CN109403350A - 基坑支护结构及基坑支护方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及多地下水的超深基坑支护领域，具体而言，涉及基坑支护结构及基坑支护方法，基坑内壁设有支护桩，支护桩至少部分埋设于地下部，开挖部设有预应力锚索，基坑的外围土体设有排水井；预应力锚索包括固定于基坑内壁的固定端和深入土体的锚入端，排水井靠近锚入端设置，排水井的井底到地面的距离大于等于锚入端到地面的距离。本发明通过支护桩、预应力锚索和排水井组合的支护结构实现了地下水位线较高的超深基坑的支护，该支护结构不占用基坑内部空间，有利于基底面积较小的深基坑施工作业，且无需拆除，不影响后期施工，还可以对基坑起到后期支护的效果。

Description

基坑支护结构及基坑支护方法

技术领域

本发明涉及多地下水的超深基坑支护领域，具体而言，涉及基坑支护结构及基坑支护方法。

背景技术

目前，在超深基坑支护中，一般先设置地下连续墙，然后在基坑内部设置内支撑结构进行支护，这种支护方式设置的内支撑结构会占用基坑的内部空间，影响后期施工，有时设置需要先拆除再施工，延长了施工周期，且不利于基底面积小的深基坑作业。

但对于地下水位线较高的多水的超深基坑，基坑开挖、排水施工较为困难，若不进行内支撑支护，难以保证基坑内壁稳定。

发明内容

本发明实施例旨在提供一种基坑支护结构及基坑支护方法，以解决现有技术中地下水位线较高的超深基坑的支护问题。

第一方面，本发明的实施例提供一种基坑支护结构，以基坑底部为界，所述基坑包括开挖部和地下部，基坑内壁位于开挖部，所述基坑内壁设有支护桩，所述支护桩至少部分埋设于所述地下部，所述开挖部设有预应力锚索，所述基坑的外围土体设有排水井；

所述预应力锚索包括固定于基坑内壁的固定端和深入土体的锚入端，所述排水井靠近所述锚入端设置，所述排水井的井底到地面的距离大于等于所述锚入端到地面的距离。

本发明设置支护桩、预应力锚索和排水井组合的支护结构，支护桩和预应力锚索对超深基坑的内壁进行支护，利用支护桩预先稳定基坑内壁的土体，然后使用预应力锚索从基坑内壁深入土体内部，将基坑内壁表面的土体与基坑周围的土体锚固在一起，起到支护的效果。

排水井设置于基坑周围的土体，排水井在预应力锚索施工之前先行排水，使土体的地下水位线低于预应力锚索的锚入端，降低土体内部的压力。防止在预应力锚索施工过程中，基坑周围土体内部的土颗粒和水在内压下从锚孔快速涌出，造成基坑坍塌，或者避免预应力锚索施工过程中，在施工的外力和土体的内力下造成基坑的止水结构破损，导致发生止水结构失效造成流土破坏。

本发明通过支护桩、预应力锚索和排水井组合的支护结构实现了地下水位线较高的超深基坑的支护，该支护结构不占用基坑内部空间，有利于基底面积较小的深基坑施工作业，且无需拆除，不影响后期施工，还可以对基坑起到后期支护的效果。

在本发明的一种实施例中，可选的，所述支护桩顶部设置冠梁，所述冠梁将每个所述支护桩连接为一体。通过设置冠梁将支护桩顶部连接为一体，使支护桩形成整体的支护框架，加强整体支护强度，进一步防止基坑的内壁受侧向压力变形破坏。

在本发明的一种实施例中，可选的，所述预应力锚索设置于相邻的所述支护桩的间隔部位。预应力锚索设置于支护桩的间隔部位，支护桩形成表层阻挡部，预应力锚索形成深层锚固部，表层阻挡部与深层锚固部交替配合支护基坑。

在本发明的一种实施例中，可选的，所述基坑的外围土体还设有止水帷幕，所述锚入端穿过所述止水帷幕。止水帷幕作为防止基坑侧向变形的安全储备，用于将基坑的外围土体分隔，以避免远处的土体中的水源源不断流向基坑的周围，起到长效止水的效果。止水帷幕、排水井和预应力锚索配合，进一步有利于基坑的周围土体长效深层锚固。

在本发明的一种实施例中，可选的，所述基坑内壁顶部设置土钉墙，所述土钉墙做放坡处理。通过在基坑的内壁顶部设置具有坡度的土钉墙，使基坑顶部的内壁向基坑外倾斜，基坑顶部土体的整体重心向基坑外移动，从而减小基坑内壁上部不稳定土体传递来的压力。

在本发明的一种实施例中，可选的，所述开挖部包括多个开挖层，所述开挖层由地面向所述地下部依次排列，所述支护桩的间隔部位在每个所述开挖层处至少设有一个所述预应力锚索。多个开挖层可以逐层开挖，每开挖一层都设置预应力锚索，每个开挖层都逐层施加深层锚固，等上一个开挖层稳定后再进行下一层开挖，保证基坑稳定性和作业安全性。

在本发明的一种实施例中，可选的，所述排水井包括疏干井和减压井，所述疏干井位于所述基坑内壁与所述止水帷幕之间，所述减压井位于所述锚入端与所述止水帷幕之间。通过在止水帷幕两侧分别设置排水用的疏干井和减压井，其中疏干井排走止水帷幕与基坑的内壁之间的地下水，以方便预应力锚索施工，减少土体渗流，提高施工安全性；减压井排走止水帷幕外围的地下水，降低止水帷幕外围的压力，方便预应力锚索深入止水帷幕外围锚固，在预应力锚索穿过止水帷幕的过程中，降低止水帷幕在外围压力和钻锚的双重作用下破坏变形甚至失效的几率。

在本发明的一种实施例中，可选的，所述土钉墙向所述基坑的外围退台，所述土钉墙的坡脚与所述基坑内壁之间形成坡度小于土钉墙的卸荷台。通过在土钉墙的坡脚与基坑的内壁之间设置卸荷台，该卸荷台的坡度进一步小于土钉墙的坡度，通过设置卸荷台在土钉墙与基坑内壁之间进一步形成压力缓冲区，土体荷载进一步向基坑外部移动，且在土钉墙受力变形时，能够起到缓冲的作用，避免直接引起基坑的内壁变形。

在本发明的一种实施例中，可选的，每个所述开挖层的底部与基坑内壁的连接部位设有排水盲沟。排水盲沟用于排出基坑底部的积水，避免基坑内壁底部软化，保证每个开挖层底部的强度不受积水影响，增强相邻开挖层之间的强度。

另一方面，本发明实施例提供一种基坑支护方法，其包括：

在基坑的内壁钻取并灌注支护桩，所述支护桩的伸入设计基底深度以下，沿所述支护桩逐层开挖基坑；

在基坑的外围土体钻取排水井，所述排水井伸入设计基底深度以下，使用抽水设备从排水井抽排土体水分；

在所述支护桩露出基坑底部的间隔部位打入预应力锚索，所述预应力锚索向所述基坑的内壁倾斜打入，施工过程中所述预应力锚索伸入土体的锚入端高于地下水位线。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的基坑的平面结构示意图；

图2为本发明实施例提供的基坑支护结构的平面结构示意图；

图3为本发明实施例提供的基坑支护结构的立面结构示意图；

图4为图2中Ⅱ部分的放大图；

图5为图3中III部分的放大图；

图6为本发明实施例提供的基坑支护方法的流程图。

图标：010-地面；020-基坑；030-第一开挖层；040-第二开挖层；050-第三开挖层；060-第四开挖层；100-止水帷幕；200-土钉墙；300-卸荷台；400-支护桩；500-冠梁；600-预应力锚索；700-疏干井；800-减压井；900-排水盲沟。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“靠近”、“远离”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，本发明的描述中若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，本发明的描述中若出现术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

一种基坑020支护结构，其能够在施工过程中边排水边施工，支护结构形成后不占用基坑020内部空间，尤其适用于超深的、地下水位线较高的、基底面积较小的基坑020进行支护。

请参照附图1和附图3，基坑020包括内壁和底部，为了便于描述，以下简称基坑020内壁为基壁、基坑020底部为基底。基坑020以基底为界，包括开挖部和地下部，其中地下部位于基底以下，开挖部位于基底以上，基壁位于开挖部。

参照附图3所示，其中开挖部由地面010向下包括多层，本实施例中，开挖部包括四个开挖层。其中基底包括实际基底和设计基底，第一开挖层030的实际基底是第一基底，第一基底的深度是第一开挖层030的深度；第二开挖层040的实际基底是第二基底，第二基底的深度是第二开挖层040的深度；第三开挖层050的实际基底是第三基底，第三基底的深度是第三开挖层050的深度；第四开挖层060的实际基底是第四基底，第四基底的深度是第四开挖层060的深度。本实施例中，第四开挖层060为最后一个开挖层，因此第四基底就是设计基底。

请参照附图2和附图3，基壁设有支护桩400，支护桩400至少部分向地下部延伸并埋设于地下部。

进一步地，附图4和附图5，支护桩400顶部设置冠梁500，参照附图2，冠梁500将每个所述支护桩400连接为一体，支护桩400形成整体的支护框架，加强整体支护强度，进一步防止基坑020的内壁受侧向压力变形破坏。

支护桩400的间隔部位设置预应力锚索600，预应力锚索600包括固定段和锚入端，其中锚入端由基壁进入基坑020外围的土体，固定端固定于基坑020内壁。支护桩400和预应力锚索600对超深基坑020的内壁进行支护，利用支护桩400预先稳定基坑020内壁的土体，支护桩400形成表层阻挡部，然后使用预应力锚索600从基坑020内壁深入土体内部，预应力锚索600形成深层锚固部，表层阻挡部与深层锚固部交替配合，将基坑020内壁表面的土体与基坑020周围的土体锚固在一起，起到组合支护的效果。

为了进一步保证施工进度和施工过程安全性，支护桩400的每个间隔部位在每个开挖层处至少设置一个预应力锚索600，以使每个开挖层分别都能维持稳定性，上一个开挖层稳定后再进行下一层开挖。不仅保证基壁在设计上整体稳定，还保证基壁在分步开挖过程中稳定不坍塌。

进一步地，相邻的两个间隔内设置的预应力锚索600错开设置，使预应力锚索600呈梅花状布置，以使深层土体更为均匀锚固，避免锚固力全部施加于土体的同一深度。

基坑020的外围土体设置用于排出土体水分的排水井，排水井的最大深度大于实际基底的深度，排水井的井底到地面010的距离大于预应力锚索600到地面010的距离。排水井在预应力锚索600施工之前先行排水，使土体的地下水位线低于预应力锚索600的锚入端，降低土体内部的压力。

通过支护桩400、预应力锚索600和排水井组合的支护结构实现了地下水位线较高的超深基坑020的支护，该支护结构不占用基坑020内部空间，有利于基底面积较小的深基坑020施工作业，且无需拆除，不影响后期施工，还可以对基坑020起到后期支护的效果。

实施例2：

在实施例1的基础上，进一步地，参照附图1和附图3所示，基坑020的外围土体设置止水帷幕100，基坑020顶部设置土钉墙200，土钉墙200做放坡处理，土钉墙200向基坑020外围退台，土钉墙200的坡脚与基壁之间设置卸荷台300，卸荷台300的坡度小于土钉墙200的坡度，本实施中，卸荷台300为平台。

止水帷幕100预先固结基坑020外围的土体，形成一道安全防护，并将基坑020外围的土体分隔开，即靠近基壁的部分和远离基壁的部分，止水帷幕100将远离基壁的土体的是隔开，以阻挡远处的水不断流向基坑020。

参照附图3和附图5，土钉墙200使基壁顶部的土体向基坑020外倾斜，基壁顶部的土体的重心外移，卸荷台300使重心进一步外移，减小对基壁的压力。

并且，当基坑020外围的上部土体不稳定，或者外围的地面010受重压导致土体失稳时，土钉墙200首先受力变形或滑坡，卸荷台300起到缓冲的效果，避免变形、滑坡等破坏直接传递到基壁，引起基壁整体破坏造成安全事故，至少也能构成安全储备，延缓基壁破坏时间，降低发生大型事故的几率，提高安全性。

参照附图3和附图5，土钉墙200还可以设置于止水帷幕100上方，土钉墙200稳固上部不稳定土体，止水帷幕100阻挡水，两者形成由上至下的整体防护，加强结构整体强度，更好地稳固止水帷幕100。

参照附图3，预应力锚索600的锚入端穿过止水帷幕100伸入远处的土体。

参照附图4和附图5，排水井包括疏干井700和减压井800，疏干井700位于所述基坑020内壁与所述止水帷幕100之间，所述减压井800位于所述锚入端与所述止水帷幕100之间。疏干井700排走止水帷幕100与基坑020的内壁之间的地下水，以方便预应力锚索600施工，减少土体渗流，提高施工安全性；减压井800排走止水帷幕100外围的地下水，降低止水帷幕100外围的压力，方便预应力锚索600深入止水帷幕100外围锚固，在预应力锚索600穿过止水帷幕100的过程中，降低止水帷幕100在外围压力和钻锚的双重作用下破坏变形甚至失效的几率。

减压井800、疏干井700还可以在基坑020支护完成后长期使用，抽排地下水，使基坑020周围土体的地下水位线高度在安全的范围内。

本实施例中，基壁设置支护桩400，基坑020外围土体设置止水帷幕100，止水帷幕100上方设置土钉墙200，土钉墙200放坡，且土钉墙200的坡脚与基壁之间预留有用于卸荷和缓冲的卸荷台300，排水井包括疏干井700和减压井800，其中疏干井700位于止水帷幕100靠近基坑020的一侧，减压井800位于止水帷幕100远离基坑020的一侧，具体的，参照附图2和附图3，疏干井700设置于卸荷台300处，减压井800设置于止水帷幕100外围，预应力锚索600的固定端固定在基壁，锚入端由基壁斜向下穿入土体并穿过止水帷幕100。减压井800的深度大于等于锚入端到地面010的距离。

支护桩400、止水帷幕100、疏干井700、减压井800和预应力锚索600配合，共同支护高地下水位线的深基坑020，既能够实现表层阻挡，又能够在土体水压较小的情况下实现深层锚固，且基壁破坏、基坑020积水的几率低，还可以有利于基坑020的周围土体长效深层锚固。

实施例3：

一种基坑020支护方法，用于支护基壁，尤其适用于对地下水位线高、地下水量大的超深基坑020的支护，更进一步地，适用于地下水位线高、地下水量大、超深、基底面积小的基坑020的支护。

该基坑020支护方法包括第一工序和第二工序。

第一工序

设置止水帷幕100：

止水帷幕100的形式有多种，本实施例中采用三轴搅拌桩止水帷幕100。使用三轴搅拌桩机，采用重复套钻工艺钻取并灌注止水桩，止水桩紧密相连形成止水帷幕100，止水帷幕100的底部低于设计基底，且止水帷幕100的底部至少位于基底以下的不透水层，即止水桩的深度至少为不透水层至地面010的距离。

设置土钉墙200：

在设计的基壁边缘开挖并放坡，在坡体内设置土钉、锚杆等锚具锚固，在坡体表面绑扎、铺设钢筋网，并在坡面设置胶合层以稳定坡面。本实施例中，放坡坡度为1：0.3，具体坡度以土钉墙200高度、土质情况而定，以土钉墙200稳定为准。胶合层可以采用喷射混凝土，或环氧树脂等其他胶合材料，为了进一步稳定坡体，还可以在胶合材料表面粘附碳纤维。

碳纤维层可以向地面010延伸，以向土钉墙200表面的土体施以拉力，提高土钉墙200的土体稳定性，尽量避免土钉墙200表面的土体逐层滑坡。

注意，为了不影响卸荷台300施工，可以将土钉墙200坡脚向基壁外围移动，即开挖位置远离基壁。

平整卸荷台300：

平整土钉墙200的坡脚与基壁之间的平台，并压实。

开挖疏干井700：

在止水帷幕100靠近基坑020的一侧竖直向下开挖疏干井700，本实施中，从卸荷平台处向下竖直开挖，开挖时，可以边开挖编排水。疏干井700的深度大于等于设计基底深度。

开挖减压井800：

在止水帷幕100远离基坑020的一侧竖直向下开挖减压井800，减压井800的深度大于等于止水帷幕100的深度，且低于预应力锚索600的锚入端的深度。

设置支护桩400：

从基坑020边线，即设计的基壁的位置处钻取桩孔，并下放钢筋骨架、浇筑混凝土，在支护桩400的顶部设置冠梁500将其连接在一起，可选地，冠梁500沿基坑020边线绕基坑020一圈。

第二工序

在第一工序完成后，开始基坑020开挖工作，开挖时参照附图3所示，由第一开挖层030起、第二开挖层040、第三开挖层050至第四开挖层060止，逐层开挖。每开挖一层，均在基壁设置预应力锚索600，在基底与基壁的连接处设置排水盲沟900。

设置预应力锚索600：

先通过疏干井700将基坑020附近的地下水抽排走，至少抽排至地下水位线低于当前基底，然后采用液压跟管钻机，进行全套管湿作业成孔工艺进行超长锚杆的施工；

同时通过减压井800将止水帷幕100外围土体的地下水抽排走，至少抽排至低于锚入端的设计位置；

然后，机械采用液压跟管钻机，进行全套管湿作业成孔工艺继续进行超长锚杆施工，使锚入端穿过止水帷幕100后固定。

进一步地，待外套管拔出后进行二次劈裂注浆，填充锚入端周围土体排水后的孔隙，固化附近土体，增加锚入端与土体的握裹力。

进一步地，还可对锚索轴力进行监测，确保锚索的拉力时刻处于设计要求范围内。

设置排水盲沟900：

请参照附图3，每施工一层开挖层，都在当前开挖层的基壁与基底的连接处设置排水盲沟900。请参照附图1和附图2，排水盲沟900沿基坑020边线环绕基底。

其中，未到达设计基底深度时的开挖层的排水盲沟900为临时排水盲沟900，到达设计基底深度时的开挖层的排水盲沟900为长效排水盲沟900。

如本实施例中的第一开挖层030、第二开挖层040、第三开挖层050设置的排水盲沟900在继续下挖时拆除，仅作为当前开挖层施工时临时排水用；而第四开挖层060的第四基底为设计基底，第四开挖层060设置的排水盲沟900可以长久用于排水。

上述的各步骤的顺序可以灵活调整，以适应施工情况为准，以便于缩短施工工期。

例如，本实施例中，请参照附图6所示，设置土钉墙和平整卸荷台可以同步进行，开挖减压井、开挖疏干井可以同步进行。

或者，还可以，在开挖上部的第一开挖层时再同步平整卸荷台，卸荷台平整后立即开挖疏干井排水，至第一开挖层的地下水位线降低至第一基底以下后，开始在第一开挖层的基壁设置预应力锚索，与此同时开挖减压井并排水。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基坑支护结构，其特征在于：以基坑底部为界，所述基坑包括开挖部和地下部，基坑内壁位于开挖部，所述基坑内壁设有支护桩，所述支护桩至少部分埋设于所述地下部，所述开挖部设有预应力锚索，所述基坑的外围土体设有排水井；

所述预应力锚索包括固定于基坑内壁的固定端和深入土体的锚入端，所述排水井靠近所述锚入端设置，所述排水井的井底到地面的距离大于等于所述锚入端到地面的距离。

2.根据权利要求1所述的基坑支护结构，其特征在于：所述支护桩顶部设置冠梁，所述冠梁将每个所述支护桩连接为一体。

3.根据权利要求1所述的基坑支护结构，其特征在于：所述预应力锚索设置于相邻的所述支护桩的间隔部位。

4.根据权利要求1所述的基坑支护结构，其特征在于：所述基坑的外围土体还设有止水帷幕，所述锚入端穿过所述止水帷幕。

5.根据权利要求1所述的基坑支护结构，其特征在于：所述基坑内壁顶部设置土钉墙，所述土钉墙做放坡处理。

6.根据权利要求3所述的基坑支护结构，其特征在于：所述开挖部包括多个开挖层，所述开挖层由地面向所述地下部依次排列，所述支护桩的间隔部位在每个所述开挖层处至少设有一个所述预应力锚索。

7.根据权利要求4所述的基坑支护结构，其特征在于：所述排水井包括疏干井和减压井，所述疏干井位于所述基坑内壁与所述止水帷幕之间，所述减压井位于所述锚入端与所述止水帷幕之间。

8.根据权利要求5所述的基坑支护结构，其特征在于：所述土钉墙向所述基坑的外围退台，所述土钉墙的坡脚与所述基坑内壁之间形成坡度小于土钉墙的卸荷台。

9.根据权利要求6所述的基坑支护结构，其特征在于：每个所述开挖层的底部与所述基坑内壁的连接部位设有排水盲沟。

10.一种基坑支护方法，其特征在于包括：

在基坑的内壁钻取并灌注支护桩，所述支护桩的伸入设计基底深度以下，沿所述支护桩逐层开挖基坑；

在基坑的外围土体钻取排水井，所述排水井伸入设计基底深度以下，使用抽水设备从排水井抽排土体水分；

在所述支护桩露出基坑底部的间隔部位打入预应力锚索，所述预应力锚索向所述基坑的内壁倾斜打入，施工过程中所述预应力锚索伸入土体的锚入端高于地下水位线。