建筑機(jī)電抗震支撐系統(tǒng)

【學(xué)員問題】盾構(gòu)始發(fā)及到達(dá)施工支撐系統(tǒng)失穩(wěn)對策有哪些？

【解答】反力架、托架、負(fù)環(huán)管片等支撐系統(tǒng)，在某些情況下由于盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)的瞬時推力或扭距較大而產(chǎn)生失穩(wěn)，這樣導(dǎo)致整個始發(fā)工作失敗。

對策：對于支撐系統(tǒng)失穩(wěn)只能從預(yù)防角度進(jìn)行，同時在始發(fā)階段對支撐系統(tǒng)加強(qiáng)檢測。

以上內(nèi)容均根據(jù)學(xué)員實(shí)際工作中遇到的問題整理而成，供參考，如有問題請及時溝通、指正。

支撐系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)包含支撐材料的選擇、結(jié)構(gòu)體系的布置、支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形計(jì)算、支撐構(gòu)件的強(qiáng)度和穩(wěn)定性計(jì)算、支撐構(gòu)件的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)以及支撐結(jié)構(gòu)的安裝和拆除。

一、水平支撐系統(tǒng)平面布置原則

水平支撐系統(tǒng)中內(nèi)支撐與圍檁必須形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)體系，有可靠的連接，滿足承載力、變形和穩(wěn)定性要求。支撐系統(tǒng)的平面布置形式眾多，從技術(shù)上，同樣的基坑工程采用多種支撐平面布置形式均是可行的，但科學(xué)、合理的支撐布置形式應(yīng)是兼顧了基坑工程特點(diǎn)、主體地下結(jié)構(gòu)布置以及周邊環(huán)境的保護(hù)要求和經(jīng)濟(jì)性等綜合因素的和諧統(tǒng)一。通常情況下可采用如下方式：

1）長條形基坑工程中，可設(shè)置以短邊方向的對撐體系，兩端可設(shè)置水平角撐體系。短邊方向的對撐體系可根據(jù)基坑短邊的長度、土方開挖、工期等要求采用鋼支撐或者混凝土支撐，兩端的角撐體系從基坑工程的穩(wěn)定性以及控制變形角度上，宜采用混凝土支撐的形式。

如已實(shí)施完畢的上海浦東恒大小區(qū)基坑工程，基坑形狀呈狹長的手槍狀，基坑?xùn)|西方向長度較長約為 240m，西側(cè)南北方向長度約為 43m，東側(cè)南北方向長度約為 83m。綜合考慮工程周邊環(huán)境、基坑面積及形狀、基坑開挖深度以及工期等因素，支撐系統(tǒng)采用了鋼和混凝土組合支撐的形式，東側(cè)基坑角撐結(jié)合對撐的混凝土支撐形式，西側(cè)基坑采用角部混凝土支撐，短邊設(shè)置鋼支撐對撐的形式。

2）當(dāng)基坑周邊緊鄰保護(hù)要求較高建（構(gòu)）筑物、地鐵車站或隧道，對基坑工程的變形控制要求較為嚴(yán)格時，或者基坑面積較小、兩個方向的平面尺寸大致時，或者基坑形狀不規(guī)則，其他形式的支撐布置有較大難度時，宜采用相互正交的對撐布置方式。該布置型式的支撐系統(tǒng)具有支撐剛度大、傳力直接以及受力清楚的特點(diǎn)，適合在變形控制要求高的基坑工程中應(yīng)用。

上海解放日報新聞業(yè)務(wù)樓基坑地處上海市黃浦區(qū)中心位置，基坑形狀呈不規(guī)則矩形，基坑面積較小約為 2300m2 ，開挖深度約為 12m，基坑?xùn)|側(cè)緊鄰一高層建筑物，根據(jù)本基坑的面積、形狀以及周圍的環(huán)境特點(diǎn)，采用了抗側(cè)剛度大、可適應(yīng)不規(guī)則形狀的十字正交布置形式的鋼筋混凝土支撐形式。

3）當(dāng)基坑面積較大，平面形狀不規(guī)則時，同時在支撐平面中需要留設(shè)較大作業(yè)空間時，宜采用角部設(shè)置角撐、長邊設(shè)置沿短邊方向的對撐結(jié)合邊桁架的支撐體系。該類型支撐體系由于具有較好的控制變形能力、大面積無支撐的出土作業(yè)面以及可適應(yīng)各種形狀的基坑工程，同時由于支撐系統(tǒng)中對撐、各榀對撐之間具有較強(qiáng)的受力上的獨(dú)立性，易于實(shí)現(xiàn)土方上的流水化施工，此外還具有較好的經(jīng)濟(jì)性，因此幾乎成為上海等軟土地區(qū)首選的支撐平面布置形式，近年來得到極為廣泛的應(yīng)用。

上海虹橋綜合交通樞紐工程東交通中心、磁懸浮基坑工程面積巨大，地下二層區(qū)域長約404m，寬約 77～136m，基坑開挖深度約 18～25m，基坑形狀呈不規(guī)則長方形。根據(jù)基坑形狀的特點(diǎn)，采用了兩端角撐中部對撐的支撐布置形式，該布置形式的支撐為流水化施工支撐和土方開挖創(chuàng)造了條件，從而大大加快了基坑工程的施工速度和縮短了施工工期。

4）基坑平面為規(guī)則的方形、圓形或者平面雖不規(guī)則但基坑兩個方向的平面尺寸大致相等，或者是為了完全避讓塔樓框架柱、剪力墻等豎向結(jié)構(gòu)以方便施工、加快塔樓施工工期，尤其是當(dāng)塔樓豎向結(jié)構(gòu)采用勁性構(gòu)件時，臨時支撐平面應(yīng)錯開塔樓豎向結(jié)構(gòu)，以利于塔樓豎向結(jié)構(gòu)的施工，可采用單圓環(huán)形支撐甚至多圓環(huán)形支撐布置方式。

天津響螺灣中鋼大廈項(xiàng)目位于天津市響螺灣地區(qū)，基坑開挖深度達(dá)到18~22m，基坑面積達(dá)到 2萬m2 ，是當(dāng)?shù)匾?guī)模最大的基坑工程之一。根據(jù)圍護(hù)結(jié)構(gòu)受力計(jì)算的需要，本工程內(nèi)部需設(shè)置四道鋼筋混凝土支撐體系。由于平面形狀不規(guī)則，采用較為傳統(tǒng)的角撐、對撐結(jié)合邊桁架布置，需要設(shè)置大量穿越基坑內(nèi)部的桿件，不利于土方的開挖和地下室結(jié)構(gòu)的的施工。因此結(jié)合本工程的平面形狀和塔樓的分布位置，采用雙半圓環(huán)的支撐平面布置體系。雙半圓環(huán)支撐形式的采用，基本上避開了整個塔樓區(qū)域的所有豎向構(gòu)件，基坑開挖到底后，完成基礎(chǔ)底板施工后，兩個主要的地面建筑即可在不拆撐的情況下向上施工主體結(jié)構(gòu)，加快整體工期進(jìn)度。

上述圓環(huán)形支撐形式的支撐桿件均采用鋼筋混凝土材料，在一定條件下也可采用組合結(jié)構(gòu)環(huán)形內(nèi)支撐的形式，該形式與鋼筋混凝土環(huán)形支撐基本相似，其根本區(qū)別在于組合結(jié)構(gòu)環(huán)形內(nèi)支撐形式中，環(huán)形支撐由于需承受巨大的軸向壓力，因此采用鋼筋混凝土支撐材料，其余桿件承受的軸向壓力相對較小，采用施工速度快、可回收以及經(jīng)濟(jì)性較好的鋼結(jié)構(gòu)材料截面承載力也能滿足要求。

下圖16-13為新華明珠深基坑支護(hù)工程采用組合結(jié)構(gòu)環(huán)形內(nèi)支撐的基坑工程實(shí)景，該基坑支撐采用鋼筋混凝土大圓環(huán)，圓環(huán)直徑68m，其余桿件均采用鋼結(jié)構(gòu)，實(shí)施效果良好。

5）基坑平面有向坑內(nèi)折角（陽角）時，陽角處的內(nèi)力比較復(fù)雜，是應(yīng)力集中的部分，稍有疏忽，最容易在該部分出現(xiàn)問題。陽角的處理應(yīng)從多方面進(jìn)行考慮，首先基坑平面的設(shè)計(jì)應(yīng)盡量避免出現(xiàn)陽角，當(dāng)不可避免時，需作特別的加強(qiáng)，如在陽角的兩個方向上設(shè)置支撐點(diǎn)，或者可根據(jù)實(shí)際情況將該位置的支撐桿件設(shè)置現(xiàn)澆板，通過增設(shè)現(xiàn)澆板增強(qiáng)該區(qū)域的支撐剛度，控制該位置的變形。無足夠的經(jīng)驗(yàn)可借鑒時，最好對陽角處的坑外地基進(jìn)行加固，提高坑外土體的強(qiáng)度，以減少圍護(hù)墻體的側(cè)向水土壓力。

6）支撐結(jié)構(gòu)與主體地下結(jié)構(gòu)的施工期通常是錯開的，為了不影響主體地下結(jié)構(gòu)的施工，支撐系統(tǒng)平面布置時，支撐軸線應(yīng)盡量避開主體工程的柱網(wǎng)軸線，同時，避免出現(xiàn)整根支撐位于結(jié)構(gòu)剪力墻之上的情況，其目的是減小支撐體系對主體結(jié)構(gòu)施工時的影響。 另外，如主體地下結(jié)構(gòu)豎向結(jié)構(gòu)構(gòu)件采用內(nèi)插鋼骨的勁性結(jié)構(gòu)時，應(yīng)嚴(yán)格復(fù)核支撐的平面分布，確保支撐桿件完全避讓勁性結(jié)構(gòu)。

7）支撐桿件相鄰水平距離首先應(yīng)確保支撐系統(tǒng)整體變形和支撐構(gòu)件承載力在要求范圍之內(nèi)，其次應(yīng)滿足土方工程的施工要求。當(dāng)支撐系統(tǒng)采用鋼筋混凝土圍檁時，沿著圍檁方向的支撐點(diǎn)間距不宜大于9m；采用鋼圍檁時，支撐點(diǎn)間距不宜大于4m；當(dāng)相鄰支撐之間的水平距離較大時，應(yīng)在支撐端部兩側(cè)與圍檁之間設(shè)置八字撐，八字撐宜左右對稱，與圍檁的夾角不宜大于60度。

二、水平支撐系統(tǒng)豎向布置原則

在基坑豎向平面內(nèi)需要布置的水平支撐的數(shù)量，主要根據(jù)基坑圍護(hù)墻的承載力和變形控制計(jì)算確定，同時應(yīng)滿足土方開挖的施工要求?；迂Q向支撐的數(shù)量主要受土層地質(zhì)特性以及周圍環(huán)境保護(hù)要求的影響。基坑面積、開挖深度、圍護(hù)墻設(shè)計(jì)以及周圍環(huán)境等條件都相同的條件下，不同地區(qū)不同土層地質(zhì)特性情況下，支撐的數(shù)量區(qū)別是十分顯著的，如開挖深度15m 的基坑工程，在北方等硬土地區(qū)也許無需設(shè)置內(nèi)支撐，僅在坑外設(shè)置幾道錨桿即可滿足要求，而在沿海軟土地區(qū)，則可能需要設(shè)置三～四道水平支撐；另外即使在土層地質(zhì)一致的

地區(qū)，當(dāng)周圍環(huán)境保護(hù)要求有較大的區(qū)別時，支撐道數(shù)也是相差較大的。一般情況下，支撐系統(tǒng)豎向布置可按如下原則進(jìn)行確定：

1）在豎向平面內(nèi)，水平支撐的層數(shù)應(yīng)根據(jù)基坑開挖深度、土方工程施工、圍護(hù)結(jié)構(gòu)類型及工程經(jīng)驗(yàn)，有圍護(hù)結(jié)構(gòu)的計(jì)算工況確定。

2）上、下各層水平支撐的軸線應(yīng)盡量布置在同一豎向平面內(nèi)，主要目的是為了便于基坑土方的開挖，同時也能保證各層水平支撐共用豎向支承立柱系統(tǒng)。此外，相鄰水平支撐的凈距不宜小于 3m，當(dāng)采用機(jī)械下坑開挖及運(yùn)輸時應(yīng)根據(jù)機(jī)械的操作所需空間要求適當(dāng)放大。

3）各層水平支撐與圍檁的軸線標(biāo)高應(yīng)在同一平面上，且設(shè)定的各層水平支撐的標(biāo)高不得妨礙主體工程施工。水平支撐構(gòu)件與地下結(jié)構(gòu)樓板間的凈距不宜小于 300mm；與基礎(chǔ)底板間凈距不小于600mm，且應(yīng)滿足墻、柱豎向結(jié)構(gòu)構(gòu)件的插筋高度要求。

4）首道水平支撐和圍檁的布置宜盡量與圍護(hù)墻結(jié)構(gòu)的頂圈梁相結(jié)合。在環(huán)境條件容許時，可盡量降低首道支撐標(biāo)高?；釉O(shè)置多道支撐時，最下道支撐的布置在不影響主體結(jié)構(gòu)施工和土方開挖條件下，宜盡量降低。當(dāng)基礎(chǔ)底板的厚度較大，且征得主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)認(rèn)可時，也可將最下道支撐留置在主體基礎(chǔ)底板內(nèi)。

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三、豎向斜撐的設(shè)計(jì)

豎向斜撐體系一般較多的應(yīng)用在開挖深度較小、面積巨大的基坑工程中。豎向斜撐體系一般由斜撐、壓頂圈梁和斜撐基礎(chǔ)等構(gòu)件組成，斜撐一般投影長度大于 15m 時應(yīng)在其中部設(shè)置立柱。斜撐一般采用鋼管支撐或者型鋼支撐，鋼管支撐一般采用Ф609×16，型鋼支撐一般采用H700×300、H500×300 以及 H400×400，斜撐坡率不宜大于1：2，并應(yīng)盡量與基坑內(nèi)土堤的穩(wěn)定邊坡坡率相一致，同時斜撐基礎(chǔ)與圍護(hù)墻之間的水平距離也不宜小于圍護(hù)墻插入深度的 1.5 倍，斜撐與圍檁及斜撐與基礎(chǔ)之間的連接，以及圍檁與圍護(hù)墻之間的連接應(yīng)滿足斜撐的水平分力和豎向分力的傳遞要求。

采用豎向斜撐體系的基坑，在基坑中部的土方開挖后和斜撐未形成前，基坑變形取決于圍護(hù)墻內(nèi)側(cè)預(yù)留的土堤對墻體所提供的被動抗力，因此保持土堤邊坡的穩(wěn)定至關(guān)重要，必須通過計(jì)算確定可靠的安全儲備。

四、支撐節(jié)點(diǎn)構(gòu)造

支撐結(jié)構(gòu)，特別是鋼支撐的整體剛度更依賴構(gòu)件之間的合理連接構(gòu)造。支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，除確定構(gòu)件截面外，須重視節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造設(shè)計(jì)。

1. 鋼支撐的長度拼接

鋼結(jié)構(gòu)支撐構(gòu)件的拼接應(yīng)滿足截面等強(qiáng)度的要求。常用的連接方式有焊接和螺栓連接。

螺栓連接施工方便但整體性不如焊接，為減少節(jié)點(diǎn)變形，宜采用高強(qiáng)螺栓。構(gòu)件在基坑內(nèi)的接長，由于焊接條件差，焊縫質(zhì)量不易保證，通常采用螺栓連接。

鋼腰梁在基坑內(nèi)的拼接點(diǎn)由于受操作條件限制不易做好，尤其在靠圍護(hù)墻一側(cè)的翼緣連接板較難施工，影響整體性能。設(shè)計(jì)時應(yīng)將接頭設(shè)置在截面彎矩較小的部位，并應(yīng)盡可能加大坑內(nèi)安裝段的長度，以減少安裝節(jié)點(diǎn)的數(shù)量。

2. 兩個方向的鋼支撐連接節(jié)點(diǎn)

縱橫向支撐采用重迭連接，雖然施工安裝方便，但支撐結(jié)構(gòu)整體性差，應(yīng)盡量避免采用。

當(dāng)縱橫向支撐采用重迭連接時，則相應(yīng)的圍檁在基坑轉(zhuǎn)角處不在同一平面相交，此時應(yīng)在轉(zhuǎn)角處的圍檁端部采取加強(qiáng)的構(gòu)造措施，以防止兩個方向上圍檁的端部產(chǎn)生懸臂受力狀態(tài)。

縱橫向支撐應(yīng)盡可能設(shè)置在同一標(biāo)高上，采用定型的十字節(jié)點(diǎn)連接。這種連接方式整體性好，節(jié)點(diǎn)比較可靠。節(jié)點(diǎn)可以采用特制的“十”及“井”字接頭，縱橫管都與“十”字或“井”字接頭連接，使縱橫鋼管處于同一平面內(nèi)。后者可以使鋼管形成一個平面框架，剛度大，受力性能好。

3. 鋼支撐端部預(yù)應(yīng)力活絡(luò)頭構(gòu)造

鋼支撐的端部，考慮預(yù)應(yīng)力施加的需要，一般均設(shè)置為活絡(luò)端，待預(yù)應(yīng)力施加完畢后固定活絡(luò)端，且一般配與琵琶撐。除了活絡(luò)端設(shè)置在鋼支撐端部外，還可以采用螺旋千斤頂?shù)仍O(shè)備設(shè)置在支撐的中部。由于支撐加工及生產(chǎn)廠家不同，目前投入基坑工程使用的活絡(luò)端有以下兩種形式，一種為契型活絡(luò)端、一種為箱體活絡(luò)端。詳見下圖。

鋼管支撐為了施加預(yù)應(yīng)力常設(shè)計(jì)一個預(yù)應(yīng)力施加活絡(luò)頭子，并采用單面施加的方法進(jìn)行。由于預(yù)應(yīng)力施工后會產(chǎn)生各種預(yù)應(yīng)力損失（詳見預(yù)應(yīng)力相關(guān)規(guī)范），基坑開挖變形后預(yù)應(yīng)力也會發(fā)生損失，為了保證預(yù)應(yīng)力的強(qiáng)度，當(dāng)發(fā)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力損失達(dá)到一定程度時須及時進(jìn)行補(bǔ)充，復(fù)加預(yù)應(yīng)力。

4. 鋼支撐與鋼腰梁斜交處抗剪連接節(jié)點(diǎn)

由于圍護(hù)墻表面通常不十分平整，尤其是鉆孔灌注樁墻體，為使鋼圍檁與圍護(hù)墻接合得緊密，防止鋼圍檁截面產(chǎn)生扭曲，在鋼圍檁與圍護(hù)墻之間采用細(xì)石混凝土填實(shí)，如二者之間縫寬較大時，為了防止所填充的混凝土脫落，縫內(nèi)宜放置鋼筋網(wǎng)。當(dāng)支撐與圍檁斜交時，為傳遞沿圍檁方向的水平分力，在圍檁與圍護(hù)墻之間需設(shè)置剪力傳遞裝置。對于地下連續(xù)墻可通過預(yù)埋鋼板，對于鉆孔灌注樁可通過鋼圍檁的抗剪焊接件。

5. 支撐與混凝土腰梁斜交處抗剪連接節(jié)點(diǎn)

通常情況下，圍護(hù)墻與混凝土圍檁之間的結(jié)合面不考慮傳遞水平剪力。當(dāng)基坑形狀比較復(fù)雜，支撐采用斜交布置時，特別是當(dāng)支撐采用大角撐的布置形式時，由于角撐的數(shù)量多，沿著圍檁長度方向需傳遞十分巨大的水平力，此時如圍護(hù)墻與圍檁之間應(yīng)設(shè)置抗剪件和剪力槽，以確保圍檁與圍護(hù)墻能形成整體連接，二者接合面能承受剪力，可使得圍護(hù)墻也能參與承受部分水平力，既可改善圍檁的受力狀態(tài)、又可減少整體支撐體系的變形。圍護(hù)墻與圍檁結(jié)合面的墻體上設(shè)置的抗剪件一般可采用預(yù)埋插筋，或者預(yù)埋埋件，開挖后焊接抗剪件，預(yù)留的剪力槽可間隔抗剪件布置，其高度一般與圍檁截面相同，間距 150～200mm，槽深 50～70mm。

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轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的施工特點(diǎn)：靈活布置支撐系統(tǒng)

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