一種重力式水泥土牆結合單排樁的基坑梯級支護方法

2023-05-26 22:24:11

一種重力式水泥土牆結合單排樁的基坑梯級支護方法
【專利摘要】本發明公開了一種重力式水泥土牆結合單排樁的基坑梯級支護方法，沿基坑邊沿外側設置重力式水泥土牆；沿基坑邊沿內側設置單排支護樁，單排支護樁與重力式水泥土牆保持等距，單排支護樁的樁頂低於重力式水泥土牆頂部；開挖重力式水泥土牆所圍土體至單排支護樁樁頂標高；開挖單排支護樁所圍土體至坑底設計標高；施工中部主體結構；中部主體結構與重力式水泥土牆間設置臨時鋼管支撐，去除坑底設計標高以上單排支護樁及土體；完成邊部主體結構，拆除臨時支撐。本發明大大減少了基坑開挖過程中的內支撐，降低了支護工程造價、縮短了支護與結構施工工期、減少了固體廢棄物排放，同時梯級支護保證基坑滿足穩定和變形，實現了施工過程的經濟、快速和安全。
【專利說明】一種重力式水泥土牆結合單排粧的基坑梯級支護方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於巖土工程領域，更具體的說，是涉及一種適用於軟土地區大面積深基坑的支護方法。
【背景技術】
[0002]隨著我國現代化城市建設進度的加快，大型綜合多功能建築群不斷湧現，與之相配套的基坑面積也愈來愈大，越來越深。尤其在沿海軟土地區，這些大面積基坑給地下工程建設提出了很大的挑戰。
[0003]第一，當基坑開挖面積達4至9萬平方米時，設置一道或多道水平內支撐，雖可較好地控制基坑開挖引起的支護結構和周圍土體的變形，但也存在著造價高、工期長、支撐拆除後產生大量固體廢棄物排放等問題。(一道鋼筋混凝土水平支撐的工程量可達數千立方米，造價可達數百萬元甚至上千萬元。)
[0004]第二，對於採用大直徑環梁支護的基坑，環梁受力應均勻，因此要求基坑均勻，從而使基坑難以根據實際工程需要進行分區開挖。但是，大面積基坑中分布有多幢高層建築時，往往高層建築的施工工期是最重要的，需要分區開挖施工。
[0005]第三，雖然一般的懸臂支護可以減小水平支撐，但隨著基坑深度的增大，尤其在軟土地區，單純的懸臂支護手段無法滿足變形、安全與穩定的要求。例如，在軟土地區，重力式水泥土牆支護適用於挖深約6m以內基坑，雙排樁適用於挖深約IOm以內基坑，單排樁結合反壓土適用於約挖深8m以內的基坑工程。
[0006]因此，研發一種適用於軟土地區超深、超大基坑，同時經濟、快速、節能、安全的支護方法是目前市場發展的迫切需求。

【發明內容】

[0007]本發明要解決的是常規懸臂型支護無法滿足軟土地區深基坑變形和穩定要求的技術問題，提供一種重力式水泥土牆結合單排樁的基坑梯級支護方法，該方法能夠減少軟土地區大面積深基坑支護體系的內支撐，實現基坑快速開挖、分區開挖。
[0008]為了解決上述技術問題，本發明通過以下的技術方案予以實現:
[0009]一種重力式水泥土牆結合單排樁的基坑梯級支護方法，該方法按照以下步驟進行:
[0010](I)沿基坑邊沿外側設置重力式水泥土牆，形成一級支護；
[0011](2)沿基坑邊沿內側設置單排支護樁，形成二級支護，所述單排支護樁與所述重力式水泥土牆保持等距且距離為4?6m，所述單排支護樁的樁頂低於所述重力式水泥土牆牆頂；
[0012](3)開挖所述重力式水泥土牆所圍土體至所述單排支護樁樁頂標高，形成一級開挖；
[0013](4)開挖所述單排支護樁所圍土體至坑底設計標高，保留所述單排支護樁和所述重力式水泥土牆之間土體，形成二級開挖；
[0014](5)施工中部主體結構，預留與邊部主體結構連接構造；
[0015](6)所述中部主體結構與所述重力式水泥土牆間設置臨時鋼管支撐，去除坑底設計標高以上單排支護樁及土體；
[0016](7)完成邊部主體結構並與所述中部主體結構連接，並拆除臨時支撐。
[0017]步驟(I)中形成一級支護的所述重力式水泥土牆為柵格式布置，由雙頭直徑700mm水泥攪拌樁搭接200mm形成，牆體寬度為基坑開挖深度的0.5?0.7倍，深度為基坑開挖深度的1.5-2.0倍，重力式水泥土牆的牆頂位於地面標高處。
[0018]步驟(2)中形成二級支護的所述單排支護樁採用鑽孔灌注樁，其樁徑為700?900mm，樁距為900?1200mm，樁頂標高位於地面以下1/3?2/3的開挖深度，樁長為基坑開挖深度的I?1.5倍。
[0019]步驟(3)中的一級開挖完成後，所述單排支護樁樁頂設置頂圈梁，其梁高為500?1000m，其梁寬大於所述單排支護樁直徑200?250mm。
[0020]步驟(6)中的所述臨時支撐在所述重力式水泥土牆端略高於所述中部主體結構端，傾斜角度為4?10度。
[0021]步驟(6)中的所述臨時鋼管支撐與所述中部主體結構在樓板處連接，該樓板連接處設預埋件和局部加強配筋；所述臨時鋼管支撐與所述重力式水泥土牆通過圍檁連接。
[0022]本發明採用的技術方案主要選擇重力式水泥土牆和單排樁相結合的懸臂支護，大大減少了水平內支撐，便於施工，免除了相應的拆撐工序及固體廢棄物排放。基坑分級開挖，分級支護，每級開挖深度要小於總開挖深度，提高了基坑的穩定性，減小了變形；重力式水泥土牆作為一級支護，以其重力維持在水土壓力下的穩定；單排樁作為二級支護，主要以其抗彎能力抵抗水土壓力。本發明將二者結合，使重力式水泥土牆和單排樁相共同作用，單排樁位於重力式水泥土牆被動區，比規被動區土體或反壓土具有更高的強度和剛度，提高了支護體系的工作性能。
[0023]本發明的有益效果是:
[0024](一)本發明採用分級開挖基坑，分級支護，重力式水泥土牆作為一級支護，單排樁作為二級支護，每級開挖深度要小於總開挖深度，提高了基坑的穩定性，減小了變形，降低了風險。
[0025](二)本發明重力式水泥土牆結合單排樁支護，二者相共同作用，單排樁位於重力式水泥土牆被動區，比常規被動區土體或反壓土具有更高的強度和剛度，提高了支護體系的工作性能，克服了軟土深基坑中，常規懸臂支護不滿足變形和穩定要求的問題。
[0026](三)本發明中提出了重力式水泥土牆結合單排樁懸臂支護系統的優化布置與優化尺寸，包括:作為一級支護的重力式水泥土牆與作為二級支護的單排支護樁的距離為4?6m，重力式水泥土牆牆體深度為基坑開挖深度的1.5-2.0倍，牆頂位於地面標高處；單排支護樁樁頂標高位於地面標高以下1/3?2/3的基坑開挖深度，樁長約為基坑開挖深度I?1.5倍；該優化方案下，一級支護和二級支護水平間距、豎向布置及插入深度合理，兩級支護間土體既能充分發揮被動土壓力，維持一級支護穩定，又能適當將部分土壓傳遞到二級支護，使兩級支護形成剛度較大的聯合工作體系，最大水平變形小於5%。的基坑開挖深度；此外，在該方案保證二級支護始終切斷一級支護最不利破壞面，從而大大提高了體系的穩定性和安全性。綜上，上述優化方案能夠保證體系發揮有益效果，保證基坑的安全和正常使用，同時保證基坑的經濟性和施工的方便性。
[0027](四)本發明採用重力式水泥土牆結合單排樁的懸臂支護系統，大大減少了水平內支撐，特別是免除了目前大量使用的混凝土內撐，降低了成本；同時作業空間大，便於快速施工，免除了混凝土內撐拆撐工序，縮短了工期；從環保節能角度，減少了混凝土固體廢棄物排放。
[0028](五)本發明採用重力式水泥土牆結合單排樁的懸臂支護系統，克服了對於大面積基坑採用環梁水平支撐、分區開挖易造成支撐受力不均的問題；構造簡單，可靈活進行分區土體開挖，降低施工難度和風險。
[0029](六)本發明採用重力式水泥土牆作為支護結構的同時，還兼顧發揮基坑隔水帷幕的作用，免除了單獨設置隔水結構的工序，縮短了工期，降低了成本。
[0030](七)本發明僅在施工後期時在基坑邊部設置臨時鋼管支撐，不但內撐面積大大減小，而且採用鋼管支撐，拆撐工序比混凝土撐靈活、簡單和快速，可回收反覆使用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1是本發明所提供的基坑梯級支護方法中分級支護施工狀態示意圖；
[0032]圖2是本發明所提供的基坑梯級支護方法中一級開挖施工狀態示意圖；
[0033]圖3是本發明所提供的基坑梯級支護方法中二級開挖施工狀態示意圖；
[0034]圖4是本發明所提供的基坑梯級支護方法中中部主體結構施工狀態示意圖；
[0035]圖5是本發明所提供的基坑梯級支護方法中邊部開挖施工狀態示意圖；
[0036]圖6是本發明所提供的基坑梯級支護方法中邊部主體施工狀態示意圖；
[0037]圖7是本發明所提供的基坑梯級支護方法的支護構造水平布置示意圖。
[0038]圖中:1，重力式水泥土牆；2，單排支護樁；3，回填樁孔；4，頂圈梁；5，坑底設計標聞；6，一級開挖標聞；7，地面標聞；8，中部主體結構；9，樓板；10,圍彳票；11,臨時鋼管支撐；12，邊部主體結構；13，外牆與支護回填縫。
【具體實施方式】
[0039]為能進一步了解本發明的
【發明內容】
、特點及效果，茲例舉以下實施例，並配合附圖詳細說明如下:
[0040]一、一級支護(重力式水泥土牆I)施工
[0041]如圖1和圖7所示，重力式水泥土牆I為柵格式布置，由雙頭直徑700mm的水泥攪拌樁搭接200_形成，重力式水泥土牆I牆體寬度為基坑開挖深度的0.5?0.7倍，牆體深度為基坑開挖深度的1.5-2.0倍，重力式水泥土牆I的牆頂位於地面標高7處。採用雙頭攪拌樁樁機進行施工，具體施工要點如下:
[0042](I)施工準備。包括通過試驗和資料確定最佳水泥土配合比，材料檢驗，場地平整
等工作。
[0043](2)樁基就位。現場放出樁位，定位誤差<20mm。
[0044](2)預攪下沉。待雙頭攪拌樁樁機及相關設備運行正常後，啟動雙頭攪拌樁樁機電機，放鬆樁機鋼絲繩，使雙頭攪拌樁樁機旋轉切土下沉，鑽進速度< 1.0m/min。[0045](3)製備水泥漿。當樁機下降到一定深度時，即開始按設計及實驗確定的配合比拌制水泥漿。水泥漿採用普通矽酸鹽水泥，標號P042.5級。製漿時，水泥漿拌和時間不得少於5?lOmin，水泥漿存放時間不得超過2h。注漿壓力控制在0.5?1.0Mpa，流量控制在30?50L/min，單樁水泥用量嚴格按設計計算量，漿液配比為水泥:清水=1:0.45?0.55。
[0046](4)提升噴漿攪拌。當攪拌機下降到設計標高，打開送漿閥門，噴送水泥漿。確認水泥漿已到樁底後，邊提升邊攪拌，確保噴漿均勻性，平均提升速度< 0.5m/min，確保噴漿量，以滿足樁身強度達到設計要求。在水泥土攪拌樁成樁過程中，如遇到故障停止噴漿時，應在12小時內採取補噴措施，補噴重疊長度不小於1.0m。
[0047](5)重複攪拌下沉和噴漿提升。當攪拌頭提升至設計樁頂標高后，再次重複攪拌至樁底，第二次噴眾攪拌提升至地面停機，復攪時下鑽速度< lm/min,提升速度< 0.5m/min。
[0048](6)移位。鑽機移位，重複以上步驟，進行下一根樁的施工。相鄰樁施工時間間隔保持在16小時內，若超過16小時，在搭接部位採取加樁防滲措施。
[0049](7)清洗。當施工告一段落後，向集料鬥中注入適量清水，開啟灰漿泵，清洗全部管路中的殘存的水泥漿，並將粘附在攪拌頭上的軟土清洗乾淨。
[0050]二、二級支護(單排支護樁2)施工
[0051]如圖1和圖7所示，沿基坑邊內側設置單排支護樁2，樁頂標高低於重力式水泥土牆1，且與重力式水泥土牆I保持等距，形成二級支護。單排支護樁2為鑽孔灌注樁，其樁徑為700?900mm，樁距為900?1200mm，樁頂標高位於地面標高7以下1/3?2/3的基坑開挖深度，樁長約為基坑開挖深度I?1.5倍。作為一級支護的重力式水泥土牆I與作為二級支護的單排支護樁2的距離為4?6m，二者可同時施工。
[0052]單排支護樁2的主要施工工序及要點如下:
[0053](I)用施工前必須試成孔，數量不得少於2個。以便核對地質資料，檢驗所選的設備、機具、施工工藝以及技術要求是否適。如不能滿足設計要求時，應擬定補救技術措施，成重新選擇施工工藝。
[0054](2)成孔。樁位軸線和垂直軸線不宜超過50mm，垂直度偏差不宜大於0.5%。成孔須一次完成，中間不要間斷。成孔完畢至灌注混凝土的間隔時間不大於24h。
[0055](3)清孔。完成成孔後，在灌注混凝土之前，應進行清孔。第一次清孔在成孔完畢後，立即進行；第二次在下放鋼筋籠和灌注混凝土導管安裝完畢後進行。
[0056](4)鋼筋籠施工。鋼筋籠宜分段製作，起吊、運輸和安裝中防止變形。
[0057](5)水下混凝土灌注。要特別注意孔壁護壁問題。當樁距較小時，通常採用跳孔法施工。
[0058](6)單排支護樁2的樁頂高位於地面標高7下1/3?2/3的基坑開挖深度，灌注土時超灌200?300mm。
[0059](7)單排支護樁2的樁頂以上樁孔，於回填樁孔3中採用幹砂回填至標高。
[0060]三、一級開挖
[0061]如圖2所示，該步驟主要施工順序及要點如下:
[0062]( I)待重力式水泥土牆I和單排支護樁2達到強度後，開挖重力式水泥土牆I所圍土體至至一級開挖標高6處(即挖除基坑範圍內、單排支護樁2樁頂標高以上土體)，形成一級開挖。[0063]開挖過程中，一級支護外側禁止堆載、重型車輛等過大的超載，以保持基坑穩定。
[0064](2)完成開挖後，鑿除單排支護樁2超灌部分，使樁頂達到設計標高。
[0065](3)單排支護樁2樁頂設頂圈梁4，梁高500?1000m，梁寬大於樁直徑200mm。
[0066]四、二級開挖
[0067]如圖3所示，該步驟主要施工要點如下:
[0068](I)開挖單排支護樁2所圍土體至坑底設計標高5，形成二級開挖。此時，基坑邊部呈階梯狀。
[0069](2)保留單排支護樁2和重力式水泥土牆I之間土體，使單排支護樁2和重力式水泥土牆I共同發揮支護作用；該部分土體上部禁止堆載、重型車輛等過大的超載，以保持基坑穩定。
[0070]五、中部主體結構8施工
[0071]如圖4所示，該步驟主要施工要點如下:
[0072](I)施工中部主體結構8，預留與邊部主體結構12連接構造。
[0073](2)後續需架設臨時鋼管支撐11的樓板9部位，設置預埋件和局部加強配筋。
[0074]六、設臨時鋼管支撐11，去除坑底設計標高5以上單排支護樁2和土體
[0075]如圖5所示,該步驟主要施工順序及要點如下:
[0076](I)中部主體結構8與重力式水泥土牆I間設置臨時鋼管支撐11，通常豎向間隔3?4m設置一道支撐臨時鋼管支撐11。其中，中部主體結構8與重力式水泥土牆I間的支撐為鋼管支撐臨時鋼管支撐11，可重複使用，鋼管壁厚為16mm,直徑為609mm,臨時鋼管支撐11在重力式水泥土牆I端略高於中部主體結構8端，傾斜角度為4?10度。臨時鋼管支撐11與中部主體結構8在樓板9處連接，樓板9連接處設預埋件和局部加強配筋；臨時鋼管支撐11與重力式水泥土牆I通過圍檁10連接。
[0077](2)去除坑底設計標高5以上單排支護樁2及土體。
[0078]七、完成邊部主體結構12，並拆除鋼管支撐臨時鋼管支撐11
[0079]如圖6所示，該步驟主要施工要點如下:
[0080](I)完成邊部主體結構12，包括澆築底板、施工外牆和樓板9等，完成與中部主體結構8的連接，最後注意完成外牆與支護回填縫13的土方回填。
[0081](2)隨著周圍主體結構施工，臨時鋼管支撐11由下至上逐步拆撐。
[0082]為驗證重力式水泥土牆結合單排樁的基坑梯級支護方法的適用性和實際效益，選取兩個基坑工程實例進行模擬分析。研究表明，該方法可有效的控制變形，減小施工工期，降低施工成本。兩個研究實例的具體情況如下:
[0083]研究實例I
[0084]研究材料:某工程包含住宅區和商業區，整個住宅地塊為二層地下車庫，整個商業區為三層地下室。基坑開挖面積達7萬平方，開挖深度11.9?15.Sm,屬於高水位軟土地區大面積深基坑。從現場條件看，擬建物地下室周邊存在高壓電纜、通訊光纜、煤氣、上下水等重要管線，基坑設計對變形控制嚴格。開挖面積超大，在安全可靠的前提下，如何加快施工進度，縮短施工工期，是本基坑工程設計施工中需要著重考慮的關鍵問題。
[0085]該基坑中挖深11.9m的剖面採用了本發明的重力式水泥土牆結合單排樁的基坑梯級支護方法，重力式水泥土牆I為柵格式布置，由雙頭直徑700_水泥攪拌樁搭接200_形成，擋牆寬度6m，深度18m。二級支護單排支護樁採用鑽孔灌注樁，樁徑700mm，樁距900mm,樁頂位於地面以下5.5m,樁長13m。重力式水泥土牆I與單排支護樁的距離為5.5m。
[0086]模擬研究表明，若採用重力式水泥土牆結合單排樁的梯級支護技術，該基坑最大水平位移為51_，可有效的控制變形，對周邊管線不會造成不良影響。由於採用重力式水泥土牆結合單排樁的梯級支護技術，施工工期大大縮短，與傳統內撐支護方案比較，工期可縮短超過半年，同時免去了混凝土內撐，節省施工費用近2千萬元。
[0087]研究實例2
[0088]研究材料:軟土地區某工程，擬建10棟高層建築，採用整體式地下室。基坑開挖面積達5.1萬平方，最大開挖深度12.4m，屬於高水位軟土地區大面積深基坑。基坑北側緊鄰重要交通道路，對基坑變形要求嚴格。由於開挖面積超大，若設置混凝土環梁內撐及豎向支撐柱，不但造價高，而且分區開挖過程中變形不易控制。
[0089]在挖深12.4m的剖面採用了本發明的重力式水泥土牆I結合單排樁的基坑梯級支護方法，重力式水泥土牆I為柵格式布置，由雙頭直徑700_水泥攪拌樁搭接200_形成，擋牆寬度6.5m,深度19m。二級支護單排支護樁採用鑽孔灌注樁,樁徑700mm,樁距900mm,樁頂位於地面以下6.0m，樁長14m。重力式水泥土牆I與單排支護樁的距離為6m。
[0090]模擬研究表明，若採用重力式水泥土牆結合單排樁的梯級支護技術，該基坑最大水平位移為45_，基坑變形很小，符合控制要求，不會對鄰近道路造成不良影響。由於採用重力式水泥土牆結合單排樁的梯級支護技術，與傳統內撐支護方案比較，施工工期明顯縮短，減少施工時間約四個月，施工費用降低約I千萬元。
[0091]儘管上面結合附圖和優選實施例對本發明的優選實施例進行了描述，但是本發明並不局限於上述的【具體實施方式】，上述的【具體實施方式】僅僅是示意性的，並不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發明的啟示下，在不脫離本發明宗旨和權利要求所保護的範圍情況下，還可以作出很多形式的具體變換，這些均屬於本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種重力式水泥土牆結合單排樁的基坑梯級支護方法，其特徵在於，該方法按照以下步驟進行: (I)沿基坑邊沿外側設置重力式水泥土牆，形成一級支護； (2 )沿基坑邊沿內側設置單排支護樁，形成二級支護，所述單排支護樁與所述重力式水泥土牆保持等距且距離為4?6m，所述單排支護樁的樁頂低於所述重力式水泥土牆牆頂； (3)開挖所述重力式水泥土牆所圍土體至所述單排支護樁樁頂標高，形成一級開挖； (4)開挖所述單排支護樁所圍土體至坑底設計標高，保留所述單排支護樁和所述重力式水泥土牆之間土體，形成二級開挖； (5)施工中部主體結構,預留與邊部主體結構連接構造； (6)所述中部主體結構與所述重力式水泥土牆間設置臨時鋼管支撐，去除坑底設計標高以上單排支護樁及土體； (7)完成邊部主體結構並與所述中部主體結構連接，並拆除臨時支撐。
2.根據權利要求1所述的一種重力式水泥土牆結合單排樁的基坑梯級支護方法，其特徵在於，步驟(I)中形成一級支護的所述重力式水泥土牆為柵格式布置，由雙頭直徑700_水泥攪拌樁搭接200mm形成，牆體寬度為基坑開挖深度的0.5?0.7倍，深度為基坑開挖深度的1.5-2.0倍，重力式水泥土牆的牆頂位於地面標高處。
3.根據權利要求1所述的一種重力式水泥土牆結合單排樁的基坑梯級支護方法，其特徵在於，步驟(2)中形成二級支護的所述單排支護樁採用鑽孔灌注樁，其樁徑為700?900mm，樁距為900?1200mm，樁頂標高位於地面以下1/3?2/3的開挖深度，樁長為基坑開挖深度的I?1.5倍。
4.根據權利要求1所述的一種重力式水泥土牆結合單排樁的基坑梯級支護方法，其特徵在於，步驟(3)中的一級開挖完成後，所述單排支護樁樁頂設置頂圈梁，其梁高為500?1000m，其梁寬大於所述單排支護樁直徑200?250_。
5.根據權利要求1所述的一種重力式水泥土牆結合單排樁的基坑梯級支護方法，其特徵在於，步驟(6)中的所述臨時支撐在所述重力式水泥土牆端略高於所述中部主體結構端，傾斜角度為4?10度。
6.根據權利要求1所述的一種重力式水泥土牆結合單排樁的基坑梯級支護方法，其特徵在於，步驟(6)中的所述臨時鋼管支撐與所述中部主體結構在樓板處連接，該樓板連接處設預埋件和局部加強配筋；所述臨時鋼管支撐與所述重力式水泥土牆通過圍檁連接。
【文檔編號】E02D17/04GK103510525SQ201310500428
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年10月22日 優先權日:2013年10月22日
【發明者】刁鈺, 鄭剛 申請人:天津大學