CN109440781B - 主动式倾斜双排桩基坑支护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种主动式倾斜双排桩基坑支护方法，采用以下步骤：1)沿基坑边沿内侧将向坑内倾斜的前排支护桩打入至桩底设计标高，将向坑外倾斜的后排支护桩打入至桩底设计标高，同时在后排支护桩的后方设置隔水帷幕；2)在每根前排支护桩的桩顶设置一台千斤顶；3)在前排支护桩和后排支护桩上分别设置冠梁，采用连梁将前排支护桩和后排支护桩上的冠梁连成整体；4)开挖前排支护桩所围土体至坑底设计标高，在开挖的过程中或开挖之前，采用步骤2)中设置的千斤顶对前排支护桩施加控制膨胀力，以减小土体及桩顶位移。本发明可以在很大程度上减小桩顶位移，减小桩身弯矩，减少工程造价，增加开挖深度，减小基坑发生倾覆破坏的可能性。

Description

主动式倾斜双排桩基坑支护方法

技术领域

本发明涉及一种基坑支护方法，特别是一种主动式倾斜双排桩基坑支护方法。

背景技术

桩排支护是目前国内应用最广泛的基坑支护形式之一。桩排结构与地下连续墙相比，具有施工工艺简单、成本低、平面布置灵活等诸多优点。间隔排列的桩排式支护适用于无地下水或允许坑外降水的情况，当设置止水帷幕或与其他混合式桩组成并排连续墙体时，也可用于软弱含水地层。当基坑开挖较浅、地质条件较好、环境要求(尤其是变形要求)不高时，可以采用悬臂桩支护形式。排桩支护还可以利用锚杆进行锚固或者在基坑内加各种类型的支撑，提高排桩的支护能力。当基坑开挖面积较大、地基软弱、环境要求高时，可以采用内撑式支护。当基坑土层条件较好，达到拉锚条件，并且周边环境要求不高时，可以采用拉锚式支护。

普通的排桩支护，桩均为竖直桩，利用竖直桩进行排桩支护的缺点主要有：

第一，相同开挖深度的桩顶位移大，内力大，使桩后地面产生较大变形，危及周围环境。

第二，当桩的强度不够时容易导致护坡桩折断而使基坑失稳，并且基坑可以开挖的深度较小，开挖深度较大时很容易发生倾覆破坏，因此支护结构需要更大截面和插入深度。

在深基坑开挖的过程中，由于深基坑的卸荷导致周围土体和基坑本身的位移场和应力场出现较大的变化并且进一步的导致坑周的地表沉降、围护结构侧向变形以及基坑底土体隆起等问题，从而导致桩顶位移过大。如果对其施加主动控制，就可以减小土体及桩顶位移。

目前国内外较为先进的一种技术是“深基坑钢支撑轴力液压伺服系统”。然而，这种技术主要依靠水平支撑所施加的液压轴力来对基坑变形进行主动控制，占用空间大，造价高，不环保也不经济。

因此，研发一种适用于软土地区超深、超大基坑，同时经济、快速、节能、安全的支护方法是目前市场发展的迫切需求。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种主动式倾斜双排桩基坑支护方法，该方法可以在很大程度上减小桩顶位移，减小桩身弯矩，减少工程造价，增加开挖深度，减小基坑发生倾覆破坏的可能性。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种主动式倾斜双排桩基坑支护方法，采用以下步骤：1)沿基坑边沿内侧将向坑内倾斜的前排支护桩打入至桩底设计标高，将向坑外倾斜的后排支护桩打入至桩底设计标高，同时在后排支护桩的后方设置隔水帷幕；2)在每根前排支护桩的桩顶设置一台千斤顶；3)在前排支护桩和后排支护桩上分别设置冠梁，采用连梁将前排支护桩和后排支护桩上的冠梁连成整体；4)开挖前排支护桩所围土体至坑底设计标高，在开挖的过程中或开挖之前，采用步骤2)中设置的千斤顶对前排支护桩施加控制膨胀力，以减小土体及桩顶位移。

在上述方案的基础上，本发明还做了如下改进：

所述步骤1)，前排支护桩的倾斜角度大于0度小于等于30度。

所述步骤1)，后排支护桩的倾斜角度大于0度小于等于30度。

所述步骤1)，前排支护桩和后排支护桩桩底深度均为2～2.5倍基坑开挖深度。

所述步骤1)，前排支护桩和后排支护桩桩间距均为2～2.5倍桩径。

所述步骤1)，前排支护桩和后排支护桩直径均为300～600mm。

所述步骤3)，冠梁宽度大于等于与其连接的支护桩桩径或桩截面边长，高度大于等于与其连接的支护桩桩径的0.6倍或桩截面边长的0.6倍。

所述步骤3)，冠梁沿宽度方向两边各扩出1/2桩径或1/2桩截面边长。

所述步骤3)，连梁高度为300～400mm，宽度为200～300mm。

所述步骤1)，前排支护桩和后排支护桩均采用跳桩施工方法压入，间隔1～2根桩压入下一根桩。

本发明具有的优点和积极效果是：

一)利用千斤顶对倾斜双排桩位移进行主动控制，在开挖深度相同的情况下该方法可以在很大程度上减小桩顶位移，使桩后地面变形大大减小，避免对周围环境造成破坏，同时可以减小桩身弯矩，使桩身设计强度降低，从而降低工程造价，具有很大的经济意义。

二)利用千斤顶对倾斜双排桩位移进行主动控制，当桩长和桩设计强度与普通排桩相同时，可以使开挖深度增加，具有较好的技术价值；由于开挖面倾斜，基坑发生倾覆破坏的可能性大大减小，对于基坑工程的安全意义很大；

三)利用千斤顶对倾斜双排桩位移进行主动控制，由于以上倾斜双排桩支护的优点，原本可能需要采用内撑式支护或拉锚式支护的基坑工程，此时仅利用悬臂桩支护就可以满足设计要求，从而使设计施工更加简便，并且节约材料，从而降低工程费用。

综上所述，本发明能够适用于使用排桩进行基坑支护又期望减小桩顶位移，增加开挖深度，降低排桩倾覆破坏可能性或减小排桩设计强度以降低造价的基坑支护工程。

附图说明

图1为应用本发明的结构示意图。

图中：1、冠梁；2、坑底；3、基坑边沿；4、前排支护桩；5、后排支护桩；6、连梁；7、千斤顶。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1，一种主动式倾斜双排桩基坑支护方法，采用以下步骤：

1)沿基坑边沿3内侧将向坑内倾斜的前排支护桩4打入至桩底设计标高，将向坑外倾斜的后排支护桩5打入至桩底设计标高，同时在后排支护桩5的后方设置隔水帷幕；

2)在每根前排支护桩4的桩顶设置一台千斤顶7；

3)在前排支护桩4和后排支护桩5上分别设置冠梁1，采用连梁6将前排支护桩4和后排支护桩5上的冠梁1连成整体；

4)开挖前排支护桩4所围土体至坑底2设计标高，在开挖的过程中或开挖之前，采用步骤2)中设置的千斤顶对前排支护桩施加控制膨胀力，以减小土体及桩顶位移。

本发明是对普通桩排支护的改进，用倾斜双排桩代替竖直排桩，根据计算以及场地条件，让基坑支护排桩整体向基坑内侧、外侧倾斜一定角度，同时在前排桩的桩顶设置千斤顶，可以对桩身施加轴向控制力。

本发明的基本原理是：

一方面，众所周知，边坡坡度小比坡度大时更稳定，更不容易发生倾覆与整体稳定的破坏。同样，存在一定坡度的边坡比竖直的边坡要稳定，因此支护起来要更简单，对支护结构的要求更低。本发明的方法正是基于这种思想，在场地允许的情况下，采用具有一定斜度的排桩对基坑进行支护。同时，用斜桩进行基坑支护时，桩后具有滑动趋势的楔形体要比桩竖直时的楔形体小，原因是桩后楔形体因为坡度少了一部分。因此，土体对桩的作用力会大幅减小，这样桩顶位移和桩身受力都会减小很多。

另一方面，在深基坑开挖的过程中，由于位移场和应力场的变化会导致周围土体出现变形，从而导致土体及桩顶位移过大，如果能给桩身施加一个推力，推力方向与土体及桩顶的位移方向相反，则可以有效限制位移。本发明的方法正是基于这种思想，在前排桩顶设置千斤顶，通过千斤顶对桩身施加轴向控制膨胀力，从而会产生水平推力分量，利用千斤顶对于土体及桩顶位移进行实时有效的控制，从而很大程度减小位移。

理论上来说，桩的斜度越大，桩的受力和桩顶位移越小，从而越经济，但是桩的斜度不能无限制的增大，因为，由于施工场地的限制，可能没有足够的空间使桩的斜度太大，另一方面，桩的斜度大时，其基坑深度以下的桩由于伸到基坑内部空间以下，可能会影响桩基的施工。另外桩的倾斜会使桩长增大，抵消一部分因桩身强度降低带来的经济性，并且使支护桩施工难度增大。因此斜桩支护在实际应用过程中，其斜度的确定应充分考虑各方面的因素。

在相同条件下，采用本发明可以减小双排桩倾斜角度，缩短双排桩的桩长，缩短桩间距，缩小桩径。施工前需要根据场地条件和计算分析，确定最优的倾斜双排桩倾斜角度，对桩长与桩身强度进行设计。本发明只适用悬臂桩支护方式。本发明推荐前排支护桩4的倾斜角度大于0度小于等于30度；后排支护桩5的倾斜角度大于0度小于等于30度；前排支护桩4和后排支护桩5桩底深度为2～2.5倍基坑开挖深度；前排支护桩4和后排支护桩5桩间距为2～2.5倍桩径。前排支护桩4和后排支护桩5直径为300～600mm。

本发明的具体施工方法：

一)由等长前排支护桩4和后排支护桩5组成的倾斜双排桩采用预制桩进行作业。前排支护桩4和后排支护桩5均可采用跳桩施工方法，间隔1～2根桩压入下一根预制桩。在距离后排支护桩5桩顶0.2L(L为后排支护桩桩长)位置处设置水泥搅拌桩隔水帷幕，隔水帷幕的搅拌桩桩底标高与倾斜双排桩桩底标高相同，本文中所述的倾斜双排桩由等长的前排支护桩4和后排支护桩5组成。

上述水泥搅拌桩隔水帷幕的施工方法：

1)定位：深层搅拌机到达指定桩位，对中。

2)预搅下沉：待深层搅拌机的冷却水循环正常后，启动搅拌机电机，放松搅拌机吊索使搅拌机沿导向架搅拌切土下沉。

3)制备水泥浆：待深层搅拌机下沉到一定深度时，即开始按设计确定的配合比搅拌水泥浆，压浆前将水泥浆倒入集料斗中。

4)提升喷浆搅拌：深层搅拌机下沉到设计深度后，开启灰浆泵将水泥浆压入地基中，且边喷浆、边旋转，同时严格按照设计确定的提升速度提升深层搅拌机。

5)重复上、下搅拌：深层搅拌机提升至设计深度的顶面标高时，集料斗中的水泥浆应正好排空。为时软土和水泥浆搅拌均匀，可再次将搅拌机边旋转边沉入土中，至设计加固深度后再将搅拌机提升出地面。

6)清洗：清洗全部管路中残存的水泥浆，并将粘附在搅拌头的软土清洗干净。

7)移位：将深层搅拌机移至下一桩位，重复上述步骤。

二)在每根前排支护桩4的桩顶设置一台千斤顶7，千斤顶控制线路连接至现场施工控制中心，可以通过检测土体及桩顶位移，随时通过千斤顶控制桩身位移。

三)在前排支护桩4和后排支护桩5上分别设置冠梁1，采用连梁6将前排支护桩和后排支护桩上的冠梁1连成整体；推荐冠梁1的宽度大于等于与其连接的支护桩桩径或桩截面边长(方桩)，高度大于等于与其连接的支护桩桩径的0.6倍(圆桩)或桩截面边长的0.6倍(方桩)；较好的设计是：冠梁1沿宽度方向两边各扩出1/2桩径(圆桩)或1/2桩截面边长(方桩)。推荐连梁6的高度为300～400mm，宽度为200～300mm。

上述冠梁1和连梁6的施工：

1)冠梁土方采用机械分区开挖，先开挖第一层土方至支护桩设计桩顶标高，清除余土后开始破除桩头浮浆至设计标高，桩芯顶面的混凝土要凿毛处理，清除桩顶浮渣，如设计标高桩头砼强度达不到设计要求，须继续破除直至砼质量达到设计要求，不足标高段浇冠梁砼时一同浇筑成型。

2)桩间土人工整平至冠梁或连梁底标高，并夯填密实。

3)桩头破除后即可按冠梁、连梁剖面配筋进行钢筋制作。钢筋下料、绑扎误差确保满足设计及施工规范要求。

4)对冠梁、连梁标高进行校核并安装模板。模板支护时须确保模板稳定、牢固，以防浇筑砼时模板变形，模板截面尺寸按冠梁、连梁剖面制作。

5)完成钢筋工程。纵筋最好采用HRB335级或HRB400级钢筋，箍筋及拉结筋应采用HPB300级和HRB335级钢筋。

6)完成混凝土浇筑及养护。混凝土强度等级不应低于C25，排桩主筋锚入冠梁不应小于35d(d为钢筋直径)。

四)开挖前排支护桩所围土体至坑底设计标高，在开挖的过程中或开挖之前，采用步骤2)中设置的千斤顶对前排支护桩施加控制膨胀力，以减小土体及桩顶位移。可以采用“先控制后开挖”和“边开挖边控制”两种方法，第一种方法即先对桩身施加控制预膨胀力，后开挖土体；第二种方法即在开挖过程中的各个阶段，根据土体及桩顶位移，施加控制膨胀力，从而对土体产生一定大小的预推力，待稳定后就可以进行土层的开挖。

对于分层开挖的基坑，重复上述施工步骤直至开挖至基坑的底部。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种主动式倾斜双排桩基坑支护方法，其特征在于，采用以下步骤：

1)沿基坑边沿内侧将向坑内倾斜的前排支护桩打入至桩底设计标高，将向坑外倾斜的后排支护桩打入至桩底设计标高，同时在后排支护桩的后方设置隔水帷幕；

2)在每根前排支护桩的桩顶设置一台千斤顶；

3)在前排支护桩和后排支护桩上分别设置冠梁，采用连梁将前排支护桩和后排支护桩上的冠梁连成整体，千斤顶设置在桩顶和冠梁之间；

4)开挖前排支护桩所围土体至坑底设计标高，在开挖的过程中或开挖之前，采用步骤2)中设置的千斤顶对前排支护桩施加轴向控制膨胀力，以减小土体及桩顶位移。

2.根据权利要求1所述的主动式倾斜双排桩基坑支护方法，其特征在于，所述步骤1)，前排支护桩的倾斜角度大于0度小于等于30度。

3.根据权利要求1所述的主动式倾斜双排桩基坑支护方法，其特征在于，所述步骤1)，后排支护桩的倾斜角度大于0度小于等于30度。

4.根据权利要求1所述的主动式倾斜双排桩基坑支护方法，其特征在于，所述步骤1)，前排支护桩和后排支护桩桩底深度均为2～2.5倍基坑开挖深度。

5.根据权利要求1所述的主动式倾斜双排桩基坑支护方法，其特征在于，所述步骤1)，前排支护桩和后排支护桩桩间距均为2～2.5倍桩径。

6.根据权利要求1所述的主动式倾斜双排桩基坑支护方法，其特征在于，所述步骤1)，前排支护桩和后排支护桩直径均为300～600mm。

7.根据权利要求1所述的主动式倾斜双排桩基坑支护方法，其特征在于，所述步骤3)，冠梁的宽度大于等于与其连接的支护桩桩径或桩截面边长，高度大于等于与其连接的支护桩桩径的0.6倍或桩截面边长的0.6倍。

8.根据权利要求7所述的主动式倾斜双排桩基坑支护方法，其特征在于，所述步骤3)，冠梁沿宽度方向两边各扩出1/2桩径或1/2桩截面边长。

9.根据权利要求1所述的主动式倾斜双排桩基坑支护方法，其特征在于，所述步骤3)，连梁高度为300～400mm，宽度为200～300mm。

10.根据权利要求1所述的主动式倾斜双排桩基坑支护方法，其特征在于，所述步骤1)，前排支护桩和后排支护桩均采用跳桩施工方法压入，间隔1～2根桩压入下一根桩。

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