CN112726624B - 一种深基坑高效开挖施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明的一种深基坑高效开挖施工方法，涉及深基坑工程技术领域。针对现有环形水平支撑体系的真圆度控制难度大，影响深基坑工程的施工进度，而且对环形支撑的应用形成一定局限性的问题。步骤如下：将深基坑划分为位于中部的圆形中心岛区域及位于其外部的周边区域，周边区域先于中心岛区域开挖施工，开挖周边区域第一层土方至第一道水平支撑底部，中心岛区域留土，浇筑圆环支撑，依次由上至下逐层开挖周边区域土方至坑底，并由上至下逐层浇筑施工水平支撑，浇筑周边区域的基础底板及地下室结构，拆除圆环支撑，然后，开挖中心岛区域土方，同时施工周边区域的地下室结构，回筑施工中心岛区域的地下室结构，并与周边区域的地下室结构连通。

Description

一种深基坑高效开挖施工方法

技术领域

本发明涉及深基坑工程技术领域，特别涉及一种深基坑高效开挖施工方法。

背景技术

随着我国城市建设的不断发展和提升，地下空间的开发规模也在不断扩大，基坑工程的规模越来越大、挖深越来越深、周边的环境也愈加复杂敏感。大规模的深基坑工程时空效应显著，高风险的环境条件进一步加大了基坑开挖的控制难度。

目前，深基坑工程的开挖施工普遍采用钢筋砼或钢桁架作为水平传力体系，并结合分区分块的盆式开挖方式。然而，桁架支撑具有较为密集的平面布置形式，降低了土方开挖倒运和地下室结构回筑的工作效率，在一定程度上延长了工程工期；此外，桁架支撑节点数量较多，如果支撑杆件和立柱之间的节点构造处理不当，可能会造成深基坑整体失稳。

近年来，有些深基坑工程采用沿坑内周边布置的环形支撑作为水平支撑体系，从而在深基坑中部留下大面积施工空间以便于开挖回筑，但是这类基坑必须以控制水平支撑体系的真圆度为前提方可保证基坑的整体稳定性并发挥出圆拱结构的受力优点，严苛的施工控制要求不仅对施工单位的管控能力提出挑战，直接影响深基坑工程的施工进度，而且对环形支撑的推广应用形成了一定局限性。

发明内容

针对现有环形水平支撑体系的真圆度控制难度大，影响深基坑工程的施工进度，而且对环形水平支撑的推广应用形成一定局限性的问题。本发明的目的是提供一种深基坑高效开挖施工方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种深基坑高效开挖施工方法，步骤如下：

S1：将深基坑所在区域划分为位于中部且呈圆形的中心岛区域，以及位于所述中心岛区域外部的周边区域，在深基坑内侧沿其周边插打围护桩，在深基坑内插打工程桩，开挖所述周边区域第一层土方至第一道水平支撑底部，所述中心岛区域留土，浇筑施工圆环支撑；

S2：待所述圆环支撑养护达到设计要求的强度后，依次由上至下逐层开挖所述周边区域土方直至基坑坑底，并由上至下逐层浇筑施工水平支撑，浇筑施工所述周边区域的基础底板及底板换撑，回筑施工所述周边区域的地下室结构，待基础底板及底板换撑达到设计要求的强度后，拆除所述圆环支撑；

S3：开挖所述中心岛区域土方，同时继续施工所述周边区域的地下室结构，回筑施工所述中心岛区域的地下室结构，并与所述周边区域的地下室结构连通，待地下室结构整体达到设计要求的强度后，密实回填地下室结构周边空隙，完成深基坑工程的施工。

本发明的深基坑高效开挖施工方法，首先，将深基坑划分为位于中部的圆形中心岛区域及位于其外部的周边区域，且周边区域先于中心岛区域开挖施工，开挖周边区域第一层土方至第一道水平支撑底部，中心岛区域留土，浇筑施工圆环支撑，依次由上至下逐层开挖周边区域土方至坑底，并由上至下逐层浇筑施工水平支撑，浇筑周边区域的基础底板及地下室结构，拆除圆环支撑，然后，开挖中心岛区域土方，同时继续施工周边区域的地下室结构，回筑施工中心岛区域的地下室结构，并与周边区域的地下室结构连通；本发明的深基坑高效开挖施工方法具有以下优点：

1、采用先周边后中央的施工顺序，利用先期形成的周边区域的地下室结构及换撑构件作为后期中心岛区域开挖施工期间坑外水土压力的支撑结构，能充分利用混凝土抗压能力来平衡坑外水土压力，合理控制了基坑变形，加快了施工速度，而且有效缩短了绝对工期；

2、相较传统桁架支撑体系，圆环支撑体系大大减少了周边区域内支撑杆件、钢立柱和立柱桩等临时支撑构件的数量，便于避开支撑结构实施地下室结构的施工，而且，在周边区域地下室结构底板施工完成后即可实施中心岛区域地下室结构的施工，从而实现深基坑的一次性全面开挖，降低了采用圆环支撑体系的深基坑工程的施工组织难度，加快了整体施工进度，避免了分区施工中隔墙的浇筑和凿除施工，不仅提高了工效，而且大幅降低了工程造价，满足了绿色施工的发展要求；

3、该施工方法工艺简单、施工便捷、节省占地、安全可靠，而且能够在保证开挖安全的同时有效缩短工期、降低成本、减少污染，做到资源的合理配置，可操作性强，拓展了圆环支撑的使用范畴，可推广应用于各地域大规模深基坑工程。

更进一步，所述步骤S1中，所述圆环支撑包括圆环撑及沿径向设置并固接于其外侧的多个水平撑，所述水平撑的一端与所述圆环撑固接，所述水平撑的另一端与地下室结构外侧的围檩固接，且所述水平撑的与地下室结构的结构柱相交并固接。

更进一步，所述步骤S2还包括，在周边区域地下室结构边跨内侧间隔设置多根斜换撑，相邻两根所述斜换撑呈夹角设置，且相邻两根所述斜换撑沿水平撑对称设置，所述斜换撑的顶端固定于结构梁板与结构柱的交角处，所述斜换撑的底端固定于基础底板与结构柱的交角处，所述步骤S3中，待地下室结构整体达到设计要求的强度后，拆除所述斜换撑。

更进一步，所述斜换撑的两端分别通过组合钢牛腿与地下室结构固定连接，所述组合钢牛腿采用钢筋混凝土构件或型钢组合构件，所述组合钢牛腿的角部卡扣并连接于所述地下室结构的交角处，所述斜换撑的端部垂直固接于所述组合钢牛腿的端面。

更进一步，所述周边区域的地下室结构外墙与围护桩之间还设有换撑环梁，所述换撑环梁是沿深基坑周边连续施作而成的钢筋混凝土构件，且所述换撑环梁的顶标高与所述斜换撑顶部结构梁板的标高一致。

更进一步，所述步骤S1和所述步骤S2中，所述圆环支撑和所述基础底板均为钢筋混凝土结构，在圆环支撑和基础底板的浇筑过程中，所述圆环支撑和所述基础底板需与所述中心岛区域内未开挖土方密切搭接，而且，所述圆环支撑和所述基础底板的浇筑施工与周边区域土方开挖同步进行。

更进一步，所述步骤S1还包括，对所述周边区域进行分区规划、对称施工，在所述周边区域施工阶段，结合变形监测数据及时调整卸载体量与流程，以满足圆环支撑真圆度的控制要求。

更进一步，所述步骤S3中，所述中心岛区域留土由内向外分三级放坡开挖至基坑底部，每级坡高不超过4m，坡度不大于1:1.5，坡间平台宽度不小于2.5m。

更进一步，所述步骤S3中，根据所述中心岛区域施工需要布置临时栈桥，所述临时栈桥的一端与所述中心岛区域连通，所述临时栈桥的另一端与所述圆环支撑连接，且所述临时栈桥与所述圆环支撑浇筑为一体。

附图说明

图1为本发明的深基坑高效开挖施工方法一实施例的平面布置图；

图2为图1的A-A的局部剖视图。

图中标号如下：

围护桩1；压顶梁2；工程桩3；围檩4；

周边区域10；周边区域的地下室结构11；外墙11a；基础底板14；底板换撑12；圆环撑15；水平撑16；斜换撑17；组合钢牛腿18；换撑环梁19；中心岛区域20。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。为叙述方便，下文中所述的“上”、“下”与附图的上、下的方向一致，但这不能成为本发明技术方案的限制。

如图1所示，本实施例以某深基坑工程的开挖施工为例，该深基坑平面呈矩形，面积约1万平米，挖深约10m，按照施工规范设计进行变形及稳定分析计算后，确定选用SMW工法桩结合圆环支撑的支护方案，下面结合图1和图2说明本发明的深基坑高效开挖施工方法，具体步骤如下：

S1：如图1所示，将深基坑所在区域划分为位于中部且呈圆形的中心岛区域20，以及位于中心岛区域20外部的周边区域10，平整深基坑的施工场地后，在深基坑内侧沿其周边插打围护桩1，在深基坑内插打工程桩3，预降水后开挖周边区域10第一层土方至第一道水平支撑底部，中心岛区域20留土，浇筑施工圆环支撑；

S2：待圆环支撑养护达到设计要求的强度后，依次由上至下逐层开挖周边区域10土方直至基坑坑底，并由上至下逐层浇筑施工水平支撑，浇筑施工周边区域10的基础底板14及底板换撑12，回筑施工周边区域10的地下室结构11，待基础底板14及底板换撑12达到设计要求的强度后，拆除圆环支撑；

S3：如图2所示，开挖中心岛区域20土方，同时继续施工周边区域10的地下室结构11，回筑施工中心岛区域20的地下室结构，并与周边区域10的地下室结构11连通，待地下室结构整体达到设计要求的强度后，密实回填地下室结构周边空隙，完成深基坑工程的施工。

本发明的深基坑高效开挖施工方法，首先，将深基坑划分为位于中部的圆形中心岛区域20及位于其外部的周边区域10，且周边区域10先于中心岛区域20开挖施工，开挖周边区域10第一层土方至第一道水平支撑底部，中心岛区域20留土，浇筑施工圆环支撑，依次由上至下逐层开挖周边区域10土方至坑底，并由上至下逐层浇筑施工水平支撑，浇筑周边区域10的基础底板14及地下室结构，拆除圆环支撑，然后，开挖中心岛区域20土方，同时继续施工周边区域10的地下室结构11，回筑施工中心岛区域20的地下室结构，并与周边区域10的地下室结构11连通；本发明的深基坑高效开挖施工方法具有以下优点：

1、采用先周边后中央的施工顺序，利用先期形成的周边区域10的地下室结构11及换撑构件作为后期中心岛区域20开挖施工期间坑外水土压力的支撑结构，能充分利用混凝土抗压能力来平衡坑外水土压力，合理控制了基坑变形，加快了施工速度，而且有效缩短了绝对工期；

2、相较传统桁架支撑体系，圆环支撑体系大大减少了周边区域10内支撑杆件、钢立柱和立柱桩等临时支撑构件的数量，便于避开支撑结构实施地下室结构的施工，而且，在周边区域10地下室结构底板施工完成后即可实施中心岛区域20地下室结构的施工，从而实现深基坑的一次性全面开挖，降低了采用圆环支撑体系的深基坑工程的施工组织难度，加快了整体施工进度，避免了分区施工中隔墙的浇筑和凿除施工，不仅提高了工效，而且大幅降低了工程造价，满足了绿色施工的发展要求；

3、该施工方法工艺简单、施工便捷、节省占地、安全可靠，而且能够在保证开挖安全的同时有效缩短工期、降低成本、减少污染，做到资源的合理配置，可操作性强，拓展了圆环支撑的使用范畴，可推广应用于各地域大规模深基坑工程中，该施工方法一般适用于深度不超过15m的基坑工程。

上述步骤S1中，请继续参考图1和图2，圆环支撑包括圆环撑15及沿径向设置并固接于其外侧的多个水平撑16，水平撑16的一端与圆环撑15固接，水平撑16的另一端与地下室结构外侧的围檩4固接，且水平撑16的与地下室结构的结构柱相交并固接，从而将圆环撑15稳定连接于地下室结构。

如图2所示，先期形成的周边区域10地下室结构应根据换撑工况受力分析确定其范围，需不少于边跨向内两跨结构，所述步骤S2还包括，在周边区域10地下室结构边跨内侧间隔设置多根斜换撑17，相邻两根斜换撑17呈夹角设置，且相邻两根斜换撑17沿水平撑16对称设置，斜换撑17的顶端固定于结构梁板与结构柱的交角处，斜换撑17的底端固定于基础底板14与结构柱的交角处，所述步骤S3中，待地下室结构整体达到设计要求的强度后，拆除斜换撑17。本实施例的斜换撑17根据受力计算确定采用φ609@6m的钢管制成。

请继续参考图2，斜换撑17的两端分别通过组合钢牛腿18与地下室结构固定连接，组合钢牛腿18的角部卡扣并连接于地下室结构的交角处，斜换撑17的端部垂直固接于组合钢牛腿18的端面，上述斜换撑17和组合钢牛腿18的选型及间距需根据受力计算确定，组合钢牛腿18可根据需要采用钢筋混凝土构件或型钢组合构件。

请继续参考图2，周边区域10的地下室结构11外墙11a与围护桩1之间还设有换撑环梁19，换撑环梁19是沿深基坑周边连续施作而成的钢筋混凝土构件，且换撑环梁19的顶标高与斜换撑17顶部结构梁板(即地下一层的结构梁板)的标高一致，换撑环梁19与斜换撑17共同构成换撑传力体系，以平衡基坑外的水土压力，进而控制基坑变形，本实施例的换撑环梁19截面高度为500mm，截面尺寸及配筋需根据受力计算确定。

更进一步，上述步骤S1和S2中，圆环支撑和基础底板14均为钢筋混凝土结构，在圆环支撑和基础底板14的浇筑过程中，圆环支撑和基础底板14需与中心岛区域20内未开挖土方密切搭接，而且，圆环支撑和基础底板14的浇筑施工与周边区域10土方开挖同步进行，以控制深基坑的变形。

上述步骤S1中，对基坑周边区域10进行分区规划、对称施工，在周边区域10施工阶段结合变形监测数据及时调整卸载体量与流程，以满足圆环支撑真圆度的控制要求，在周边区域10地下室结构及换撑体系形成并拆除圆环支撑后，再实施中心岛区域20的大面积无障碍快速开挖回筑，进而提高了基坑工程施工的安全性。

如图1和图2所示，本实施例的中心岛区域20留土占地约2500平方，中心岛区域20留土由内向外分三级放坡开挖至基坑底部，每级坡高不超过4m，坡度不大于1:1.5，坡间平台宽度不小于2.5m，坡面做60mm厚挂网喷砼护坡，坡顶设轻井降水。

上述步骤S3中，根据中心岛区域20施工需要布置临时栈桥(图中未示出)，临时栈桥的一端与中心岛区域20连通，临时栈桥的另一端与圆环支撑连接，且临时栈桥与圆环支撑浇筑为一体，在圆环支撑拆除时局部保留临时栈桥，并于中心岛区域20土方开挖施工完成后全部拆除临时栈桥。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求范围。

Claims (7)

1.一种深基坑高效开挖施工方法，其特征在于，步骤如下：

S1：将深基坑所在区域划分为位于中部且呈圆形的中心岛区域，以及位于所述中心岛区域外部的周边区域，在深基坑内侧沿其周边插打围护桩，在深基坑内插打工程桩，开挖所述周边区域第一层土方至第一道水平支撑底部，所述中心岛区域留土，浇筑施工圆环支撑，所述圆环支撑包括圆环撑及沿径向设置并固接于其外侧的多个水平撑，所述水平撑的一端与所述圆环撑固接，所述水平撑的另一端与地下室结构外侧的围檩固接，且所述水平撑与地下室结构的结构柱相交并固接；

S2：待所述圆环支撑养护达到设计要求的强度后，依次由上至下逐层开挖所述周边区域土方直至基坑坑底，并由上至下逐层浇筑施工水平支撑，浇筑施工所述周边区域的基础底板及底板换撑，回筑施工所述周边区域的地下室结构，待基础底板及底板换撑达到设计要求的强度后，拆除所述圆环支撑；

所述圆环支撑和所述基础底板均为钢筋混凝土结构，在圆环支撑和基础底板的浇筑过程中，所述圆环支撑和所述基础底板需与所述中心岛区域内未开挖土方密切搭接，而且，所述圆环支撑和所述基础底板的浇筑施工与周边区域土方开挖同步进行；

S3：开挖所述中心岛区域土方，同时继续施工所述周边区域的地下室结构，回筑施工所述中心岛区域的地下室结构，并与所述周边区域的地下室结构连通，待地下室结构整体达到设计要求的强度后，密实回填地下室结构周边空隙，完成深基坑工程的施工。

2.根据权利要求1所述的深基坑高效开挖施工方法，其特征在于：所述步骤S1还包括，在周边区域地下室结构边跨内侧间隔设置多根斜换撑，相邻两根所述斜换撑呈夹角设置，且相邻两根所述斜换撑沿水平撑对称设置，所述斜换撑的顶端固定于结构梁板与结构柱的交角处，所述斜换撑的底端固定于基础底板与结构柱的交角处，所述步骤S3中，待地下室结构整体达到设计要求的强度后，拆除所述斜换撑。

3.根据权利要求2所述的深基坑高效开挖施工方法，其特征在于：所述斜换撑的两端分别通过组合钢牛腿与地下室结构固定连接，所述组合钢牛腿采用钢筋混凝土构件或型钢组合构件，所述组合钢牛腿的角部卡扣并连接于所述地下室结构的交角处，所述斜换撑的端部垂直固接于所述组合钢牛腿的端面。

4.根据权利要求2所述的深基坑高效开挖施工方法，其特征在于：所述周边区域的地下室结构外墙与围护桩之间还设有换撑环梁，所述换撑环梁是沿深基坑周边连续施作而成的钢筋混凝土构件，且所述换撑环梁的顶标高与所述斜换撑顶部结构梁板的标高一致。

5.根据权利要求1所述的深基坑高效开挖施工方法，其特征在于：所述步骤S1还包括，对所述周边区域进行分区规划、对称施工，在所述周边区域施工阶段，结合变形监测数据及时调整卸载体量与流程，以满足圆环支撑真圆度的控制要求。

6.根据权利要求1所述的深基坑高效开挖施工方法，其特征在于：所述步骤S3中，所述中心岛区域留土由内向外分三级放坡开挖至基坑底部，每级坡高不超过4m，坡度不大于1:1.5，坡间平台宽度不小于2.5m。

7.根据权利要求1所述的深基坑高效开挖施工方法，其特征在于：所述步骤S3中，根据所述中心岛区域施工需要布置临时栈桥，所述临时栈桥的一端与所述中心岛区域连通，所述临时栈桥的另一端与所述圆环支撑连接，且所述临时栈桥与所述圆环支撑浇筑为一体。

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