CN101614019A - 紧临既有建筑物多层地下结构自支护施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及紧临既有建筑物多层地下结构自支护施工方法。当拟建地下建筑物距离既有建筑物的距离小于15m以内时，采用该方法施工，具体包括以下操作步骤：1.支护桩施工，2.开控负一层土方，3.框架柱位置控孔并设置护壁，4.负二层框架柱施工，5.负二层顶梁、板以及负一层柱、梁和板的施工，6.安装水平钢支撑，7.开挖负二层土方，8.按常规方法进行负二层底板、墙体等其他结构施工。本发明巧妙利用地下工程结构本身的刚度对支护桩提供支撑点，使支护桩由悬臂构件变为3跨超静定构件，大大减小了支护桩的弯矩荷载效应，从而可以大幅度缩减支护桩的设计桩长和截面面积，节约施工成本约35％以上；加快了地下结构工程的总体施工进度。

Description

紧临既有建筑物多层地下结构自支护施工方法

技术领域

本发明涉及紧临既有建筑物多层地下结构深基坑施工方法。

背景技术

改革开放带来了城市建设的高潮，城市土地资源日益紧缺，城市建设逐渐向空中和地下立体延伸。在寸土寸金的城市建设中，地下空间的开发利用，成为一大发展趋势。为此，紧临既有建筑物进行地下结构开挖施工变得日益频繁。如何确保施工过程中紧临既有建筑物的安全稳定成为施工过程中的一项重点和难点。

目前现有技术的施工工艺流程：首先在拟开挖的深基坑周边进行支护，然后进行基坑开挖，最后从基坑底部自下而上施工地下工程主体。支护一般是在开挖面基底下打入一定插入深度的桩墙结构。常用材料为混凝土、钢、木等，可以有钢板桩，钢筋混凝土板桩、柱列式灌注桩、深层水泥搅拌桩、地下连续墙等。根据基坑深度的不同，支护桩墙可以是无支撑悬臂的围护结构，但更多的是单撑和多撑式的(单锚式或多锚式)有支撑结构，支撑的目的是为桩墙提供支承点。以控制桩墙的弯矩至该桩墙体断面的合理允许范围。无支撑围护开挖适合于开挖深度较浅、地质条件较好、周围环境保护要求较低的基坑工程。有支撑围护开挖适用于地层软弱，周围环境复杂、环境保护要求高的深基坑开挖，但开挖机械的施工活动空间受限、支撑布置需考虑适应主体工程施工、换拆支撑施工较复杂，下面对两种围护逐一进行简介。

(一)无支撑围护

无支撑围护是依靠打入地下的桩或墙对基坑壁提供支护，属于悬臂构件。目前工程中常用的有钢板桩支护、灌注桩支护、深层搅拌桩支护、地下连续墙支护等。

无支撑围护存在的不足主要有以下几点：

1、无支撑围护适用的基坑开挖深度一般不大于6m，因此当超过6m以上的深基坑开挖时不宜采用无支撑支护，而城市建设中，多层地下车库开挖深度大多在6m以上。

2、桩体必须嵌固入基底以下足够的深度为悬臂部分提供支护反力，该嵌固深度必须经计算确定，一般情况下计算得到的嵌固深度不小于悬臂部分桩长，由此导致桩长增加很多，增加了施工成本且延长了施工工期。

3、无支撑围护桩体为悬臂构件，对比有支撑围护桩体实际上是一个超静定构件，那么其最大弯矩将＜1/8qh²，相对来说无支撑围护桩体的弯矩效应值将是有支撑围护桩体的4倍以上，由此设计出的桩径大大增加，从而造成了支护成本的急剧升高并导致了施工工期的延长。

4、无支撑围护中采用钢板桩的居多，但钢板桩施工噪音大，振动大，对土体的扰动大，施工时产生较大的变形，对环境的影响较大。由于设计误差、施工等问题易发生工程事故。并且由于噪声、振动等原因不适于市区施工。

5、深层搅拌桩支护施工中水泥粉尘污染较大且桩机施工中有一定的噪音污染。桩体强度较低，桩体必须设计的较宽，一般需3～4m，对地表土地资源造成浪费。地下结构施工完毕后桩体永久埋入地下废弃不可利用。

6、钻孔灌注桩支护，该支护桩接头防水性差，桩质量取决于施工工艺及施工。

7、人工挖孔桩支护施工过程中不产生泥浆污染，但作为悬臂式支护构件，设计过程中桩径及桩长相对较大，成本增加且施工工期延长，地下结构施工完毕后桩体被废弃，浪费严重。

8、所采用的地下连续墙很少作为悬臂支护单独使用，一般均和支撑体系组成有支撑的围护结构，对基坑内部施工造成障碍，综合成本高。且连续墙一般要连成整体才能更好发挥作用，不适于紧临既有建筑物的基坑局部支护。

(二)有支撑围护

有支撑围护通常又分为内支撑及土层锚杆两种结构类型。

1、围护桩墙加内支撑

围护桩墙之间采用钢或钢筋混凝土构件进行纵横向支撑，使支护桩墙由悬臂构件变为简支或超静定构件，减小了支护桩墙计算截面的弯矩，使支护桩墙的设计长度和截面面积都相应减小，一定程度上提高了支护结构的经济合理性。但是随之而来的新的问题：纵横交错的支撑杆件在基坑内对施工空间产生了较大影响，挖掘机械及运输车辆的工作受到很大影响，施工组织变得复杂，地下主体工程施工时施工机具、材料、设备的布置、运输都变得困难，支撑如何换撑，基坑支护结构与主体工程的结合方式，围护结构如何适应地下主体结构施工的浇筑方式、以及如何处理支模、防水等工序的配合等都成为新的问题，总工期也势必延长。

2、围护桩墙加土层锚杆

围护桩墙加土层锚杆是在围护桩墙顶端或中部通过深入土层的锚杆形成弹性支撑点，将悬臂构件变为简支或超静定构件。与内支撑不同的是，土层锚杆设于基坑外壁土层内，不占用基坑内部空间，不影响地下主体结构的施工。土层锚杆由设置于土体钻孔内，端部伸入稳定土层中的钢筋或钢绞线与孔内注浆体组成。

土层锚杆的长度一般不小于9m，施工完毕后废弃于土层中无法回收，造成施工成本增加，施工工期延长。尤其当基坑紧临既有建筑时，土层锚杆设计位置常常与建筑物的基础交叉，锚杆的布置较为困难。

发明内容

为了解决紧临既有建筑物地下结构深基坑施工的安全、质量、环境及成本等问题，本发明提供一种紧临既有建筑物利用地下结构本体提供内支撑的深基坑施工方法。

1、紧临既有建筑物多层地下结构自支护施工方法，根据拟建地下建筑的设计图纸，在其距离既有建筑物大于15m以外的部分采取常规方法施工，在其距离既有建筑物小于15m以内时，该范围的地下结构采取以下操作步骤施工：

(1)支护桩施工

在拟建地下建筑和既有建筑物之间施工支护桩，支护桩采用人工挖孔灌注桩；支护桩沿拟建地下建筑一字型布置，距离既有建筑物小于15m，距离拟建地下建筑2-3m；

支护桩桩体按三点简支的连续梁结构计算确定，其支点分别位于h₁、h₄、h₆处；其中h₁为室外自然地面标高，h₄为拟建地下建筑负二层顶板面标高，h₆为拟建地下建筑框架柱基础底标高；

(2)开挖负一层土方

采用挖掘机沿支护桩从自然地面垂直向下开挖至地下建筑负二层顶标高处；

(3)框架柱位置挖孔并设置护壁

在开挖好的负二层顶标高处，依据拟建地下建筑的设计图纸测设出两排以上地下建筑框架柱位置，以框架柱中心为圆心，采用人工挖孔桩成孔的工艺挖出直径为1.6～2.0m的圆形孔，深度超过框架柱基础设计深度以下0.5m，挖孔过程中随挖随安装预制混凝土护壁，孔底部作扩孔处理，保证孔底与地基接触面积大于框架柱基础的设计底面积1.2倍以上；

(4)负二层框架柱施工

a浇筑框架柱基础混凝土并预留插筋：在孔底扩孔段按设计要求配置钢筋，并浇筑该段混凝土，上部预留框架柱竖向钢筋，浇筑完毕后按设计要求向上绑扎框架柱横向箍筋；

b负二层框架柱模板安装并浇筑混凝土：在地面采用木模整体拼装框架柱模板，接着吊放安装；模板与预制混凝土护壁之间用方木支撑加固，校正完毕后，浇筑框架柱混凝土至负二层框架梁底以下5cm处，最后拆除框架柱模板；

(5)负二层顶梁、板以及负一层柱、梁、板施工

a在开挖好的负二层顶标高处土体表面支设负二层顶的梁板模板，梁板模板支撑底部满铺脚手板，绑扎楼面钢筋并浇筑混凝土；绑扎楼面钢筋时预留出与地下建筑物其他区域连接的插筋；

b当负二层顶面混凝土强度达到1.2Mpa以上，按常规施工方法施工负一层框架柱、墙体、梁板结构；同样要预留与其他区域连接的插筋；

(6)安装水平钢支撑

在负一层顶面侧边与支护桩和负二层顶面侧边与支护桩之间采用槽钢进行钢支撑，所述槽钢宽为250mm-300mm，长为2m-3m，即完成负二层框架结构施工；

(7)开挖负二层土方

自负二层顶标高处以下的侧面掏挖负二层土方，直至基底设计标高处；开挖过程中全程监测支护桩及既有建筑物沉降位移情况，发现异常及时采取措施；

(8)按常规方法施工地下车库负二层钢筋混凝土底板、钢筋混凝土墙体以及钢筋混凝土外墙；即完成负二层框架结构自支护施工。

所述钢支撑一端连接支护桩，另一端直接连接支撑在与梁板连接的框架柱上或直接连接支撑在现浇楼板上；每根支护桩上均设钢支撑。

本发明的有益技术效果体现在下述几个方面：

(一)与悬臂支护桩相比：

1、本发明巧妙利用地下建筑框架本身的刚度对支护桩提供支撑点，使支护桩由悬臂构件变为3点简支的连续梁构件，大大减小了支护桩的弯矩效应，从而可以大幅度缩减支护桩的桩长和桩径，节约施工成本约35％以上。

2、由于支护桩长及桩径的减小从而减少了支护桩的工程量，最终缩短了支护桩的施工工期，加快了地下建筑工程的总体施工进度。

3、基坑支护采用地下建筑框架本身提供支撑点，开挖深度不受限制，适用于多层地下结构施工，大大高于6m以内的悬臂支护开挖深度限制。

(二)与有支撑围护技术对比

1、利用地下建筑框架本身对支护桩体提供支撑，取消了有支撑围护技术在基坑内设置钢或钢筋混凝土支撑的施工工序，大大节约了施工成本。

2、由于不需要在基坑内设置纵横交错的支撑构件，避免了对基坑内施工空间的干扰，大大简化了施工组织管理，提高了工效，缩短施工工期。

(三)与“围护桩墙加土层锚杆”技术对比

1、利用地下建筑框架本身对支护桩体提供支撑，取消了土层锚杆这一施工工序，大大节约了施工成本，缩短了施工工期。

2、土层锚杆技术中锚杆在土层延伸，在紧临既有建筑物的情况下很可能出现锚杆与既有建筑物基础交叉的矛盾，导致锚杆无法布置，采用本发明进行施工则不会出现这一问题。

(四)与“地下连续墙”逆作法或半逆作法施工技术对比

1、不需要设置沿基坑周边贯通的地下钢筋混凝土连续墙体，仅仅是在紧临既有建筑物的局部设置若干人工挖孔灌注桩作为支护桩体，施工成本不可同日而语。多数情况下地下工程与既有建筑物只在局部区域相距较近，需要支护，而使用地下连续墙需将整个基坑周边围护起来，显然不够经济。

2、采用人工挖孔灌注桩作为支护桩体，施工过程中无噪音、无排污。而地下连续墙机械成槽、泥浆护壁将产生大量泥浆及噪音污染，不适合在紧临既有建筑物的闹市区施工。

3、不需要大量的水平支撑构件，仅仅几根2-3m长的槽钢即可，取材容易，支拆方便，费用几乎可以忽略不计。

附图说明

图1拟建地下车库2与既有建筑物1位置关系平面图，

图2拟建地下车库2与既有建筑物1位置关系剖面图，

图3支护桩5施工完毕后俯视图，

图4支护桩5施工完毕后剖面图，

图5负一层土方开挖后剖面图，

图6负二层框架柱3位置人工挖孔7俯视图，

图7负二层框架柱3基础扩孔段10浇筑完毕剖面图，

图8框架柱3、梁、板以及水平钢支撑12施工完毕剖面图，

图9负二层土方掏挖及基础底板等结构施工完毕工况剖面示意图。

图中：1既有建筑物2拟建地下车库3地下工程框架柱4地下工程钢筋混凝土墙体5人工挖孔灌注桩6采用本发明施工的地下车库区域7人工挖孔8预制混凝土护壁9框架柱预留竖向插筋10框架柱基础扩孔段11梁板预留水平插筋12水平钢支撑图中字母注释见下表：

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步地描述。

实施例1：安庆香樟里.那水岸住宅小区位于安徽省安庆市湖心北路，小区地下车库2设计为两层，每层建筑面积为4232m²。其中负一层为普通地下室，平时为自行车库、汽车库和设备用房，负二层为平战结合六级人防工程，平时为汽车库和设备用房，战时为物资储备库。拟建的地下车库东侧与既有11^#住宅楼1紧临，最近距离只有5m左右，如果对地下车库2直接进行土方开挖施工，势必危及既有11^#住宅楼1主体结构安全(相对位置详见图1、图2)。施工过程中采用本发明方法进行车库2施工保证了既有11^#住宅楼1的安全，加快了施工进度，节约施工成本，综合经济及社会效益显著。具体实施过程见图1～图6所示。

(1)施工支护桩5

在拟建地下车库2和既有11^#住宅楼1之间施工，人工挖孔灌注支护桩5，支护桩桩体按三点简支的连续梁结构计算确定，支护桩5的计算设计支点分别位于h₁、h₄、h₆处，其中h₁为室外自然地面标高，h₄为拟建地下车库负二层顶板面标高，h₆为拟建地下车库框架柱基础底标高；经计算共设9根，沿地下车库2一字型布置，布置范围以既有11^#住宅楼1距离拟建地下车库2水平距离小于15m为限，当水平距离大于15m以上时不设支护桩，采用传统方法进行开挖施工。支护桩5嵌固深度L₁＝1.8m，桩身总长L₂＝11.7m，桩径d＝0.8m，内配10￠18钢筋，混凝土强度等级C25，桩体边缘距拟建地下车库墙体4外边缘c＝2m，目的是为车库墙体4的支模留出空间，见图3、图4。

(2)开挖地下车库2的负一层土方

采用挖掘机沿支护桩5从自然地面垂直向下开挖至地下车库负二层顶标高h₄处，余下0.2m由人工开挖整平，直至h₄-0.2的标高平面位置，地下车库2其他施工区域按常规开挖方法一次开挖至筏板基底设计标高h₅-e，见图5。

(3)框架柱位置挖孔并设置护壁

在开挖好的负二层顶平面h₄-0.2标高处，依据地下车库2的设计图纸，测设出两排共8根地下车库框架柱3的位置，以框架柱3中心为圆心，采用人工挖孔桩成孔的工艺挖出直径为1.8m的圆形孔7，深度超过框架柱基础设计深度h₆以下0.5m(即h₆-0.5m处)，挖孔过程中随挖随安装预制混凝土护壁8，防止孔壁坍塌，孔底部作扩孔，形成扩孔段10，保证孔底与地基接触面积大于框架柱基础的设计底面积1.2倍以上，见图6。

(4)框架柱3负二层施工

a浇筑框架柱基础扩孔段10混凝土并预留竖向插筋9：在孔底扩孔段10按设计要求配置钢筋，并浇筑该段混凝土，上部预留框架柱竖向插筋9，浇筑完毕后按设计要求向上绑扎框架柱横向箍筋，见图7。

b框架柱3负二层模板安装并浇筑混凝土：在地面采用木模整体拼装框架柱模板，吊车配合人工吊放安装。模板与预制混凝土护壁8之间用方木支撑加固，校正完毕后浇筑框架柱3混凝土至负二层框架梁底以下5cm处，最后拆除框架柱模板，见图8。

(5)负二层顶h₄标高平面梁、板以及负一层(h₂～h₄之间)柱、梁、板施工：

a在开挖好的负二层顶标高处土体表面h₄-0.2m上支设负二层顶h₄的梁板模板，绑扎钢筋并浇筑混凝土。需要注意的是土体表面要夯实，支撑底部满铺脚手板，防止沉降，绑扎楼面钢筋时注意预留出与地下车库其他区域连接的水平插筋11，见图8；

b负二层顶面h₄的混凝土强度达到1.2Mpa以上后按常规施工方法施工负一层结构(h₂～h₄之间)的框架柱、墙体、梁板等结构。同样要注意预留与其他部位的预留水平插筋11，见图8；

(6)安装水平钢支撑

采用250mm宽，2m长的槽钢作为水平钢支撑12，且分别支撑在桩顶h1处和负二层顶h₄处将支护桩5与地下车库框架之间，两端用钢楔楔紧，确保支撑传力可靠。每根桩5上均设钢支撑。钢支撑12直接支撑在框架柱3上，框架柱3与梁板整体浇筑，形成空间框架，满足支撑要求；支护桩5依靠水平钢支撑12与地下工程主体结构之间形成两个支点，支护桩底部嵌入基底土体以下形成第3个支点，从而实现了支护桩三点简支连续梁的设计工况，见图8。

(7)开挖负二层土方

自基坑侧面掏挖负二层土方，采用小型挖掘机配合自卸汽车运输，直至基底设计标高h₅-e。开挖过程中全程监测支护桩及既有建筑物沉降位移情况，发现异常及时采取措施，见图9。

(8)负二层底板、墙体4等其他结构施工：按常规方法施工地下车库的钢筋混凝土底板以及钢筋混凝土墙体4等其余结构部分，见图9。

实施例2：

钢支撑12也可以直接支撑在现浇楼板上，楼板的平面刚度大，满足支撑要求。钢支撑12所用槽钢可根据实际情况在宽度为250mm-300mm，长度为2m-3m范围选取。

其它同实施例1。

Claims (3)

1、紧临既有建筑物多层地下结构自支护施工方法，根据拟建地下建筑的设计图纸，在其距离既有建筑物大于15m以外的部分采取常规方法施工，其特征在于：在其距离既有建筑物小于15m以内时，该范围的地下结构采取以下操作步骤施工：

(1)支护桩施工

在拟建地下建筑和既有建筑物之间施工支护桩，支护桩采用人工挖孔灌注桩；支护桩沿拟建地下建筑一字型布置，距离既有建筑物小于15m，距离拟建地下建筑2-3m；

支护桩桩体按三点简支的连续梁结构计算确定，其支点分别位于室外自然地面标高处，拟建地下建筑负二层顶板面标高处和拟建地下建筑框架柱基础底标高处；

(2)开挖负一层土方

采用挖掘机沿支护桩从自然地面垂直向下开挖至地下建筑负二层顶标高处；

(3)框架柱位置挖孔并设置护壁

在开挖好的负二层顶标高处，依据拟建地下建筑的设计图纸测设出两排以上地下建筑框架柱位置，以框架柱中心为圆心，采用人工挖孔桩成孔的工艺挖出直径为1.6～2.0m的圆形孔，深度超过框架柱基础设计深度以下0.5m，挖孔过程中随挖随安装预制混凝土护壁，孔底部作扩孔处理，保证孔底与地基接触面积大于框架柱基础的设计底面积1.2倍以上；

(4)负二层框架柱施工

a浇筑框架柱基础混凝土并预留插筋：在孔底扩孔段按设计要求配置钢筋，并浇筑该段混凝土，上部预留框架柱竖向钢筋，浇筑完毕后按设计要求向上绑扎框架柱横向箍筋；

b负二层框架柱模板安装并浇筑混凝土：在地面采用木模整体拼装框架柱模板，接着吊放安装；模板与预制混凝土护壁之间用方木支撑加固，校正完毕后，浇筑框架柱混凝土至负二层框架梁底以下5cm处，最后拆除框架柱模板；

(5)负二层顶梁、板以及负一层柱、梁、板施工

a在开挖好的负二层顶标高处土体表面支设负二层顶的梁板模板，梁板模板支撑底部满铺脚手板，绑扎楼面钢筋并浇筑混凝土；绑扎楼面钢筋时预留出与地下建筑物其他区域连接的插筋；

b当负二层顶面混凝土强度达到1.2Mpa以上，按常规施工方法施工负一层框架柱、墙体、梁板结构；同样要预留与其他区域连接的插筋；

(6)安装水平钢支撑

在负一层顶面侧边与支护桩和负二层顶面侧边与支护桩之间采用槽钢进行钢支撑，即完成负二层框架结构施工；

(7)开挖负二层土方

自负二层顶标高处以下的侧面掏挖负二层土方，直至基底设计标高处；开挖过程中全程监测支护桩及既有建筑物沉降位移情况，发现异常及时采取措施；

(8)按常规方法施工地下车库负二层钢筋混凝土底板、钢筋混凝土墙体以及钢筋混凝土外墙；即完成负二层框架结构自支护施工。

2、根据权利要求1所述的紧临既有建筑物多层地下结构自支护施工方法，其特征在于：所述钢支撑一端连接支护桩，另一端直接连接支撑在与梁板连接的框架柱上或直接连接支撑在现浇楼板上；每根支护桩上均设钢支撑。

3、根据权利要求1所述的紧临既有建筑物多层地下结构自支护施工方法，其特征在于：所述钢支撑槽钢宽度为250mm-300mm，长度为2m-3m。

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