CN100580190C - 建筑物基坑支护结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种建筑物基坑支护结构，包括基坑周边的土钉墙及经土钉墙穿插于土体内的预应力锚杆，其特征在于：沿所述土钉墙每隔5～10米设有一墩柱结构，所述墩柱结构包括垂直于基坑底面的灌注桩组，分别位于灌注桩组两侧的所述预应力锚杆，以及连接两侧锚杆位于土钉墙外侧端部的水平槽钢，所述灌注桩组包裹于土钉墙内，由至少两根平行排列的灌注桩组成。本发明利用墩柱结构将大面积的基坑分隔成为小面积基坑，灌注桩+预应力锚杆+土钉墙的有机结合，提高了支护结构的抗变形、抗位移的能力，实现对深层基坑的支护，且施工费用仅为刚性灌注排桩的60%。
Description
技术领域
本发明涉及一种建筑施工中的基础工程，具体涉及一种开挖地下室基坑时使用的基坑支护结构。
背景技术
随着高层建筑物越来越多，基坑深度也越来越大，开挖的地下空间可作为车库、仓储、商场、人防工程等。建筑物基坑开挖后，需对其周边作支护结构，以防止局部或大面积的塌方。
现有的支护结构常用的有两大类：一类是嵌入基坑周边地面以下的悬臂式或桩(墙)锚式挡土结构，由钢板桩或排列的混凝土桩(灌注桩)构成竖向结构的支护壁面；另一类是土钉墙式结构，利用斜向设置的土钉与周围土体的摩擦力和粘聚力，加固土体形成组合体，使土体结构化，在支护坡面设钢筋网，喷射细石混凝土，使开挖面处的局部土体和深层稳定土体联为一体，构成支护壁面。在基坑较深时，两类支护结构均可搭配预应力锚杆，锚杆向支护壁面后方的地基土体中延伸，在锚杆外端穿套有槽钢，向锚杆内灌浆后，进行预应力张拉，最后锚杆端部与槽钢采用螺母锁定，拉紧支护壁面。
以下对两类支护结构的各项参数进行比较：
| 支护方式 | 造价 | 工期 | 安全性 | 对环境影响 |
| 灌注排桩+预应力锚杆 | 高 | 较长 | 好 | 较小 |
| 土钉墙+预应力锚杆 | 一般 | 一般 | 一般 | 一般 |
以施工二层地下室基坑支护为例，如采用灌注排桩+预应力锚杆的支护方式，工程造价在每延长米1.3～2.0万元；如采用土钉墙+预应力锚杆的支护方式，工程造价在每延长米0.7～1.0万元。
如上所述，灌注排桩类的支护结构安全性高，适用基坑深度深，但工程费用高，施二工期长；而土钉墙类的支护结构则具有工程造价低的优点，但基坑安全无法保证(长边侧位移、变形较大，侧向刚度相对较小)，一般仅适用于对10米以下的二、三级基坑支护。
发明内容
本发明目的是提供一种造价适中，安全性高，工期较短，适用于深层及软粘土基坑的支护结构。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种建筑物基坑支护结构，包括基坑周边的土钉墙，沿所述土钉墙每隔5～10米设有一墩柱结构，所述墩柱结构包括垂直于基坑底面的灌注桩组，分别位于灌注桩组两侧的经土钉墙穿插于土体内的预应力锚杆，以及连接两侧锚杆位于土钉墙外侧端部的水平槽钢，所述灌注桩组包裹于土钉墙内，由至少两根平行排列的灌注桩组成。
上述技术方案中，所述灌注桩组至少包括两根垂直于基坑底面(即插设于土体内)的钢筋砼灌注桩构成，根据基坑深度对护壁强度的要求，配置灌注桩的数量，同时位于灌注桩组两侧的预应力锚杆及连接锚杆的槽钢构成对灌注桩组的水平锁紧结构，在同一墩柱结构中，可根据基坑深度设置一排或多排预应力锚杆与槽钢的组合，以提高墩柱结构的刚度与承载能力；
在具体施工时，首先进行灌注桩的施工：桩定位→埋设护筒→备制泥浆→钻孔桩机就位→校正水平垂直度→成孔清孔→钢筋笼制作\安置→导管→二次清孔→浇筑混凝土→试块留设；然后是设置土钉墙：定位放线及高程测量→土钉成孔→造浆及注浆→挂网及焊接拉结筋→喷射混凝土→混凝土养护；最后对预应力锚杆进行施工：定位→钻孔→预应力筋的制作与安装→灌浆(一次常压和一次高压)→外锚头制作→张拉锁定/外锚头防腐，上述各项工法均可采用现有工法进行施工；从而完成的带有墩柱结构(灌注桩+土钉墙+预应力锚杆)的基坑支护结构，利用墩柱结构将大面积的基坑分隔成小面积基坑，降底基坑的长边效应，克服了单独采用土钉墙、复合土钉墙在基坑强度和刚度上的不足，吸取灌注桩强度高、刚度大的特点，通过两者的结合，使支护结构适用的基坑深度得到增大，施工成本远远小于纯刚性灌注排桩的施工费用。
上述技术方案中，所述墩柱结构突起于所述基坑周边表面，构成明墩结构，即以灌注桩相对于基坑表面的位置不同而区分，当墩柱结构外侧与周边基坑表面平齐时则视为暗墩结构。
上述技术方案中，所述基坑周边、土钉墙及灌注桩的内侧设有垂直于基坑底面的三轴搅拌桩层，构成支护结构的防水层。搅拌桩的施工方式为：测量定位\设置导向桩→开挖导向沟→设置导向架与定位搅拌机就位→成桩钻进\喷浆及搅拌下沉到桩底设计标高→喷浆及搅拌提升到桩顶设计标高→桩机移机→下一桩施工；搅拌桩层的设置是为了达到止水效果，而根据基坑周围土体的性质，确定实施单排或是双排的搅拌桩，当为双排搅拌桩时，前后桩体以相互咬合重复搭接的方式施工，以保证墙体的连续性，主要起到对基坑外承压水或微承压水的隔离作用。
进一步的技术方案，在每一墩柱结构中，设有2组上、下设置的所述预应力锚杆，每组预应力锚杆的外侧端部分别由一根水平槽钢连接固定。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有的优点是：
1、本发明通过墩柱结构与土钉墙的结合，以墩柱结构减小了大面积的基坑的长边效应的影响，以灌注桩提高土钉墙的抗变形、抗移位的能力，从而保证了基坑长期施工过程中不发生形变，大大提高施工安全性；
2、由于墩柱结构是5～10米间隔设置，因而与连续布置的灌注排桩支护结构相比，在施工费用上大大降低，约为纯灌注排桩的60％；
2、配合设置三轴搅拌桩构成的防水层，使本发明亦适用于含水量较高的软粘土以及砂性土质土体上，省去了对特殊地质的降水施工；
3、土钉、锚杆施工与挖土可一并进行，节省了基础施工工期，提高了工程综合效益。
附图说明
图1是本发明实施例一中基坑的局部平面图；
图2是图1中墩柱结构示意图；
图3是图1的墩柱结构剖面图；
图4是本发明实施例一的施工流程图。
其中：1、土钉墙；2、墩柱结构；3、灌注桩；4、槽钢；5、预应力锚杆；6、三轴搅拌桩；7、土钉。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例一：参见图1至图4所示，一种建筑物基坑支护结构，包括基坑周边的土钉墙1及经土钉墙穿插于土体内的预应力锚杆5，沿所述土钉墙每隔5～10米设有一突起于所述基坑周边表面的墩柱结构2(明墩结构)，所述墩柱结构包括垂直于基坑底面的灌注桩组，分别位于灌注桩组两侧的所述预应力锚杆，以及连接两侧锚杆位于土钉墙外侧端部的水平槽钢4，所述灌注桩组包裹于土钉墙内，由2根平行排列的灌注桩3组成，所述基坑周边、土钉墙及灌注桩的内侧设有垂直于基坑底面的双排三轴搅拌桩6，构成支护结构的防水层。
参见图4所示，其施工工序为：
①搅拌桩施工：平整场地\清除地下障碍物→测量定位\设置导向桩→开挖导向沟→设置导向架与定位搅拌机就位→成桩钻进\喷浆及搅拌下沉到桩底设计标高→喷浆及搅拌提升到桩顶设计标高→桩机移机→下一桩施工；
②灌注桩施工：桩定位→埋设护筒→备制泥浆→钻孔桩机就位→校正水平垂直度→成孔清孔→钢筋笼制作\安置→导管→二次清孔→浇捣混凝土→试块留设；
③土钉墙施工：定位放线及高程测量→土钉成孔→造浆及注浆→挂网及焊接拉结筋→喷射混凝土→混凝土养护；
④预应力锚杆施工：定位→钻孔→预应力筋的制作与安装→灌浆(一次常压和一次高压)→外锚头制作→张拉锁定/外锚头防腐。
以施工二层地下室基坑支护为例，如采用灌注桩加预应力锚杆的支护方式，工程造价在每延长米1.3～2.0万元；如单独采用复合土钉(深层搅拌桩+土钉墙)，工程造价在每延长米0.7～1.0万元，但基坑安全无法保证(位移、变形较大)；采用本实施例施工，不仅基坑的安全性得到保证，同时工程造价仅高于复合土钉10％，是采用灌注桩加预应力锚杆的支护方式造价的60％，工程造价在每延长米0.8～1.1万元，经济效益非常显著。
应用实例：
海天广场工程位于苏州工业园区，是新建的大型商业酒店综合性公建工程。该项工程占地面积19354m2，总建筑面积168478.77m2，由2幢塔楼、多层裙房及2.5层地下室组成。建筑场地属于长江三角洲冲积平原，地形开阔平坦，局部低洼，有少量积水，地面标高介于2.23～3.12米之间。本工程±0.000相当于黄海标高3.45米，室外地面标高取黄海高程2.60米，本工程基坑底板标高和承台面标高均为-9.30米，基坑挖深按承台埋深计算，分别为9.95米、10.45米、11.65米。本工程根据周边环境和开挖深度按一级基坑考虑。
本工程地下室为桩筏基础，二层半地下室，纵横向轴网间距8600×8600。工程东西向总长[1]轴-[26]轴间距186.00m，南北向总宽[A]轴～[M]轴间距85。80m，支护方式为：
(1)基坑北侧、南侧和西侧采用加墩式复合土钉墙支护结构，沿基坑边施工两排三轴搅拌桩止水，基坑侧壁自上而下按设计要求布设土钉。考虑到基坑走向较长，基坑中部变形大，在每一轴线处的承台部位施工两个钻孔灌注桩+拉锚有效控制变形；
(2)基坑东侧开挖深度为10.45米，场地外侧埋有众多重要管道、管线，采用钻孔灌注桩+拉锚支护结构，灌注桩外侧施工一排三轴搅拌桩止水。基坑东侧每一轴线承台部位搅拌桩外侧1.5米处施工一个灌注桩作为加墩结构有效控制变形；
(3)本基坑采用的灌注桩直径均为Φ850，桩顶标高为-0.85米，桩长21米、23米，桩身砼等级为水下C30；圈梁砼C30，圈梁顶标高-0.850米；
(4)基坑东侧和基坑四周加墩处支护结构上施工两道拉锚，拉锚位置分别在-3.85米、-6.85米处，上道拉锚长为28米(锚固段20.0米，自由段8.0米)，下道拉锚长为30米(锚固段25.0米，自由段5.0米)。每道拉锚腰梁采用两个22a槽钢；
(5)基坑四周采用搅拌桩均为三轴搅拌桩，深层搅拌桩采用三轴深层搅拌桩机施工，有效桩长19.0米，桩径650mm，桩顶标高为-0.85米，在桩顶浇筑1150mm×200mm的压顶。
(6)基坑采用管井降水的方式进行疏干降水。管井长18.0米，共布设管井24口，要求管井降水至每层土方开挖标高下1.0米方可进行该层土方开挖。
基坑监测由业主委托江苏省建筑工程质量检测中心有限公司进行监测，施工开挖土方从06.8.12开始至11.28地下二层结构施工完毕，监测设置原始点时间为06.7.20。
监测结果：围护墙顶最大水平位移为19.90mm；周边道路沉降最大为17.65mm；周边管线最大沉降为10.35mm；测斜管测得最大基坑面变形量为25.34mm；锚杆最大轴力为141.97KN，锚杆抗拔测试极限承载力为357.0KN。
Claims (4)
1.一种建筑物基坑支护结构，包括基坑周边的土钉墙(1)，其特征在于：沿所述土钉墙每隔5～10米设有一墩柱结构(2)，所述墩柱结构包括垂直于基坑底面的灌注桩(3)组，分别位于灌注桩组两侧的经土钉墙穿插于土体内的预应力锚杆(5)，以及连接两侧锚杆位于土钉墙外侧端部的水平槽钢(4)，所述灌注桩组包裹于土钉墙内，由至少两根平行排列的灌注桩组成。
2.根据权利要求1所述的建筑物基坑支护结构，其特征在于：所述墩柱结构突起于所述基坑周边表面，构成明墩结构。
3.根据权利要求1所述的建筑物基坑支护结构，其特征在于：所述墩柱结构外侧与基坑周边表面平齐，构成暗墩结构。
4.根据权利要求1所述的建筑物基坑支护结构，其特征在于：所述基坑周边、土钉墙及灌注桩的内侧设有垂直于基坑底面的三轴搅拌桩(6)层，构成支护结构的防水层。
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