一种坑外斜拉式支撑结构体系及其施工方法

技术领域

本发明属于深基坑工程支护领域，特别涉及一种用于软土基坑的坑外斜拉式支撑结构体系及施工方法。

背景技术

对于软土地区的深基坑工程，由于周边环境紧张，土体自稳性差，往往采用围护桩+内支撑的支护方式。内支撑系统主要由冠梁或围檩、主撑、次撑的杆件组成。对于矩形形状的基坑，内支撑主要以对撑、角撑、边桁架或几种组合的形式进行布置，如图1、2所示。

由图1、2可以看出，支撑系统的冠梁或围檩跨度有限，支撑布置较为密集，坑内支撑覆盖率较高。为了减少支撑结构中的角撑或对撑数量，增大基坑施工空间，则需要增大冠梁或围檩跨度，这必将大幅增加冠梁或围檩的截面尺寸，进而导致支护工程量增加。

大量的混凝土支撑不可回收再利用。支撑的施工，以及拆除工作，也增加了地下结构施工的难度和工期，同时也造成了社会资源的浪费。

基于环保和节能的理念，开发各种新型式、新材料、新体系的支撑系统，以达到可回收、重复利用、施工便捷、造价低廉的目的，是社会迫切需求的。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种坑外斜拉式支撑结构体系及施工方法，通过在坑外对称设置拉索系统，传递和平衡坑外水土压力，旨在解决现有技术中深基坑内支撑密集、覆盖率高、不利于施工、不可回收再利用，施工过程中变形不利控制等缺点。

技术方案：本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种坑外斜拉式支撑结构体系，包括围护桩、冠梁、主撑、次撑、立柱，以及拉索，围护桩顶部设有冠梁；主撑垂直横跨基坑侧壁并伸出坑外，冠梁的拉索锚固点区域，以及主撑伸出坑外的端部处均预留孔道，冠梁与主撑设置在同一标高，并一同浇筑施工；拉索对称分布在伸出坑外的主撑两侧，一端锚固在冠梁上，另一端锚固在坑外主撑的端部；基坑开挖前拉索需进行张拉至一定的预应力；以此形成一种坑外斜拉式支撑结构体系，共同抵抗坑外水土压力，具体为：坑外水压力作用在围护桩上，围护桩通过桩顶冠梁将水土压力传递至对称分布在主撑两侧的拉索上，最后拉索将坑外水土压力传递至主撑上。

作为优化：所述的围护桩可采用钻孔灌注桩、SMW工法桩、预应力空心桩。

作为优化：所述的冠梁采用钢筋混凝土支撑。

作为优化：所述的主撑采用实心钢筋混凝土或薄壁空心钢筋混凝土压弯杆件，所述的次撑采用钢筋混凝土或型钢支撑。

作为优化：拉索为单根或多根高强低松弛钢绞线或高强度热处理钢筋，拉索对称分布在伸出坑外的主撑两侧，一端通过锚具锚固在冠梁上，另一端通过锚具锚固在坑外主撑的端部，形成斜拉体系。

作为优化：基坑开挖前，通过坑外主撑端部的锚固点对拉索进行张拉，给予预应力初始值。

作为优化：冠梁的设计可以通过调整拉索的道数和拉索在冠梁上的锚固点间距，以使冠梁受力最优，材料最省。

作为优化：基坑开挖过程中，可通过二次张拉对拉索预应力进行调整，提高控制基坑变形能力。

作为优化：当基坑形状为长条形矩形时，坑外斜拉支撑结构可设置在基坑的长边侧壁；当基坑形状为近似方形时，坑外斜拉支撑结构可设置在基坑的四周侧壁。

一种坑外斜拉式支撑结构体系的施工方法，包括如下步骤：

步骤1、围护桩、立柱施工；

步骤2、冠梁、主撑、次撑、立柱施工，并在冠梁及主撑的拉索锚固点处预留孔道，放置拉索；

步骤3、待冠梁、主撑、次撑养护达到强度后，分批次对称张拉主撑两侧的拉索，张拉至设计值后，锁定预应力值；

步骤4、以主撑为对称轴，分层对称开挖基坑内两侧的土体至坑底，开挖过程中，如发现基坑变形过大，可进行再次张拉拉索，调整拉索预应力，进而控制围护桩的变形；

步骤5、基坑工程施工完成后，先释放拉索的全部预应力，再卸除拉索，进行回收再利用，最后拆除主撑与次撑。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：该支撑结构体系通过在基坑坑外对称设置拉索系统，传递和平衡坑外水土压力，具有刚度大、跨度大、控制变形能力强、施工方便、拉索可以回收再利用等优点，可以大幅减少坑内内支撑覆盖率，达到提高基坑支护安全、缩短施工工期、节省工程造价等目的，可广阔应用于软土地区7m以内的深基坑工程。

附图说明

图1为现有技术中对撑与角撑的支撑布置示意图；

图2为现有技术中对撑、角撑与边桁架组合的支撑布置示意图；

图3、4为本发明所述的一种坑外斜拉式支撑结构体系的平面示意图；

图5为图3、4中的A-A剖视图；

图中：1为围护桩、2为拉索、3为冠梁、4为主撑、5为次撑、6为立柱、7为立柱桩。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以使本领域的技术人员能够更好的理解本发明的优点和特征，从而对本发明的保护范围做出更为清楚的界定。本发明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，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的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。

本发明为解决现有技术中深基坑内支撑密集、覆盖率高、不利于施工、不可回收再利用，施工过程中变形不利控制等缺点，提供一种用于软土基坑的坑外斜拉式支撑结构体系及施工方法。

如图3、4所示，一种坑外斜拉式支撑结构体系，支撑结构包括围护桩1、冠梁3、主撑4、次撑5、立柱6，以及拉索2。围护桩1顶部设有冠梁3，冠梁3采用钢筋混凝土支撑。主撑4垂直横跨基坑侧壁并伸出坑外，主撑4与冠梁3设置在同一标高；拉索2对称分布在伸出坑外的主撑4两侧，一端锚固在冠梁3上，另一端锚固在坑外主撑4的端部；基坑开挖前拉索2需进行张拉至一定的预应力；以此形成一种坑外斜拉式支撑结构体系，共同抵抗坑外水土压力(箭头所示)。

所述的围护桩1可采用钻孔灌注桩、SMW工法桩、预应力空心桩。

所述的主撑4采用实心钢筋混凝土或薄壁空心钢筋混凝土压弯杆件，所述的次撑5采用钢筋混凝土或型钢支撑。

冠梁3的拉索锚固点区域，以及主撑4伸出坑外的端部处均预留孔道，冠梁3与主撑4设置在同一标高，并一同浇筑施工。

冠梁3的设计可以通过调整拉索2的道数和拉索2在冠梁3上的锚固点间距，以使冠梁3受力最优，材料最省。

拉索2为单根或多根高强低松弛钢绞线或高强度热处理钢筋，拉索2对称分布在伸出坑外的主撑4两侧，一端通过锚具锚固在冠梁3上，另一端通过锚具锚固在坑外主撑4的端部，形成斜拉体系。

基坑开挖前，通过坑外主撑4端部的锚固点对拉索2进行张拉，给予预应力初始值。

坑外水压力作用在围护桩1上，围护桩1通过桩顶冠梁3将水土压力传递至对称分布在主撑4两侧的拉索2上，最后拉索2将坑外水土压力传递至主撑4上。

如图3所示，当基坑形状为长条形矩形时，坑外斜拉支撑结构可设置在基坑的长边侧壁。

如图4所示，当基坑形状为近似方形时，坑外斜拉支撑结构可设置在基坑的四周侧壁。

基坑开挖过程中，可通过二次张拉对拉索预应力进行调整，提高控制基坑变形能力。

如图3-5所示，所述的坑外斜拉式支撑结构体系的施工方法，包括如下步骤：

步骤1、围护桩1、立柱6施工；

步骤2、冠梁3、主撑4、次撑5施工，并在冠梁3及主撑4的拉索锚固点处预留孔道，放置拉索2；

步骤3、待冠梁3、主撑4、次撑5养护达到强度后，分批次对称张拉主撑4两侧的拉索2，张拉至设计值后，锁定预应力值；

步骤4、以主撑4为对称轴，分层对称开挖基坑内两侧的土体至坑底，开挖过程中，如发现基坑变形过大，可进行再次张拉拉索2，调整拉索2预应力，进而控制围护桩1的变形；

步骤5、基坑工程施工完成后，可先释放拉索2的全部预应力，再卸除拉索2，进行回收再利用，最后拆除主撑4与次撑5。

由上述实施例可以看出，本发明提出的一种坑外斜拉式支撑结构体系，区别于传统的支撑结构体系，利用坑外对称设置斜拉拉索系统，传递和平衡坑外水土压力，具有刚度大、跨度大、控制变形能力强、施工方便、拉索可以回收再利用等优点，可以大幅减少坑内内支撑覆盖率，达到提高基坑支护安全、缩短施工工期、节省工程造价等目的。