深厚淤泥質軟土地區的基坑圍護結構的製作方法
2023-04-30 07:11:56 3
深厚淤泥質軟土地區的基坑圍護結構的製作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種深厚淤泥質軟土地區的基坑圍護結構，涉及巖土工程【技術領域】。針對分布有深厚淤泥質土層，且面積大而挖深不大的工程場地，現有的基坑圍護結構對基坑周邊環境影響大，工程造價高及施工工期長的問題。它位於基坑的開挖邊線內，基坑圍護結構由至少四個圍護單元依次連接而成；每個圍護單元包括沿開挖邊線布設的工法樁、固定於工法樁上的混凝土圈梁、位於圍護單元底部的底板、設置於底板上的牛腿，以及鋼管斜撐；鋼管斜撐的一端固定於混凝土圈梁上，鋼管斜撐的另一端固定於牛腿上。
【專利說明】深厚淤泥質軟土地區的基坑圍護結構
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及巖土工程設計與施工【技術領域】，特別涉及一種深厚淤泥質軟土地區，面積大且開挖深度不大的基坑的圍護結構。
【背景技術】
[0002]在軟土地區，常常遇到工程場地分布有深厚淤泥質土層的情況，有時土層厚度深達20?30米。如圖1所示，典型深厚淤泥質軟土地層剖面可概括為三層，上層I以雜填土為主,含大量建築垃圾、塘泥、植物根莖及砼地面等,土質鬆散,粘聚力約為8kPa，內摩擦角約為8°，滲透係數大，約為3.0X10_4(cm/s);中層II為粉質粘土，土層性質較好，但土層厚度較薄，粘聚力約為20.2kPa，內摩擦角約為8.8°，滲透係數較小，約為(6.3?
7.1) X 1-6 (cm/s);下層III為深厚淤泥質軟土層，土體呈流塑狀態，粘聚力約為5.9kPa，內摩擦角約為3.8°，滲透係數小，約為(1.7?2.35) X 10_6(cm/s)，土層厚度較大，平均厚度約為 17.65m。
[0003]針對上述分布有深厚淤泥質土層，且面積大而挖深不大的工程場地，在施工基坑圍護結構時，常採用放坡、雙軸水泥土攪拌樁重力式擋牆(重力壩)、複合土釘牆、工法樁懸臂、鑽孔灌注樁懸臂、工法樁+對撐、鑽孔灌注樁+對撐，或者鑽孔灌注樁+斜拋撐等圍護結構，常出現對周邊環境影響較大、工程造價較高，施工工期長，而且不利於分區施工等弊端。
[0004]可見，針對上述分布有深厚淤泥質土層，且面積大而挖深不大的工程場地，如何設計一種安全、經濟、合理的基坑圍護結構是本領域技術人員亟需解決的技術問題。
【發明內容】
[0005]針對上述分布有深厚淤泥質土層，且面積大而挖深不大的工程場地，現有的基坑圍護結構對基坑周邊環境影響大，工程造價高及施工工期長的問題，本實用新型的目的是提供一種深厚淤泥質軟土地區的基坑圍護結構，能夠在滿足基坑安全、保護周邊環境的前提下，實現了經濟效益的最大化。
[0006]本實用新型解決其技術問題所採用的深厚淤泥質軟土地區的基坑圍護結構，位於基坑的開挖邊線內，所述基坑圍護結構由至少四個圍護單元依次連接而成；每個所述圍護單元包括沿所述開挖邊線布設的工法樁、固定於所述工法樁上的混凝土圈梁、位於所述圍護單元底部的底板、設置於所述底板上的牛腿，以及鋼管斜撐；所述鋼管斜撐的一端固定於所述混凝土圈梁上，所述鋼管斜撐的另一端固定於所述牛腿上。
[0007]優選的，所述鋼管斜撐的兩端分別架設在設有開槽的所述牛腿和所述混凝土圈梁上，或者所述鋼管斜撐的兩端分別與所述牛腿和所述混凝土圈梁內的預埋件焊接連接。
[0008]優選的，相鄰所述鋼管斜撐的水平間距為6.0m?9.0m。
[0009]優選的，所述工法樁包括沿所述開挖邊線設置的雙排雙軸水泥土攪拌樁，以及間隔設於所述雙軸水泥土攪拌樁內的H型鋼。
[0010]優選的，所述雙軸水泥土攪拌樁中每個水泥土攪拌樁的直徑為700mm，相鄰兩個所述水泥土攪拌粧水平間距為1000mm，相鄰兩個所述水泥土攪拌粧之間的搭接長度大於200mmo
[0011]優選的，所述圍護單元的布設有工法樁的轉角部還設有角撐。
[0012]更佳的，每個所述圍護單元的邊長d為60m?80m。
[0013]所述圍護單元內還設有若干輕型井點管和過濾器，所述輕型井點管的底端降至地面以下0.5m?1.0m,使得連接在所述輕型井點管底端的過濾器插入所述圍護單元的透水層，相鄰所述輕型井點管的水平間距為1.2?1.5m，其成孔直徑大於30mm，成孔深度大於所述過濾器底端埋深0.5m。
[0014]所述過濾器的底端封閉，所述過濾器的外壁由雙層濾網緊密包裹，所述過濾器表面的進水孔直徑為10?15mm,所述進水孔中心距為30?40mm。
[0015]優選的，所述圍護單元還設有地表排水系統，所述地表排水系統包括外排水溝、內排水溝和集水井，所述外排水溝位於所述開挖邊線外側0.5m以外，所述內排水溝設置於所述圍護單元內土方放坡的坡頂上，所述集水井沿所述外排水溝和內排水溝設置，且相鄰兩個集水井水平間距為30m?50m。
[0016]本實用新型的效果在於:
[0017]一、本實用新型的深厚淤泥質軟土地區的基坑圍護結構，它由至少四個圍護單元依次連接而成，各圍護單元按順序依次進行圍護結構的施工，以減小大面積基坑開挖的長邊效應；沿基坑開挖邊線布設的工法樁與混凝土圈梁形成一個整體，圍護單元內澆築完成底板和牛腿後，使鋼管斜撐的下端固定在牛腿上，其上端固定在混凝土圈梁上，混凝土圈梁為鋼管斜撐提供上部支點，有效的控制基坑開挖引起的變形和位移，對周邊道路、管線和建築形成有效的保護；而且，工法樁具有擋土和止水的雙重效果，不需單獨施打止水樁，具有較大的經濟效益；尤其重要的是，由於基坑圍護結構由若干圍護單元組成，在當前施工圍護單元內的鋼管斜撐可以提前拆除並投入循環使用，降低了工程造價，此外，本實用新型基坑圍護結構的寬度小於基坑開挖邊線與用地紅線的最小距離，將基坑圍護結構控制在用地紅線以內，保障了周邊環境的安全。綜上，本實用新型的基坑圍護結構既能夠保證基坑安全，又利於基坑周邊環境的保護，同時實現經濟合理，施工便利，實現了經濟效益的最大化。
[0018]二、本實用新型的深厚淤泥質軟土地區的基坑圍護結構，採用明溝排水和輕型井點管降水相結合的地表排水系統，基坑進行分區降水，地面和坑底均設置排水溝進行明溝排水，以保持基坑內乾燥的施工環境；坑內分區可用面積大，分區放坡平臺位置採用輕型井點管持續降水，能夠保持邊坡的穩定性，同時，輕型井點管降水與放坡相結合，替代傳統的中間分隔樁，降低了工程造價。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1為深厚淤泥質軟土地層剖面圖；
[0020]圖2為本實用新型一實施例圍護單元的結構示意圖；
[0021]圖3為本實用新型一實施例雙軸水泥土攪拌樁平面分布的示意圖；
[0022]圖4為本實用新型一實施例輕型井點降水平面分布的示意圖；
[0023]圖5為本實用新型一實施例鋼管斜撐及角撐的結構示意圖；
[0024]圖6為圖4的a-a剖面圖；
[0025]圖7為圖5的b_b剖面圖；
【具體實施方式】
[0026]以下結合附圖和具體實施例對本實用新型提出的深厚淤泥質軟土地區的基坑圍護結構作進一步詳細說明。根據下面的說明和權利要求書，本實用新型的優點和特徵將更清楚。以下將由所列舉之實施例結合附圖，詳細說明本實用新型的技術內容及特徵。需另外說明的是，附圖均採用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本實用新型實施例的目的。
[0027]本實施例以分布有巨厚淤泥質軟土地層的某建築工程場地的施工為例，該建築工程場地具有基坑面積大、挖深不深、周邊環境複雜的特點。詳細參數如下:基坑開挖面積約
11.68萬平方米，周長約為1458.5m,基坑開挖深度約4.0m,基坑2倍挖深範圍內有市政主幹道和在建房屋，東側和北側2倍挖深範圍內存在在建建築，基坑開挖邊線距離用地紅線最近距離僅1.9m ;建築工程場地內存在約22.5m厚的淤泥質軟土層，土層性質差，呈流塑狀態，粘聚力為5.9kPa，內摩擦角為3.8。，地下水位較高，年平均穩定水位埋深約0.5m。基坑圍護結構的關鍵目的是保障基坑、基坑周邊的道路和建築、以及工程場地內工程樁的安全，並能夠取得良好的經濟效益。
[0028]下面結合圖2至圖7說明本實用新型的深厚淤泥質軟土地區的基坑圍護結構，如圖2所示，基坑100由四個圍護單元依次連接而成，分別為圍合排列的圍護單元A、圍護單元C、圍護單元B和圍護單元D，其中，圍護單元A和圍護單元B位於基坑100的對角線的兩端。下面以圍護單元A為例說明其組成及結構，圍護單元A包括沿開挖邊線布設的工法樁、固定於工法樁上的混凝土圈梁102、位於圍護單元A底部的底板、設置於底板上的牛腿103，以及鋼管斜撐104 ;鋼管斜撐104的一端固定於混凝土圈梁102上，鋼管斜撐104的另一端固定於牛腿103上。工法樁縱截面尺寸1100X 700mm (長X寬)，其小於基坑100開挖邊線距離用地紅線的最近距離1.9m，能夠保障基坑100周邊環境的安全。圍護單元B、圍護單元C和圍護單元D的組成及結構與圍護單元A相同，此處不再贅述。
[0029]針對本實施例的工程場地內具有深厚淤泥質軟土層，基坑面積大且深度淺的三個典型特點，如採用工法樁懸臂或鑽孔灌注樁懸臂，樁端位於淤泥質軟土層中，無法形成穩定的擋土結構，若穿過淤泥質軟土層，樁長將達到25.0m，造價高，並且上述兩種圍護型式位移大，很難滿足周邊環境的保護要求；如採用重力壩，壩體寬度和插入深度較大，部分區域沒有重力壩的施工空間，重力壩位移和地表沉降難以控制，周邊環境保護要求難以滿足；如採用鑽孔灌注樁+對撐，或者工法樁+對撐，對撐工程量巨大，且中間需設置許多立柱樁，工程造價高，施工工期長；如採用鑽孔灌注樁+斜撐，鑽孔灌注樁可回收性差，需採用攪拌樁或高壓旋噴樁進行止水，大面積基坑需要分區開挖，分區之間需進行分隔圍護，鑽孔灌注樁+斜撐的圍護造價較高。
[0030]而本實用新型的深厚淤泥質軟土地區的基坑圍護結構，它由至少四個圍護單元依次連接而成，各圍護單元按順序依次進行圍護結構的施工，以減小大面積基坑開挖的長邊效應；沿基坑開挖邊線布設的工法樁與混凝土圈梁形成一個整體，圍護單元內澆築完成底板和牛腿後，使鋼管斜撐的下端固定在牛腿上，其上端固定在混凝土圈梁上，混凝土圈梁為鋼管斜撐提供上部支點，有效的控制基坑開挖引起的變形和位移，對周邊道路、管線和建築形成有效的保護；而且，工法樁具有擋土和止水的雙重效果，不需單獨施打止水樁，具有較大的經濟效益；尤其重要的是，由於基坑圍護結構由若干圍護單元組成，在當前施工圍護單元內的鋼管斜撐可以提前拆除並投入循環使用，降低了工程造價，此外，本實用新型基坑圍護結構的寬度小於基坑開挖邊線與用地紅線的最小距離，將基坑圍護結構控制在用地紅線以內，保障了周邊環境的安全。綜上，本實用新型的基坑圍護結構既能夠保證基坑安全，又利於基坑周邊環境的保護，同時實現經濟合理，施工便利，實現了經濟效益的最大化。
[0031]本實施例先選擇圍護單元A進行施工，圍護單元A內的土方分兩次開挖，在圍護單元A邊緣內側1m範圍內留土形成開挖區域二(圖7中虛線所示區域)，開挖區域二包圍的區域為開挖區域一(圖中未示出)，如圖7所示，先挖除開挖區域一內的土方，並澆築其下部底板一 106和固定於其上的牛腿103，完成鋼管斜撐104的架設後，再挖除開挖區域二內的留土，並澆築其下部底板二 107，底板一 106和底板二 107組成圍護單元A下部的整體底板。當牛腿103的混凝土強度達到設計要求的80%時，可在牛腿103及混凝土圈梁102上開槽架設鋼管斜撐104，更佳的連接方式是，鋼管斜撐104的兩端分別與牛腿103及混凝土圈梁102內的預埋件焊接，焊接儘可能滿焊，焊縫高度為10mm，確保連接可靠。鋼管斜撐104的安裝應對稱施工，鋼管斜撐104的支撐軸線標高允許偏差不大於20mm，軸線平面位置偏差不大於30mm，鋼管斜撐104的撓曲度不超過1/1000，其兩端標高差不超過20mm或1/600。鋼管斜撐104與混凝土圈梁102焊接前必須加設預應力，預應力施加過程中應檢查鋼管斜撐104連接節點，必要時進行加固；預應力施加完畢在額定壓力穩定後予以鎖定。鋼管斜撐104安裝完畢後應及時檢查各節點的連接狀況，確保符合預應力施加的要求，並且，鋼管斜撐104安裝經驗收後方可挖除開挖區域二的土。上述鋼管斜撐104由Φ609Χ16πιπι的鋼管制成，相鄰鋼管斜撐104的水平間距為6.0m?9.0m。
[0032]待底板二 107的混凝土強度達到設計要求的80%時，拆除圍護單元A內的鋼管斜撐104。拆除前應採取有效措施保護結構梁板和主體地下室結構200的外牆，防止鋼管斜撐104拆除對結構構件產生不利影響，拆除應分區、分塊進行，鋼管斜撐104與混凝土圈梁102連接處應先給予鑿斷，避免大面積拆除鋼管斜撐104時，因密集的振動對鄰近建築產生不利影響。上述的混凝土強度設計要求是指混凝土強度符合《混凝土結構工程施工質量驗收規範》的規定。
[0033]優選的，工法樁包括沿開挖邊線設置的雙排Φ70001000雙軸水泥土攪拌樁101，以及間隔設於雙軸水泥土攪拌樁101內的H型鋼112。雙軸水泥土攪拌樁樁體施工採用「三噴四攪」工藝，保證雙軸水泥土攪拌樁101的施工質量。當圍護單元A內的主體地下室結構200施工至標高±0.000，主體地下室結構200外牆與雙軸水泥土攪拌樁101之間回填密實後，間隔拔除圍護單元A的雙軸水泥土攪拌樁101內的H型鋼112，H型鋼112起拔採用液壓起拔機，H型鋼112拔除後留下的空隙應及時注漿填充。由於H型鋼112在圍護單元A施工完成後即可拔出，而不必等待整個基坑圍護結構施工完成後拔出，有效的縮短了 H型鋼的租賃期，在保證基坑安全、穩定和周邊環境保護的前提下，進一步降低了基坑圍護結構的工程造價。
[0034]上述雙軸水泥土攪拌樁101中每個水泥土攪拌樁的直徑為700mm，相鄰兩個水泥土攪拌樁水平間距為1000mm，相鄰兩個水泥土攪拌樁之間的搭接長度大於200mm，以保證基坑圍護結構的連續性和接頭的施工質量。
[0035]進一步的，如圖5所示，圍護單元A的布設有工法樁的轉角部還設有角撐105，以控制基坑100開挖引起的變形和位移。
[0036]更佳的，每個圍護單元的邊長d為60m?80m，既能夠減小基坑100開挖的長邊效應，又便於施工。
[0037]本實施例工程場地內地表水位較高，水系豐富。為此，圍護單元A 土方開挖前，對其進行降水疏幹，預抽水時間不少於15天，且坑內水位應降至開挖面以下0.5m?1.0m0請參閱圖4和圖7，開挖前，在圍護單元A內設置若干輕型井點管108，輕型井點管108的底端降至地面以下0.5m?1.0m,使得連接在輕型井點管108底端的過濾器109插入圍護單元A的透水層，輕型井點管108露出地面的頂端通過集水總管與抽水設備連通，相鄰輕型井點管108的水平間距為1.2?1.5m，其成孔直徑大於30mm，成孔深度大於過濾器109底端埋深0.5m。在施工過程中利用抽水設備將地下水從輕型井點管108內不停抽出，使地下水位降至坑底以下，直至施工完畢；過濾器109的底端封閉，過濾器109的外壁由雙層濾網緊密包裹，過濾器109表面的進水孔直徑為10?15mm，進水孔中心距為30?40mm。圍護單元A內土方開挖前，由於放坡平臺採取輕型井點持續降水，保持了邊坡的穩定性，降水與放坡相結合，替代分區間的分隔樁，進一步降低了工程造價，並解決了分區施工止水、降水問題。
[0038]此外，圍護單元A內還設有地表排水系統，地表排水系統包括外排水溝111、內排水溝110和集水井(圖中未示出)，外排水溝111位於開挖邊線外側0.5m以外，防止由於雙軸水泥土攪拌樁101位移引起外排水溝111開裂損害，導致地表水深入基坑100周圍土體中；內排水溝110設置於圍護單元A內土方放坡的坡頂上，以疏導坑內明水，外排水溝111和內排水溝110縱截面尺寸為300_^300臟，集水井沿外排水溝111和內排水溝110設置，且相鄰兩個集水井水平間距為30m?50m。較為優選的，輕型井點管108採用直徑為38?55mm鋼管，相鄰輕型井點管108水平間距為1.2?1.5m ;成孔直徑不小於300mm，成孔深度大於過濾器109底端埋深0.5m ；50根輕型井點管108為一套相應總管，單套總管長度宜為50?60m。過濾器109長度為I?2m，過濾器109底端封閉，過濾器109表面的進水孔直徑10?15mm,中心距30?40_ ;過濾器109外壁採用雙層濾網包裹(內層40目、外層18目)緊密包裹,最外層由鐵絲纏繞包紮。過濾器109內濾料採用乾淨的中粗砂，並回填密實，濾料回填頂面與地面高差不小於lm，濾料頂面與地面之間須採用粘土封填密實。
[0039]採用明溝排水和輕型井點管降水相結合的地表排水系統，基坑進行分區降水，地面和坑底均設置排水溝進行明溝排水，以保持基坑內乾燥的施工環境；坑內分區可用面積大，分區放坡平臺位置採用輕型井點管持續降水，能夠保持邊坡的穩定性，同時，輕型井點管降水與放坡相結合，替代傳統的中間分隔樁，降低了工程造價。
[0040]上述描述僅是對本實用新型較佳實施例的描述，並非對本實用新型範圍的任何限定，本實用新型領域的普通技術人員根據上述揭示內容做的任何變更、修飾，均屬於權利要求書的保護範圍。
【權利要求】
1.深厚淤泥質軟土地區的基坑圍護結構，位於基坑的開挖邊線內，其特徵在於: 所述基坑圍護結構由至少四個圍護單元依次連接而成； 每個所述圍護單元包括沿所述開挖邊線布設的工法樁、固定於所述工法樁上的混凝土圈梁、位於所述圍護單元底部的底板、設置於所述底板上的牛腿，以及鋼管斜撐； 所述鋼管斜撐的一端固定於所述混凝土圈梁上，所述鋼管斜撐的另一端固定於所述牛腿上。
2.根據權利要求1所述的基坑圍護結構，其特徵在於:所述鋼管斜撐的兩端分別架設在設有開槽的所述牛腿和所述混凝土圈梁上，或者所述鋼管斜撐的兩端分別與所述牛腿和所述混凝土圈梁內的預埋件焊接連接。
3.根據權利要求2所述的基坑圍護結構，其特徵在於:相鄰所述鋼管斜撐的水平間距為 6.0m ?9.0m0
4.根據權利要求1至3任一項所述的基坑圍護結構，其特徵在於:所述工法樁包括沿所述開挖邊線設置的雙排雙軸水泥土攪拌樁，以及間隔設於所述雙軸水泥土攪拌樁內的H型鋼。
5.根據權利要求4所述的基坑圍護結構，其特徵在於:所述雙軸水泥土攪拌樁中每個水泥土攪拌樁的直徑為700mm，相鄰兩個所述水泥土攪拌樁水平間距為1000mm，相鄰兩個所述水泥土攪拌樁之間的搭接長度大於200_。
6.根據權利要求1至3任一項所述的基坑圍護結構，其特徵在於:所述圍護單元的布設有工法樁的轉角部還設有角撐。
7.根據權利要求1至3任一項所述的基坑圍護結構，其特徵在於:每個所述圍護單元的邊長d為60m?80m。
8.根據權利要求1至3任一項所述的基坑圍護結構，其特徵在於:所述圍護單元內還設有若干輕型井點管和過濾器，所述輕型井點管的底端降至地面以下0.5m?1.0m,使得連接在所述輕型井點管底端的過濾器插入所述圍護單元的透水層，相鄰所述輕型井點管的水平間距為1.2?1.5m，其成孔直徑大於30mm，成孔深度大於所述過濾器底端埋深0.5m。
9.根據權利要求8所述的基坑圍護結構，其特徵在於:所述過濾器的底端封閉，所述過濾器的外壁由雙層濾網緊密包裹，所述過濾器表面的進水孔直徑為10?15_，所述進水孔中心距為30?40mmη
10.根據權利要求1至3任一項所述的基坑圍護結構，其特徵在於:所述圍護單元還設有地表排水系統，所述地表排水系統包括外排水溝、內排水溝和集水井，所述外排水溝位於所述開挖邊線外側0.5m以外，所述內排水溝設置於所述圍護單元內土方放坡的坡頂上，所述集水井沿所述外排水溝和內排水溝設置，且相鄰兩個集水井水平間距為30m?50m。
【文檔編號】E02D17/04GK203977434SQ201420422377
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年7月29日 優先權日:2014年7月29日
【發明者】陽吉寶, 吳順, 張會新 申請人:上海市建工設計研究院有限公司