一种适用于基坑工程的吊挂式内支撑系统及基坑施工方法与流程

本发明属于建筑工程技术领域，具体涉及一种适用于基坑工程的吊挂式内支撑系统及基坑施工方法。

背景技术：

基坑(foundationpit)是在基础设计位置按基底标高和基础平面尺寸所开挖的土坑，基坑工程主要包括基坑支护体系设计与施工和土方开挖，是一项综合性很强的系统工程。基坑工程是由地面向下开挖一个地下空间，为保证基坑工程的稳定性，其坑内四周通常设置有水平支撑结构。

在现有的基坑工程施工中，尤其是对于开挖宽度较大的基坑工程，在基坑内部架设水平支撑结构时，为了减小支撑构件的受压计算长度，确保水平支撑结构的稳定性安全，同时承受水平支撑构件的自重等荷载，减小支撑跨度和支撑自重等竖向荷载产生的弯矩和剪力，需要设置竖向支撑系统。

现有基坑工程中设置的竖向支撑系统通常以钢立柱插入立柱桩基础的形式，以钢立柱来实现基坑的内部竖向支撑，上述形式的竖向支撑系统虽然能在一定程度上起到内部支撑的作用，但却无法充分确保水平支撑结构的稳定性安全，其存在如下几点问题：1.钢立柱属于细长受压杆件，承载力主要由整体稳定性控制，未能充分发挥钢材的拉压强度；2.钢立柱需要施工立柱桩基础并插入桩体一定长度，造成额外的立柱桩工程费用，不够经济；3.在基坑开挖时土体卸载容易造成坑底回弹或坑底承压水引起坑底隆起，进而带动钢立柱上浮，造成基坑支撑弯曲受压，引起支撑附加弯矩及立柱附加轴力，容易造成支撑体系和围护结构失稳，影响结构安全；4.钢立柱的存在，使得基坑内空间分割，大型机械需要避开钢立柱挖土，影响土方开挖效率和坑内运土；5.钢立柱穿过底板，底板下防水卷材铺设中断，穿底板处需要焊接止水钢板进行特殊防水处理，防水效果难以保证；6.钢立柱穿越底板、中板、顶板，对其支架、模板搭设、钢筋绑扎和混凝土浇筑均存在影响；7.长条形基坑结构常为双跨对称结构，梁(墙)柱体系位于基坑中轴线上，为不影响梁(墙)柱回筑，钢立柱和立柱桩需要避开梁(墙)柱而偏离基坑中轴线位置，造成支撑支撑体系的非对称性，对结构受力不利；8.主体结构施工完成后，需要在楼板上搭设脚手架和施工平台，高空作业对钢立柱进行分段切割并运出，存在安全隐患，且钢立柱切割后再利用需要二次多段接长，焊接质量难以保证，不利于其再利用。上述缺陷的存在使得现有的钢立柱式内支撑系统在基坑施工中的应用受到了极大地限制，影响了基坑工程的稳定安全性施工，降低了基坑工程的施工效率。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种适用于基坑工程的吊挂式内支撑系统及基坑施工方法，其中通过设置斜向拉杆和竖向吊杆对水平支撑系统进行吊挂支撑，先由两根斜向拉杆和基坑顶部的混凝土支撑结构形成封闭的三角形受力体系，从而斜向拉杆受拉，混凝土支撑结构受压，充分发挥混凝土材料的高抗压性能和斜向拉杆的高抗拉性能，再通过设置竖向吊杆对其吊挂，为水平支撑系统提供竖向约束，有效提高了内支撑系统的支撑稳定性，降低了施工成本，提高了基坑施工的效率。

为实现上述目的，本发明的一个方面，提供一种适用于基坑工程的吊挂式内支撑系统，其特征在于，包括

冠梁，其为两个，分别设置于基坑相对的两侧围护桩/墙顶部；

设置于两冠梁之间且两端各自分别与其中一个所述冠梁固定连接的多个顶部支撑机构，各顶部支撑机构在基坑顶部的水平面上间隔并列排布；

钢支撑，其呈杆状，并位于所述顶部支撑机构下方的基坑内，其中，所述钢支撑沿基坑长度方向水平间隔布置，所述各钢支撑作为两对边围护桩/墙之间的对撑，用于在相应深度上对所述基坑围护桩/墙提供水平支撑力以维持基坑的稳定并控制变形；

多个间隔设置于基坑内的竖向吊杆，该竖向吊杆一端固定设置于所述顶部支撑机构下表面，另一端作为自由端竖向伸入基坑内并使得该端部位于相应深度上的所述钢支撑下方，所述自由端端部通过两斜向拉杆分别连接，且该两斜向拉杆各自的另一端分别固定于基坑顶部的所述冠梁内，从而使得所述竖向吊杆被两斜向拉杆拉紧以对所述竖向吊杆提供向上的吊挂拉力；以及

固定于所述竖向吊杆下部自由端上的条形连系梁，其设置于所述各钢支撑下方，用于在所述竖向吊杆被两所述斜向拉杆拉紧而提供竖向向上的约束力时，实现对所述钢支撑和所述连系梁的竖向吊挂。

作为本发明的进一步改进，所述基坑内多个不同深度上均设置有多根间隔布置的所述钢支撑，相应地，每个所述竖向吊杆为对应的多节，其中下一节竖向吊杆的上端与上一节的竖向吊杆下端为可拆卸地固定连接，且所述连系梁对应为多个并分别置于对应深度的各所述钢支撑底部并与所述钢支撑固定连接以对其形成竖向支撑。

作为本发明的进一步改进，所述连系梁和所述钢支撑之间通过槽形固定件连接。

作为本发明的进一步改进，各间隔布置的竖向吊杆均设置在所述钢支撑之间的空隙中。

作为本发明的进一步改进，两个所述斜向拉杆沿所述竖向吊杆的轴线对称设置。

作为本发明的进一步改进，所述竖向吊杆与所述顶部支撑机构通过活络头连接，所述活络头的一端固定于所述顶部支撑机构的下方，其另一端与所述竖向吊杆的一端紧固连接，用于在所述竖向吊杆与所述顶部支撑机构之间只传递压力不传递拉力以实现所述钢支撑竖向向上的稳定。

作为本发明的进一步改进，相邻的所述竖向吊杆之间还设置有剪刀撑，所述剪刀撑包括两条交叉设置的拉压杆，且所述交叉设置拉压杆的两端分别连接一根所述竖向吊杆的顶部以及与其相邻的一根所述竖向吊杆的底部以形成用于防止所述竖向吊杆纵向偏移的剪刀支撑结构。

作为本发明的进一步改进，所述连系梁为两根，对称布置于所述竖向吊杆的底部两侧。

本发明的另一个方面，提供一种采用适用于基坑工程的吊挂式内支撑系统进行基坑工程施工的方法，其方法步骤如下：

s1：对基坑上部进行开挖至顶部支撑机构底标高后，在基坑两侧围护桩/墙顶部施工冠梁及其之间的顶部支撑机构，并在冠梁中预埋连接斜向拉杆一端的连接件，在顶部支撑机构中点底部预埋限位钢帽的水平钢板；

s2：待冠梁及顶部支撑机构达到设计要求的强度后，继续向下开挖基坑，并在水平钢板下焊接竖向限位钢板，形成限位钢帽；

s3：继续开挖基坑至下一道支撑相应底标高后，架设第一节竖向吊杆及斜向拉杆，第一节竖向吊杆顶部设置活络头并置于限位钢帽中，斜向拉杆上部通过连接件与冠梁连接，下部通过连接板与竖向吊杆连接；

s4：在第一节竖向吊杆下部的连接板上沿基坑纵向架设第一道连系梁，第一道连系梁与第一节竖向吊杆及连接板焊接连接；

s5：吊装钢支撑，架设在第一道连系梁上且两端顶紧基坑侧面，钢支撑与第一道连系梁以槽形固定件固定，并在相邻两竖向吊杆之间设置剪刀撑；

s6：继续开挖至下一道支撑相应底标高后，在第一节竖向吊杆下部连接第二节竖向吊杆，并在其下部焊接钢托板；

s7：在竖向吊杆下部两侧钢托板上架设焊接第二道连系梁，吊装架设第二道钢支撑，并与连系梁连接固定，在相邻两竖向吊杆之间设置剪刀撑；当其下还有多道支撑时，依次重复步骤s6-s7；

s8：继续开挖至基坑底部，由基坑底部向上进行回筑施工，在底部进行基底垫层、底板、部分侧墙及结构柱的施工；

s9：回筑至每一道支撑相应标高后，分段依次拆除各对应底标高上的钢支撑、连系梁、竖向吊杆，进行相应高度上的侧墙防水层铺设，完成对应标高的侧墙、中板和结构桩施工；

s10：拆除顶部支撑机构，完成基坑工程施工。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

(1)本发明的适用于基坑工程的吊挂式内支撑系统，通过采用竖向吊杆吊挂的形式来作为对基坑工程水平支撑结构的竖向支撑的内支撑系统，在顶层运用力的封闭三角形法则，通过两根斜向拉杆和顶部支撑机构形成封闭的受力体系，充分发挥材料的特性；

(2)本发明的适用于基坑工程的吊挂式内支撑系统，通过设置吊挂式内支撑系统，有效避免了立柱桩和临时立柱的施工，大大简化了基坑施工的步骤，提升了基坑施工的效率，降低了基坑施工的施工成本；

(3)本发明的适用于基坑工程的吊挂式内支撑系统，通过设置吊挂式内支撑系统，由于在开挖过程中没有临时立柱的阻隔，进一步提升了施工挖掘及运土的效率，缩短了工期，降低了施工成本；

(4)本发明的适用于基坑工程的吊挂式内支撑系统，通过分层布置内支撑系统，可进一步提升基坑施工过程中的内支撑系统稳定性，保证基坑工程施工的安全性，且可在回筑施工过程中分层拆除预施工高度范围内的内支撑系统，保证了内支撑系统部件的完整性，提升了内支撑系统部件的可重复利用属性，进一步提升了基坑工程施工的经济性；

(5)本发明的适用于基坑工程的吊挂式内支撑系统，有效避免了立柱桩和临时立柱对回筑施工过程中各板式结构的不利影响，保证了基坑中结构工程的稳定性，提升了基坑中结构工程的防水效果和耐久性，减少了因结构损坏而增加的维护检修费用，间接提升了基坑工程的经济性。

附图说明

图1是本发明实施例的适用于基坑工程的吊挂式内支撑系统的整体结构示意图；

图2是本发明实施例的吊挂式内支撑系统布置于长条形基坑时的平面布置图；

图3是本发明实施例的吊挂式内支撑系统布置于长条形基坑时的纵向剖视图；

图4是本发明实施例的吊挂式内支撑系统结构示意图中局部ⅰ的放大示意图；

图5是本发明实施例的吊挂式内支撑系统中局部ⅰ放大图中的c-c方向剖视图；

图6是本发明实施例的吊挂式内支撑系统结构示意图中局部ⅱ的放大示意图；

图7是本发明实施例的吊挂式内支撑系统结构示意图中局部ⅲ的放大示意图；

图8是本发明实施例二中的适用于基坑工程的吊挂式内支撑系统的顶部支撑结构示意图；

图9是本发明实施例三中的适用于基坑工程的吊挂式内支撑系统的顶部支撑结构示意图；

图10是本发明实施例四中的适用于基坑工程的吊挂式内支撑系统的顶部支撑结构示意图；

在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：1.围护桩/墙，2.冠梁，3.顶部支撑机构，4.连接件，5.限位钢帽，501.水平钢板，502.竖向限位钢板，6.活络头，7.竖向吊杆，8.斜向拉杆，9.连接板，10.连系梁，11.钢支撑，12.钢托板，13.底板下垫层及防水层，14.底板，15.侧墙，16.中板，17.顶板，18.剪刀撑，19.槽形固定件。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图1～7所示为一个优选实施例中的适用于基坑工程的吊挂式内支撑系统的结构示意图。其中，图1是本发明实施例的适用于基坑工程的吊挂式内支撑系统的整体结构示意图；图2是本发明实施例的吊挂式内支撑系统布置于长条形基坑时的平面布置图；图3是本发明实施例的吊挂式内支撑系统布置于长条形基坑时的纵向剖视图；图4是本发明实施例的吊挂式内支撑系统结构示意图中局部ⅰ的放大示意图；图5是本发明实施例的吊挂式内支撑系统中局部ⅰ放大图中的c-c方向剖视图；图6是本发明实施例的吊挂式内支撑系统结构示意图中局部ⅱ的放大示意图；图7是本发明实施例的吊挂式内支撑系统结构示意图中局部ⅲ的放大示意图；图8是本发明实施例二中的适用于基坑工程的吊挂式内支撑系统的顶部支撑结构示意图；图9是本发明实施例三中的适用于基坑工程的吊挂式内支撑系统的顶部支撑结构示意图；图10是本发明实施例四中的适用于基坑工程的吊挂式内支撑系统的顶部支撑结构示意图。进一步地，图1可以为图2中的示意结构按方向a-a的剖视图，图3可以为图2中的示意结构按方向b-b的剖视图。

进一步具体地，一个优选实施例中的基坑结构为呈长条形的水平基坑，基坑工程的纵向截面优选为长方形，基坑工程的两侧设置有插入基坑两侧底部一定深度的围护桩/墙1；进一步地，在基坑结构的纵向剖面上，优选分层布置有与基坑底面平行且其两端与基坑的两侧围护桩/墙1顶紧的钢支撑11，钢支撑11的两端优选与基坑结构的两侧坑壁面垂直设置，在一个优选实施例中的钢支撑11在基坑结构的纵向上有两层，两层钢支撑11之间的间隔不做具体限定，其根据基坑围护的承载力和变形控制计算而具体确定。

进一步地，优选实施例中的基坑结构顶部的两侧沿基坑纵向对称设置有两条冠梁2，冠梁2优选设置于围护桩/墙1的顶部，冠梁2之间设置有用于支撑基坑结构的顶部支撑机构3，一个优选实施例中的顶部支撑机构3为砼支撑，即为混凝土支撑机构；进一步具体地，在基坑结构的横向剖面上，位于顶部支撑机构3与基坑结构两侧的冠梁2连接处优选设置有连接件4，连接件4可进一步优选预埋进冠梁2中。

进一步地，一个优选实施例中的顶部支撑机构3的中部对应两侧连接件4对称设置有限位钢帽5，如图4～5所示。限位钢帽5优选以预埋的形式设置于砼支撑3跨中底部，用于限制悬挂的竖向吊杆7水平位移，且限位钢帽5在一个优选实施例中具体包括预埋进砼支撑中的水平钢板501和与水平钢板501垂直设置的用于在竖直方向上对竖向吊杆7限位的竖向限位钢板502，所述竖向限位钢板502优选为筒状，其设于水平钢板501上；进一步地，竖向限位钢板502内设置有活络头6，其下方连接有竖向吊杆7，上端插入限位钢帽内顶住顶部支撑机构3的底部；具体地，竖向吊杆7的两端均设置有连接头，用于多根竖向吊杆7匹配连接和/或与活络头6紧固连接。

进一步地，一个优选实施例中的竖向吊杆7的数量和长度优选对应于钢支撑11的层数和竖向间距，且在基坑工程的纵向截面上，竖向吊杆7设置于对应顶部支撑机构3的下方，其优选从同层钢支撑结构中两根钢支撑11之间穿过，如图1～3所示。进一步地，在优选实施例中，钢支撑11的设置层数为两层，相对应的，需要在最顶层钢支撑11以下施工回筑的板式结构也为两层，即从上往下分别为中板16和底板14，进一步地，对应设置的竖向吊杆7的数量也为两根，在基坑工程的纵向截面上，第一根竖向吊杆7的上端连接活络头6，置于限位钢帽5内，其下端与第二根竖向吊杆7的上端紧固连接，整体与基坑底部平面垂直。

进一步地，优选实施例中设置有斜向拉杆8将竖向吊杆7和冠梁2连接，斜向拉杆8可进一步优选为钢拉杆。具体如附图6所示，在由上往下的第一节竖向吊杆7的底部优选对称设置有用于连接斜向拉杆8下端的连接板9，斜向拉杆8的上端连接位于基坑顶部两侧冠梁2上预设的连接件4，继而竖向吊杆7、两根斜向拉杆8和砼支撑3共同形成两个以竖向吊杆7对称的三角形承力结构，两根斜向拉杆8和砼支撑3形成一个稳定的三角形承力结构，实现对基坑顶部水平支撑结构的内部吊挂支撑；进一步地，连接板9的截面形状可优选为梯形和/或方形，其上端面上设置有连系梁10，其对应每根竖向吊杆7的设置数量优选为两根，分别设于竖向吊杆7的两侧，以竖向吊杆7的轴线对称布置，在本实施例中的连系梁10优选为槽钢，且槽钢的侧面紧靠竖向吊杆7的外周壁面，槽钢的下面侧边设于连接板9的上端面上，槽钢的另一侧边靠近钢支撑11的下表面，钢支撑11和连系梁10之间优选接触，连系梁10的设置用于分担钢支撑11自重及增强其稳定性；进一步地，优选在第二节竖向吊杆7下方连接的竖向吊杆7的底部设置有钢托板12，用于在钢托板12的上部设置连系梁10，钢托板12优选以竖向吊杆7的轴线对称设置于竖向吊杆7的两侧，即设置于钢托板12上的连系梁10也以竖向吊杆7的轴线对称设置；进一步优选地，在连系梁10上对应钢支撑11的地方设置有槽形固定件19，槽形固定件19优选为方框形槽形固定件，其两端沿连系梁10轴向固定连接连系梁10上，并将钢支撑11沿其径向框定在槽形固定件19以内，如图3中所示，槽形固定件19与连系梁10构成封闭套环结构，用于防止钢支撑11在水平方向和竖直方向上发生绕曲失稳，进一步优选地，槽形固定件19可优选为槽钢，钢支撑11轴向穿过槽钢形槽形固定件19的凹槽。

进一步地，在基坑工程的纵向截面上，同一高度上的竖向吊杆7由与其垂直的连系梁10连接稳固，以确保内支撑体系的纵向稳定性，且与该竖向吊杆7同层布置的钢支撑11在两端与基坑侧面顶紧的前提下，纵向承载于连系梁10上，防止钢支撑11由于自重作用而在竖向方向上发生偏移和失稳；进一步优选地，为了进一步确保竖向吊杆7在基坑纵向上不发生纵向偏移，优选在同层相邻的竖向吊杆7之间设置剪刀撑18，所述剪刀撑18由两根交叉设置的拉压杆组成，以相邻的一号竖向吊杆7和二号竖向吊杆7为例，其中一根拉杆的一端与一号竖向吊杆7的顶部连接，其另一端与相邻的二号竖向吊杆7的底部连接，相应地，另一根拉杆与上述拉压杆交叉设置，其一端连接一号竖向吊杆7的底部，另一端连接二号竖向吊杆7的顶部，两根拉压杆形成剪刀撑18以在基坑纵向上确保竖向吊杆7不发生纵向摇摆偏移。

进一步优选地，斜向拉杆8的长度、尺寸、材料等不做具体限定，其可根据基坑工程的具体情况进行优选设置，相应地，竖向吊杆7的尺寸、材料等也不做具体限定，连接件4、连接板9和钢托板12等部件的截面形状和/或构造也可根据受力情况具体选择，在本发明实施例中不做具体限定。进一步优选地，当第一道支撑上方存在贝雷梁等桁架结构(如横跨车站的路面铺盖结构)，其承载力满足承受竖向钢拉杆集中力时，亦可在桁架架结构与第一道混凝土支撑之间直接设置竖向吊杆，将竖向吊挂拉力传递给贝雷梁等桁架结构，形成竖向吊挂体系，如图8～10所示。

一个优选实施例基坑工程需要施工两层地下结构，即需要设置一道砼支撑和两层钢支撑，其运用上述吊挂式内支撑系统进行长条形基坑工程施工的施工步骤优选如下：

s1：进行交通疏解，建造施工围挡，并将相应的管线改移，平整施工场地后进行施工导墙和围护桩/墙1的施工。

s2：对基坑上部进行开挖至砼支撑3(即第一道支撑)底标高后，进行冠梁2及砼支撑3的施工，并在冠梁2中预埋连接件4，且在砼支撑3跨中下部预埋限位钢帽5等部件。

s3：继续开挖基坑至第一层钢支撑11(即第二道支撑)底标高(如第二道支撑预设位置的下部1m)后，设置第一节竖向吊杆7并在其底部设置连接板9，在连接件4与连接板9之间设置斜向拉杆8，在第一节竖向吊杆7的底部设置第一组连系梁10，架设第一层钢支撑11(即第二道支撑)并设置槽形固定件19，在相邻竖向吊杆7之间设置剪刀撑18。

s4：继续开挖基坑至第二层钢支撑11(即第三道支撑)底标高(如第三道支撑预设位置的下部1m)后架设，设置第二节竖向吊杆7并在其底部设置钢托板10，并在钢托板10上设置第二组连系梁10，架设第二层钢支撑11(即第三道支撑)并设置相应的槽形固定件19，在相邻竖向吊杆7之间设置剪刀撑18。

s5：继续开挖至基坑底部，由基坑底部向上进行回筑施工，在底部进行基底垫层13、底板14、部分侧墙、底梁及结构柱的施工。

s6：依次拆除第二层钢支撑11(即第三道支撑)、第二组连系梁10、第二节竖向吊杆7等结构，进行地下第二层的侧墙防水层铺设，完成地下第二层侧墙、中板16和结构桩施工，且中板16可优选通过钢筋混凝土浇筑的形式架设。

s7：依次拆除第一层钢支撑11(即第二道支撑)、第一组连系梁10、第一节竖向吊杆7和斜向拉杆8等结构，进行地下第一层的侧墙防水层铺设，完成地下第一层侧墙和结构桩，以及地下一层顶部的顶板17施工，顶板17可优选通过钢筋混凝土浇筑的形式架设。

s8：拆除砼支撑3(即第一道支撑)，进行回填覆土并恢复相应管线，拆除施工导墙和施工围挡，恢复地表区域正常使用，完成基坑工程施工。

上述施工步骤适用于基坑中进行地下两层施工，若基坑工程有三层或三层以上地下结构的施工要求，可在s4与s5之间重复加入s4的施工步骤，架设相应的支撑结构，并做相应的结构处理，进一步地，在s5与s6之间也会增加相应层的板式结构回筑、支撑结构拆除等步骤，步骤内容参照s6进行，最终完成基坑工程的全过程施工；进一步地，作为本领域技术人员应该理解，为基坑工程施工提供水平支撑的钢支撑11也可全部或部分替换为别的水平支撑结构，如砼支撑结构，且钢支撑11在具体选用时可以是钢管，也可以是h型钢/工字钢等其他钢制材料。

采用本发明的吊挂式内支撑系统并按照上述步骤进行基坑工程施工时，其在开挖初期(如步骤s1)不需要进行立柱桩和/或临时立柱的施工，简化了施工步骤，提高了施工效率，降低了施工成本，开挖过程中(如步骤s2～s5)相应也没有临时立柱的影响，开挖、运土的效率进一步提升，大幅缩短了基坑工程的建设周期，且在顶板17、中板16和底板14施工过程(如步骤s5～s7)，也省去了临时立柱的穿板影响，提升了基坑内部结构的完整性。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。