一种可主动控制变形的支撑系统及其施工方法与流程

1.本发明属于建筑基坑支护和基础领域，尤其涉及主动控制基坑开挖阶段变形以达到敏感环境保护效果的一种支撑系统及其施工方法，可广泛应用于周边存在较高保护要求环境的基坑工程中。


背景技术：

2.20世纪90年代中期以来，我国正式进入城市地下空间开发利用时代，大规模地下空间开发所引发的高层建筑地下室、地下商场、地下停车场、大型地铁车站、地下变电站等的建设伴随着产生大量的深基坑工程；并且基坑规模越来越大、开挖深度越来越深。 尤其21世纪以后，随着轨道交通设施进一步普及；城市主要市政管线入地工程的进一步落实；历史保护建筑进一步颁布明确；以及医院、学校、住宅、精密设备工厂等重要建筑进一步得到重视；临近上述对象的基坑工程在实施过程中被要求执行更为严格的变形控制指标，严禁因为基坑内的挖土、卸荷作业造成上述对象发生较大的沉降变形，甚至是损坏、失能。根据上海市工程建设规范《基坑工程技术标准》dg/tj08-61-2018,对基坑工程的环境保护由高到低分为一级、二级和三级。
3.目前，为满足环境要求保护高的一级和二级基坑工程的变形控制指标，设计、施工通常采取的技术措施为：a）增加周边围护体的构件截面尺寸以提高其抗弯刚度，使得围护体在承受相同的坑外荷载与作用下发生更小的变形；b）在基坑内侧的被动区土体内设置大面积地基加固，即：利用液压、气压或者化学原理，把能固化的浆液注入土体空隙中，将原来松散的土粒或裂隙胶结成一个整体，或者以水泥作为固化剂的主剂，通过特制的深层搅拌机械，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的桩体，最终提高地基承载力，改善土体强度和变形性质以达到减小基坑围护体变形的目的；c）当基坑工程面积较大或者形状不规则时，通过设置内部临时隔断围护体将原本的基坑工程划分为多个小分区基坑先后实施，利用时空效应原理最后施工临近敏感环境的小分区基坑，并辅以伺服轴力自动补偿系统钢支撑等措施，进而控制敏感环境侧的围护体变形。上述三项措施均因不同程度地增加大量地基基础施工内容而造成工程造价攀升，不利于建设项目的经济效益；同时由于更为大量的钢筋、水泥等材料使用和泥浆排放，有悖于绿色环保理念。


技术实现要素：

4.为解决上述技术问题，本发明提供了一种可主动控制变形的支撑系统及其施工方法，该技术简化了地基基础施工工作内容，简便且有效地解决了高环境保护区的基坑开挖变形。
5.本发明的技术方案为：一种可主动控制变形的支撑系统，基坑的外围为周边围护体，内部分为钢筋混凝土支撑区和钢支撑区；钢筋混凝土支撑区内设置竖向支撑桩和横向的钢筋混凝土支撑；钢支撑区内设置横向的伺服轴力钢支撑；周边围护体的外侧为高环境保护区；钢支撑区设置在高环境保护区和钢筋混凝土支撑区之间；钢支撑区与高环境保护
区之间为周边围护体；伺服轴力钢支撑连接周边围护体与钢筋混凝土支撑区。
6.基于上述技术特征：加强钢筋混凝土支撑与伺服轴力钢支撑的连接处，在连接处采用加腋节点，即在钢筋混凝土支撑的相交节点处加腋，形成八字撑。
7.基于上述技术特征：加强钢筋混凝土支撑区内的连接边跨，连接边跨与钢支撑区相邻；在连接边跨内设置钢筋混凝土封板。
8.基于上述技术特征：支撑系统设置在非首层。
9.一种可主动控制变形的支撑系统的施工方法，施工步骤为：步骤一：施工周边围护体和竖向支承桩柱；步骤二：开挖钢筋混凝土支撑区范围内的土方，保留钢支撑区的土方,形成中间低、侧边高的盆地形状挖土区；步骤三：施工钢筋混凝土支撑；步骤四：开挖钢支撑区的土方；步骤五：在钢支撑区内完伺服轴力钢支撑的架设施工与轴力施加。
10.基于上述技术特征：在上述步骤三中加固钢筋混凝土支撑与伺服轴力钢支撑的连接处，在钢筋混凝土支撑的相交节点处加腋，形成八字撑。
11.基于上述技术特征：在步骤三中加强钢筋混凝土支撑区与钢支撑区相邻处的连接边跨，与连接边跨内浇筑钢筋混凝土封板。
12.本发明的基本构思是：钢筋混凝土支撑的优点在于平面内大刚度、布置形式限制小。钢支撑的优点在于可施加预应力主动控制变形但布置方式较为受限。本发明能同时发挥二者的优势，适用于各种形状、面积的深基坑工程。
13.首先盆式挖土形成钢筋混凝土支撑，而后分区分块开挖环境保护要求较高一侧的土方，即钢支撑区的土方，随挖随设置伺服轴力钢支撑，如此可避免目前轴力伺服混凝土支撑存在的“先发生变形，再外顶补偿而造成坑外土体扰动”问题，更利于发挥时空效应控制基坑变形。钢支撑长度控制在10 m至20m，可实现无立柱设计以便快挖快撑，同时可满足盆式留土及放坡要求。钢支撑系统则可采用有围檩和无围檩体系：有围檩体系适用于离散型的周边围护体，如周边围护体为灌注排桩、咬合桩以及smw工法桩等；无围檩体系适用于地下连续墙等连续型的周边围护体。对应的连接边跨的混凝土支撑可通过设置封板、加腋八字撑等，以及提高横向支撑承载力的方式实现传力可靠与受力平衡。
14.通过对钢筋混凝土支撑系统针对性的设计调整和盆式挖土施工步序的控制要求，有效地将钢筋混凝土支撑体系和伺服预应力钢支撑体系融合，同时发挥二者的优势。从而克服了现有轴力伺服混凝土支撑对坑外土体扰动的问题，扩大了适用范围于不同形状、面积的深基坑，可有效控制保护环境侧的围护体位移，更因减少地基基础施工内容而低碳、节能、减排。
附图说明
15.图1是可主动控制变形的支撑系统平面图。
16.图2是可主动控制变形的支撑系统剖面图。
17.图中构件编号为：周边围护体1；钢筋混凝土支撑2；加腋节点3；钢筋混凝土封板4；竖向支承桩柱5；伺服轴力钢支撑6；高环境保护区a；钢支撑区b；钢筋混凝土支撑区c；连接
边跨d。
实施方式
18.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。
19.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，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。
20.本发明有效地将钢筋混凝土支撑体系和伺服预应力钢支撑体系融合，同时发挥二者的优势。从而达到减少土体扰动、扩大适用范围、有效控制变形和低碳节能的目的。结合附图，具体描述如下：如图1和图2所示，基坑的外围为周边围护体1，周边围护体1为混凝土墙。周边围护体1的内部分为钢筋混凝土支撑区c和钢支撑区b；钢筋混凝土支撑区c内设置竖向支撑桩5和钢筋混凝土支撑2；钢支撑区b内设置伺服轴力钢支撑6；周边围护体1的外侧为高环境保护区a；钢支撑区b设置在高环境保护区a和钢筋混凝土支撑区c之间；钢支撑区b与高环境保护区a之间为周边围护体1；伺服轴力钢支撑6一端与钢筋混凝土支撑2连接，另一端与周边围护体1连接。
21.进一步，加强钢筋混凝土支撑2与伺服轴力钢支撑6的连接处，在连接处采用加腋节点3，即在相交的钢筋混凝土支撑2节点处直接加腋，形成八字撑。
22.进一步，加强连接边跨d，连接边跨d位于钢筋混凝土支撑区c的侧边，且与钢支撑区b相邻。在连接边跨内设置钢筋混凝土封板4，使连接边跨范围内成为一整块板。
23.另外，根据上海市工程建设规范《基坑工程技术标准》dg/tj08-61-2018的规定，钢支撑不能设置为首层支撑，故本专利的支撑系统限制在非首层支撑。但是，如果当地没有相关强制性技术规范或规定，本专利技术也可使用在首层。
24.结合图1和图2，本发明的具体施工步骤如下：步骤一：施工周边围护体1和竖向支承桩柱5。
25.步骤二：开挖钢筋混凝土支撑区c范围内的土方，保留钢支撑区b的土方,这样形成中间低、侧边高的盆地形状的挖土区。
26.步骤三：施工钢筋混凝土支撑。根据伺服轴力钢支撑6的布置特点，加强钢筋混凝土支撑2与伺服轴力钢支撑6的连接处，如在连接处采用加腋节点3。并且/或加强钢筋混凝土支撑区c的连接边跨d，与钢支撑区b相邻的钢筋混凝土支撑边跨内设置钢筋混凝土封板4。
27.步骤四：待钢筋混凝土支撑2、加腋节点3、钢筋混凝土封板4施工完成后，开挖钢支撑区b的土方。
28.步骤五：在钢支撑区b内完伺服轴力钢支撑6的架设施工与轴力施加。最终使得钢
筋混凝土支撑体系与伺服钢支撑体系融合，同时发挥二者的优势。
29.上述支撑系统的施工方法可根据支撑标高循环施工，即先根据上述步骤一至步骤五施工第一标高a处的第一道本专利支撑系统，随后施工第二标高b处的第二道本专利撑系统，重复上述步骤二至步骤五；由上往下施工，最后施工第三标高c处的第三道本专利支撑系统，重复上述步骤二至步骤五。
30.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种可主动控制变形的支撑系统，其特征在于：基坑的外围为周边围护体（1），内部分为钢筋混凝土支撑区（c）和钢支撑区（b）；所述钢筋混凝土支撑区（c）内设置竖向支撑桩（5）和横向的钢筋混凝土支撑（2）；所述钢支撑区（b）内设置横向的伺服轴力钢支撑（6）；所述周边围护体（1）的外侧为高环境保护区（a）；所述钢支撑区（b）设置在所述高环境保护区（a）和所述钢筋混凝土支撑区（c）之间；所述钢支撑区（b）与所述高环境保护区（a）之间为所述周边围护体（1）；所述伺服轴力钢支撑（6）连接所述周边围护体（1）与所述钢筋混凝土支撑区（c）。2.根据权利要求1所述的一种可主动控制变形的支撑系统，其特征在于：加强所述钢筋混凝土支撑（2）与伺服轴力钢支撑（6）的连接处，在所述连接处采用加腋节点（3），在所述钢筋混凝土支撑（2）的相交节点处加腋，形成八字撑。3.根据权利要求1或2所述的一种可主动控制变形的支撑系统，其特征在于：加强所述钢筋混凝土支撑区（c）内的连接边跨（d），所述连接边跨（d）与所述钢支撑区（b）相邻；在所述连接边跨（d）内设置钢筋混凝土封板（4）。4.根据权利要求1所述的一种可主动控制变形的支撑系统，其特征在于：所述支撑系统设置在非首层。5.根据权利要求1所述的一种可主动控制变形的支撑系统的施工方法，其特征在于：步骤一：施工所述周边围护体（1）和所述竖向支承桩柱（5）；步骤二：开挖所述钢筋混凝土支撑区（c）范围内的土方，保留所述钢支撑区（b）的土方,形成中间低、侧边高的盆地形状挖土区；步骤三：施工所述钢筋混凝土支撑（2）；步骤四：开挖所述钢支撑区（b）的土方；步骤五：在所述钢支撑区（b）内完所述伺服轴力钢支撑（6）的架设施工与轴力施加。6.根据权利要求5所述的一种可主动控制变形的支撑系统的施工方法，其特征在于：在所述步骤三中加固所述钢筋混凝土支撑（2）与所述伺服轴力钢支撑（6）的连接处，在所述钢筋混凝土支撑（2）的相交节点处加腋，形成八字撑。7.根据权利要求5或6所述的一种可主动控制变形的支撑系统的施工方法，其特征在于：在所述步骤三中加强所述钢筋混凝土支撑区（c）与所述钢支撑区（b）相邻处的连接边跨（d），与所述连接边跨（d）内浇筑钢筋混凝土封板（4）。

技术总结
本发明属于建筑基坑支护和基础领域的一种可主动控制变形的支撑系统及其施工方法。技术方案为：基坑的外围为周边围护体，内部分为钢筋混凝土支撑区和钢支撑区；钢筋混凝土支撑区内设置竖向支撑桩和横向的钢筋混凝土支撑；钢支撑区内设置横向的伺服轴力钢支撑；周边围护体的外侧为高环境保护区；钢支撑区设置在高环境保护区和钢筋混凝土支撑区之间；钢支撑区与高环境保护区之间为周边围护体；伺服轴力钢支撑连接周边围护体与钢筋混凝土支撑区。先施工钢筋混凝土支撑区后施工钢支撑区。该技术简化了地基基础施工工作内容，简便且有效地解决了高环境保护区的基坑开挖变形。了高环境保护区的基坑开挖变形。了高环境保护区的基坑开挖变形。


技术研发人员：翁其平 王卫东 张佶 陈春晖
受保护的技术使用者：华东建筑设计研究院有限公司
技术研发日：2023.06.09
技术公布日：2023/8/1