CN105970973A - 一种考虑土拱和变形空间效应的软土基坑双排桩支护结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种考虑土拱和变形空间效应的软土基坑双排桩支护结构，包括前排支护桩、后排支护桩及盖板，在前排支护桩与后排支护桩之间设有拱形搅拌桩止水帷幕，在前排支护桩与后排支护桩之间设有加筋水泥土墙，坑前设有格栅式搅拌桩，盖板连接前排支护桩与后排支护桩，构成空间共同承载结构，有效地提高空间抗弯扭刚度；拱形搅拌桩止水帷幕的拱形布置与双排桩间荷载传递的路径吻合，可显著提高承载拱内土体的强度，有效的控制承载拱内土体压缩；加筋水泥土墙与前排支护桩、后排支护桩共同形成复合墙墩，在不增加支护结构占地空间的情况下，可有效抑制软土基坑开挖存在的变形空间效应。

Description

一种考虑土拱和变形空间效应的软土基坑双排桩支护结构

技术领域

本发明涉及建筑基坑支护结构技术领域，特别涉及一种用于软土基坑的双排桩支护结构。

背景技术

对于支护结构可用场地狭小、周边环境复杂的大面积软土基坑，双排桩支护结构具有变形控制强、占地空间小等特点，且避免了设内撑造价高、工期长、施工难度大等缺点，因此在软土基坑中得到了越来越广泛的应用。

现有双排桩支护设计中常认为前排支护桩分担主要的土压力，后排支护桩承担小部分土压且起支挡和拉锚的作用；但实际上，前排支护桩和后支护排桩共同作用分担桩后土压愈均匀对双排桩支护结构的受力变形愈有利。传统的双排桩通过连梁连接前排支护桩与后排支护桩形成整体共同作用，然而工程实践发现，受软土地区不均匀变形影响双排桩支护易出现空间刚度不足连梁扭坏而引起前、后排桩顶部自由位移和转动。

对于大面积的软土基坑开挖存在显著的变形空间效应，双排桩支护也表现出了明显的承载土拱效应。现阶段场地受限的软土基坑开挖过程中变形空间效应大多通过内支撑来控制，导致总体工程费用增加和工期增长；此外，双排桩间施作搅拌桩用以止水且加固桩间土体，搅拌桩的布置型式大多未考虑双排桩间土压力传递机理，并由此引起的承载土拱效应。

发明内容

为了克服现有双排桩支护结构存在的不足，本发明提出一种相对变形小、工期短、造价低并适用于开挖深度8m内，土质差且周边环境复杂，大面积开挖软土基坑的双排桩支护结构。

为解决上述技术问题所采用的技术方案：一种考虑土拱和变形空间效应的软土基坑双排桩支护结构，包括前排支护桩、后排支护桩及连接在前排支护桩与后排支护桩顶部的盖板，在所述前排支护桩与后排支护桩之间设有拱形搅拌桩止水帷幕并间隔预定距离设有加筋水泥土墙，在所述前排支护桩前还设有用于坑前加固的格栅式搅拌桩。

进一步地，所述前排支护桩、后排支护桩均为灌注桩，所述前排支护桩与后排支护桩的排距为4~5倍桩径，且布置为梅花形或矩形。

进一步地，所述前排支护桩、后排支护桩通过主筋锚入盖板中形成空间共同承载结构，所述盖板的厚度≥0.8倍桩径，所述前排支护桩和后排支护桩的桩顶伸入盖板的厚度≥100mm，所述主筋锚入盖板的长度≥40倍钢筋直径。

进一步地，所述拱形搅拌桩止水帷幕与前排支护桩、后排支护桩之间的侧向土压传递路径一致，所述拱形搅拌桩止水帷幕采用三轴搅拌桩。

进一步地，所述前排支护桩、后排支护桩及桩间加筋水泥土墙组成复合墙墩，所述复合墙墩沿基坑边间隔20m~40m或者6~8倍的桩排距布置。

进一步地，所述拱形搅拌桩止水帷幕的拱脚与前排支护桩相切，所述拱形搅拌桩止水帷幕的轴线设为合理拱轴线以最大限度地发挥拱内土体的强度。

进一步地，所述复合墙墩中加筋水泥土墙嵌入坑底的深度为0.8~1倍基坑深度。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1、本发明采用一定厚度的盖板连接前排支护桩与后排支护桩，构成空间共同承载结构，形成的双排桩支护结构整体性更好，空间抗弯扭刚度显著增大，可有效防止现有常规双排桩支护结构中连梁扭坏的情况，且支护结构内力和变形明显减小；

2、本发明在前排支护桩与后排支护桩之间沿基坑边线间隔设置水泥土墙形成复合墙墩，在不增加支护结构占地空间的情况下，可有效抑制软土基坑开挖存在的变形空间效应；所述墙墩利用加筋水泥土墙，较灌注桩墙经济且不会留下地下障碍物；

3、本发明基于双排桩侧向荷载传递机理，在前排支护桩与后排支护桩间施作拱形搅拌桩止水帷幕，拱形搅拌桩止水帷幕不仅作为止水帷幕用于止水，而且，其拱形布置与双排桩间侧向荷载传递路径吻合，可显著提高承载拱内土体的强度，有效的控制承载拱内土体压缩，有利于双排桩支护结构受力变形；

4、本发明中拱形搅拌桩止水帷幕与墙墩均在前排支护桩与后排支护桩之间，这样无需额外增加地下施作空间，充分利用了双排桩占地空间小的优势，适用于周边建筑环境复杂场地受限的建筑基坑。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明；

图1为本发明实施例的立体示意图；

图2为本发明实施例的剖面示意图；

图3为本发明实施例的复合墙墩和盖板示意图；

图4为本发明实施例中拱形搅拌桩止水帷幕的示意图；

附图标记：1—前排支护桩、2—后排支护桩、3—盖板、4—拱形搅拌桩止水帷幕、5—加筋水泥土墙、6—格栅式搅拌桩、7—型钢、8—既有管线、9—土层。

具体实施方式

参照图1至图4，本发明一种考虑土拱和变形空间效应的软土基坑双排桩支护结构，包括前排支护桩1、后排支护桩2及连接在前排支护桩1与后排支护桩2顶部的盖板3，在前排支护桩1与后排支护桩2之间设有拱形搅拌桩止水帷幕4并间隔预定距离设有加筋水泥土墙5，在前排支护桩1前还设有用于坑前加固的格栅式搅拌桩6。

其中，前排支护桩1和后排支护桩2中各桩基的直径选取为800mm~1000mm，采用长螺旋或旋挖灌注桩，前排支护桩1与后排支护桩2之间的间距视地质条件和建筑环境而定，排距选取4~5倍桩径，平面布置为梅花形或者矩形，如本实施例中，采用的梅花形布置。

前排支护桩1与后排支护桩2顶部通过主筋锚入由钢筋混凝土构成的盖板3中，前排支护桩1、后排支护桩2及盖板3三者构成共同承载结构，使得空间抗弯扭刚度显著增大，其中，盖板3厚度≥0.8倍桩径，支护桩顶伸入盖板3为100mm~150mm，其主筋锚入长度≥40倍钢筋直径。

前排支护桩1、后排支护桩2之间设置与支护桩侧向土压传递路径一致的拱形搅拌桩止水帷幕4，拱形搅拌桩止水帷幕4采用直径≤650mm的三轴搅拌桩咬合而成，桩位布置偏差不得大于20mm，成桩垂直度不超过1/200，水灰比为1.5~2，水泥掺入比不应小于20%。

在前排支护桩1与后排支护桩2之间沿基坑边方向间隔预定距离设有多个加筋水泥土墙5，前排支护桩1、后排支护桩2及加筋水泥土墙5构成复合墙墩，复合墙墩沿基坑边缘隔20m~40m或者6~8倍双排桩排距布置，墙长取1倍排距，由此形成加强支撑点，抑制由空间效应引起的局部大变形。

拱形搅拌桩止水帷幕4为桩承拱，即前排支护桩1为土拱的直接拱脚，拱形搅拌桩止水帷幕4的拱脚与前排支护桩1相切，其轴线基于三铰拱合理拱轴线设为二次抛物线，最大限度地发挥拱内土体的强度。

各个复合墙墩中，加筋水泥土墙5嵌入坑底的深度为0.8~1倍基坑深度，加筋水泥土墙5通过型钢插入水泥搅拌桩形成，如本实施例中，采用“隔一插一”方式在水泥搅拌桩中插入H型钢；地下结构施工完成后H型钢可回收利用，通过“拔一跳二”的方式拔出H型钢，逐步释放应力，避免引起大的扰动。

在复杂环境软土基坑支护中，本发明双排桩支护结构的施工步骤如下：

（1）根据项目场地勘察报告和初步设计计算结果，确定前排支护桩1、后排支护桩2、拱形搅拌桩止水帷幕4、加筋水泥土墙5及格栅式搅拌桩6的桩径、桩位及工序等施工参数；测量放样定线，标出前排支护桩1、后排支护桩2、拱形搅拌桩止水帷幕4、加筋水泥土墙5、格栅式搅拌桩6及H型钢插入位置；

（2）搅拌桩机就位并校核其垂直度，进行拱形搅拌桩止水帷幕4、加筋水泥土墙5中搅拌桩及格栅式搅拌桩6施工，加筋水泥土墙5搅拌桩施工完成后3小时内在三轴搅拌桩中插入H型钢7；

（3）在拱形搅拌桩止水帷幕4、加筋水泥土墙5及格栅式搅拌桩6质量稳定前，施作前排支护桩1、后排支护桩2，并将主筋伸出桩顶一段，至少为40倍钢筋直径；

（4）开挖盖板3处土方，支模并绑扎钢筋，浇筑混凝土，浇筑完成后做好保温工作；

（5）双排桩支护结构达到设计强度后，进行基内土方开挖，开挖完施作地下结构后回收H型钢。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (7)

1.一种考虑土拱和变形空间效应的软土基坑双排桩支护结构，其特征在于：包括前排支护桩（1）、后排支护桩（2）及连接在前排支护桩（1）与后排支护桩（2）顶部的盖板（3），在所述前排支护桩（1）与后排支护桩（2）之间设有拱形搅拌桩止水帷幕（4）并间隔预定距离设有加筋水泥土墙（5），在所述前排支护桩（1）前还设有用于坑前加固的格栅式搅拌桩（6）。

2.根据权利要求1所述的考虑土拱和变形空间效应的软土基坑双排桩支护结构，其特征在于：所述前排支护桩（1）、后排支护桩（2）均为灌注桩，所述前排支护桩（1）与后排支护桩（2）的排距为4~5倍桩径，且布置为梅花形或矩形。

3.根据权利要求1所述的考虑土拱和变形空间效应的软土基坑双排桩支护结构，其特征在于：所述前排支护桩（1）、后排支护桩（2）通过主筋锚入盖板（3）中形成空间共同承载结构，所述盖板（3）的厚度≥0.8倍桩径，所述前排支护桩（1）和后排支护桩（2）的桩顶伸入盖板（3）的厚度≥100mm，所述主筋锚入盖板（3）的长度≥40倍钢筋直径。

4.根据权利要求1所述的考虑土拱和变形空间效应的软土基坑双排桩支护结构，其特征在于：所述拱形搅拌桩止水帷幕（4）与前排支护桩（1）、后排支护桩（2）之间的侧向土压传递路径一致，所述拱形搅拌桩止水帷幕（4）采用三轴搅拌桩。

5.根据权利要求1所述的考虑土拱和变形空间效应的软土基坑双排桩支护结构，其特征在于：所述前排支护桩（1）、后排支护桩（2）及桩间加筋水泥土墙（5）组成复合墙墩，所述复合墙墩沿基坑边间隔20m~40m或者6~8倍的桩排距布置。

6.根据权利要求4所述的考虑土拱和变形空间效应的软土基坑双排桩支护结构，其特征在于：所述拱形搅拌桩止水帷幕（4）的拱脚与前排支护桩（1）相切，所述拱形搅拌桩止水帷幕（4）的轴线设为合理拱轴线以最大限度地发挥拱内土体的强度。

7.根据权利要求5所述的考虑土拱和变形空间效应的软土基坑双排桩支护结构，其特征在于：所述复合墙墩中加筋水泥土墙（5）嵌入坑底的深度为0.8~1倍基坑深度。