CN106013171A - 一种深基坑侧壁的半刚性半柔性支护结构和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种深基坑侧壁的半刚性半柔性支护结构和方法，属于地基基础工程技术领域。本发明首先在基坑边缘按预设位置钻孔，灌注劲性桩，待劲性桩达到一定强度即进行第一步基坑开挖，然后朝迎土面斜向下钻孔，放入锚杆的杆体并灌浆，在基坑侧壁表面喷射混凝土面层并设置腰梁，待锚杆灌浆和混凝土面层达到一定强度后，对锚杆进行预应力张拉。重复上述过程，直至基底。本发明提出的深基坑半刚性半柔性支护结构和方法，结合了刚性支护和柔性支护的优点，同时克服了刚性支护和柔性支护的缺点。该方法具有稳定性好、变形小、造价低、工期短、施工简便等优点，可对较深的深基坑进行支护，特别适用于邻近老旧建筑物或古建筑的基坑开挖。

Description

一种深基坑侧壁的半刚性半柔性支护结构和方法

技术领域

本发明属于地基基础工程技术领域，具体涉及一种深基坑侧壁的半刚性半柔性支护结构和方法，用于深基坑侧壁的支护。

背景技术

近年来，我国城市建设发展迅速，高层建筑越来越多，深基坑工程的数量也逐年上升，深基坑的规模、深度和施工难度也越来越高。特别是在旧城区中，深基坑邻近旧建筑或古建筑的情况，基坑开挖将对老旧建筑产生非常严重的影响，如下沉、开裂、甚至倒塌等。

目前深基坑支护方法有刚性支护方法和柔性支护方法。刚性支护方法是指由护壁桩或连续墙与锚索或内支撑联合支护的形式，因支护坑壁的护壁桩或连续墙刚度大而形成了刚性支护。刚性支护方法可用于地质条件较差的深基坑，具有强度高、刚度大、支护稳定性好等优点，但施工时需要大型机械、噪声大、使用大量泥浆，对周边环境污染较大，施工时产生的震动对周边老旧建筑或古建筑等有不良影响，且需要大量钢筋和混凝土，存在工程造价高及施工工期长等严重缺陷。

基坑柔性支护方法，包括预应力锚杆支护、土钉支护及复合土钉支护，由锚索、锚杆或土钉与喷射混凝土面层组成的支护形式，其支护坑壁的喷射混凝土面层刚度小，而形成柔性支护。柔性支护方法具有造价低、工期短、施工方便等优点，但是支护基坑的深度不大。根据《建筑基坑支护技术规程》，基坑周围有特别邻近建筑物时，不应使用锚杆支护，且土钉支护不适用于安全等级为一级的基坑。另一方面，基坑柔性支护方法不能较好的控制基坑变形，其支护的深基坑变形量相对较大，基坑附近沉降较大，周边若有老旧建筑物或古建筑，可能使其因不均匀沉降产生裂缝，甚至倒塌。

本发明采用劲性桩、喷射混凝土、锚杆及腰梁形成的联合支护。支护坑壁的劲性桩与喷射混凝土其二者形成支护结构的刚度介于上述刚性支护与柔性支护之间，其刚度比传统护壁桩或连续墙刚度小，比喷射混凝土刚度大，故名半刚性半柔性支护。

发明内容

鉴于上述现有基坑支护方法各自存在的缺点，本发明旨在提供一种新的基坑支护结构和方法，克服现有技术存在的缺点，如：(1)刚性支护方法的工程造价高且施工工期长，施工时需要较大空地，在拥挤的老城区难以使用，且施工时震动对周边老旧建筑物或古建筑物影响较大；(2)柔性支护方法支护基坑的深度不大，且支护的基坑侧壁变形较大，基坑周边地面沉降也较大且不均匀，容易使周围老建筑或古建筑因不均匀沉降产生下沉、开裂甚至倒塌等情况。

深基坑侧壁的半刚性半柔性支护结构及方法，结合刚性支护和柔性支护，利用现有两种技术的优点，如稳定性好、施工便捷、造价低廉，与单纯的锚杆或土钉支护相比，可以适用于较深的深基坑。而且施工时使用小型机械设备，震动小、对周边环境影响小、施工后基坑周边地面沉降较小、对周边老旧建筑物或古建筑的影响小。将其用于复杂地质和不利的周边建筑环境，特别是在老城区中，邻近老旧建筑或古建筑的基坑使用，具有同时达到支护基坑的深度大、变形小、造价低、工期短、施工便利的特点。

本发明一种深基坑侧壁的半刚性半柔性支护结构，包括劲性桩、锚杆支护结构和喷射混凝土面层，劲性桩包括工字钢和工字钢灌浆，所述锚杆支护结构包括锚杆和腰梁，所述腰梁固定在劲性桩上，由地面向基坑底按一定距离水平布置。

腰梁将劲性桩和锚杆连接成一体，使劲性桩和锚杆协同工作，共同发挥支护作用，使得整体成为半刚性半柔性支护结构。

所述劲性桩沿基坑边缘排列，间距为0.8～1.5m，所述锚杆采用梅花状排列或矩形排列，锚杆之间的水平间距和垂直间距均为1.5～2.0m。按此种方法布置，可使各支护结构共同作用，均匀分摊承载力，结合刚性支护和柔性支护的优点，达到预计的支护效果，对周边老旧建筑物影响较小。

优选所述腰梁包括横向延伸的两根相对设置的槽钢，缀板将两根槽钢连接为整体，每根槽钢翼缘之间设置加劲肋。

腰梁翼缘间喷满混凝土，与锚杆支护结构中的喷射混凝土凝固连为一体，这样使锚杆的锚固力有效、连续均匀地传递至喷射混凝土面层和基坑侧壁，并能保障基坑的整体稳定有效。

本发明还提供一种深基坑侧壁的半刚性半柔性支护结构的支护方法，包括如下步骤：

劲性桩施工过程：在坑边按预设劲性桩的位置钻劲性桩孔，孔中放入工字钢，工字钢翼缘面向基坑，然后向孔中灌浆，形成劲性桩；锚杆施工过程：从地面向下挖1.5～3.0m，朝迎土面斜向下钻锚杆孔，在孔中放入锚杆的杆体，然后向孔中灌浆；向基坑壁喷射混凝土至二分之一设计厚度时，在基坑侧壁安放钢筋网片，将腰梁固定在劲性桩上，将锚杆固定在腰梁上，在基坑侧壁上喷射混凝土至设计厚度，并将腰梁翼缘间喷满喷射混凝土形成喷射混凝土面层；待锚杆孔中灌浆强度和喷射混凝土强度达到设计强度的80％时，对锚杆施加预应力，完成第一层锚杆的施工，重复上述锚杆施工过程，直至基底。

将锚杆通过钢垫板和锚具固定在腰梁上。

所述劲性桩孔孔径为150～350mm，锚杆孔孔径为100～150mm。

所述灌浆工艺宜采用二次压力注浆。

所述劲性桩灌浆可以为水泥砂浆或细石混凝土。

劲性桩孔深至少为基坑深度与三倍劲性桩直径的和，保证整体稳定性和满足坑底隆起稳定性。

所述劲性桩的工字钢规格按桩径和受力情况选取；劲性桩灌浆材料可为水泥砂浆或细石混凝土。

锚杆的杆体可用钢绞线或钢筋，分为自由段和锚固段，锚杆自由段部分缠塑料布或套塑料套管，使锚杆的杆体与水泥砂浆分离。

所述劲性桩沿基坑边缘排列，间距为0.8～1.5m，所述锚杆采用梅花状排列或矩形排列，锚杆之间的水平间距和垂直间距均为1.5～2.0m。

所述腰梁包括横向延伸的两根相对设置的槽钢，缀板将两根槽钢连接为整体，每根槽钢翼缘之间设置加劲肋。

所述喷射混凝土面层的厚度为100～150mm，强度为C25～C30，按2.0m×2.0m的间距安装泄水孔。

本发明深基坑侧壁的半刚性半柔性支护结构及方法相比传统刚性支护和柔性支护具有以下显著优点：(1)对于柔性支护，支护的基坑深度不宜大于12m，对于劲性桩，一般深度为8m，将劲性桩和柔性支护结合之后，支护的基坑深度可达18m以上，而且相比柔性支护，结合劲性桩之后，支护结构有一定刚度，稳定性好，变形小；(2)相比刚性支护，施工便捷、造价低、工期短，此半刚性半柔性支护结构及方法结合了刚性支护和柔性支护的优点，支护效果好于单纯的预应力锚杆支护，经济效益和施工简便性好于刚性支护；(3)由于该方法施工可采用小型机械设备，施工时对邻近建筑物地下结构和临近的建筑影响较小，可适用于周围有邻近建筑物，特别是邻近老旧建筑物或古建筑的基坑。

附图说明

图1为本发明劲性桩钻孔示意图；

图2为本发明劲性桩安放工字钢与灌浆示意图；

图3为本发明完成第一层锚杆施工的示意图；

图4为本发明深基坑侧壁的半刚性半柔性支护完成的整体结构示意图；

图5为图3A-A剖面图；

图6为本发明各结构在挡土面上排列的示意图；

图2～图6中，1是劲性桩，2是工字钢，3是劲性桩的灌浆，4是喷射混凝土面层，5是钢筋网片，6是腰梁，7是钢垫板，8是锚具，9是缀板，10是锚杆，11是泄水孔。

具体实施方式

本发明提出的深基坑侧壁的半刚性半柔性支护结构，如图4-6所示，包括劲性桩1、锚杆支护结构和喷射混凝土面层4，劲性桩1包括工字钢和工字钢灌浆。所述锚杆支护体系包括锚杆10和腰梁6，所述腰梁6固定在劲性桩1上，由地面向基坑底按一定距离水平布置。

所述劲性桩沿基坑边缘分布，间距0.8～1.5m，锚杆在基坑侧壁按梅花状或矩形排列，间距1.5～2.0m，按此种方法布置，可使各支护结构共同作用，均匀分摊承载力，结合刚性支护和柔性支护的优点，达到预计的支护效果，对周边老旧建筑物影响较小。

所述腰梁6包括横向延伸的两根相对设置的槽钢，缀板9将两根槽钢连接为整体，每根槽钢翼缘之间设置加劲肋。两根并列的槽钢翼缘内喷满混凝土，所述的混凝土与预应力锚杆支护结构中的喷射混凝土凝固连为一体，这样使锚杆的锚固力有效、连续均匀地传递至挡土面层和基坑侧壁，并能保障基坑的整体稳定有效。

本发明提供的深基坑侧壁的半刚性半柔性支护方法，包括如下步骤：

劲性桩施工过程，如图1-2所示：在坑边按预设劲性桩的位置钻劲性桩孔，孔中放入工字钢2，翼缘面向基坑，然后向孔中灌浆，形成劲性桩1。

锚杆施工过程：从地面向下挖2～2.5m，朝迎土面斜向下钻锚杆孔，在孔中放入锚杆的杆体，然后向孔中灌浆；向基坑壁喷射混凝土至二分之一设计厚度时，在基坑侧壁安放钢筋网片5，将腰梁6固定在劲性桩1上，将锚杆的杆体通过钢垫板7和锚具8固定在腰梁6上，在基坑侧壁上喷射混凝土至设计厚度，并将腰梁翼缘间喷满喷射混凝土形成喷射混凝土面层4；待锚杆孔中灌浆强度和喷射混凝土强度达到设计强度的80％时，对锚杆施加预应力，完成第一层锚杆的施工，如图3所示，重复上述锚杆施工过程，直至基底。

本方法的具体施工步骤是：在基坑边缘按预设位置钻孔，间距0.8～1.5m，孔径150～350mm，孔深至少为基坑深度与3倍劲性桩直径的和，之后安放工字钢2并进行灌浆，灌浆3根据实际情况选择水泥砂浆或细石混凝土。

开挖基坑至1.5～3.0m，朝迎土面斜向下钻孔，倾角10°～20°，在孔中放入锚杆的杆体，锚杆的杆体可为钢绞线或钢筋，锚杆的自由段范围缠塑料布或套塑料套管，形成锚杆自由段和锚固段，向孔中灌注水泥砂浆11，砂浆等级不低于M20。喷射混凝土至二分之一设计厚度，安放钢筋网片5，将腰梁6固定在劲性桩1上，所述腰梁6包括横向延伸的两根相对设置的槽钢，缀板将两根槽钢连接为整体，每根槽钢翼缘之间设置加劲肋，将锚杆的杆体通过钢垫板7和锚具8固定在腰梁6上，然后喷射混凝土面层至设计厚度并将腰梁翼缘间喷满，形成喷射混凝土面层4。待锚杆锚固段水泥砂浆和钢筋混凝土面层达到设计强度的80％以上，使用液压千斤顶对锚杆施加预应力，完成第一层锚杆支护施工。重复上述锚杆施工过程，直至基底，形成完整的基坑侧壁支护结构。

本发明的一个施工实施例是：基坑深度18m，施工时，首先在预设位置钻孔1，孔径260mm，孔距0.8m，孔深超过基底深度为800mm，放入I22b工字钢2，工字钢翼缘面向基坑，之后在孔内灌注M25水泥砂浆3。待劲性桩水泥砂浆强度达到80％以上，即可开始施工第一层锚杆，在基坑范围内沿劲性桩内测开挖2.5m深，在基坑侧壁纵向距地面标高下2.0m处钻锚杆孔，孔径130mm，钻孔角度15°，锚杆的杆体10为5的钢绞线，并在自由段长度范围内缠五层塑料布，将其放入孔中并对中，在孔中灌注M20水泥砂浆，形成砂浆锚杆，锚杆端头留出足够长度以便后期设置腰梁6和进行预应力张拉，锚杆的水平间距为1.8m；上述施工完成后，在基坑侧壁喷射C25混凝土至二分之一设计厚度，在基坑侧壁上安放钢筋网片5，钢筋采用一级光圆钢筋，水平和竖向间距200mm，在劲性桩上从地面向基坑底方向2.0m处将腰梁6固定在劲性桩1上，将锚杆10通过钢垫板7和锚具8固定在腰梁6上，所述腰梁6包括横向延伸的两根相对设置的2[12槽钢，缀板将两根槽钢连接为整体，每根槽钢翼缘之间设置加劲肋槽钢，钢垫板7和锚具8采用A3钢，然后喷射混凝土至设计厚度并将腰梁翼缘间喷满，待锚杆锚固段的水泥砂浆和喷射混凝土面层4达到设计强度的80％以上，使用液压千斤顶对锚杆施加预应力，即完成了第一层锚杆的支护施工，第一层锚杆向下2.0m处施工第二层锚杆，间距1.8m。重复上述施工工序，完成下面各层支护施工，直至基底，共计8层锚杆，构成整个深基坑侧壁的半刚性半柔性支护结构。

以上仅是本发明的范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效变换替换而成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种深基坑侧壁的半刚性半柔性支护结构，其特征在于：包括劲性桩(1)、锚杆支护结构和喷射混凝土面层(4)，所述劲性桩(1)包括工字钢和工字钢灌浆，所述锚杆支护结构包括锚杆(10)和腰梁(6)，所述腰梁(6)固定在劲性桩(1)上，由地面向基坑底部按一定距离水平布置。

2.如权利要求1所述的一种深基坑侧壁的半刚性半柔性支护结构，其特征在于：所述腰梁(6)包括横向延伸的两根相对设置的槽钢，缀板(9)将两根槽钢连接为整体，每根槽钢翼缘之间设置加劲肋。

3.如权利要求1或2所述的一种深基坑侧壁的半刚性半柔性支护结构，其特征在于：所述劲性桩(1)沿基坑边缘排列，间距为0.8～1.5m，所述锚杆(10)呈梅花状排列或矩形排列，锚杆(10)之间的水平间距和垂直间距均为1.5～2.0m。

4.一种权利要求1所述的一种深基坑侧壁的半刚性半柔性支护结构的支护方法，包括如下步骤：

A.劲性桩施工过程：在坑边按预设劲性桩的位置钻劲性桩孔，孔中放入工字钢(2)，工字钢(2)翼缘面向基坑，然后向孔中灌浆，形成劲性桩(1)；

B.锚杆施工过程：从地面向下挖1.5-3m，朝迎土面斜向下钻锚杆孔，在孔中放入锚杆的杆体，然后向孔中灌浆，向基坑壁喷射混凝土至二分之一设计厚度时，在基坑侧壁安放钢筋网片(5)，将腰梁(6)固定在劲性桩(1)上，将锚杆(10)固定在腰梁(6)上，在基坑侧壁上喷射混凝土至设计厚度，并将腰梁(6)翼缘间喷满混凝土形成喷射混凝土面层(4)；待锚杆孔中灌浆强度和喷射混凝土强度达到设计强度的80％时，对锚杆施加预应力，完成第一层锚杆的施工，重复上述锚杆施工过程，直至基底。

5.如权利要求4所述的一种深基坑侧壁的半刚性半柔性支护结构的支护方法，其特征在于：劲性桩孔深至少为基坑深度与三倍劲性桩直径的和。

6.如权利要求4所述的一种深基坑侧壁的半刚性半柔性支护结构的支护方法，其特征在于：所述劲性桩孔的孔径为150～350mm，所述锚杆孔的孔径为100～150mm。

7.如权利要求4所述的一种深基坑侧壁的半刚性半柔性支护结构的支护方法，其特征在于：将锚杆(10)通过钢垫板(7)和锚具(8)固定在腰梁(6)上。

8.如权利要求4所述的一种深基坑侧壁的半刚性半柔性支护结构的支护方法，其特征在于：所述劲性桩灌浆为水泥砂浆或细石混凝土。

9.如权利要求4所述的一种深基坑侧壁的半刚性半柔性支护结构的支护方法，其特征在于：所述劲性桩(1)沿基坑边缘排列，间距为0.8～1.5m，所述锚杆(10)采用梅花状排列或矩形排列，锚杆之间的水平间距和垂直间距均为1.5～2.0m。

10.如权利要求4所述的一种深基坑侧壁的半刚性半柔性支护结构的支护方法，其特征在于：所述腰梁(6)包括横向延伸的两根相对设置的槽钢，缀板(9)将两根槽钢连接为整体，每根槽钢翼缘之间设置的加劲肋。