CN109403348A - 一种上刚下柔的深基坑支护体系及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
一种上刚下柔的深基坑支护体系及其施工方法，其中，上刚下柔的深基坑支护体系包括竖向支护构件、刚性支撑构件和柔性拉锚构件；刚性支撑构件至少有两排，沿竖向间隔布置；每排刚性支撑构件在同一水平面内纵横交叉设置；柔性拉锚构件至少有两排；最下排柔性拉锚构件距离基坑的底部不小于2m，最上排柔性拉锚构件与最下排刚性支撑构件之间的间距为2m～4m；柔性拉锚构件一端连接在竖向支护构件上，柔性拉锚构件另一端锚固在柔性拉锚构件背部的土体中。本发明解决了周边已有建（构）筑物的地下结构和地下管线使一定深度内无柔性拉锚构件的施工条件的技术问题以及采用全刚性支撑结构不便于土方开挖、施工进度慢，材料浪费和成本高的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及建筑工程领域，特别是一种上刚下柔的深基坑支护体系及其施工方法。
背景技术
随着我国城市化进程的加快，城市地下空间的开发利用已成为世界性的发展趋势，基坑工程不断朝着特大超深方向发展。对于地质条件复杂、对变形控制要求高或周边存在已有建（构）筑物地下结构、地下管线、一定深度内无柔性支锚构件施工条件的深基坑，为保证基坑安全，深基坑支护形式通常选择挡土（水）构件+刚性支锚构件，但采用多道刚性支锚构件如内支撑等，造价高，工程施工、尤其是土方开挖难度大，施工进度慢。在保证基坑安全的前提下，为节省成本、缩短工期、简便施工，提出上刚下柔的深基坑支护体系。
发明内容
本发明的目的是提供一种上刚下柔的深基坑支护体系及其施工方法，要解决周边已有建（构）筑物的地下结构和地下管线使一定深度内无柔性拉锚构件的施工条件的技术问题以及采用全刚性支撑结构不便于土方开挖、施工进度慢，材料浪费和成本高的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
一种上刚下柔的深基坑支护体系，包括有沿基坑的边缘布置的竖向支护构件、支撑在竖向支护构件上部的刚性支撑构件和拉设在竖向支护构件下部的柔性拉锚构件；所述刚性支撑构件至少有两排，沿竖向间隔布置；其中，每排刚性支撑构件在同一水平面内纵横交叉设置；所述柔性拉锚构件至少有两排，呈梅花形或者矩形布置；并且最下排柔性拉锚构件距离基坑的底部不小于2m，最上排柔性拉锚构件与最下排刚性支撑构件之间的间距为2~4m；该柔性拉锚构件的一端连接在竖向支护构件上，柔性拉锚构件的另一端锚固在柔性拉锚构件背部的土体中；在刚性支撑构件与基坑的底部之间设置立柱；所述立柱的上端与最上排刚性支撑构件连接，立柱的下端插入基坑底部的桩基中，且插入深度不小于3m。
优选的，所述竖向支护构件为支护桩或者为地下连续墙；所述刚性支撑构件为钢支撑或者混凝土支撑或者逆作法施工的楼板；所述柔性拉锚构件为预应力锚杆或者为注浆花管或者为土钉。
优选的，所述竖向支护构件的下端插入基坑底部土体中的长度不小于0.2h；其中，h为基坑的深度；竖向支护构件的顶端至基坑侧壁顶部的距离不超过1m。
优选的，在竖向支护构件的顶部、沿基坑的侧壁设置有冠梁。
优选的，在竖向支护构件上、对应每排刚性支撑构件设置位置处设有混凝土腰梁；所述刚性支撑构件的端部与混凝土腰梁连接。
优选的，最上排刚性支撑构件设置在与冠梁高度平齐或者冠梁以下2.5m内的区域内；最下排刚性支撑构件设置在与基坑周围已有建筑物底部高度相适应的区域内；相邻两排刚性支撑构件之间的间距为3m～8m；当所述刚性支撑构件为钢支撑或者混凝土支撑时，同一排刚性支撑构件中，横向相邻或者纵向相邻的两根刚性支撑构件之间的间距为4m～9m。
优选的，相邻两排柔性拉锚构件之间的间距为1m～4m；同一水平面内相邻两根柔性拉锚构件之间的间距为1m～2m；所述柔性拉锚构件的倾斜角度为5～25°，并且最上排柔性拉锚构件位于基坑周围已有建筑物下方的土体中。
优选的，所述柔性拉锚构件为预应力锚杆时，每根柔性拉锚构件均由锚固段和自由段构成；其中，自由段为钢绞线或者为钢筋，且其长度不小于5m；锚固段为钢绞线或者钢筋和包裹在外侧的水泥构成；在竖向支护构件上、对应每排柔性拉锚构件设置位置处设有钢腰梁；所述柔性拉锚构件的端部通过锚具固定在钢腰梁上。
一种上刚下柔的深基坑支护体系的施工方法，包括步骤如下。
步骤一，根据分界原则，确定刚性支撑构件和柔性拉锚构件的支护范围。
步骤二，在基坑的边缘按预设竖向支护构件的位置施工竖向支护构件，并根据具体竖向支护构件的类型选择具体的施工机械和施工工艺。
步骤三，施工立柱底部的桩基和立柱，施工机械和施工工艺根据现场地质条件选择。
步骤四，从地面向下开挖基坑的土方至第一道刚性支撑构件的施工作业面处，清理竖向支护构件的表面。
步骤五，施工第一道刚性支撑构件及混凝土腰梁，待强度达到设计要求后继续向下开挖基坑的土方。
步骤六：重复步骤四和步骤五的过程，依次施工至最后一道刚性支撑构件。
步骤七：继续开挖基坑的土方至第一道柔性拉锚构件的施工作业面处，按设计位置及间距施工钻孔。
步骤八：施工第一道柔性拉锚构件，待强度达到设计要求后向下开挖基坑的土方。
步骤九：重复步骤七和步骤八的过程，依次施工至最后一道柔性拉锚构件。
步骤十：开挖至坑底，施工基础和主体结构。
优选的，步骤一中刚性支撑构件与柔性拉锚构件的分界原则为：上刚下柔的深基坑支护体系的变形值在设计范围内，且为避免变形不协调，刚性支撑构件与柔性拉锚构件刚度比值为10～50。
与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果。
1、本发明结合了柔性拉锚构件和刚性支锚结构的优点，经济高效，相比全柔性支护体系，上刚下柔支护体系稳定性好，基坑变形小；相比全刚性支护体系，上刚下柔支护体系造价低，降低土方开挖难度，节省部分工期。
2、本发明在竖向支护构件上部设置刚性支撑构件，最下排刚性支撑构件设置在与基坑周围已有建筑物底部高度相适应的区域内；在竖向支护构件下部设置柔性拉锚构件，最上排柔性拉锚构件与最下排刚性支撑构件之间的间距为2~4m；这种深基坑支护体系针对基坑边存在已有建筑物地下室及基础、地铁隧道及出入口、地下管线等而设计，由于在基坑上部一定范围内无法设置柔性拉锚构件，本发明将柔性拉锚构件设置在基坑的下部，同时在基坑上部支撑刚性支撑构件；合理的控制柔性拉锚构件以及刚性支撑构件之间的布置形式和间距不仅解决了周边存在已有建（构）筑物的地下结构、地下管线、一定深度内无柔性拉锚构件施工条件的技术问题，还解决了采用全刚性支撑结构不便于土方开挖、施工进度慢，材料浪费和成本高的技术问题。
3、本发明在基坑中布置立柱，支撑在刚性支撑结构的下方；同时将立柱的下端插入基坑底部的桩基中，且插入深度不小于3m，这种立柱设计有效的增加了支护体系的稳定性，尤其适用于深基坑的支护体系中。
4、本发明特别适用于超深基坑或基坑紧邻已有建（构）筑物地下结构上部不便于施工柔性支锚结构的情况。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
图1是本发明中步骤二施工后的结构示意图。
图2是本发明中步骤三施工后的结构示意图。
图3是本发明中步骤五施工后的结构示意图。
图4是本发明中步骤六施工后的结构示意图。
图5是本发明中步骤八施工后的结构示意图。
图6是本发明中步骤九施工后的结构示意图。
图7是本发明中步骤十施工后的结构示意图。
附图标记：1－竖向支护构件、2－刚性支撑构件、3－柔性拉锚构件、3.1－锚固段、3.2－自由段、4－立柱、5－基坑、6－桩基、7－冠梁、8－混凝土腰梁、9－钢腰梁、10－已有建筑物、11－管线。
具体实施方式
本实施例中，上刚下柔的深基坑支护体系用于基坑边存在已有建筑物10的地下室，在及基础、地铁隧道及出入口、地下埋设有各种管线11的情况。
如图1-7所示，这种上刚下柔的深基坑支护体系，包括有沿基坑5的边缘布置的竖向支护构件1、支撑在竖向支护构件1上部的刚性支撑构件2和拉设在竖向支护构件1下部的柔性拉锚构件3；所述刚性支撑构件2至少有两排，沿竖向间隔布置；其中，每排刚性支撑构件2在同一水平面内纵横交叉设置；所述柔性拉锚构件3至少有两排，呈梅花形或者矩形布置；并且最下排柔性拉锚构件3距离基坑5的底部不小于2m，最上排柔性拉锚构件3与最下排刚性支撑构件2之间的间距为2~4m；该柔性拉锚构件3的一端连接在竖向支护构件1上，柔性拉锚构件3的另一端锚固在柔性拉锚构件3背部的土体中；在刚性支撑构件2与基坑5的底部之间设置立柱4；所述立柱4的上端与最上排刚性支撑构件2连接，立柱4的下端插入基坑5底部的桩基6中，且插入深度不小于3m。
本实施例中，所述竖向支护构件1为支护桩；该支护桩可以为混凝土灌注桩或者型钢桩或者钢板桩或者SMW工法桩或者高压旋喷桩；所述刚性支撑构件2能承受较大应力，不允许发生变形，选为钢支撑；所述柔性拉锚构件3既能及时进行支护、限制过大变形，又能允许发生一定的变形、减小土压力，选为预应力锚杆，每根柔性拉锚构件3均由锚固段3.1和自由段3.2构成；其中，自由段3.2为钢绞线或者为钢筋，且其长度不小于5m；锚固段3.1为钢绞线或者钢筋和包裹在外侧的水泥构成，且其长度根据轴向拉力确定；在竖向支护构件1上、对应每排柔性拉锚构件3设置位置处设有钢腰梁9；所述柔性拉锚构件3的端部通过锚具固定在钢腰梁9上。
当然在其他实施例中，所述竖向支护构件1还可以为地下连续墙具体选取情况根据地质水文条件和周边环境情况而定；所述刚性支撑构件2还可以为混凝土支撑或者逆作法施工的楼板；所述柔性拉锚构件3还可以为注浆花管或者为土钉。
本实施例中，所述竖向支护构件1的下端插入基坑5底部土体中的长度除满足稳定性要求外，不小于0.2h；其中，h为基坑5的深度；竖向支护构件1的顶端至基坑5侧壁顶部的距离不超过1m，否则应采取支护或挡土措施。
本实施例中，基坑5的侧壁为直壁。
当然在其他实施例中，当基坑5上部有放坡时，基坑5侧壁由直壁和上部的斜坡构成；竖向支护构件1的顶端至基坑5侧壁顶部的距离不超过1m。
本实施例中，在竖向支护构件1的顶部、沿基坑5的侧壁设置有冠梁7；在竖向支护构件1上、对应每排刚性支撑构件2设置位置处设有混凝土腰梁8；所述刚性支撑构件2的端部与混凝土腰梁8连接。
本实施例中，最上排刚性支撑构件2设置在与冠梁7高度平齐或者冠梁7以下2.5m内的区域内；最下排刚性支撑构件2设置在与基坑5周围已有建筑物10底部高度相适应的区域内，在建筑物10底部上下2m范围内；相邻两排刚性支撑构件2之间的间距为3m～8m；同一排刚性支撑构件2中，横向相邻或者纵向相邻的两根刚性支撑构件2之间的间距为4m～9m。
本实施例中，相邻两排柔性拉锚构件3之间的间距为1m～4m；同一水平面内相邻两根柔性拉锚构件3之间的间距为1m～2m；所述柔性拉锚构件3的倾斜角度为5～25°，并且最上排柔性拉锚构件3位于基坑5周围已有建筑物10下方的土体中。
这种上刚下柔的深基坑支护体系的施工方法，包括步骤如下。
步骤一，根据分界原则，确定刚性支撑构件2和柔性拉锚构件3的支护范围；刚性支撑构件2与柔性拉锚构件3的分界原则为：1、上刚下柔的深基坑支护体系的变形值在设计及相关规范要求的范围内，且为避免变形不协调，刚性支撑构件2与柔性拉锚构件3刚度比值为10～50，避免相差悬殊；2、上刚下柔的深基坑支护体系总造价较全刚性支护体系显著降低；3、上刚下柔的深基坑支护体系的总工期较全刚性深基坑支护体系优势明显；其中原则1必须满足，原则2和原则3满足其一即可。
步骤二，在基坑5的边缘按预设竖向支护构件1的位置施工竖向支护构件1，并根据具体竖向支护构件1的类型选择具体的施工机械和施工工艺。
步骤三，施工立柱4底部的桩基6和立柱4，施工机械和施工工艺根据现场地质条件选择。
步骤四，从地面向下开挖基坑5的土方至第一道刚性支撑构件2的施工作业面处，清理竖向支护构件1的表面。
步骤五，施工第一道刚性支撑构件2及混凝土腰梁8，待强度达到设计要求后继续向下开挖基坑5的土方。
步骤六：重复步骤四和步骤五的过程，依次施工至最后一道刚性支撑构件2。
步骤七：继续开挖基坑5的土方至第一道柔性拉锚构件3的施工作业面处，按设计位置及间距施工钻孔。
步骤八：施工第一道柔性拉锚构件3，待强度达到设计要求后向下开挖基坑5的土方。
步骤九：重复步骤七和步骤八的过程，依次施工至最后一道柔性拉锚构件3。
步骤十：开挖至坑底，施工基础和主体结构。
本实施例中，步骤一中刚性支撑构件2与柔性拉锚构件3的分界原则为：上刚下柔的深基坑支护体系的变形值在设计及相关规范要求的范围内，且为避免变形不协调，刚性支撑构件2与柔性拉锚构件3刚度比值为10～50。
本实施例中，所述立柱4一般设置在一组沿竖向对应布置的刚性支撑构件2的底部或者布置在横纵刚性支撑构件2的交汇点处，并且立柱4之间间距不宜大于15m。
上述实施例并非具体实施方式的穷举，还可有其它的实施例，上述实施例目的在于说明本发明，而非限制本发明的保护范围，所有由本发明简单变化而来的应用均落在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种上刚下柔的深基坑支护体系，包括有沿基坑（5）的边缘布置的竖向支护构件（1）、支撑在竖向支护构件（1）上部的刚性支撑构件（2）和拉设在竖向支护构件（1）下部的柔性拉锚构件（3）；其特征在于：所述刚性支撑构件（2）至少有两排，沿竖向间隔布置；其中，每排刚性支撑构件（2）在同一水平面内纵横交叉设置；所述柔性拉锚构件（3）至少有两排，呈梅花形或者矩形布置；并且最下排柔性拉锚构件（3）距离基坑（5）的底部不小于2m，最上排柔性拉锚构件（3）与最下排刚性支撑构件（2）之间的间距为2~4m；该柔性拉锚构件（3）的一端连接在竖向支护构件（1）上，柔性拉锚构件（3）的另一端锚固在柔性拉锚构件（3）背部的土体中；在刚性支撑构件（2）与基坑（5）的底部之间设置立柱（4）；所述立柱（4）的上端与最上排刚性支撑构件（2）连接，立柱（4）的下端插入基坑（5）底部的桩基（6）中，且插入深度不小于3m。
2.根据权利要求1所述的上刚下柔的深基坑支护体系，其特征在于：所述竖向支护构件（1）为支护桩或者为地下连续墙；所述刚性支撑构件（2）为钢支撑或者混凝土支撑或者逆作法施工的楼板；所述柔性拉锚构件（3）为预应力锚杆或者为注浆花管或者为土钉。
3.根据权利要求2所述的上刚下柔的深基坑支护体系，其特征在于：所述竖向支护构件（1）的下端插入基坑（5）底部土体中的长度不小于0.2h；其中，h为基坑（5）的深度；竖向支护构件（1）的顶端至基坑（5）侧壁顶部的距离不超过1m。
4.根据权利要求2所述的上刚下柔的深基坑支护体系，其特征在于：在竖向支护构件（1）的顶部、沿基坑（5）的侧壁设置有冠梁（7）。
5.根据权利要求2所述的上刚下柔的深基坑支护体系，其特征在于：在竖向支护构件（1）上、对应每排刚性支撑构件（2）设置位置处设有混凝土腰梁（8）；所述刚性支撑构件（2）的端部与混凝土腰梁（8）连接。
6.根据权利要求4所述的上刚下柔的深基坑支护体系，其特征在于：最上排刚性支撑构件（2）设置在与冠梁（7）高度平齐或者冠梁（7）以下2.5m内的区域内；最下排刚性支撑构件（2）设置在与基坑（5）周围已有建筑物（10）底部高度相适应的区域内；相邻两排刚性支撑构件（2）之间的间距为3m～8m；当所述刚性支撑构件（2）为钢支撑或者混凝土支撑时，同一排刚性支撑构件（2）中，横向相邻或者纵向相邻的两根刚性支撑构件（2）之间的间距为4m～9m。
7.根据权利要求2所述的上刚下柔的深基坑支护体系，其特征在于：相邻两排柔性拉锚构件（3）之间的间距为1m～4m；同一水平面内相邻两根柔性拉锚构件（3）之间的间距为1m～2m；所述柔性拉锚构件（3）的倾斜角度为5～25°，并且最上排柔性拉锚构件（3）位于基坑（5）周围已有建筑物（10）下方的土体中。
8.根据权利要求2所述的上刚下柔的深基坑支护体系，其特征在于：所述柔性拉锚构件（3）为预应力锚杆时，每根柔性拉锚构件（3）均由锚固段（3.1）和自由段（3.2）构成；其中，自由段（3.2）为钢绞线或者为钢筋，且其长度不小于5m；锚固段（3.1）为钢绞线或者钢筋和包裹在外侧的水泥构成；在竖向支护构件（1）上、对应每排柔性拉锚构件（3）设置位置处设有钢腰梁（9）；所述柔性拉锚构件（3）的端部通过锚具固定在钢腰梁（9）上。
9.一种权利要求1-8中任意一项所述的上刚下柔的深基坑支护体系的施工方法，其特征在于，包括步骤如下：
步骤一，根据分界原则，确定刚性支撑构件（2）和柔性拉锚构件（3）的支护范围；
步骤二，在基坑（5）的边缘按预设竖向支护构件（1）的位置施工竖向支护构件（1），并根据具体竖向支护构件（1）的类型选择具体的施工机械和施工工艺；
步骤三，施工立柱（4）底部的桩基（6）和立柱（4），施工机械和施工工艺根据现场地质条件选择；
步骤四，从地面向下开挖基坑（5）的土方至第一道刚性支撑构件（2）的施工作业面处，清理竖向支护构件（1）的表面；
步骤五，施工第一道刚性支撑构件（2）及混凝土腰梁（8），待强度达到设计要求后继续向下开挖基坑（5）的土方；
步骤六：重复步骤四和步骤五的过程，依次施工至最后一道刚性支撑构件（2）；
步骤七：继续开挖基坑（5）的土方至第一道柔性拉锚构件（3）的施工作业面处，按设计位置及间距施工钻孔；
步骤八：施工第一道柔性拉锚构件（3），待强度达到设计要求后向下开挖基坑（5）的土方；
步骤九：重复步骤七和步骤八的过程，依次施工至最后一道柔性拉锚构件（3）；
步骤十：开挖至坑底，施工基础和主体结构。
10.根据权利要求9中所述的上刚下柔的深基坑支护体系的施工方法，其特征在于：步骤一中刚性支撑构件（2）与柔性拉锚构件（3）的分界原则为：上刚下柔的深基坑支护体系的变形值在设计范围内，且为避免变形不协调，刚性支撑构件（2）与柔性拉锚构件（3）刚度比值为10～50。
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