CN103938634B - 一种深基坑支护结构及施工方法 - Google Patents

一种深基坑支护结构及施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种深基坑支护结构及其施工方法,所述深基坑平面尺寸不小于80m×80m,沿该深基坑横、纵方向分别设有不少于9个框架柱,并设有不少于2层的地下室,每层地下室楼面由钢筋混凝土梁、板形成刚度极大的水平传力系统;沿深基坑的坑壁浇注有钢筋混凝土排桩,各排桩顶部设有钢筋混凝土冠梁,每个排桩在地下各层楼面标高处设有钢制腰梁,所述冠梁和所述腰梁与邻近的楼面梁之间设密布水平支撑短梁。本发明所述深基坑支护结构中,水平支撑短梁使深基坑排桩传来的土、水压力就近直接传递给建筑物楼面系统,再传给对应的深基坑另一侧土层,做到土、水压力平衡。

Description

一种深基坑支护结构及施工方法

技术领域

[0001]本发明涉及建筑工程技术领域,具体地,涉及一种深基坑支护结构及施工方法。

背景技术

[0002] 在建筑基坑施工时,为确保施工安全,防止塌方事故发生,必须对开挖的建筑基坑 采取支护措施。建筑基坑支护设计与施工应综合考虑工程地质与水文地质条件、基坑类型、 基坑挖掘深度、降排水条件、周边环境对基坑侧壁位移的要求,基坑周边荷载、施工季节、支 护结构使用期限等因素,做到合理设计、精心施工、经济安全。

[0003]随着大量高层建筑的建造及地下空间的开发,同时也为了满足高层建筑抗震和抗 风等结构要求,地下室由一层发展到多层,相应的基坑开挖深度也越来越深,支护结构失事 的案例时有发生,失事后果非常严重。而且,建造安全可靠、便于施工的深基坑,常需耗费巨 资,动辄需数千万元,又耗费几个月的工期。因而,良好的深基坑设计与施工在工程建设中 占有举足轻重的重要位置。

发明内容

[0004] 为了克服现有技术的不足,本发明提供了一种深基坑支护结构及其施工方法,该 深基坑支护结构彻底改变了当前深基坑设计大量采用的内支撑和桩加锚索等结构型式,在 绝大多数情况下终止了锚索和止水帷幕的设置,简化了结构构造,保证了基坑安全,方便施 工作业。本发明所述深基坑支护结构在整个施工作业中将深基坑分为中心区、边跨区、过渡 区,三个区域协调均衡进行,全过程确保土坡稳定,受力平衡,保证了基坑安全,方便施工作 业,是深基坑设计与施工的重大技术进步,有巨大经济效益和社会效益。

[0005] 本发明的技术方案如下:

[0006] 一种深基坑支护结构的施工方法,所述深基坑平面尺寸不小于80mX 80m,分为中 心区、边跨区和过渡区,沿该深基坑横、纵方向分别设有不少于9个框架柱,并设有不少于2 层的地下室,每层地下室楼面由钢筋混凝土梁、板形成刚度极大的水平传力系统;沿深基坑 的坑壁浇注有钢筋混凝土排桩,各排粧顶部设有钢筋混凝土冠梁,每个排桩在地下各层楼 面标高处设有钢制腰梁,所述冠梁和所述腰梁与邻近的楼面梁之间设密布水平支撑短梁; 确定中心区、过渡区的自稳边坡的角度和位置;其中,过渡区的自稳边坡、地下室底板、排桩 和第2层楼面板围成的空间为边跨区;过渡区的自稳边坡、中心区自稳边坡、地下室底板、第 1层楼面板和排粧围成的区域为过渡区,其余部分为中心区;该施工方法对距离坑壁两个框 架柱距以内的中部主体结构与周边维护结构同时施工;中部主体结构以自然放坡式开挖到 基础底面,施工基础和地下室结构,逐层顺作直到结构封顶;周边同时施工排粧与冠梁及其 上部放坡土体的支护工程。

[0007] 所述中心区按自然放坡开挖,顺作法施工建筑主体,包括所有基础、柱、梁板,施工 时逐层上升,连续作业;

[0008] 所述中心区地下各层的基础、柱、梁板施工完成,并且所述排桩及冠梁和与之相连 接的水平支撑短梁饶注好并养护达到100 %的设计强度后,开挖所述过渡区土方,施工过渡 区的基础、柱及地下各层在该部分的楼面梁板,并浇注地下2层水平支撑短梁及洞口边梁;

[0009] 所述过渡区地下各层的梁、板浇注完成并将包括相应水平支撑短梁的混凝土养护 至IJ100 %的设计强度后,开挖所述边跨区,施工边跨区的基础、柱及地下各层在该部分的楼 面梁板,并浇注水平支撑短梁及洞口边梁。

[0010] 在所述过渡区施工时,以D50钢管在距深基坑底0.5〜1 • 0m标高的两桩之间穿入粧 间土内1.0〜1.5m引出水流,探明水流、水压与流量大小;当地下水位高达地下2层楼面附 近,则需加设止水帷幕,可自冠梁梁底标高处,从排粧背后两桩之间施工高压旋喷粧与原有 排桩共同阻挡地下水流形成止水帷幕;施工止水帷幕的同时,施工地下2层腰梁和地下2层 水平支撑短梁,待其养护到100 %设计强度,再开挖边跨区的土体,施工相应部分的基础底 板与边墙边柱。

[0011] 本发明所述的深基坑支护结构,沿该深基坑横、纵方向分别设有不少于9个框架 柱,并设有不少于2层的地下室,每层地下室楼面由钢筋混凝土梁、板形成刚度极大的水平 传力系统;沿深基坑的坑壁浇注有钢筋混凝土排粧,各排桩顶部设有钢筋混凝土冠梁,每个 排桩在地下各层楼面标高处设有钢制腰梁,所述冠梁和所述腰梁与邻近的楼面梁之间设密 布水平支撑短梁。

[0012] 所述排桩为跨度很小的竖向连续梁。

[0013] 本发明所述应用在深基坑支护结构的施工方法中的深基坑支护结构中,水平支撑 短梁使深基坑排粧传来的土、水压力就近直接传递给建筑物楼面系统,再传给对应的深基 坑另一侧土层,做到土、水压力平衡。每层楼面均设有水平支撑短梁,使排桩支撑点缩短到 建筑层高以下。排桩受力模型变为跨度很小的竖向连续梁,可大幅减小桩径和配筋以及嵌 入基坑底部深度。

[0014] 本发明所述深基坑支护结构中,以各层地下室楼面系统作为主要传力构件,实现 深基坑开挖至地下室侧壁外回填土方全过程,坑外土、水压力平衡的深基坑结构体系和施 工方法。

[0015] 本发明所述深基坑支护结构中,所述排桩为跨度很小的竖向连续梁,其内力不会 很大,即便基坑再深,也不需要设置预应力锚索,大幅度降低造价,简化施工,缩短工期。

[0016] 一般情况下,不需要在排桩外侧设置止水帷幕。局部渗漏点可采用“先引后封”力口 局部注浆堵漏的方法。“先引后封”是指,发现渗漏点可先插入钢管引出水流,在水压降低的 情况下,对渗漏点周围土体注入水泥浆或快速凝固的化学浆液,最后再封堵引水管完成封 堵。当深基坑需开挖到稳定地下水位标高以下时,才需要设置止水帷幕。本法深基坑工程只 在深基坑内施工,不发生与周边地下管线、构筑物及相邻房屋基础的干扰;加之坑壁土、水 侧压力是由桩、冠梁、腰梁传至支撑短梁,再通过平面刚度极大的楼面梁板系统传给柱、墙 及对面支护体系的。施工中只要注意均衡同步施工,相互平衡水平推力,就能确保基坑变位 极小,有利于安全文明施工。

[0017] 本发明所述的深基坑的结构原理应属内支撑结构体系,但因为先施工内部主体结 构,形成平面刚度极大的楼面梁板体系,从而节省了内支撑结构的内部传力系统,最大程度 地简化了水平支撑系统。而在边跨所设水平支撑短梁及其与冠梁、腰梁、排桩的节点构造既 简单又可靠,并且没有后续的构件拆除工序,便于高速度高质量地完成基坑作业。

[0018] 本发明的有益效果为:本发明所述深基坑支护结构的施工方法,整个施工作业中 将深基坑分为中心区、边跨区、过渡区,三个区域协调均衡进行,全过程确保土坡稳定,受力 平衡,保证了基坑安全,方便施工作业,是深基坑设计与施工的重大技术进步,有巨大经济 效益和社会效益。

附图说明

[0019] 图1、为本发明所述深基坑支护结构的剖面结构示意图。

[0020] 图2、为本发明所述深基坑支护结构的平面结构示意图。

具体实施方式

[0021] 参照图1和图2,一种深基坑支护结构,所述深基坑平面尺寸不小于80m X 80m,双向 均不少于9个框架柱,框架柱从深基坑边部向中心部依次命名为第1轴11,第2轴12,第3轴 13、第4轴14…….。

[0022] 参照图1和图2,相邻的框架柱之间通过框架梁20相互连接,平行的框架梁20之间 还设有楼面梁30连接;沿深基坑的坑壁浇注有钢筋混凝土排桩40,在每个排桩40的顶部设 有钢筋混凝土冠梁41,每个排桩40在地下各层楼面标高处设有钢制腰梁42,所述冠梁41和 所述腰梁42与邻近的楼面梁30之间设密布水平支撑短梁50。

[0023] 所述深基坑支护结构的施工方法,对距端部两个柱距以内的中部主体结构与周边 维护结构同时施工;中部主体结构以自然放坡式开挖到基础底面,施工基础和地下室结构, 逐层顺作直到结构封顶;周边同时施工排桩与冠梁及其上部放坡土体的支护工程。

[0024] 参照图1,所述深基坑分为中心区1、过渡区2和边跨区3。

[0025] 所述中心区1按自然放坡开挖,顺作法施工建筑主体,包括所有基础、柱、梁板,施 工时逐层上升,连续作业;

[0026] 所述中心区1地下各层的基础、柱、梁板施工完成后,开挖所述过渡区2 土方,施工 过渡区2的基础、柱及地下各层在该部分的楼面梁板,并浇注水平支撑短梁及洞口边梁;

[0027] 所述过渡区2地下各层的梁、板浇注完成后,施工排桩40后,开挖所述边跨区3,施 工边跨区的基础、柱及在该部分的楼面梁板,并浇注支短撑梁及洞口边梁。

[0028] 在所述过渡区施工时,以D50钢管在距深基坑底0 • 5〜1.0m标高的两桩之间穿入桩 间土内1.0〜1.5m引出水流,探明水流、水压与流量大小;当地下水位高达地下2层楼面附 近,则需加设止水帷幕,可自冠梁梁底标高处,从排桩背后两桩之间施工高压旋喷桩与原有 排桩共同阻挡地下水流形成止水帷幕;施工止水帷幕的同时,施工地下2层腰梁和地下2层 水平支撑短梁。

[0029] 具体实施过程如下:

[0030] 以下以平面尺寸80m X 80m的深基坑为例,详细说明其施工过程。该深基坑有地下3 层,在深基坑横向和纵向分别设定至少9个框架柱。

[0031] 1、根据建设方提供的建筑工程设计图纸,建筑场地地形图及建筑场地岩土工程地 质与水文地质工程勘察报告,对深基坑做方案设计,进行深基坑施工图设计,施工图设计应 设定地下各层的水平支撑短梁、洞口边梁、排桩和冠梁的位置;确定地下室底板的位置;将 深基坑分为中心区1、过渡区2和边跨区3,确定中心区1、过渡区2的自稳边坡的角度和位置; 其中过渡区的自稳边坡、地下室底板、排桩和第2层楼面板围成的空间为边跨区3;过渡区的 自稳边坡、中心区自稳边坡、地下室底板、第1层楼面板和排桩围成的区域为过渡区2,其余 部分为中心区1;

[0032] 2、按设计的深基坑,开始施工挖掘,具体为:

[0033] 2.1挖掘中心区1全部土方,挖掘地下1层自稳边坡和中心区自稳边坡,并逐层做护 坡工程;施工排桩并从第4框架柱内按顺作法施工建筑主体,具体为所有基础-柱-梁板…… 逐层上升,连续作业;需要注意的是地下1层楼面标高边部保留多20m平台,供护坡粧及外边 坡做土钉与护面等工程的场地;深基坑内自稳土坡应能自稳,否则需加土钉等措施;深基坑 内土层应分层开挖,分层高度不宜大于1 • 50m。

[0034] 2.2开挖过渡区2土方,施工第2框架柱和第3框架柱内的基础、柱及地下1、2层该部 分楼面梁板;浇捣地下1层水平支撑短梁及洞口边梁;以D50钢管在距深基坑底〇 • 5〜1 • 0m标 高的两粧之间穿入粧间土内1 •〇〜1 • 5m引出水流,探明水流、水压与流量大小,当水压高,流 量大时,需采取“先引后封”紧急预案;如地下水位高达地下2层楼面附近,需自冠梁梁底标 高处从排桩背后向下施工高压旋喷桩形成止水帷幕;施工地下2层腰梁;施工地下2层水平 支撑短梁;此时第1框架柱及外墙尚未浇,地下1层支撑梁以第2框架柱和排粧为支座,跨度 比该梁正常跨度大出约1.6m,应严控其所受施工荷载。

[0035] 2.3开挖边跨区3 土方,施工第1轴线两侧基础;施工第1轴线墙、柱;施工第1轴线防 水工程;第1轴线墙、柱养护到期并完成防水工程后回填土方。开挖边跨区部分土方前地下2 层支撑梁必须养护到混凝土达到1〇〇 %设计强度;深基坑两侧挖土宜均匀同步,否则应验算 地下1层水平支撑短梁传递水平力的可靠性;如果水平支撑短梁跨度比该梁正常跨度大出 约1.6m,应严控其所受施工荷载。

[0036] 以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定 本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在 不脱离本发明构思的前提下,其架构形式、施工分区与工序卸接等均能够灵活多变,可以派 生系列产品。只是做出若干简单推演或替换,都应当视为属于本发明由所提交的权利要求 书确定的专利保护范围。

Claims (7)

1. 一种深基坑支护结构的施工方法,其特征在于,所述深基坑平面尺寸不小于8〇m X 80m,分为中心区、边跨区和过渡区,沿该深基坑横、纵方向分别设有不少于9个框架柱,并设 有不少于2层的地下室,每层地下室楼面由钢筋混凝土梁、板形成刚度极大的水平传力系 统;沿深基坑的坑壁浇注有钢筋混凝土排桩,各排桩顶部设有钢筋混凝土冠梁,每个排桩在 地下各层楼面标高处设有钢制腰梁,所述冠梁和所述腰梁与邻近的楼面梁之间设密布水平 支撑短梁;确定中心区、过渡区的自稳边坡的角度和位置;其中,过渡区的自稳边坡、地下室 底板、排桩和第2层楼面板围成的空间为边跨区;过渡区的自稳边坡、中心区自稳边坡、地下 室底板、第1层楼面板和排桩围成的区域为过渡区,其余部分为中心区;该施工方法对距离 深基坑的坑壁两个框架柱距以内的中部主体结构与周边维护结构同时施工;中部主体结构 以自然放坡式开挖到基础底面,施工基础和地下室结构,逐层顺作直到结构封顶;周边同时 施工排桩与冠梁及其上部放坡土体的支护工程。
2. 如权利要求1所述的深基坑支护结构的施工方法,其特征在于,所述中心区按自然放 坡开挖,顺作法施工建筑主体,包括所有基础、柱、梁板,施工时逐层上升,连续作业。
3. 如权利要求1所述的深基坑支护结构的施工方法,其特征在于,所述中心区地下各层 的基础、柱、梁板施工完成,并且所述排桩及冠梁和与之相连接的水平支撑短梁浇注好并养 护达到100 %的设计强度后,开挖所述过渡区土方,施工过渡区的基础、柱及地下各层在该 部分的楼面梁板,并浇注地下2层水平支撑短梁及洞口边梁。
4. 如权利要求1所述的深基坑支护结构的施工方法,其特征在于,所述过渡区地下各层 的梁、板浇注完成并将包括相应水平支撑短梁的混凝土养护到1〇〇°乂的设计强度后,开挖所 述边跨区,施工边跨区的基础、柱及地下各层在该部分的楼面梁板,并浇注水平支撑短梁及 洞口边梁。
5. 如权利要求1所述的深基坑支护结构的施工方法,其特征在于,在所述过渡区施工 时,以D50钢管在距深基坑底0 • 5〜1 • 0m标高的两粧之间穿入桩间土内1 • 〇〜1 • 5m引出水流, 探明水流、水压与流量大小;当地下水位高达地下2层楼面附近,自冠梁梁底标高处,从排桩 背后向下施工高压旋喷粧形成止水帷幕;施工止水帷幕的同时,施工地下2层腰梁和地下2 层水平支撑短梁,待其养护到100%设计强度,再开挖边跨区的土体,施工相应部分的基础 底板与边墙边柱。
6. —种应用在权利要求1中深基坑支护结构的施工方法中的深基坑支护结构,其特征 在于,所述深基坑平面尺寸不小于80m X 80m,沿该深基坑横、纵方向分别设有不少于9个框 架柱,并设有不少于2层的地下室,每层地下室楼面由钢筋混凝土梁、板形成刚度极大的水 平传力系统;沿深基坑的坑壁浇注有钢筋混凝土排桩,各排桩顶部设有钢筋混凝土冠梁,每 个排桩在地下各层楼面标高处设有钢制腰梁,所述冠梁和所述腰梁与邻近的楼面梁之间设 密布水平支撑短梁。
7. 如权利要求6所述的深基坑支护结构,其特征在于,所述排桩为跨度很小的竖向连续 梁。
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