內支撐支護結構在高層建筑中的應用

內支撐支護結構在高層建筑中的應用

0內支撐支護結構近年來，上海的高層建筑越高，相應的地下空間也越來越深?；氐恼嫉孛娣e越來越大，對基地周圍的環(huán)境保護要求也越來越高。內支撐支護結構具有安全可靠、經(jīng)濟合理等特點,在基坑工程中得到廣泛應用。但常規(guī)采用對撐方式設置的內支撐對基坑土方開挖和地下結構的施工造成極大的不便,產(chǎn)生施工工期延長、經(jīng)濟性差等后果。若采用環(huán)形支撐替代常規(guī)對撐方式的環(huán)梁支護結構體系,則可以獲得較高的經(jīng)濟效益。1深基坑結構體系的特點鋼筋混凝土圓環(huán)內支撐體系通常由圍檁、圓形梁、次梁和立柱組成一個封閉系統(tǒng)。鋼筋混凝土圓環(huán)內支撐具有以下優(yōu)點:1)受力性能合理。圓環(huán)內支撐結構體系為空間體系,能夠較好的發(fā)揮拱的受力特點,將基坑四周產(chǎn)生的土壓力通過桁架和環(huán)梁大部分轉化為軸壓力,有效的利用混凝土材料的受壓特性。2)加快土方挖運的速度。采用圓環(huán)內支撐結構,在基坑平面形成的無支撐面積達到70%左右,為挖運土的機械化施工提供了良好的多點作業(yè)條件,挖土速度可成倍提高,極大地縮短了基坑暴露時間和挖土工期。3)經(jīng)濟性好。深基坑施工中采用圓環(huán)內支撐結構,用料節(jié)省顯著,與各類支撐結構相比節(jié)省大量鋼材和水泥,其單位土方的開挖費用與其他支撐相比有較大幅度的下降,整個支撐體系總體費用比其他體系可低約20%～30%,經(jīng)濟效益十分顯著。4)適用范圍廣。特別適合在施工場地狹小或四周無施工場地的工程中使用。因本支撐剛度大,可通過配筋、調整立柱間距等措施,提高其橫向承載能力。亦可在上面搭設堆料平臺,安裝施工機械,便于施工的正常進行。2工程實例2.1號基坑星河世紀城B2地塊工程位于真北路、桃浦路和真北支路環(huán)繞處,占地面積約13000m2,東西寬約115m,南北長約138m,由2棟24～27F的辦公樓和3～4F的商業(yè)用房組成,設置兩層地下室,樁筏基礎,基坑開挖深度為8.35/9.20m,呈不規(guī)則圓形?；又苓吂芫€眾多,環(huán)境復雜。2.2地表下土層評價根據(jù)本工程的巖土工程勘察報告,擬建場地屬于上海地區(qū)正常地層,擬建場地第③層和第④層淤泥質土層,總厚度達8.0m左右,屬于基坑主要影響土層,且含水量高、孔隙比大、土體強度低,極易產(chǎn)生蠕變;地表下3.0m以下為第②3層砂質粉土,土層滲透系數(shù)較好,基坑開挖時極易產(chǎn)生流砂和管涌?；娱_挖涉及的地表下25m范圍內土層情況如下:2.3基站防護方案1水系統(tǒng)采用2排φ700雙頭水泥土攪拌樁進行隔水。樁端入土深度分別為15.4m。φ700雙頭水泥土攪拌樁水泥摻入量為13%。2灌注樁擋土墻在挖深8.20m區(qū)域,采用φ850@1050鉆孔灌注樁進行擋土,樁端入土深度為18.2m;在挖深9.20m區(qū)域,采用雙排門架式鉆孔灌注樁體系進行擋土,樁徑為φ850/φ900,間距為@2100/@2200,內排灌注樁樁端入土深度為20.7m,外排18.7m;鉆孔灌注樁混凝土設計強度等級C30(水下混凝土提高一級),具體如表2所示。3混凝土支撐情況根據(jù)基坑實際形狀,支撐采用環(huán)形支撐,詳基坑內共設置1道內支撐,見圖03。各支撐情況如表3所示?；炷林渭皣鷻_的設計強度等級為C35。鋼立柱截面尺寸為460mm×460mm,采用4L140×12鋼格構柱,立柱樁采用φ700灌注樁,頂部3.0m擴徑至φ800,樁端入土深度為28.7m/29.55m(進入第⑦層)。2.4計算環(huán)梁支撐結構2.4.1混凝土圍護樁反力rc整個圍護結構是一個空間體系,幾何尺寸及受力情況均比較復雜。采用簡化計算,將圍護樁和支撐考慮共同作用后分別計算。圍護樁取單根鉆孔灌注樁作為計算單元,其承受的主動土壓力及被動土壓力均采用樁距S寬度范圍考慮。由此,計算出鋼筋混泥土支撐對圍護樁的反力Rc。支撐由圍檁、圓環(huán)梁、次梁和立柱組成一個平面封閉框架體系,其外荷載就是支撐反力Rc,由圍護直接支撐在鋼筋混凝土圍檁上。其位移由兩部分組成:a.環(huán)梁封閉框架在水平上剛體位移,該位移將不平衡力系調整為平衡力系。b.環(huán)形封閉梁的變形,該部分變形設計時考慮為主要變形。2.4.2鋼筋混凝土支撐內力及水平位移的確定根據(jù)基坑的挖土方式及挖土的不同階段,考慮不同工況(包括拆撐)的不利荷載,分別計算圍護與支撐體系的內力及水平位移,控制鋼筋混凝土支撐變形柔度在規(guī)范許可范圍內。鋼筋混凝土支撐內力的計算:主要按彈性地基梁m法有限元法;鉆孔灌注樁內力與變形:土壓力采用朗肯理論,主動土壓力按水土分算,用彈性地基梁m法計算。C、φ值取固結快剪峰指標。2.4.3計算采用上海基坑通用計算軟件同濟啟明星計算。2.5基坑開挖對氣體的影響分析通過上述基坑穩(wěn)定性計算及圍護結構內力變形分析,基坑工程的設計是安全可靠的,為進一步分析基坑開挖對周邊環(huán)境的影響,采用半經(jīng)驗半理論位移預測方法及有限元分析方法預測基坑開挖過程中土體的變形及對周邊環(huán)境的影響情況。2.5.1計算假設為二維的假設由于基坑開挖本質上是三維問題。以往的平面和三維分析結果相比較表明:在反應圍護結構的變形和坑內外土體的位移狀況方面,變形趨勢及數(shù)值基本接近。這說明二維的假定可以滿足工程計算的要求。且如果采用三維分析,計算模型較為復雜,計算量大。因此本工程考慮采用平面應變有限元法,對基坑開挖各施工流程進行模擬,以分析圍護結構與土體在各個工況下的變形情況。計算中做了如下假定:1)由于基坑圍護墻體、支撐的剛度相對上海軟土而言大得多,因此計算中假定為線彈性體,以簡化計算;2)計算中不考慮圍護墻體與墻后土體的脫離現(xiàn)象,認為土體和墻體始終是協(xié)調變形的。2.5.2支撐及邊界條件計算過程中土體采用四結點等參單元,圍護墻體采用梁單元,支撐采用二力桿單元模擬。模型寬度及高度分別取基坑開挖深度的7倍及3倍。計算模型的上邊界為自由邊界,底邊界固定,其余各邊分別限制其向基坑方向的變形。計算模型見圖3。2.5.3結論分析計算斷面一基坑邊地表沉降計算結果如圖4所示,計算斷面二基坑邊地表沉降結果如圖5所示:3預應力筋綁扎及制作環(huán)形鋼筋混凝土支撐的施工在整個圍護工程中占據(jù)著相當重要的地位。為了確保圓形環(huán)梁的整體性,達到在同一平面內受力以及基本上使軸向受力均勻等設計要求,在施工中要盡量確保支撐位置、標高、幾何尺寸準確,為此施工上要采取一些措施:對于圓形環(huán)梁、圍檁及聯(lián)系梁宜一次澆筑成型,使強度同步發(fā)展。土方開挖采用分層、對稱同步開挖,使挖土工況能盡量滿足圓形梁對稱受力的基本要求,避免因單向挖土不分層或不對稱挖土造成的圓形梁和樁頂受力不均勻、位移過大,以及使構件點應力集中和變形引起交截面結合處裂縫。鋼筋的綁扎順序是先綁扎環(huán)梁和圍檁,后綁扎聯(lián)系梁。節(jié)點處的鋼筋比較集中,應先綁扎開口鋼筋,然后再利用電焊將其閉合,以防應力點集中區(qū)變形過大引起裂縫。4基坑支護的水平位移基坑監(jiān)測包括圍護墻體頂端水平位移、沉降、側向變形;支撐軸力;立柱水平位移、沉降;坑內外地下水位,每日抽水量;坑內土體回隆監(jiān)測、坑外土體側向變形和分層沉降監(jiān)測。經(jīng)過近3個月監(jiān)測結果表明,圍護樁的水平位移量最大約35.7mm,支撐軸力最大值約2000KN小于監(jiān)控指標,與計算值基本吻合,說明圍護體系的設計與施工結合是成功的,可為以后此類基坑設計提供一個合理的安全度的把握。圖6為基坑全景5精心施工,確保施工質量星河世紀城B2地塊基坑圍護采用鋼筋混凝土圓環(huán)內支撐結構體系,不僅需要