CN103510526A - 一种双排桩结合单排桩的基坑梯级支护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双排桩结合单排桩的基坑梯级支护方法，沿基坑边沿外侧设置双排支护桩；沿基坑边沿内侧设置单排支护桩，单排支护桩与双排支护桩中保持等距，单排支护桩桩顶低于双排支护桩桩顶；开挖双排支护桩所围土体至单排支护桩桩顶标高；开挖单排支护桩所围土体至坑底设计标高；施工中部主体结构；中部主体结构与双排支护桩间设置临时钢管支撑，去除坑底设计标高以上单排支护桩及土体；完成边部主体结构，拆除临时钢管支撑。本发明大大减少了基坑开挖过程中的内支撑，降低了支护工程造价、缩短了支护施工工期与结构施工工期、减少了固体废弃物排放，同时梯级支护形式保证基坑满足稳定和变形，实现了施工过程的经济、快速和安全。

Description

一种双排桩结合单排桩的基坑梯级支护方法

技术领域

本发明属于岩土工程领域，更具体的说，是涉及一种适用于软土地区大面积深基坑的支护方法。

背景技术

随着我国现代化城市建设进度的加快，大型综合多功能建筑群不断涌现，与之相配套的基坑面积也愈来愈大，越来越深。尤其在沿海软土地区，这些大面积基坑给地下工程建设提出了很大的挑战。

第一，当基坑开挖面积达4至9万平方米时，设置一道或多道水平内支撑，虽可较好地控制基坑开挖引起的支护结构和周围土体的变形，但也存在着造价高、工期长、支撑拆除后产生大量固体废弃物排放等问题。（一道钢筋混凝土水平支撑的工程量可达数千立方米，造价可达数百万元甚至上千万元。）

第二，对于采用大直径环梁支护的基坑，环梁受力应均匀，因此要求基坑均匀，从而使基坑难以根据实际工程需要进行分区开挖。但是，大面积基坑中分布有多幢高层建筑时，往往高层建筑的施工工期是最重要的，需要分区开挖施工。

第三，虽然一般的悬臂支护可以减小水平支撑，但随着基坑深度的增大，尤其在软土地区，单纯的悬臂支护手段无法满足变形、安全与稳定的要求。例如，在软土地区，双排桩支护适用于挖深约10m以内基坑，单排桩结合反压土适用于约挖深8m以内的基坑工程。

因此，研发一种适用于软土地区超深、超大基坑，同时经济、快速、节能、安全的支护方法是目前市场发展的迫切需求。

发明内容

本发明要解决的是常规悬臂型支护无法满足软土地区深基坑变形和稳定要求的技术问题，提供一种双排桩结合单排桩的基坑梯级支护方法，该方法能够减少软土地区大面积深基坑支护体系的内支撑，实现基坑快速开挖、分区开挖。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现：

一种双排桩结合单排桩的基坑梯级支护方法，该方法按照以下步骤进行：

（1）沿基坑边沿外侧设置双排支护桩，形成一级支护；

（2）沿基坑边沿内侧设置单排支护桩，形成二级支护，所述单排支护桩与所述双排支护桩中前排桩保持等距且距离为4～6m，所述单排支护桩的桩顶低于所述双排支护桩桩顶；

（3）开挖所述双排支护桩所围土体至所述单排支护桩桩顶标高，形成一级开挖；

（4）开挖所述单排支护桩所围土体至坑底设计标高，保留单排支护桩和双排支护桩之间土体，形成二级开挖；

（5）施工中部主体结构，预留与边部主体结构连接构造；

（6）所述中部主体结构与所述双排支护桩间设置临时钢管支撑，去除坑底设计标高以上所述单排支护桩及土体；

（7）完成边部主体结构并与所述中部主体结构连接，拆除临时钢管支撑。

步骤（1）中形成一级支护的所述双排支护桩采用钻孔灌注桩，其桩径为700～900mm，桩距为1～2m，桩顶标高位于地面附近，桩长为基坑开挖深度的2～2.5倍，前后排距2～4m。

步骤（2）中形成二级支护的所述单排支护桩采用钻孔灌注桩，其桩径为700～900mm，桩距为900～1200mm，桩顶标高位于地面以下1/3～2/3的开挖深度，桩长为基坑开挖深度的1～1.5倍。

步骤（3）中的一级开挖完成后，所述单排支护桩桩顶设置顶圈梁，其梁高为500～1000m，其梁宽大于所述单排支护桩直径200～250mm。

步骤（6）中的所述临时支撑在所述双排支护桩端略高于所述中部主体结构端，倾斜角度为4～10度。

步骤（6）中的所述临时钢管支撑与所述中部主体结构在楼板处连接，该楼板连接处设预埋件和局部加强配筋；所述临时钢管支撑与所述双排支护桩通过围檩连接。

本发明采用的技术方案主要选择双排桩和单排桩相结合的悬臂支护，大大减少了水平内支撑，便于施工，免除了相应的拆撑工序及固体废弃物排放。基坑分级开挖，分级支护，每级开挖深度要小于总开挖深度，提高了基坑的稳定性，减小了变形；双排桩作为一级支护，实质上可形成一个厚度不是很大的重力式挡土墙，同时又具有很高的抗拉与抗弯能力，从而维持基坑稳定；单排桩作为二级支护，主要以其抗弯能力抵抗水土压力。本发明将二者结合，使双排桩和单排桩相共同作用，单排桩位于双排桩被动区，比常规被动区土体或反压土具有更高的强度和刚度，提高了支护体系的工作性能。

本发明的有益效果是：

（一）本发明采用分级开挖基坑，分级支护，双排桩作为一级支护，单排桩作为二级支护，每级开挖深度要小于总开挖深度，提高了基坑的稳定性，减小了变形，降低了风险。

（二）本发明双排桩结合单排桩支护，二者相共同作用，单排桩位于双排桩被动区，比常规被动区土体或反压土具有更高的强度和刚度，提高了支护体系的工作性能，克服了软土深基坑中，常规悬臂支护不满足变形和稳定要求的问题。

（三）本发明中提出了双排桩结合单排桩的悬臂支护系统的优化布置与优化尺寸，包括:作为一级支护的双排支护桩与作为二级支护的单排支护桩的距离为4～6m，双排支护桩桩长约为基坑开挖深度的2～2.5倍，前后排距2～4m；单排支护桩桩顶位于地面标高以下1/3～2/3的基坑开挖深度，桩长约为基坑开挖深度1～1.5倍；该优化方案下，一级支护和二级支护水平间距、竖向布置及插入深度合理，两级支护间土体既能充分发挥被动土压力，维持一级支护稳定，又能适当将部分土压传递到二级支护，使两级支护形成刚度较大的联合工作体系，最大水平变形小于5‰的基坑开挖深度；此外，在该方案保证二级支护始终切断一级支护最不利破坏面，从而大大提高了体系的稳定性和安全性。综上，上述优化方案能够保证体系发挥有益效果，保证基坑的安全和正常使用，同时保证基坑的经济性和施工的方便性。

（四）本发明采用双排桩结合单排桩的悬臂支护系统，大大减少了水平内支撑，特别是免除了目前大量使用的混凝土内撑，降低了成本；同时作业空间大，便于快速施工，免除了混凝土内撑拆撑工序，缩短了工期；从环保节能角度，减少了混凝土固体废弃物排放。

（五）本发明采用双排桩结合单排桩的悬臂支护系统，克服了对于大面积基坑采用环梁水平支撑、分区开挖易造成支撑受力不均的问题；构造简单，可灵活进行分区土体开挖，降低施工难度和风险。

（六）本发明仅在施工后期时在基坑边部设置临时钢管支撑，不但内撑面积大大减小，而且采用钢管支撑，拆撑工序比混凝土撑灵活、简单和快速，可回收反复使用。

附图说明

图1是本发明所提供的基坑梯级支护方法中分级支护施工状态示意图；

图2是本发明所提供的基坑梯级支护方法中一级开挖施工状态示意图；

图3是本发明所提供的基坑梯级支护方法中二级开挖施工状态示意图；

图4是本发明所提供的基坑梯级支护方法中中部主体结构施工状态示意图；

图5是本发明所提供的基坑梯级支护方法中边部开挖施工状态示意图；

图6是本发明所提供的基坑梯级支护方法中边部主体施工状态示意图。

图中：1，双排支护桩；2，单排支护桩；3，顶圈梁；4，连梁；5，回填桩孔；6，坑底设计标高；7，一级开挖标高；8，地面标高；9，中部主体结构；10，楼板；11，围檩；12，临时钢管支撑；13，边部主体结构；14，外墙与支护回填缝。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及效果，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

一、一级支护（双排支护桩1）施工

如图1所示，沿基坑边沿外侧设置双排支护桩1，形成一级支护。双排支护桩1为钻孔灌注桩，其桩顶标高位于地面标高8位置，桩径为700～900mm，桩距为1～2m，桩长约为基坑开挖深度的2～2.5倍，前后排距2～4m。

在软土地区一般采用湿法作业，该步骤具体施工要点如下：

（1）用施工前必须试成孔，数量不得少于2个，以便核对地质资料，检验所选的设备、机具、施工工艺以及技术要求是否合适。如不能满足设计要求时，应拟定补救技术措施，重新选择施工工艺。

（2）成孔。桩位轴线和垂直轴线不宜超过50mm，垂直度偏差不宜大于0.5%。成孔须一次完成，中间不能间断。成孔完毕至灌注混凝土的间隔时间不大于24h。

（3）清孔。完成成孔后，在灌注混凝土之前，应进行清孔。第一次清孔在成孔完毕后立即进行；第二次清孔在下放钢筋笼和灌注混凝土导管安装完毕后进行。

（4）钢筋笼施工。钢筋笼宜分段制作，起吊、运输和安装中防止变形。

（5）水下混凝土灌注。要特别注意孔壁护壁问题；当桩距较小时，通常采用跳孔法施工。

（6）桩顶设置顶圈梁3，其梁高为500～1000mm，梁宽大于双排支护桩1桩直径200～250mm，双排支护桩1的纵筋深入梁内；前后排桩的顶圈梁3采用连梁4连接，连梁4截面宽500～600mm，连梁4截面高与顶圈梁3等高，连梁4的间距1～2m。

二、二级支护（单排支护桩2）施工

如图1所示，沿基坑边沿内侧设置单排支护桩2，桩顶标高低于双排支护桩1，且与双排支护桩1保持等距，形成二级支护。单排支护桩2为钻孔灌注桩，其桩径为700～900mm，桩距为900～1200mm，桩顶位于地面标高8以下1/3～2/3的基坑开挖深度，桩长约为基坑开挖深度1～1.5倍。作为一级支护的双排支护桩1中的前排桩与作为二级支护的单排支护桩2的距离为4～6m。

该步骤具体施工时应注意以下几点：

（1）单排支护桩2的灌注桩施工要点与上述双排支护桩1的相关部分相同，二者可同时施工。

（2）单排支护桩2的桩顶高位于地面标高8以下1/3～2/3的基坑开挖深度，灌注土时超灌200～300mm。

（3）单排支护桩2的桩顶以上桩孔，于回填桩孔5中采用干砂回填至标高。

三、一级开挖

如图2所示，该步骤主要施工顺序及要点如下：

（1）待双排支护桩1和单排支护桩2达到强度后，开挖双排支护桩1所围土体至至一级开挖标高7处（即挖除基坑范围内、单排支护桩2桩顶标高以上土体），形成一级开挖。

开挖过程中，一级支护外侧禁止堆载、重型车辆等过大的超载，以保持基坑稳定。

（2）完成开挖后，凿除单排支护桩2超灌部分，使桩顶达到设计标高。

（3）单排支护桩2桩顶设顶圈梁3，做法同双排支护桩1桩顶圈梁3。

四、二级开挖

如图3所示，该步骤主要施工要点如下：

（1）开挖单排支护桩2所围土体至坑底设计标高6，形成二级开挖。此时，基坑边部呈阶梯状。

（2）保留单排支护桩2和双排支护桩1之间土体，使单排支护桩2和双排支护桩1共同发挥支护作用；该部分土体上部禁止堆载、重型车辆等过大的超载，以保持基坑稳定。

五、中部主体结构9施工

如图4所示，该步骤主要施工要点如下：

（1）施工中部主体结构9，预留与边部主体结构13连接构造。

（2）后续需架设临时钢管支撑12的楼板10部位，设置预埋件和局部加强配筋。

六、设临时钢管支撑12，去除坑底设计标高6以上的单排支护桩2和土体

如图5所示，该步骤主要施工顺序及要点如下：

（1）中部主体结构9与双排支护桩1间设置临时钢管支撑12，通常竖向间隔3～4m设置一道临时钢管支撑12。其中，中部主体结构9与双排支护桩1间的支撑为临时钢管支撑12，可重复使用，钢管壁厚为16mm，直径为609mm，临时钢管支撑12在双排支护桩1端略高于中部主体结构9端，倾斜角度为4～10度。临时钢管支撑12与中部主体结构9在楼板10处连接，楼板10连接处设预埋件和局部加强配筋；临时钢管支撑12与双排支护桩1通过围檩11连接。

（2）去除坑底设计标高6以上单排支护桩2及土体。

七、完成边部主体结构13，并拆除临时钢管支撑12

如图6所示，该步骤主要施工要点如下：

（1）完成边部主体结构13，包括浇筑底板、施工外墙和楼板10等，完成与中部主体结构9的连接，最后注意完成外墙与支护回填缝14的土方回填。

（2）随着周围主体结构施工，临时钢管支撑12由下至上逐步拆撑。

为验证双排桩结合单排桩的基坑梯级支护方法的适用性和实际效益，选取两个基坑工程实例进行模拟分析。研究表明，该方法可有效控制变形，减小施工工期，降低施工成本。两个研究实例的具体情况如下所述：

研究实例1

研究材料：某工程拟建场地分布8栋高层民用住宅，为整体地下室。基坑平面尺寸达到200m×160m，基坑开挖面积超过3万m²，属于软弱地质中的大面积深基坑。坑外地面标高8为3.837m，总开挖深度达到11.5m，超过了设置双排桩的适宜深度。同时业主希望高层分批施工，即2栋首先施工，并达到售楼条件，再施工其他高层住宅。

采用了本发明的双排桩结合单排桩的基坑梯级支护方法，其中一级支护双排支护桩1为钻孔灌注桩，桩顶标高位地面下0.5m，桩径900mm,桩距1.6m，桩长为22m，前后排距4m。二级支护单排支护桩2采用钻孔灌注桩，桩径700mm，桩距900mm，桩顶位于地面以下6.3m，桩长13m。双排支护桩1与单排支护桩2的距离为6m。

模拟研究表明，若采用双排桩结合单排桩的基坑梯级支护方法，该基坑最大水平位移为41mm，基坑变形较小；同时由于施工场地大，相比传统内撑方案工期缩短约4个月；建筑可分批施工，可达到业主“分批销售，分批施工”的要求，能够取得显著的经济效益。

研究实例2

研究材料：某工程本期拟建物包括13栋高层，整体地下室，地下室局部地下二层，其它部位地下一层；开挖深度6.8～11.8m，基坑支护面积约6万m²，属于高水位软土地区大面积深基坑。该工程各边均紧邻道路，基坑开挖过程中必须严格控制变形。制定基坑支护方案时，考虑到基坑中有10余幢百米级的高层建筑工期要求非常紧。因此，如采用常规设置大面积钢筋混凝土水平支撑的形式，存在支撑造价高、工期（包括支撑施工和拆除）长、高层建筑竣工日期延后等缺点。

因此，采用了本发明的双排桩结合单排桩的基坑梯级支护方法。该基坑的某剖面开挖深度为11.8m，其中一级支护双排支护桩1为钻孔灌注桩，桩径900mm,桩顶标高位地面下0.5m，桩长为25m，桩距1.6m，前后排距3.6m。二级支护单排支护桩2采用钻孔灌注桩，桩径700mm，桩距900mm，桩顶位于地面以下6m，桩长12m。双排桩与单排桩的距离为6m。

模拟研究表明，若采用双排桩结合单排桩的基坑梯级支护方法，该基坑最大水平位移为53mm，可有效控制了基坑变形，对邻近道路及管线影响小。此外，施工便捷，相比传统内撑方案工期缩短约半年，支护费用降低近1千万元。

尽管上面结合附图和优选实施例对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种双排桩结合单排桩的基坑梯级支护方法，其特征在于，该方法按照以下步骤进行：

（1）沿基坑边沿外侧设置双排支护桩，形成一级支护；

（2）沿基坑边沿内侧设置单排支护桩，形成二级支护，所述单排支护桩与所述双排支护桩中前排桩保持等距且距离为4～6m，所述单排支护桩的桩顶低于所述双排支护桩桩顶；

（3）开挖所述双排支护桩所围土体至所述单排支护桩桩顶标高，形成一级开挖；

（4）开挖所述单排支护桩所围土体至坑底设计标高，保留所述单排支护桩和所述双排支护桩之间土体，形成二级开挖；

（5）施工中部主体结构，预留与边部主体结构连接构造；

（6）所述中部主体结构与所述双排支护桩间设置临时钢管支撑，去除坑底设计标高以上所述单排支护桩及土体；

（7）完成边部主体结构并与所述中部主体结构连接，拆除临时钢管支撑。

2.根据权利要求1所述的一种双排桩结合单排桩的基坑梯级支护方法，其特征在于，步骤（1）中形成一级支护的所述双排支护桩采用钻孔灌注桩，其桩径为700～900mm，桩距为1～2m，桩顶标高位于地面附近，桩长为基坑开挖深度的2～2.5倍，前后排距2～4m。

3.根据权利要求1所述的一种双排桩结合单排桩的基坑梯级支护方法，其特征在于，步骤（2）中形成二级支护的所述单排支护桩采用钻孔灌注桩，其桩径为700～900mm，桩距为900～1200mm，桩顶标高位于地面以下1/3～2/3的开挖深度，桩长为基坑开挖深度的1～1.5倍。

4.根据权利要求1所述的一种双排桩结合单排桩的基坑梯级支护方法，其特征在于，步骤（3）中的一级开挖完成后，所述单排支护桩桩顶设置顶圈梁，其梁高为500～1000m，其梁宽大于所述单排支护桩直径200～250mm。

5.根据权利要求1所述的一种双排桩结合单排桩的基坑梯级支护方法，其特征在于，步骤（6）中的所述临时支撑在所述双排支护桩端略高于所述中部主体结构端，倾斜角度为4～10度。

6.根据权利要求1所述的一种双排桩结合单排桩的基坑梯级支护方法，其特征在于，步骤（6）中的所述临时钢管支撑与所述中部主体结构在楼板处连接，该楼板连接处设预埋件和局部加强配筋；所述临时钢管支撑与所述双排支护桩通过围檩连接。

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