6，Ф19圆柱头高强度抗剪销钉6设置在埋设在钢筋混凝土内支撑2内部和钢筋混凝土牛腿支座5内部的型钢翼缘上，起到抗剪作用。
钢筋混凝土内支撑2由内部纵筋8和水平箍筋9以及混凝土三者共同组成。
钢筋混凝土牛腿支座5由内部纵筋8与水平箍筋9以及混凝土三者共同组成。
如图3所示，用于先浅后深的基坑支护结构的施工方法，包括如下步骤：
第一步：根据实际情况的要求，基坑先开挖地下一层(浅基坑)区域，后开挖地下二层(深基坑)区域；
第二步：根据施工顺序需在先施工的地下一层底板上设置钢筋混凝土牛腿支座5，穿过共用建筑外墙3的H型钢骨架4一端预埋设在钢筋混凝土牛腿支座5 内部，施工地下二层时，地下二层钢筋混凝土内支撑2通过预埋H型钢骨架4的另一端与混凝土牛腿支座5连接；
第三步：混凝土牛腿支座5、预埋H型钢骨架4与地下一层底板一起浇注；浇注钢筋混凝土牛腿支座5前，确保钢筋混凝土牛腿支座5及预埋型钢3与地下二层的钢筋混凝土内支撑2连接在一起，方可实施；
第四步：拆除地下二层支撑2的同时，凿除钢筋混凝土牛腿支座5；凿除钢筋混凝牛腿时支座5，应分区、跳隔凿除，且宜采用人工缓慢凿除，避免影响主体结构；
第五部：凿除后，按照结构设计要求整平基础底板1。
H型钢骨架4穿插在混凝土内支撑2与混凝土牛腿支座5内，应沿H型钢长度设置多个水平箍筋9，以约束偏心受力对混凝土的不利影响，增强H型钢骨架4与混凝土之间的粘结力，同时在支撑轴力较大部位的型钢翼缘外侧设置高强度圆柱形销钉6，防止型钢与混凝土之间产生相对滑移，导致支撑体系失稳；型钢端头设置销钉的数量，可根据弹性法计算型钢翼缘外表面处的剪应力，相应于该剪应力的剪力，全部由销钉承担，型钢抗剪销钉具体数量n_st采用下式计算：
n_st＝V_st/N_stNst=0.43AstEcfcNst≤0.7Astfust]]>
式中：V_st为型钢上下翼缘销钉6所承受的水平剪力设计值；N_st为单根销钉6受剪承载力；A_st为销钉6钉杆截面面积；E_c，f_c分别为钢筋混凝土牛腿支座5混凝土弹性模量和轴心抗压强度设计值；f^st_u为销钉6钢材的极限抗拉强度最小值。