CN111962525A - 软土地区超大规格基坑无内支撑支护体系及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种软土地区超大规格基坑无内支撑支护体系及其施工方法，所述无内支撑支护体系包括：沿基坑边线的方向间隔并排设置于基坑的内侧的多组斜直桩组；沿所述基坑边线的方向间隔并排设置于所述斜直桩组的内侧的多根灌注桩，所述灌注桩的顶部低于所述斜直桩组的顶部且高于所述斜直桩组的底部；与多根所述灌注桩一对一连接的多根旋喷桩，所述旋喷桩的顶部与所述灌注桩的顶部连接，所述旋喷桩的底部向相对的所述斜直桩组的底部倾斜。本发明的无内支撑支护体系能够充分利用多级支护的强度优势组合，在保证基坑安全的前提下，减少内支撑结构施工的工期及成本，同时避免了材料浪费，绿色环保。

Description

软土地区超大规格基坑无内支撑支护体系及其施工方法

技术领域

本发明涉及基坑施工领域，特别涉及一种软土地区超大规格基坑无内支撑支护体系及其施工方法。

背景技术

在软土地基施工环境下，基坑四周土体稳定性差，对基坑支护结构的侧向土压力大，有着明显的“时空效应”。超大规格深基坑安全风险高，通常采用连墙或灌注支护桩与内支撑结构结合的组合型支护体系。

采用上述组合支护体系，需要在基坑内侧支设大量的内支撑结构(如支撑和挡梁等)，以保证基坑的安全，但是支设内支撑结构需要耗费大量的人力物力；而且内支撑结构与主体结构存在交叉，使得在进行主体结构施工的过程中，主体结构须穿越内支撑结构进行施工，造成施工不便；且下一步施工必须等内支撑结构拆除并增加临时支撑后才能进行，延长了施工工期；另外，在一些要求严格的工程建造施工中，由于工艺对结构完整性的特殊要求，无法实现竖向构件穿越内支撑支护，不满足实际施工要求。

因此，急需一种既能避免主体结构穿越内支撑结构而造成的施工不便、又能保证基坑安全且适用于软土地基施工环境的无内支撑支护体系。

发明内容

本发明的目的是提供一种在软土地区超大规格基坑条件下，无内支撑支护体系及其施工方法，能够充分利用多级支护的强度优势组合，在保证基坑安全的前提下，减少内支撑结构施工的工期及成本，同时避免了材料浪费，绿色环保。

为实现上述目的，本发明通过下述技术方案来实现：一种软土地区超大规格基坑无内支撑支护体系，包括：

沿基坑边线的方向间隔并排设置于基坑的内侧的多组斜直桩组；

沿所述基坑边线的方向间隔并排设置于所述斜直桩组的内侧的多根灌注桩，所述灌注桩的顶部低于所述斜直桩组的顶部且高于所述斜直桩组的底部；

与多根所述灌注桩一对一连接的多根旋喷桩，所述旋喷桩的顶部与所述灌注桩的顶部连接，所述旋喷桩的底部向相对的所述斜直桩组的底部倾斜。

本发明采用斜直桩组作为一级支护来代替传统的内支撑结构，同时考虑到超大规格超深基坑的需求，弥补一级支护的强度不足，利用灌注桩和旋喷桩作为二级支护来配合一级支护，共同形成无内支撑支护体系；同时通过旋喷桩的倾斜喷锚，实现一级支护与二级支护的有效结合，增加了无内支撑支护体系对土侧向压力的抵抗力，满足了对超大规格的基坑的无内支撑支护；另外，在保证整个支护体系的稳定性和安全性的前提下，不影响主体结构施工的连续性，减少传统内支撑结构施工的工期及成本，避免了材料浪费，绿色环保。

本发明软土地区超大规格基坑无内支撑支护体系的进一步改进在于：所述斜直桩组包括第一预制桩和第二预制桩，所述第一预制桩沿竖直方向设置，所述第二预制桩的顶部与所述第一预制桩的顶部闭合固定，所述第二预制桩的底部向所述灌注桩的方向倾斜。

本发明软土地区超大规格基坑无内支撑支护体系的进一步改进在于：所述第二预制桩的底部向所述灌注桩的方向倾斜18°～22°。

本发明软土地区超大规格基坑无内支撑支护体系的进一步改进在于：

多根所述旋喷桩包括间隔设置的多根短旋喷桩和多根长旋喷桩；

所述短旋喷桩的底部位于相对所述第二预制桩的下方内侧；

所述长旋喷桩的底部位于相对所述第二预制桩和所述第一预制桩的下方之间。

本发明软土地区超大规格基坑无内支撑支护体系的进一步改进在于：所述灌注桩的内侧布设有多排工程桩，所述工程桩的顶部位于基坑的底面位置，且低于所述灌注桩的顶部，所基坑的底面铺设有反压垫层，所述反压垫层与所述灌注桩和至少一排所述工程桩相结合。

本发明还提供了一种软土地区超大规格基坑无内支撑支护体系的施工方法，包括如下步骤：

开挖基坑前，于基坑的内侧沿基坑边线的方向间隔并排设置多组斜直桩组，于多组斜直桩组的内侧沿所述基坑边线的方向间隔并排设置多根灌注桩，使所述灌注桩的顶部低于所述斜直桩组的顶部且高于所述斜直桩组的底部；

将土方开挖至所述斜直桩组的顶部；

将土方开挖至所述灌注桩的顶部；

于每根所述灌注桩处使所述旋喷桩的底部向相对所述斜直桩组的底部倾斜。

本发明软土地区超大规格基坑无内支撑支护体系的施工方法的进一步改进在于：

所述斜直桩组包括第一预制桩和第二预制桩，所述第一预制桩沿竖直方向设置，所述第二预制桩的顶部与所述第一预制桩的顶部闭合固定，所述第二预制桩的底部向所述灌注桩倾斜；

在将土方开挖至所述灌注桩的顶部时，沿所述第二预制桩的倾斜方向开挖。

本发明软土地区超大规格基坑无内支撑支护体系的施工方法的进一步改进在于：在于每根所述设置多根短旋喷桩和多根长旋喷桩，且使所述短旋喷桩的底部位于相对所述第二预制桩的下方内侧，使所述长旋喷桩的底部位于相对所述第二预制桩和所述第一预制桩的下方之间。

本发明软土地区超大规格基坑无内支撑支护体系的施工方法的进一步改进在于：

在将土方开挖至所述斜直桩组的顶部之后，于多组所述斜直桩组的顶部施工一级帽梁；

在所述一级帽梁的强度达到施工要求之后，将土方开挖至所述灌注桩的顶部；

在所述旋喷桩的强度达到施工要求之后，于多根连接有所述旋喷桩的灌注桩的顶部施工二级帽梁。

本发明软土地区超大规格基坑无内支撑支护体系的施工方法的进一步改进在于：

在开挖基坑前，于所述斜直桩组的内侧布设多排工程桩，使所述工程桩的顶部位于基坑的底面位置，且低于所述灌注桩的顶部；

在所述帽梁的强度达到施工要求之后，将土方开挖至所述工程桩的顶部；

于基坑的底面铺设反压垫层，使所述反压垫层与所述灌注桩和至少一排所述工程桩相结合。

附图说明

图1是本发明施工方法中开挖基坑前的桩体平面图。

图2是图1中A-A处在开挖基坑前的桩体正面剖视图。

图3是图1中A-A处在开挖至斜直桩组的顶部时的正面剖视图。

图4是图1中A-A处在开挖至灌注桩的顶部时的正面剖视图。

图5是本发明支护体系的整体结构的平面图。

图6是图5中B-B处在施工短旋喷桩时的正面剖视图。

图7是图5中C-C处在施工长旋喷桩时的正面剖视图。

图8是图5中C-C处在施工反压垫层时的正面剖视图。

具体实施方式

为了解决传统的内支撑组合支护体系因与主体结构存在交叉而导致主体结构施工不便、延长施工工期、无法满足对结构完整性的特殊要求、且需要耗费大量的人力物力的问题，本发明提供了一种在软土地区超大规格基坑条件下，无内支撑支护体系及其施工方法，能够充分利用多级支护的强度优势组合，在保证基坑安全的前提下，减少内支撑结构施工的工期及成本，同时避免了材料浪费，绿色环保。

下面结合附图对本发明的软土地区超大规格基坑无内支撑支护体系及其施工方法作进一步说明。

参阅图5至图8所示，一种软土地区超大规格基坑无内支撑支护体系，基包括：

沿基坑边线10的方向间隔并排设置于基坑的内侧的多组斜直桩组20；

沿该基坑边线10的方向间隔并排设置于该斜直桩组20的内侧的多根灌注桩31，该灌注桩31的顶部低于该斜直桩组20的顶部且高于该斜直桩组20的底部；

与多根该灌注桩31一对一连接的多根旋喷桩32，该旋喷桩32的顶部与该灌注桩31的顶部连接，该旋喷桩32的底部向相对的该斜直桩组20的底部倾斜。

具体来说，对于深基坑施工，为了阻止或减少基坑侧壁及基坑底地下水流入基坑，通常于基坑边线10的位置处设置一圈三轴搅拌桩12(即止水帷幕)，并自止水帷幕起至基坑的内侧依次设置两圈降水井，即第一降水井13和第二降水井14；为了便于观察基坑内的降水情况，通常于基坑边线10的外侧设置一圈观察井11；本实施方式中，该斜直桩组20和该灌注桩31设置于第一降水井13和第二降水井14之间的位置，并通过该斜直桩组20和该灌注桩31的顶部高度差形成两个施工平台，即第一平台H1和第二平台H2。

本实施方式中的的斜直桩组20作为一级支护，包括均为预制矩形桩的第一预制桩21和第二预制桩22，该第一预制桩21沿竖直方向设置，该第二预制桩22的顶部与该第一预制桩21的顶部闭合固定，该第二预制桩22的底部向该灌注桩31的方向倾斜；该斜直桩组20有效利用该第一预制桩21的抗压强度好和该第二预制桩22的侧向刚度好的优点，且由于竖直方向的第一预制桩21与基坑边线10垂直，进一步增加了侧向刚度，以最大限度地降低了预制桩作为基坑支护体系侧向刚度差的风险；

由于通常预制矩形桩的最大长度仅为12m，对于超大规模超深基坑来说，光一级支护无法满足要求，为了弥补一级支护的强度不足，本实施方式采用灌注桩31作为二级支护来配合一级支护；同时通过旋喷桩32的倾斜喷锚，实现一级支护与二级支护的有效结合，增加了无内支撑支护体系对土侧向压力的抵抗力，满足了对超大规格的基坑的无内支撑支护；另外，在保证整个支护体系的稳定性和安全性的前提下，不影响主体结构施工的连续性，减少传统内支撑结构施工的工期及成本，避免了材料浪费，绿色环保。

作为一较佳实施方式：该第二预制桩22的底部向该灌注桩31的方向倾斜的角度O为18°～22°，该角度O根据基坑的实际尺寸和土体的松软程度等综合确定，使在开挖第二平台H2时可沿着该第二预制桩22开挖，保证边坡强度。

作为一较佳实施方式：多根该旋喷桩32包括间隔设置的多根短旋喷桩321和多根长旋喷桩322，该短旋喷桩321和长旋喷桩322可以间隔交替地与对应该灌注桩31连接；该短旋喷桩321的底部位于相对该第二预制桩22的下方内侧；该长旋喷桩322的底部位于相对该第二预制桩22和该第一预制桩21的下方之间。

通过一长一短的旋喷桩32，在有效避免一级支护与二级支护在相接位置的复合削弱效应的同时，也最大限度的避免了多根旋喷桩32连续倒塌的风险。

作为一较佳实施方式：该灌注桩31的内侧布设有多排工程桩40，该工程桩40的顶部位于基坑的底面(即第三平台H3)位置，且低于该灌注桩31的顶部，所基坑的底面铺设有反压垫层50，该反压垫层50与该灌注桩31和至少一排该工程桩40相结合。

具体来说：为了阻止或减少结构主体施工区域的地下水流入基坑内，本实施方式中的工程桩40布设于第二降水井14的内侧；

通过该反压垫层50与该灌注桩31和至少一排该工程桩40的结合，形成侧向刚度较强的反压板带，减少基坑无支撑暴露时间，降低软土地区的“时空效应”，保证基坑安全。进一步地，为了保证反压板带的侧向刚度，本实施方式优选该反压垫层50的宽度为8m～10m、厚度不小于250mm。

本发明还提供了一种软土地区超大规格基坑无内支撑支护体系的施工方法，包括如下步骤：

步骤1：参阅图1和图2所示，开挖基坑前进行桩体施工，于基坑的内侧沿基坑边线10的方向间隔并排设置多组斜直桩组20；于多组斜直桩组20的内侧沿该基坑边线10的方向间隔并排设置多根灌注桩31，使该灌注桩31的顶部低于该斜直桩组20的顶部且高于该斜直桩组20的底部。

具体来说，桩体施工均在原地面10处开始，于原地面10处按照指定位置打入该斜直桩组20和该灌注桩31；所施工的桩体除了该斜直桩组20和该灌注桩31外，还包括位于基坑的外侧的观察井11、沿基坑变形10设置的三轴搅拌桩12、位于三轴搅拌桩12和斜直桩组20之间的第一降水井13、以及位于灌注桩31内侧的第二降水井14。

步骤2：参阅图3和图4所示，将土方开挖至该斜直桩组20的顶部。

具体来说，将土方开挖至斜直桩组20的顶部，形成第一平台H1，于第一平台H1处施工一级帽梁23，将多组斜直桩组20的顶部沿基坑边线10的方向连接为一个整体，形成一级支护。

步骤3：参阅图4所示，在一级帽梁23的强度达到施工要求后，将土方开挖至该灌注桩31的顶部，形成第二平台H2。

步骤4：参阅图5至图8所示，于每根该灌注桩31处设置旋喷桩32，且使该旋喷桩32的顶部与该灌注桩31的顶部连接，使该旋喷桩32的底部向相对该斜直桩组20的底部倾斜。于多根连接有该旋喷桩32的灌注桩31的顶部施工二级帽梁33。

具体来说，该旋喷桩32通过旋喷锚索施工设置，在每根灌注桩31的顶部向相对的斜直桩组20的底部方向喷射混凝土，形成与多根灌注桩31一对一连接的多根旋喷桩32，且旋喷桩32的底部靠近以及支护的底部位置，以使斜直桩组20与灌注桩31有效结合；在旋喷锚索施工结束并检测合格后，于第二平台H2处施工二级帽梁33，将带有旋喷桩32的多根灌注桩31的顶部沿基坑边线10的方向连接为一个整体，形成二级支护；通过一级支护和二级支护的结合，共同形成该无内支撑支护体系。

作为一较佳实施方式：该斜直桩组20包括第一预制桩21和第二预制桩22，该第一预制桩21沿竖直方向设置，该第二预制桩22的顶部与该第一预制桩21的顶部闭合固定，该第二预制桩22的底部向该灌注桩31倾斜，且倾斜的角度O优选为18°～22°；

在进行步骤3时，沿该第二预制桩22的倾斜方向将土方开挖至该灌注桩31的顶部。以保证第二平台H2的边坡强度。

作为一较佳实施方式：参阅图5～7所示，在于每根该灌注桩31处施设置旋喷桩32时，间隔设置多根短旋喷桩321和多根长旋喷桩322，且使短旋喷桩321的底部位于相对该第二预制桩22的下方内侧，使该长旋喷桩322的底部位于相对该第二预制桩22和该第一预制桩21的下方之间。

具体来说：该短旋喷桩321和该长旋喷桩322的倾斜方向相同，仅喷射长度不同，且二者可以一比一间隔交替设置，也可以一比多或多比一间隔交替设置，具体比例按照实际基坑尺寸和土体松软程度等综合确定。

通过一长一短的旋喷桩32，在有效避免一级支护与二级支护在相接位置的复合削弱效应的同时，也最大限度的避免了二级支护的多根旋喷桩32连续倒塌的风险。

作为一较佳实施方式：

在进行步骤1时，于该斜直桩组20的内侧布设多排工程桩40，使该工程桩40的顶部位于基坑的底面位置，且低于该灌注桩31的顶部；

在该二级帽梁33的强度达到施工要求之后，参阅图8所示，继续开挖土方，将土方开挖至该工程桩40的顶部，以形成第三平台H3(即与基坑的底面齐平位置)；

于基坑的底面铺设反压垫层50，使该反压垫层50与该灌注桩31和至少一排该工程桩40相结合。。

具体来说，为了阻止或减少结构主体施工区域的地下水流入基坑内，本实施方式中的工程桩40布设于第二降水井14的内侧；

将土方开挖至该工程桩40的顶部(即基坑的底面标高位置)之后，在距离二级支护8m～10m的环宽区域(至少覆盖一排工程桩40)设置厚度不小于250mm的单层双向钢筋，以形成加厚配筋垫层(垫层顶标高满足原始要求)，其中钢筋直径优选为14mm，在设置加厚配筋垫层时，将其与既有工程桩40的钢筋结合，形成侧向刚度较强的反压板带，然后进行混凝土浇筑，形成与该二级支护和至少一排该工程桩40相结合的反压垫层50。

通过该反压垫层50的设置，减少了基坑无支撑暴露时间，降低了软土地区的“时空效应”，保证了基坑安全。

以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种软土地区超大规格基坑无内支撑支护体系，其特征在于，包括：

沿基坑边线的方向间隔并排设置于基坑的内侧的多组斜直桩组；

沿所述基坑边线的方向间隔并排设置于所述斜直桩组的内侧的多根灌注桩，所述灌注桩的顶部低于所述斜直桩组的顶部且高于所述斜直桩组的底部；

与多根所述灌注桩一对一连接的多根旋喷桩，所述旋喷桩的顶部与所述灌注桩的顶部连接，所述旋喷桩的底部向相对的所述斜直桩组的底部倾斜。

2.如权利要求1所述的软土地区超大规格基坑无内支撑支护体系，其特征在于：所述斜直桩组包括第一预制桩和第二预制桩，所述第一预制桩沿竖直方向设置，所述第二预制桩的顶部与所述第一预制桩的顶部闭合固定，所述第二预制桩的底部向所述灌注桩的方向倾斜。

3.如权利要求2所述的软土地区超大规格基坑无内支撑支护体系，其特征在于：所述第二预制桩的底部向所述灌注桩的方向倾斜18°～22°。

4.如权利要求2所述的软土地区超大规格基坑无内支撑支护体系，其特征在于：

多根所述旋喷桩包括间隔设置的多根短旋喷桩和多根长旋喷桩；

所述短旋喷桩的底部位于相对所述第二预制桩的下方内侧；

所述长旋喷桩的底部位于相对所述第二预制桩和所述第一预制桩的下方之间。

5.如权利要求1所述的软土地区超大规格基坑无内支撑支护体系，其特征在于：所述灌注桩的内侧布设有多排工程桩，所述工程桩的顶部位于基坑的底面位置，且低于所述灌注桩的顶部，所基坑的底面铺设有反压垫层，所述反压垫层与所述灌注桩和至少一排所述工程桩相结合。

6.一种软土地区超大规格基坑无内支撑支护体系的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

开挖基坑前，于基坑的内侧沿基坑边线的方向间隔并排设置多组斜直桩组，于多组斜直桩组的内侧沿所述基坑边线的方向间隔并排设置多根灌注桩，使所述灌注桩的顶部低于所述斜直桩组的顶部且高于所述斜直桩组的底部；

将土方开挖至所述斜直桩组的顶部；

将土方开挖至所述灌注桩的顶部；

于每根所述灌注桩处设置旋喷桩，且使所述旋喷桩的顶部与所述灌注桩的顶部连接，使所述旋喷桩的底部向相对所述斜直桩组的底部倾斜。

7.如权利要求6所述的软土地区超大规格基坑无内支撑支护体系的施工方法，其特征在于：

所述斜直桩组包括第一预制桩和第二预制桩，所述第一预制桩沿竖直方向设置，所述第二预制桩的顶部与所述第一预制桩的顶部闭合固定，所述第二预制桩的底部向所述灌注桩倾斜；

在将土方开挖至所述灌注桩的顶部时，沿所述第二预制桩的倾斜方向开挖。

8.如权利要求7所述的软土地区超大规格基坑无内支撑支护体系的施工方法，其特征在于：在于每根所述灌注桩处设置旋喷桩时，间隔设置多根短旋喷桩和多根长旋喷桩，且使所述短旋喷桩的底部位于相对所述第二预制桩的下方内侧，使所述长旋喷桩的底部位于相对所述第二预制桩和所述第一预制桩的下方之间。

9.如权利要求6所述的软土地区超大规格基坑无内支撑支护体系的施工方法，其特征在于：

在将土方开挖至所述斜直桩组的顶部之后，于多组所述斜直桩组的顶部施工一级帽梁；

在所述一级帽梁的强度达到施工要求之后，将土方开挖至所述灌注桩的顶部；

在所述旋喷桩的强度达到施工要求之后，于多根连接有所述旋喷桩的灌注桩的顶部施工二级帽梁。

10.如权利要求9所述的软土地区超大规格基坑无内支撑支护体系的施工方法，其特征在于：

在开挖基坑前，于所述斜直桩组的内侧布设多排工程桩，使所述工程桩的顶部位于基坑的底面位置，且低于所述灌注桩的顶部；

在所述二级帽梁的强度达到施工要求之后，将土方开挖至所述工程桩的顶部；

于基坑的底面铺设反压垫层，使所述反压垫层与所述灌注桩和至少一排所述工程桩相结合。

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