一種斜樁牆支承式基坑支護結構及其施工方法與流程

2023-12-07 03:58:36 1

本發明屬於巖土工程技術領域，涉及臨時基坑支護方法中一種斜樁牆支承式基坑支護結構及其施工方法。

背景技術：

對於平面尺寸和開挖深度均較大的深大基坑，目前國內採用的基坑支護方法主要為：內支撐支護結構、樁錨支護結構、雙排樁支護結構。

內支撐支護結構及樁錨支護結構的周邊圍護結構一般延基坑周邊布置豎直的柱列式排樁、地下連續牆、加勁水泥土牆或咬合樁等。

內支撐支護結構的內支撐平面布置形式主要有：網格式、對撐桁架、角撐桁架、邊桁架、環形支撐等。支撐構件分為水平支撐梁和豎向支承立柱，立柱設置在梁梁交匯節點位置，材料為鋼管或型鋼格構，每根立柱下設一根樁基，主要承受豎向荷載，同時也承受支撐傳遞到立柱上的部分水平荷載。立柱間距一般為8～12米，對於平面尺寸大於100x100米的深大基坑，坑內立柱可達到數十根甚至上百根。在擬建地下室施工時，立柱需要穿過地下室底板和樓板。

樁錨支護結構的錨索錨固在基坑外的穩定土體中，鎖定在設置於圍護結構表面的腰梁上，錨索全長位於土體中，自由段長度不小於5米，錨固段根據土質條件和設計拉力值的大小不盡相同，常見錨索長度為15～40米。

雙排樁支護結構的雙排樁由前後兩排樁牆通過設置在頂部的冠梁及連梁連接為整體，前後兩排樁牆及樁間土共同作用，形成「門式」擋土結構。

目前技術存在如下問題：

1.對於內支撐支護結構：

由於基坑內分布有大量立柱，基坑進行每層土方開挖時，挖掘機操作和土方外運時需要避讓立柱，大大降低了挖土工效，加之天氣和市容管制等疊加效應，使得基坑土方開挖進度緩慢，從而延長了基坑使用時間和總體工期，對基坑安全、工程進度造成不利影響。

由於基坑內存在大量支撐構件和立柱，使得擬建地下室結構施工時作業空間侷促，工效降低。

由於立柱間距較小，且為鋼結構，土方開挖過程中各種設備容易對其造成損傷，從而影響基坑安全。

大量立柱需要穿過地下室底板，雖然立柱穿底板處均設置止水鋼板，但由於地下室底板的防水層被立柱穿破，底板防水效果難以保證。

由於每根立柱下設有樁基，顯著增加了內支撐支護工程的造價，尤其在軟土地區。

2.對於樁錨支護結構：

樁錨支護中的錨索全長設置在基坑以外的土體中，往往超越用地紅線，給紅線外相鄰工程施工形成障礙，甚至侵犯相鄰場地物權。

3.對於雙排樁支護結構：

雙排樁支護結構雖然通過「門式」結構顯著增強了圍護結構的剛度，增加了懸臂支護高度，消除了內支撐或錨索的不利影響，但由於其受理機理仍然為懸臂梁，當基坑深度較深或土質較差時，水平側壓力很大，則雙排樁的直徑需要很大，造價很高，且難以嚴格控制變形。

此外，由於設置前後兩排樁，對平面場地需求較大，當開挖面緊鄰建構築物時難以實施。

技術實現要素：

本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供了一種斜樁牆支撐式基坑支護結構及其施工方法。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種斜樁牆支撐式基坑支護結構，其特徵在於：斜樁牆支撐式基坑支護結構包括斜樁牆、支承樁和冠梁，斜樁牆傾斜設置，斜樁牆頂部朝向基坑內部傾斜，斜樁牆的底部斜向進入基坑外的土體中，支承樁豎直設置於斜樁牆頂部下方，支承樁頂部與斜樁牆頂部相連，支承樁底部設置於基坑底部的土體中。

作為對上述方案的進一步改進，斜樁牆由相互咬合搭接的斜樁組成的連續牆體，斜樁包括葷樁和素樁，其中葷樁配置鋼筋籠，為鋼筋混凝土樁，素樁不配置鋼筋籠，為素混凝土樁。

作為對上述方案的進一步改進，葷樁的長度大於素樁的長度，葷斜向向下穿過潛在滑裂面，錨入基坑坑底以下的穩定土體中，素樁設置於葷樁之間的間隔內，與葷樁咬合搭接。

作為對上述方案的進一步改進，在斜樁牆的頂部設置有冠梁，冠梁連接所有葷樁和素樁的頂部，支承樁與斜樁牆中的葷樁於冠梁處連接。

作為對上述方案的進一步改進，斜樁牆下方還設置有第二斜樁牆，第二斜樁牆的結構與斜樁牆的結構相同，第二斜樁牆的頂部設置腰梁，腰梁與支承樁的腰部連接。對於深度較大的基坑，可採用多層斜樁牆支護的方案。

本發明還提供一種斜樁牆支撐式基坑支護結構的施工方法，其特徵在於步驟如下：

步驟一、在自然地面施工葷樁和素樁形成斜樁牆，並同時施工支承樁；

步驟二、待葷樁、素樁和支承樁施工完畢後，在葷樁、素樁和支承樁的頂部施工冠梁將支承樁和斜樁牆連接為整體；

步驟三、整體開挖基坑至坑底，基坑支護及土方開挖全部完工，移交土建施工單位進行地下室結構施工。

本發明還提供雙層斜樁牆支撐式基坑支護結構的施工方法，其特徵在於步驟如下：

步驟一、在自然地面施工葷樁和素樁形成斜樁牆，並施工支承樁，同時施工第二斜樁牆，在第二斜樁牆的葷樁及素樁的樁頂至自然地面之間留設空頭；

步驟二、待步驟一施工完畢後，在葷樁、素樁和支承樁的頂部施工冠梁將支承樁和斜樁牆連接為整體；

步驟三、開挖基坑至中間開挖面，中間開挖面的的高度與腰梁的位置高度齊平，施工腰梁，將第二斜樁牆與支承樁連接為整體；

步驟四、開挖至基坑底，基坑支護及土方開挖全部完工，移交土建施工單位進行地下室結構施工。

本發明相比現有技術具有以下優點：本發明取消了水平對撐及其下方的立柱，僅在基坑邊緣設置一排豎直樁及斜樁，斜樁樁身傾斜進入基坑外土體中，不佔用地表場地，無水平支撐及錨索，為基坑土方開挖和地下室結構施工提供了良好的平面作業空間，大大提高了施工效率，從而減少了基坑暴露時間，縮短了工期。斜樁進入基坑外的尺寸大大小於錨索，解決了錨索超越用地紅線侵權問題。本發明通過斜樁將作用在傳統圍護結構上的水平土壓力荷載大部分轉變為豎向重力荷載，再通過豎直支承樁承擔，改變了圍護結構的受力模式，效果優於傳統懸臂式雙排樁，可顯著減小圍護結構截面尺寸，節約造價。

附圖說明

圖1是本發明用於單層斜樁牆的剖視圖。

圖2是本發明用於兩層斜樁牆的剖視圖。

圖3是本發明的俯視圖。

圖4本發明用於單層斜樁牆的施工流程示意圖一。

圖5本發明用於單層斜樁牆的施工流程示意圖二。

圖6本發明用於兩層斜樁牆的施工流程示意圖一。

圖7本發明用於兩層斜樁牆的施工流程示意圖二。

圖8本發明用於兩層斜樁牆的施工流程示意圖三。

具體實施方式

下面對本發明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護範圍不限於下述的實施例。

實施例1

單層斜樁牆2支撐式基坑支護結構，其特徵在於：斜樁牆2支撐式基坑支護結構包括斜樁牆2、支承樁3和冠梁4，斜樁牆2傾斜設置，斜樁牆2頂部朝向基坑內部傾斜，斜樁牆2的底部斜向進入基坑外的土體中，支承樁3豎直設置於斜樁牆2頂部下方，支承樁3頂部與斜樁牆2頂部相連，支承樁3底部設置於基坑底6部的土體中。通常斜樁牆的傾斜角度為10～30度，根據土質情況和基坑的深度情況而定。

常用的基坑支護結構需要在基坑內設置分布廣泛的支撐結構，使基坑內的空間被佔用分割，大大降低施工效率；通常的樁錨支護結構，受到拉力要求的限制，錨索大多會面臨伸出用地紅線7而無法使用的問題；通常的雙排樁支護結構需要滿足一定的前後排距，因而佔用較多的平面場地，在周邊場地較小時往往不具備施工條件。

通過本方案，僅僅在基坑的邊緣設置斜樁牆2和支承樁3，將基坑周邊土體的水平方向的壓力轉換為豎直方向的力，並由支承樁3傳遞到基坑底6部；斜樁牆2傾斜插入基坑外，不會佔用地表場地，無水平支撐及錨索，為基坑土方開挖和地下室結構施工提供了良好的平面作業空間，大大提高了施工效率，從而減少了基坑暴露時間，縮短了工期；斜樁進入基坑外的尺寸大大小於錨索，解決了錨索超越用地紅線7侵權問題。本發明通過斜樁將作用在傳統圍護結構上的水平土壓力荷載大部分轉變為豎向重力荷載，再通過豎直支承樁3承擔，改變了圍護結構的受力模式，效果優於傳統懸臂式雙排樁，可顯著減小圍護結構截面尺寸，節約造價。

斜樁牆2由相互咬合搭接的斜樁組成的連續牆體，斜樁包括葷樁21和素樁22，其中葷樁21配置鋼筋籠，為鋼筋混凝土樁，素樁22不配置鋼筋籠，為素混凝土樁。

葷樁21的長度大於素樁22的長度，葷斜向向下穿過潛在滑裂面1，錨入基坑坑底6以下的穩定土體中，素樁22設置於葷樁21之間的間隔內，與葷樁21咬合搭接。葷樁21為主要的承重結構，素樁22為擋土結構，素樁22將葷樁21之間的間隙填滿形成連續的牆體，將基坑外土體的載荷傳遞給葷樁21；素樁22隻承擔擋土的作用，因此其不需要錨入穩定土體內，只需要埋入坑底6以下少量深度即可。

在斜樁牆2的頂部設置有冠梁4，冠梁4連接所有葷樁21和素樁22的頂部，支承樁3與斜樁牆2中的葷樁21於冠梁4處連接。冠梁4一般齊平於自然地面5設置，通過冠梁4將支承樁3與葷樁21連接為一體，能夠很好的傳遞斜樁牆2受到的擠壓力，使整個基坑支護結構更加穩定可靠。

斜樁牆2牆厚800，採用咬合樁工藝，支承樁3直徑800，採用鑽孔灌注樁，參見圖1。葷樁21及素樁22直徑均為800mm，相互搭接200mm。葷樁21為鋼筋混凝土樁，截面配筋為16根20三級螺紋鋼，樁長15m。素樁22為素混凝土樁，不配置鋼筋籠，樁長10m。支承樁3為鋼筋混凝土樁，截面配筋為12根20三級螺紋鋼，樁長15m，樁間距7.2m。葷樁21與支承樁3通過設置在自然地面5處的冠梁4連接。冠梁4通長設置，為鋼筋混凝土梁，截面尺寸為2000x600。

實施例2

實施例1中的斜樁牆2支撐式基坑支護結構的施工方法，其特徵在於步驟如下：

步驟一、在自然地面5施工葷樁21和素樁22形成斜樁牆2，並同時施工支承樁3；

步驟二、待葷樁21、素樁22和支承樁3施工完畢後，在葷樁21、素樁22和支承樁3的頂部施工冠梁4將支承樁3和斜樁牆2連接為整體；

步驟三、整體開挖基坑至坑底6，基坑支護及土方開挖全部完工，移交土建施工單位進行地下室結構施工。

實施例3

雙層斜樁牆2支撐式基坑支護結構，在實施例1的基礎上，在斜樁牆2下方還設置有第二斜樁牆23，第二斜樁牆23的結構與斜樁牆2的結構相同，第二斜樁牆23的頂部設置腰梁8，腰梁8與支承樁3的腰部連接。對於深度較大的基坑，可採用多層斜樁牆2支護的方案。隨著基坑的深度增加，周圍土體需要更強的支護結構來提供支撐力，單層斜樁牆2的結構無法提供足夠的支撐力，我們採用多層斜樁牆2的結構，分層支護，再通過腰梁8和支撐柱將多層斜樁牆2連接成一個整體的支護支架，將基坑周圍的土體固定支撐。每一層斜樁牆2不僅支撐其上方的土體的重量，同時還將起到錨固的作用，將整個支護結構牢牢的固定在基坑周圍的土體中，防止其傾覆。

如圖2所示，基坑內擬建主體結構為地下兩層，基坑開挖深度11m，平面跨度120米，對基坑變形控制要求較嚴格。基坑支護總體方案採用雙層斜樁牆2支承式基坑支護結構。

自上而下設置兩層斜樁牆2，牆厚900，採用咬合樁工藝，支承樁3直徑1000，採用鑽孔灌注樁，參見圖2。葷樁21及素樁22直徑均為900mm，相互搭接200mm。葷樁21為鋼筋混凝土樁，截面配筋為16根22三級螺紋鋼，斜樁牆2的葷樁21樁長19m，第二斜樁牆23的葷樁21樁長15m。素樁22為素混凝土樁，不配置鋼筋籠，斜樁牆2的素樁22的樁長6.5m，第二斜樁牆23的素樁22的樁長7.5m。支承樁3為鋼筋混凝土樁，截面配筋為14根22三級螺紋鋼，樁長20m，間距7m。斜樁牆2的葷樁21與支承樁3通過設置在自然地面5處的冠梁4連接，第二斜樁牆23的葷樁21與支承樁3通過設置在中間開挖面9的腰梁8連接。冠梁4及腰梁8均為通長設置，均為鋼筋混凝土梁，冠梁4截面尺寸為2000x600，腰梁8截面尺寸為1500x500。

實施例4

實施例3中的斜樁牆2支撐式基坑支護結構的施工方法，步驟如下：

步驟一、在自然地面5施工葷樁21和素樁22形成斜樁牆2，並施工支承樁3，同時施工第二斜樁牆23，在第二斜樁牆23的葷樁21及素樁22的樁頂至自然地面5之間留設空頭12；

步驟二、待步驟一施工完畢後，在葷樁21、素樁22和支承樁3的頂部施工冠梁4將支承樁3和斜樁牆2連接為整體；

步驟三、開挖基坑至中間開挖面9，中間開挖面9的的高度與腰梁8的位置高度齊平，施工腰梁8，將第二斜樁牆23與支承樁3連接為整體；

步驟四、開挖至基坑底6，基坑支護及土方開挖全部完工，移交土建施工單位進行地下室結構施工。

以上僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。