CN108867658B - 倾斜钢桩基坑支护结构及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了倾斜钢桩基坑支护结构，其包括止水帷幕和倾斜钢桩，止水帷幕包括沿径向相互搭接的搅拌桩和插入到搅拌桩中的抗滑桩，抗滑桩的顶部向上超过倾斜钢桩的上侧面；基坑的侧壁呈朝向外侧的倾斜状，倾斜钢桩向基坑外部的方向倾斜,倾斜钢桩的下端部向下伸入到地下结构的下方，且倾斜钢桩不穿过地下结构。本发明还包括上述结构的施工步骤：(1)止水帷幕的施工；(2)施工倾斜钢桩；(3)分层进行基坑内土方的开挖，在开挖过程中，进行挂网喷浆层和竹筋土钉的施工。倾斜钢桩的不穿过地下结构，可便于倾斜钢桩的回收，以避免地下结构对倾斜钢桩形成粘结，造成倾斜钢桩回收的困难。倾斜钢桩的可回收的结构设计，能够减少施工费用。

Description

倾斜钢桩基坑支护结构及施工方法

技术领域

本发明涉及一种倾斜钢桩基坑支护结构以及关于该支护结构的施工方法，是关于地下基坑支护领域的技术方案。

背景技术

目前，软土基坑一般采用内支撑支护结构、桩锚支护结构或斜抛撑支护结构等，其中以内支撑支护结构居多。内支撑由水平的支撑梁和竖向的支撑立柱组成其主要布置形式有环形、网格、对撑或角撑等，内支撑支护结构由于基坑内有大量立柱及水平支撑梁，且支撑体系后期需要拆除。且由于立柱的阻碍作用，造成挖土困难，使得工期较长，建造结构的造价升高。

桩锚支护结构的锚索锚固于基坑外的土体中，锚索在软土中锚固力小，变形不易控制，且锚索容易出红线。

传统的斜撑支护方案，相比较水平内支撑方案，支撑和立柱布置少，造价低，具有明显的经济效益。斜撑支护结构中，通常将结构底板作为可靠的支撑受力点，等结构底板达到设计强度时再施工斜撑，且斜撑下面的土方出土困难，底板之间需要设置后浇带，对后续工期造成大幅滞后。

在软土基坑施工中，采用恰当的支护结构在保证施工安全的情况下，提高施工效率仍是目前所要面对的一个问题。

发明内容

本申请的目的之一是提出一种基坑支护结构，该支护结构适用于软土基坑中，可一次性地完成底板的浇注，保证施工效率和质量，具体的技术方案如下:

倾斜钢桩基坑支护结构，其包括止水帷幕和若干根倾斜钢桩，该若干根倾斜钢桩间隔布置在基坑边缘；所述止水帷幕包括沿径向相互搭接的搅拌桩和插入到搅拌桩中的抗滑桩，该抗滑桩采用型钢制作,在高度方向上，抗滑桩的顶部向上超过倾斜钢桩的上侧面；基坑的侧壁呈朝向外侧的倾斜状，沿竖直方向观察，止水帷幕位于基坑的侧壁的下半部的投影区域内，且抗滑桩和倾斜钢桩交错布置；倾斜钢桩向基坑外部的方向倾斜,倾斜钢桩的下端部向下伸入到地下结构的下方，且倾斜钢桩不穿过地下结构。抗滑桩的顶部向上高出倾斜桩的上侧面约0.3-0.6m。

其中，倾斜钢桩优选沿一倾斜面间隔布置，以使基坑的内侧面具有较为平滑的表面。抗滑桩插入搅拌桩内，以使抗滑桩与搅拌桩能够共同抵御外部土体所产生滑动力。优选止水帷幕的下端部的标高低于基坑底面标高5-10米，以满足止水和抗渗流稳定需要；抗滑桩下端部的标高低于基坑底面标高8-12米，以能够完全切断基坑外部土体整体滑移向基坑内部移动的通道。且抗滑桩的桩底向下超过搅拌桩的桩底。

在本申请中，采用止水帷幕和倾斜钢桩共同形成基坑的支护结构，该支护结构适用于软土地基，其中的止水帷幕由搅拌桩和抗滑桩复合而成。搅拌桩可以采用双轴搅拌桩或者三轴搅拌桩形成连续水泥土墙，具有较强的止水和抗渗流稳定作用。在搅拌桩中加设抗滑桩后，增强了搅拌桩的强度，使止水帷幕不但具有阻挡外部土体中得水分进入到基坑内的作用，还切断了外部土体向基坑内部滑动的通道，保证了施工过程中的安全性。由于软土地基的土体具有较强的流动性，基坑边缘的土体极易滑向基坑内部，设置倾斜钢桩后，在开挖基坑时，基坑的侧壁沿倾斜钢桩的侧面设置，使基坑侧壁的倾斜度大致等于倾斜钢桩倾斜度。

在将倾斜钢桩的下端部向下伸入到地下结构的下方，且倾斜钢桩的不穿过地下结构时，可便于倾斜钢桩的回收，以避免地下结构对倾斜钢桩形成粘结，造成倾斜钢桩回收的困难。倾斜钢桩的可回收的结构设计，能够减少施工费用。

由于使止水帷幕设置在基坑的侧壁的下半部的投影区域内，可使抗滑桩大致位于基坑区域的滑动土体和抗滑土体中间，有利于最大化发挥抗滑桩作用。

进一步，为使倾斜钢桩具有更好的抗变形和抗弯性能，在基坑外部的土体内设置有斜向旋喷锚索，该斜向旋喷锚索的锚索连接在倾斜钢桩的上部。利用斜向旋喷锚索的拉力，可至少部分消除基坑外部土体对倾斜钢桩的压力，有效控制变形，并增加整体稳定性。

进一步，在基坑的内壁上设置有挂网喷浆层。进一步地，在基坑外部的土体中设置有竹筋土钉，该竹筋土钉的端部连接挂网喷浆层。挂网喷浆层的设置可以有效地减少甚至避免基坑外部土体从倾斜钢桩之间的间隙进入到基坑内，从而影响基坑的挖掘以及地下结构的顺利施工。

优选地，倾斜钢桩的倾斜角由式(1)确定：

其中α表示倾斜钢桩的倾斜角，即倾斜钢桩与水平面之间的夹角；

为土体的内摩擦角。

支护结构的主要载荷是支护结构外部的土体所产生的主动土压力，该主动土压力为铅垂面与倾斜角为

的倾斜面之间的区域的土体所形成的压力，因此将该区域内的土体最大限度地挖去后，即可保证基坑内部的安全性。

在上述角度范围内，倾斜钢桩上侧的土方在开挖基坑时，几乎被全部挖去，具有最大滑动趋势的土体被清除，最大限度地避免了基坑开挖和地下结构施工过程中，基坑外部土体对倾斜钢桩的压力，保证了施工过程中的安全。

本申请的另一目的是，提出一种倾斜钢桩基坑支护结构的施工方法，该施工方法能够用于建造上述的倾斜钢桩基坑支护结构，其具体包括如下步骤：

(1)止水帷幕的施工：用搅拌桩机向地下施工，形成上部为松散土质、下部为搅拌桩的结构；在搅拌桩未结硬之前，将作为抗滑桩的型钢经松散土质插入到搅拌桩中形成止水帷幕；抗滑桩在插入到搅拌桩根据具体情况涂刷减摩剂，尤其是在对抗滑桩进行回收的情况下；

(2)施工倾斜钢桩；

(3)分层进行基坑内土方的开挖，基坑内壁倾斜设置，在开挖过程中，在基坑外部的土体中进行竹筋土钉的施工，在基坑内壁上进行挂网喷浆施工形成挂网喷浆层，竹筋土钉连接在挂网喷浆层上。优选地，基坑内壁沿倾斜钢桩的上侧面设置。

优选地，为使倾斜钢桩具有更好的抗弯性能，在施工倾斜钢桩前，首先进行斜向旋喷锚索的施工，在倾斜钢桩施工完成后，将斜向旋喷锚索的锚索固定连接到倾斜钢桩的上部。

进一步，倾斜钢桩的倾斜角由式(1)确定：

其中α表示倾斜钢桩的倾斜角，即倾斜钢桩与水平面之间的夹角；

为土体的内摩擦角。

在上述角度范围内，倾斜钢桩上侧的土方在开挖基坑时，几乎被全部挖去，具有最大滑动趋势的土体被清除，最大限度地避免了基坑开挖和地下结构施工过程中，基坑外部土体对倾斜钢桩的压力，保证了施工过程中的安全。

进一步，为减少施工费用，在地下结构完成后，回收倾斜钢桩和搅拌桩中的抗滑桩。

本申请的综合优点简述如下：

(1)倾斜桩支护结构，主动土压力基本为零，桩身弯矩大大降低，可有效控制基坑变形，稳定性显著提高。

(2)由搅拌桩所形成的连续水泥土墙具有良好的止水作用，将抗滑桩设置在搅拌桩中，形成一个具有止水作用和抗滑作用的止水帷幕，该止水帷幕设置在滑动土体和抗滑土体中间，有利于最大化发挥抗滑桩作用。

(3)结合挂网喷浆和竹筋土钉，形成拟重力式斜墙结构，支护造价低，效果好。

(4)结合倾角锚索结构，适应大吨位坑外超载，有效控制变形，提高绕桩底稳定安全系数；

(5)通过设置桩间距、调整不同桩的倾斜方向和角度，可以更好的适用施工环境，改善支护效果。

(6)倾斜钢桩和抗滑桩可以实现循环使用，绿色环保，节能减排。

附图说明

图1是本发明的一种实施例的结构示意图。

图2是完成止水帷幕、倾斜钢桩以及斜向旋喷锚索施工的结构简图。

图3是完成基坑开挖，并完成竹筋土钉和挂网喷浆层施工后的结构简图。

图4是本发明的另一种实施例的结构示意图。

具体实施方式

以下首先结合附图对倾斜钢桩基坑支护结构进行说明。

参阅图1，在图1中，标记100表示地面。该倾斜钢桩基坑支护结构包括若干根倾斜钢桩20，该倾斜钢桩20采用H型钢制作，倾斜钢桩20与水平面101之间的角度

在本实施例中，土体的内摩擦角

为20°，则倾斜钢桩20与水平面101之间的角度α为55°。

在倾斜钢桩20的下侧设置有止水帷幕10，该止水帷幕10包括沿径向相互搭接的搅拌桩11和插入到搅拌桩11中的抗滑桩12，其中的抗滑桩12具体采用H型钢制作，搅拌桩11即为水泥土搅拌桩。为避免在施工中抗滑桩12与倾斜钢桩20发生干涉，抗滑桩12和倾斜钢桩20在平面上错开布置，为便于抗滑桩12的回收，抗滑桩的顶部12比倾斜钢桩20的上侧面高约0.5m。

抗滑桩12插入搅拌桩11中，在本实施例中，抗滑桩12的下端面向下超过搅拌桩11的下端面。可以理解，在其它实施例中，抗滑桩12的下端面可以与搅拌桩11的下端面大致平齐。

基坑的侧壁呈朝向外侧的倾斜状，沿竖直方向观察，止水帷幕10位于基坑的侧壁的下半部的投影区域内。请参阅图1，图1中，A表示基坑侧壁在高度方向上的中间位置，B表示基坑侧壁与基坑底面103的连接点，C表示A与B之间的区域，该区域C即为止水帷幕10的布置区域。

在本实施例中，倾斜钢桩20的下端部向下伸入到地下结构50的下方，且倾斜钢桩20不穿过地下结构50。

为增强倾斜钢桩20的抗弯性能，减少在外部土体压力下所产生的弯曲变形，在基坑外部的土体200中，设置有斜向旋喷锚索30，该斜向旋喷锚索30的钢绞索32连接在倾斜钢桩20的顶部23。

为避免在施工过程中，基坑外部的土体经倾斜钢桩20之间的间隙进入到基坑内，影响基坑的开挖或地下结构的施工，在本实施里中，在基坑51的内壁上还设置有挂网喷浆层41，该挂网喷浆层41具体由钢丝网和喷涂在钢丝网上的细石混凝土层。同时在基坑51外部的土体中设置有竹筋土钉42，该竹筋土钉42的端部连接在挂网喷浆层上，以增强挂网喷浆层41与基坑内侧面的连接强度。

以下对上述的倾斜钢桩基坑支护结构的施工方法进行具体的说明。

在施工前，首先对场地进行平整和测量放线，然后按以下步骤进行施工：

(1)请参阅图2，止水帷幕的施工：用三轴搅拌桩机向下施工，形成上部为松散土质14、下部为搅拌桩11的结构，在搅拌桩11未结硬之前，将作为抗滑桩12的H型钢插入到搅拌桩11内，形成止水帷幕。在将抗滑桩12插入到搅拌桩11内时，在抗滑桩12的表面涂刷减摩剂。倾斜钢桩20的下端部向下伸入到拟建地下结构50的下方，且倾斜钢桩20不穿过地下结构50。在其它实施例中，还可以采用双轴搅拌机来替代三轴搅拌机。

(2)进行斜向旋喷锚索的施工，沿倾斜方向向基坑外部的土体中进行钻孔和注浆，形成桩孔31，通过慢速钻进和增大压力形成扩大头，再将制作好的锚索放入到锚杆孔内，最后进行注浆形成旋喷锚索30。

然后施工倾斜钢桩20，使倾斜钢桩20倾斜穿过搅拌桩11上方的松散土质14的下部。在本实施例中，角度α为55°。

(3)挖掘表层土方，露出倾斜钢桩20的上端部23，然后将旋喷锚索30的钢绞索32的端部连接到倾斜钢桩20的上端部23上，对倾斜钢桩20的上端部进行固定。

请参阅图3，然后进行基坑内土方的开挖，基坑51的开挖采用分层开挖的方式进行，使基坑内壁倾斜设置，在本实施例中，基坑内壁与倾斜钢桩20的上侧面22平齐。在开挖过程中，在基坑51外部的土体中进行竹筋土钉42的施工，在基坑内壁上进行挂网喷浆施工形成挂网喷浆层41，竹筋土钉42连接在挂网喷浆层41上。

请继续参阅图1，在完成基坑51的开挖后，进行地下结构50的施工，在完成地下结构50的施工后，回收倾斜钢桩20和搅拌桩11中的抗滑桩12。最后将地下结构50与基坑内壁之间的空间52进行回填。

在图1中，地下结构50向上超过了地面100，可以理解在其它实施例中，地下结构的顶面可以与地面平齐或低于地面。

请参阅图4，图4为倾斜钢桩基坑支护结构的另一实施例的结构简图，在该实施例中，地下结构50为两层结构，其中的一层全部位于地下。倾斜钢桩20与水平面之间的夹角α为60°。基坑的内侧面沿倾斜钢桩的上侧面形成，并在基坑的内侧面上设置有挂网喷浆层41，竹筋土钉42的端部连接在挂网喷浆层41上。在本实施例中，沿竖直方向上设置有两层斜向旋喷锚索30。止水帷幕10同样由搅拌桩11和插入到该搅拌桩11中的抗滑桩12所形成，其余部分与图1所示的实施例类似，具体可以参阅上述具体的描述，不再赘述。

Claims (1)

1.倾斜钢桩基坑支护结构，其特征在于，包括止水帷幕和若干根倾斜钢桩，该若干根倾斜钢桩间隔布置在基坑边缘；所述止水帷幕包括沿径向相互搭接的搅拌桩和插入到搅拌桩中的抗滑桩，该抗滑桩采用型钢制作；在高度方向上，抗滑桩的顶部向上超过倾斜钢桩的上侧面；基坑的侧壁呈朝向外侧的倾斜状，沿竖直方向观察，止水帷幕位于基坑的侧壁的下半部的投影区域内，且抗滑桩和倾斜钢桩交错布置；倾斜钢桩向基坑外部的方向倾斜,倾斜钢桩的下端部向下伸入到地下结构的下方，且倾斜钢桩不穿过地下结构；止水帷幕的下端部的标高低于基坑底面标高5-10米，抗滑桩下端部的标高低于基坑底面标高8-12米；

倾斜钢桩的倾斜角由式(1)确定：

其中α表示倾斜钢桩的倾斜角，即倾斜钢桩与水平面之间的夹角；

为土体的内摩擦角；

在基坑外部的土体内设置有斜向旋喷锚索，该斜向旋喷锚索的锚索连接在倾斜钢桩的上部；

在基坑的内壁上设置有挂网喷浆层，在基坑外部的土体中设置有竹筋土钉，该竹筋土钉的端部连接挂网喷浆层；

该倾斜钢桩基坑支护结构采用如下步骤进行施工：

(1)止水帷幕的施工：用搅拌桩机向地下施工，形成上部为松散土质、下部为搅拌桩的结构；在搅拌桩未结硬之前，将作为抗滑桩的型钢经松散土质插入到搅拌桩中形成止水帷幕；

(2)施工倾斜钢桩；

(3)分层进行基坑内土方的开挖，基坑内壁倾斜设置、且沿倾斜钢桩的上侧面延伸，在开挖过程中，在基坑外部的土体中进行竹筋土钉的施工，在基坑内壁上进行挂网喷浆施工形成挂网喷浆层，竹筋土钉连接在挂网喷浆层上；

在施工倾斜钢桩前，首先进行斜向旋喷锚索的施工，在倾斜钢桩施工完成后，将斜向旋喷锚索的锚索固定连接到倾斜钢桩的上部；

在底板施工完成后，回收搅拌桩中的抗滑桩，地下结构完成，且侧壁回填完成后，回收倾斜钢桩。

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