CN113026761A - 土岩双元基坑复合支护结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种土岩双元基坑复合支护结构及其施工方法，土岩双元基坑复合支护结构包括多排旋喷桩、最内排微型桩、最外排微型桩；多排旋喷桩均位于土层内，最内排微型桩和最外排微型桩均包括多个微型桩本体，最内排微型桩的各微型桩本体包括嵌固于最内排旋喷桩内的第一部分和嵌固于岩层内的第二部分，第二部分底端延伸至基底以下，最外排微型桩的各微型桩本体底端嵌固于岩层内。对于靠近既有建（构）筑物结构、具有地下锚杆支护结构侵入拟建场地、上部土层下部岩层的双元基坑，本发明相比传统双排桩支护结构，具有施工难度小、受地下锚杆影响小、对周边环境影响小、刚度大，抵抗变形能力强的优点。

Description

土岩双元基坑复合支护结构及其施工方法

技术领域

本发明属于建筑工程技术领域，具体涉及一种土岩双元基坑复合支护结构及其施工方法。

背景技术

在城市深基坑工程中，经常遇到上部土层，下部岩层的基坑，该拟开挖基坑临近已有地下室（或其他地下结构），临近基坑的地下结构其支护结构通常采用锚杆为主要支护构件，若锚杆深入到拟建场区的基坑范围，拟建场区基坑施工支护桩时，经常会遇到位于土层的已有地下锚杆的障碍，一则难以施工，二则对地下锚杆铰断过程中容易对其影响区域造成扰动裂缝，影响区域地下管线的安全及地面使用。

目前解决条件经常遇到上部土层、下部岩层、紧邻使用中建（构）筑物的复杂条件下的基坑，一般采用桩锚支护，由于上部土层下部岩石且灌注桩需要入岩，成桩工艺一般使用冲击成孔灌注工艺或旋挖成孔灌注工艺。

若采用冲击成孔灌注工艺时，经常会产生如下问题：

1、会给临近建筑物产生较大的振动，影响临近建筑物的结构安全或产生裂缝造成纠纷；

2、临近业主因为感受到冲击成孔振动和噪音，往往不同意拟建基坑支护桩的施工；

3、当冲孔遇到已有地下锚杆时，会严重降低施工功效，锤砸过程中损坏锤具，部分锤具卡住无法取出；锤砸地下锚杆过程中，极易造成孔壁坍塌；锤砸地下锚杆过程中，对原地下锚杆及桩体结构产生扰动，对原地下锚固结构影响区域造成扰动裂缝，影响该区域地下管线的安全及地面使用。

若采用旋挖成孔灌注工艺时，经常会产生如下问题：

1、临近业主因为感受到旋挖成孔的振动和噪音，往往不同意拟建基坑支护桩的施工；

2、当旋挖遇到已有地下锚杆时，会严重降低施工功效，铰断过程中损坏钻具，部分钻具卡住无法取出；铰断地下锚杆过程中，极易造成孔壁坍塌；铰断地下锚杆过程中，对原地下锚杆及桩体结构产生扰动，对原地下锚固结构影响区域造成扰动裂缝，影响该区域地下管线的安全及地面使用。

经检索，申请号为201620306688，名称为“一种微型桩强截水复合土钉墙”的实用新型专利，该专利是针对土层基坑、无临近地下建筑物的情况，微型桩位于旋喷桩之外的一侧，悬臂浅，微型桩与旋喷桩相切，整体性不强，旋喷桩设一排并深入基底以下，锚杆土钉均为新设，无设计计算及施工方法描述；公告号为CN206800409 U，名称为“一种简易的基坑支护结构”的实用新型专利是针对土层基坑、无临近地下建筑物的情况，微型桩位于旋喷桩之外的两侧，内支撑无悬臂支护，土方开挖及土建施工受限，微型桩与旋喷桩相切，整体性不强，旋喷桩设一排并深入基底以下，微型桩均嵌固在基底以下，无设计计算方法，微型桩采用地质钻机施工，孔内采用填碎石后注浆的方式。

发明内容

本发明提供一种土岩双元基坑复合支护结构及其施工方法，可以解决现有技术对于土岩双元基坑进行灌注桩嵌岩施工时存在的振动大、噪音大、当遇到已有地下锚杆时会严重降低施工功效，且破坏已有地下锚杆时会对原地下锚固结构影响区域造成扰动裂缝，影响该区域地下管线的安全及地面使用的问题。

为达到解决上述技术问题的目的，本发明所提出的土岩双元基坑复合支护结构采用以下技术方案予以实现：一种土岩双元基坑复合支护结构，包括沿所述基坑的径向依次设置的多排旋喷桩、与最内排旋喷桩对应的最内排微型桩以及与最外排旋喷桩对应的最外排微型桩；多排旋喷桩均位于土层内，各排旋喷桩均包括沿所述基坑的侧壁周向布设的多个旋喷桩本体，相邻排旋喷桩的相邻两所述旋喷桩本体相互搭接，至少所述最内排旋喷桩的相邻两所述旋喷桩本体相互搭接，以及所述最外排旋喷桩的相邻两所述旋喷桩本体相互搭接；所述最内排微型桩和所述最外排微型桩均包括沿所述基坑的侧壁周向布设的多个微型桩本体，所述最内排微型桩的各微型桩本体包括嵌固于所述最内排旋喷桩内的第一部分和嵌固于岩层内的第二部分，所述第二部分的底端延伸至基底以下，所述最外排微型桩的各微型桩本体的底端嵌固于所述岩层内。

所述第二部分和所述第一部分连接为一体，所述第二部分的底端上形成有出浆孔，所述最外排微型桩的各微型桩本体的底端延伸至所述基底以下。

所述第二部分包括位于所述第一部分的底端并与所述第一部分连接为一体的上段部分以及位于所述上段部分内侧的下段部分，所述上段部分和所述下段部分为两个相互独立的部分，所述上段部分位于所述基底上方且设有出浆孔，所述下段部分的底端延伸至所述基底以下且底端设有出浆孔，所述最外排微型桩的各微型桩本体位于所述基底以上。

所述下段部分的顶端位于所述岩层的上方，并通过连接梁与所述最内排旋喷桩的底端锚固为一体。

所述连接梁通过锁脚锚杆与所述多排旋喷桩及所述岩层锁定连接。

所述岩层内设有多根新设锚杆，所述新设锚杆通过腰梁将所述第二部分与所述岩层锁定。

所述多排旋喷桩通过多根已有地下锚杆与已有地下支护桩锁定连接。

所述多排旋喷桩的顶端通过冠连梁或面板连接为一体，所述微型桩本体的顶端嵌固于所述冠连梁或面板内。

本发明还提出了一种土岩双元基坑复合支护结构的施工方法，包括如下步骤：

1）施工前验算多排旋喷桩的总厚度、最内排微型桩和最外排微型桩构成的双排微型桩的截面承载力以及微型桩本体嵌固深度；

其中，在不考虑微型桩作用的条件下，通过取抗倾覆稳定安全系数为最小允许值，验算多排旋喷桩的总厚度最小值，由于未考虑微型桩的作用，因此，验算的最小厚度即可作为设计厚度；

多排旋喷桩的总厚度D采用如下公式（1）、（2）进行验算，取其中较大值：

D≥sqrt{2[K_ov(z_aE_ak+q₀h₁)-∑ξ_iz_icosθ_i/s_i]/(γ_csy₁+γ_csh_d)} 公式（1）；

D≥0.4y₁ 公式（2）；

式中：

D为多排旋喷桩的总厚度，单位为m；

K_ov为抗倾覆稳定安全系数，取值为1.3；

q₀为支护结构以外地面附加荷载，根据现场地面使用情况取值；

E_ak为作用在多排旋喷桩上的累计主动土压力标准值，依据岩土勘察资料，按照《建筑基坑支护技术规程》土压力计算公式计算获得；

z_a为多排旋喷桩外侧累计主动土压力作用点至多排旋喷桩桩底的竖向距离，通过加权计算获得；

γ_cs为多排旋喷桩平均重度，通过经验取值或现场实测，经验取值22kN/m³；

y₁为最上层已有地下锚杆距离地面深度，根据临近基坑的已有地下锚杆技术资料获取；

h_d为最上层已有地下锚杆以下多排旋喷桩的高度，根据临近基坑的已有地下锚杆技术资料及本场区地勘资料获取；

h₁为土层厚度，依据岩土勘察资料确定；

θ_i为第i层锚杆与水平面夹角；

z_i为第i层锚杆轴向拉力标准值，已有锚杆根据临近基坑的已有地下锚杆技术资料获得，新设锚杆设计人员根据经验预设参数；

s_i为第i层锚杆水平间距；

ξ_i为第i层已有锚杆利用率折减系数，一般可取0.7-0.8，新设锚杆取1.0；

对于最内排微型桩和最外排微型桩构成的双排微型桩的设计，先根据设计经验选择微型桩配筋参数，然后验算其抗弯强度和抗剪强度是否在配筋材料的力学性能之内，若不足，需要加密或加强配筋，若远超要求，可适当加大间距或减少配筋，微型桩孔径根据桩芯型号进行设计调整；

双排微型桩的截面承载力验算包括截面惯性矩验算、抵抗矩、抗弯强度和抗剪强度验算，双排微型桩截面的惯性矩按以下公式（3）进行验算：

I=[(πd⁴)/64+πd²a²/16]/b₁*2 公式（3）；

双排微型桩截面抵抗矩按以下公式（4）进行验算：

W=I/[(a+d)/2] 公式（4）；

式中：

I为双排微型桩截面惯性矩（m⁴）；

W为双排微型桩截面抵抗矩（m⁴）；

a为最内排微型桩和最外排微型桩排距（m），设计人员根据经验设置；

d为微型桩本体桩芯的直径（m），设计人员根据经验设置；

b₁为同一排微型桩相邻微型桩本体间距，设计人员根据经验设置；

设弯矩应全部由双排微型桩承担，按以下公式（5）验微型桩的抗弯强度：

1.25γ₀M_k/W≤f 公式（5）；

式中：

W为型钢沿弯矩作用方向的截面模量（mm³）；

f为桩芯材料的抗弯强度设计值（N/mm²），自相应的材料标准获得数值；

M_k为作用于多排旋喷桩+双排微型桩的弯矩标准值（N.mm），依据岩土勘察资料的土力学参数，按照《建筑基坑支护技术规程》进行计算获得；

γ₀为基坑侧壁重要性系数，一级基坑取1.1，二级基坑取1.0，三级基坑取0.9；

设剪力应全部由双排微型桩承担，按以下公式（6）验算微型桩的抗剪强度：

1.25γ₀V_kS/(Id)≤f_v 公式（6）；

式中：

S为计算剪应力处的面积矩（m³）；

I为沿弯矩作用方向的截面惯性矩（m⁴）；

d为微型桩本体桩芯直径（m），设计人员根据经验设置；

f_v为桩芯材料的抗剪强度设计值（kN/m²），自相应的材料标准获得数值；

V_k为作用于多排旋喷桩+双排微型桩的剪力标准值（kN），依据岩土勘察资料的土力学参数，按照《建筑基坑支护技术规程》进行计算获得；

微型桩本体嵌固深度t、t₁分别按以下公式（7）和公式（8）进行验算：

t≥R_k,j/(πdf_b) 公式（7）；

t₁≥R_k,j/(πdf_b) 公式（8）；

式中：

R_k,j为微型桩本体桩芯极限抗拉承载力标准值，自相应的材料标准获得数值；

d为微型桩本体桩芯与桩芯内注浆体接触的直径，设计人员根据经验选择桩芯型号；

f_b为微型桩本体桩芯与灌浆锚固体之间的粘结强度标准值，根据有关标准选取或试验选取；

t₁为微型桩本体第二部分的上段部分入岩锚固长度；

t为微型桩本体嵌固在基底以下的锚固长度；

微型桩本体嵌固深度t、t₁还应分别按以下公式（9）和公式（10）进行验算：

t≥R_k,j/(πrq_sik) 公式（9）；

t₁≥R_k,j/(πrq_sik) 公式（10）；

式中：

R_k,j为微型桩本体桩芯极限抗拉承载力标准值，自相应的材料标准获得数值；

r为微型桩本体的锚固体直径，设计人员根据经验设置；

q_sik为微型桩本体与岩层的粘结强度标准值，根据有关标准选取或试验选取；

通过公式（7）和公式（9）验算取得的t，取其较大的数值作为设计值；通过公式（8）和公式（10）验算取得的t₁，取其较大的数值作为设计值；

2）施工多排旋喷桩，旋喷桩的孔位要考虑已有地下锚杆的位置及间距，尽量事先避让，若有遭遇，可移位避让，各旋喷桩本体的垂直度控制在1%以内；

3）施工最内排微型桩和最外排微型桩，微型桩的孔位要考虑已有地下锚杆的位置及间距，尽量事先避让，若有遭遇，可移位避让，各微型桩本体的垂直度控制在1%以内；

4）清理多排旋喷桩顶端的水泥土，露出微型桩本体的顶端，浇筑冠连梁或面板与微型桩本体的顶端锚固；

5）基坑开挖，开挖时保护已有地下锚杆，浇筑钢筋混凝土腰梁，通过锚具锁定，锚拉多排旋喷桩及最内排微型桩；

6）分层施工新设锚杆，浇筑钢筋混凝土腰梁，通过锚具锁定，锚拉最内排微型桩。

当基坑深度大于15m时，基岩面留岩肩，施做最内排微型桩的微型桩本体第二部分的下段部分，并在岩肩上方施做连接梁将下段部分与多排旋喷桩锚固，并通过锁脚锚杆张拉锁定后，开挖岩肩以下岩层。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和积极效果：

1、对于靠近既有建（构）筑物结构、具有地下锚杆支护结构侵入拟建场地、上部土层下部岩层的双元基坑，本发明土层采用多排旋喷桩、最内排微型桩及最外排微型桩，岩层采用微型桩支护结构，相比传统的双排桩支护结构，土层支护结构厚度大，刚度大，抵抗变形的能力强；

2、传统双排灌注桩支护采用冲击成孔或旋挖成孔灌注工艺，一方面会给临近建筑物产生较大的振动和噪音，临近业主不同意施工，另一方面振动过大可能对浅基础建筑物结构有较大影响，风险很大，而且，对已有地下锚杆冲击或铰断过程中，对已有地下结构产生扰动导致影响区域造成扰动裂缝，影响该区域地下管线的安全及地面使用。而本发明采用旋喷桩及微型桩复合支护结构，旋喷桩钻机钻杆直径小，其成桩是通过高压喷浆拌和地下土体工艺，微型桩施工同样是成孔直径小，对于地下锚杆障碍容易避让，成桩过程均对已有地下锚杆无扰动，施工无振动、噪音小，快速环保。

附图说明

图1为具有本发明土岩双元基坑复合支护结构的临近已有地下结构的土岩双元基坑实施例一示意图；

图2为本发明实施例一中多排旋喷桩构成的旋喷连续墙横截面示意图；

图3为本发明实施例一中多排旋喷桩构成的旋喷格栅墙横截面示意图；

图4为本发明实施例一中微型桩本体横截面示意图；

图5为具有本发明土岩双元基坑复合支护结构的临近已有地下结构的土岩双元基坑实施例二示意图；

图6为本发明实施例二中多排旋喷桩处受力结构示意图；

附图标记：1、土层；2、岩层；3、基底；4、已有地下支护桩；5、已有地下锚杆；6、基岩面；7、岩肩；8、已有地下结构；

100、多排旋喷桩；110、最内排旋喷桩；120、最外排旋喷；130、旋喷桩本体；200、最内排微型桩；210、微型桩本体；211、第一部分；212、第二部分；212A、上段部分；212B、下段部分；213、出浆孔；214、出浆孔；300、最外排微型桩；310、微型桩本体；400、新设锚杆；500、腰梁；600、冠连梁；700、连接梁；800、锁脚锚杆。

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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

首先，对本实施例中涉及到的方位词“内”、“外”进行说明，以靠近结构件中心的方向为“内”，远离结构件中心的方向为“外”，比如以基坑为例，靠近基坑中心的方向为“内”，远离基坑中心的方向为“外”。

实施例一

当基坑开挖深度H不大于15m时，土岩双元基坑复合支护结构结构参照图1至图3，其包括沿基坑的径向依次设置的多排旋喷桩100、与多排旋喷桩100中最内排旋喷桩110对应的最内排微型桩200以及与多排旋喷桩100中最外排旋喷桩120对应的最外排微型桩300；多排旋喷桩100均位于土层1内，各排旋喷桩均包括沿基坑的侧壁周向布设的多个旋喷桩本体130，相邻排旋喷桩的相邻两旋喷桩本体130相互搭接，至少最内排旋喷桩110的相邻两旋喷桩本体130相互搭接，以及最外排旋喷桩120的相邻两旋喷桩本体130相互搭接；最内排微型桩200和最外排微型桩300均包括沿基坑的侧壁周向布设的多个微型桩本体，最内排微型桩200的各微型桩本体210包括嵌固于最内排旋喷桩110内的第一部分211和嵌固于岩层2内的第二部分212，第二部分212的底端延伸至基底3以下，最外排微型桩300的各微型桩本体310的底端嵌固于土层1下方的岩层2内。

具体地，微型桩本体210、310的桩芯一般采用钢管、工字钢、多束钢筋或小钢筋笼，水泥土保护层一般取100-300mm，孔径一般取150mm-300mm，顺着基坑侧壁方向相邻两微型桩本体中心距一般不小于0.5m，不大于2.0m；第二部分212的底端延伸至基底3以下的深度（也即微型桩本体210、310嵌固于基底3以下的深度t）不小于1.0m。

本实施例中由于基坑深度较浅，则各微型桩本体210、310的长度较短，本实施例中最内排微型桩200的各微型桩本体210的第二部分212和第一部分211连接为一体，即微型桩本体210为一整体桩，微型桩本体210的出浆孔213形成在第二部分212的底端上；同理，最外排微型桩300的各微型桩本体310为一整体桩，优选地，其底端延伸至基底3以下岩层内，以提高支护强度。

本实施例中以4排旋喷桩为例进行说明，如图2所示，相邻排旋喷桩的相邻旋喷桩本体130相互搭接，除最内排旋喷桩110的相邻两旋喷桩本体130相互搭接、最外排旋喷桩120的相邻两旋喷桩本体130相互搭接外，中间两排旋喷桩的相邻两旋喷桩本体130也均相互搭接，以使四排旋喷桩构成旋喷桩连续墙，旋喷桩连续墙支护强度大，但成本较高，适合地层比较差即易塌方、滑坡的基坑支护；如图3所示，相邻排旋喷桩的相邻旋喷桩本体130相互搭接，仅最内排旋喷桩110的相邻两旋喷桩本体130相互搭接、最外排旋喷桩120的相邻两旋喷桩本体130相互搭接外，中间两排旋喷桩的相邻两旋喷桩本体130不搭接，以使四排旋喷桩构成旋喷桩格栅墙，旋喷桩格栅墙支护强度较连续墙低，但成本较低，适合地层比较好即不易塌方、滑坡的基坑支护。

另外，对于地层比较差的基坑采用如图2所示的旋喷桩连续墙时，其最内排旋喷桩110中的各旋喷桩本体130均对应有一微型桩本体110，最外排旋喷桩120中的各旋喷桩本体130均对应有一微型桩本体110，以进一步增强支护强度；对于地层比较好的基坑采用如图3所示的旋喷桩格栅墙时，其最内排旋喷桩110每相邻的三个旋喷桩本体130中仅其中不相邻的两个旋喷桩本体130各对应有一微型桩本体110，最外排旋喷桩120亦是如此。

由于岩层2通常会存在裂隙，其也有塌方和滑坡的可能，为尽可能减小岩层2塌方、滑坡的可能，进一步增强本实施例复合支护桩的支护强度，如图1所示，本实施例中在岩层2内设有多根新设锚杆400，新设锚杆400通过腰梁500将各微型桩本体210的第二部分212与岩层2锁定。根据第二部分212的长度不同，新设锚杆400的层数不同，如图1所示，本实施例中新设锚杆400数量为3层，各层包括沿基坑周向布设的多根锚杆。新设锚杆400的张拉锁定力作用在腰梁500上，通过腰梁500压紧在最内排微型桩200上，进而提高支护强度。新设锚杆400间排距2.0-2.5m，应施加预应力，锚固段长度不短于4.0m，锚固段距离已有地下结构的距离m一般不小于4m；腰梁500宜选用钢筋砼梁或钢梁。

本实施例中，无论是旋喷桩还是微型桩，均采用小孔径施工，因此遇到已有地下锚杆的几率很小，且容易避让，因此与现有双排灌注桩支护技术相比，具有不用对已有地下锚杆5产生破坏进而扰动周边环境的较大风险。若多排旋喷桩100施工时遭遇连接地下支护桩4的已有地下锚杆5，避让施工后多排旋喷桩100通过多根已有地下锚杆5与已有地下支护桩4锁定连接。同样，已有地下锚杆5的张拉锁定力作用在其对应的腰梁500上，通过腰梁500压紧在最内排微型桩200及旋喷桩100上，进而提高支护强度。

进一步地，多排旋喷桩100的顶端通过冠连梁600连接为一体，微型桩本体210、310的顶端嵌固于冠连梁600内，冠连梁600也可由面板替代。冠连梁600或面板厚度300-500mm，宽度比双排微型桩外边距大200-500mm，砼标号C25-C35，微型桩本体210、310顶端贴焊锚筋与冠连梁600或面板锚固，水泥土可插筋与冠连梁600或面板锚固。

实施例二

本实施例中最内排微型桩200的各微型桩本体210同样包括嵌固于最内排旋喷桩110内的第一部分211和嵌固于岩层2内的第二部分212，与实施例一不同的是，本实施例中基坑开挖深度H大于15m，即基坑较深，参照图5，第二部分212包括位于第一部分211的底端并与第一部分211连接为一体的上段部分212A，以及位于上段部分212A内侧的下段部分212B，即第二部分212的上段部分212A和下段部分212B构成，上段部分212A位于基底3上方且设有出浆孔214，下段部分212B的底端延伸至基底3以下且底端也设有出浆孔214，最外排微型桩300的各微型桩本体310位于基底3以上的岩层2内。

由于基坑深度较深，若采用如实施例一所述一体式的微型桩本体310，则各微型桩本体310的长度会较长，在施工时易产生微型桩本体偏斜较大，则会占用待建地下空间，则本实施例中将最内排微型桩200的各微型桩本体210分成内外层两段，各段长度相对较短，施工时后偏斜量不大。

进一步地，下段部分212B的顶端位于岩层2的上方，并通过连接梁700与最内排旋喷桩110的底端锚固为一体，以提高错台处的支护强度。

更进一步地，连接梁700通过锁脚锚杆800与多排旋喷桩100及岩层2锁定连接，连接梁700宜选用钢筋砼。

具体地，施工时基岩面6留有岩肩7，施做最内排微型桩200的微型桩本本210的第二部分212的下段部分212B，并在岩肩7上方施做连接梁700将下段部分212B与多排旋喷桩110锚固，并通过锁脚锚杆800张拉锁定后，开挖岩肩7以下岩层。岩肩7以下第一层新设锚杆400与岩肩7的距离y₂小于微型桩本体210的第二部分212的上段部分212A的嵌岩深度t₁。岩肩7的宽度L一般选1.0-2.0m。

本实施例还提出了一种土岩双元基坑复合支护结构的施工方法，包括如下步骤：

1）施工前验算多排旋喷桩110的总厚度D、最内排微型桩200和最外排微型桩300构成的双排微型桩的截面承载力以及微型桩本体嵌固深度；

其中，在不考虑微型桩作用的条件下，通过取抗倾覆稳定安全系数为最小允许值，验算多排旋喷桩的总厚度最小值，由于未考虑微型桩的作用，因此，验算的最小厚度即可作为设计厚度；

多排旋喷桩的总厚度D采用如下公式（1）、（2）进行验算，取其中较大值：

D≥sqrt{2[K_ov(z_aE_ak+q₀h₁)-∑ξ_iz_icosθ_i/s_i]/(γ_csy₁+γ_csh_d)} 公式（1）；

D≥0.4y₁ 公式（2）；

式中：

D为多排旋喷桩的总厚度，单位为m，参照图2和图3；

K_ov为抗倾覆稳定安全系数，取值为1.3；

q₀为支护结构以外地面附加荷载，根据现场地面使用情况取值，参照图6；

E_ak为作用在多排旋喷桩上的累计主动土压力标准值，依据岩土勘察资料，按照《建筑基坑支护技术规程》土压力计算公式计算获得，参照图6；

z_a为多排旋喷桩外侧累计主动土压力作用点至多排旋喷桩桩底的竖向距离，通过加权计算获得，参照图6；

γ_cs为多排旋喷桩平均重度，通过经验取值或现场实测，经验取值22kN/m³；

y₁为最上层已有地下锚杆5距离地面深度，根据临近基坑的已有地下锚杆技术资料获取；

h_d为最上层已有地下锚杆5以下多排旋喷桩的高度，根据临近基坑的已有地下锚杆技术资料及本场区地勘资料获取；

h₁为土层厚度，依据岩土勘察资料确定；

θ_i为第i层锚杆（包括已有地下锚杆、新设锚杆和锁脚锚杆）与水平面夹角，参照图6；

z_i为第i层锚杆（包括已有地下锚杆、新设锚杆和锁脚锚杆）轴向拉力标准值，参照图6，已有锚杆根据临近基坑的已有地下锚杆技术资料获得，新设锚杆设计人员根据经验预设参数；

s_i为第i层锚杆（包括已有地下锚杆、新设锚杆和锁脚锚杆）水平间距；

ξ_i为第i层已有锚杆（包括已有地下锚杆、新设锚杆和锁脚锚杆）利用率折减系数，一般可取0.7-0.8，新设锚杆取1.0；

对于最内排微型桩和最外排微型桩构成的双排微型桩的设计，先根据设计经验选择微型桩配筋参数，然后验算其抗弯强度和抗剪强度是否在配筋材料的力学性能之内，若不足，需要加密或加强配筋，若远超要求，可适当加大间距或减少配筋，微型桩孔径根据桩芯型号进行设计调整；

双排微型桩的截面承载力验算包括截面惯性矩验算、抵抗矩、抗弯强度和抗剪强度验算，双排微型桩截面的惯性矩按以下公式（3）进行验算：

I=[(πd⁴)/64+πd²a²/16]/b₁*2 公式（3）；

双排微型桩截面抵抗矩按以下公式（4）进行验算：

W=I/[(a+d)/2] 公式（4）；

式中：

I为双排微型桩截面惯性矩（m⁴）；

W为双排微型桩截面抵抗矩（m⁴）；

a为最内排微型桩和最外排微型桩排距（m），设计人员根据经验设置；

d为微型桩本体桩芯的直径（m），参照图4，设计人员根据经验设置；

b₁为同一排微型桩相邻微型桩本体间距，设计人员根据经验设置；

设弯矩应全部由双排微型桩承担，按以下公式（5）验微型桩的抗弯强度：

1.25γ₀M_k/W≤f 公式（5）；

式中：

W为型钢沿弯矩作用方向的截面模量（mm³）；

f为桩芯材料的抗弯强度设计值（N/mm²），自相应的材料标准获得数值；

M_k为作用于多排旋喷桩+双排微型桩的弯矩标准值（N.mm），依据岩土勘察资料的土力学参数，按照《建筑基坑支护技术规程》进行计算获得；

γ₀为基坑侧壁重要性系数，一级基坑取1.1，二级基坑取1.0，三级基坑取0.9；

设剪力应全部由双排微型桩承担，按以下公式（6）验算微型桩的抗剪强度：

1.25γ₀V_kS/(Id)≤f_v 公式（6）；

式中：

S为计算剪应力处的面积矩（m³）；

I为沿弯矩作用方向的截面惯性矩（m⁴）；

d为微型桩本体桩芯直径（m），设计人员根据经验设置；

f_v为桩芯材料的抗剪强度设计值（kN/m²），自相应的材料标准获得数值；

V_k为作用于多排旋喷桩+双排微型桩的剪力标准值（kN），依据岩土勘察资料的土力学参数，按照《建筑基坑支护技术规程》进行计算获得；

微型桩本体嵌固深度t、t₁分别按以下公式（7）和公式（8）进行验算：

t≥R_k,j/(πdf_b) 公式（7）；

t₁≥R_k,j/(πdf_b) 公式（8）；

式中：

R_k,j为微型桩本体桩芯极限抗拉承载力标准值，自相应的材料标准获得数值；

d为微型桩本体桩芯与桩芯内注浆体接触的直径，设计人员根据经验选择桩芯型号；

f_b为微型桩本体桩芯与灌浆锚固体之间的粘结强度标准值，根据有关标准选取或试验选取；

t₁为微型桩本体第二部分的上段部分入岩锚固长度；

t为微型桩本体嵌固在基底以下的锚固长度；

微型桩本体嵌固深度t、t₁还应分别按以下公式（9）和公式（10）进行验算：

t≥R_k,j/(πrq_sik) 公式（9）；

t₁≥R_k,j/(πrq_sik) 公式（10）；

式中：

R_k,j为微型桩本体桩芯极限抗拉承载力标准值，自相应的材料标准获得数值；

r为微型桩本体的锚固体直径，参照图4，设计人员根据经验设置；

q_sik为微型桩本体与岩层的粘结强度标准值，根据有关标准选取或试验选取；

通过公式（7）和公式（9）验算取得的t，取其较大的数值作为设计值；通过公式（8）和公式（10）验算取得的t₁，取其较大的数值作为设计值；

2）施工多排旋喷桩，旋喷桩的孔位要考虑已有地下锚杆的位置及间距，尽量事先避让，若有遭遇，可移位避让，各旋喷桩本体的垂直度控制在1%以内；

3）施工最内排微型桩和最外排微型桩，微型桩的孔位要考虑已有地下锚杆的位置及间距，尽量事先避让，若有遭遇，可移位避让，各微型桩本体的垂直度控制在1%以内；

4）清理多排旋喷桩顶端的水泥土，露出微型桩本体的顶端，浇筑冠连梁或面板与微型桩本体的顶端锚固；

5）基坑开挖，开挖时保护已有地下锚杆，浇筑钢筋混凝土腰梁，通过锚具锁定，锚拉多排旋喷桩及最内排微型桩；

6）分层施工新设锚杆，浇筑钢筋混凝土腰梁，通过锚具锁定，锚拉最内排微型桩。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种土岩双元基坑复合支护结构，其特征在于：包括沿所述基坑的径向依次设置的多排旋喷桩、与最内排旋喷桩对应的最内排微型桩以及与最外排旋喷桩对应的最外排微型桩；多排旋喷桩均位于土层内，各排旋喷桩均包括沿所述基坑的侧壁周向布设的多个旋喷桩本体，相邻排旋喷桩的相邻两所述旋喷桩本体相互搭接，至少所述最内排旋喷桩的相邻两所述旋喷桩本体相互搭接，以及所述最外排旋喷桩的相邻两所述旋喷桩本体相互搭接；所述最内排微型桩和所述最外排微型桩均包括沿所述基坑的侧壁周向布设的多个微型桩本体，所述最内排微型桩的各微型桩本体包括嵌固于所述最内排旋喷桩内的第一部分和嵌固于岩层内的第二部分，所述第二部分的底端延伸至基底以下，所述最外排微型桩的各微型桩本体的底端嵌固于所述岩层内。

2.根据权利要求1所述的土岩双元基坑复合支护结构，其特征在于：

所述第二部分和所述第一部分连接为一体，所述第二部分的底端上形成有出浆孔，所述最外排微型桩的各微型桩本体的底端延伸至所述基底以下。

3.根据权利要求1所述的土岩双元基坑复合支护结构，其特征在于：

所述第二部分包括位于所述第一部分的底端并与所述第一部分连接为一体的上段部分以及位于所述上段部分内侧的下段部分，所述上段部分和所述下段部分为两个相互独立的部分，所述上段部分位于所述基底上方且设有出浆孔，所述下段部分的底端延伸至所述基底以下且底端设有出浆孔，所述最外排微型桩的各微型桩本体位于所述基底以上。

4.根据权利要求3所述的土岩双元基坑复合支护结构，其特征在于：

所述下段部分的顶端位于所述岩层的上方，并通过连接梁与所述最内排旋喷桩的底端锚固为一体。

5.根据权利要求3所述的土岩双元基坑复合支护结构，其特征在于：

所述连接梁通过锁脚锚杆与所述多排旋喷桩及所述岩层锁定连接。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的土岩双元基坑复合支护结构，其特征在于：

所述岩层内设有多根新设锚杆，所述新设锚杆通过腰梁将所述第二部分与所述岩层锁定。

7.根据权利要求6所述的土岩双元基坑复合支护结构，其特征在于：

所述多排旋喷桩通过多根已有地下锚杆与已有地下支护桩锁定连接。

8.根据权利要求1所述的土岩双元基坑复合支护结构，其特征在于：

所述多排旋喷桩的顶端通过冠连梁或面板连接为一体，所述微型桩本体的顶端嵌固于所述冠连梁或面板内。

9.一种权利要求1至8中任一项所述土岩双元基坑复合支护结构的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）施工前验算多排旋喷桩的总厚度、最内排微型桩和最外排微型桩构成的双排微型桩的截面承载力以及微型桩本体嵌固基底以下深度；

其中，在不考虑微型桩作用的条件下，通过取抗倾覆稳定安全系数为最小允许值，验算多排旋喷桩的总厚度最小值，由于未考虑微型桩的作用，因此，验算的最小厚度即可作为设计厚度；

多排旋喷桩的总厚度D采用如下公式（1）、（2）进行验算，取其中较大值：

D≥sqrt{2[K_ov(z_aE_ak+q₀h₁)-∑ξ_iz_icosθ_i/s_i]/(γ_csy₁+γ_csh_d)} 公式（1）；

D≥0.4y₁ 公式（2）；

式中：

D为多排旋喷桩的总厚度，单位为m；

K_ov为抗倾覆稳定安全系数，取值为1.3；

q₀为支护结构以外地面附加荷载，根据现场地面使用情况取值；

E_ak为作用在多排旋喷桩上的累计主动土压力标准值，依据岩土勘察资料，按照《建筑基坑支护技术规程》土压力计算公式计算获得；

z_a为多排旋喷桩外侧累计主动土压力作用点至多排旋喷桩桩底的竖向距离，通过加权计算获得；

γ_cs为多排旋喷桩平均重度，通过经验取值或现场实测，经验取值22kN/m³；

y₁为最上层已有地下锚杆距离地面深度，根据临近基坑的已有地下锚杆技术资料获取；

h_d为最上层已有地下锚杆以下多排旋喷桩的高度，根据临近基坑的已有地下锚杆技术资料及本场区地勘资料获取；

h₁为土层厚度，依据岩土勘察资料确定；

θ_i为第i层锚杆与水平面夹角；

z_i为第i层锚杆轴向拉力标准值，已有锚杆根据临近基坑的已有地下锚杆技术资料获得，新设锚杆设计人员根据经验预设参数；

s_i为第i层锚杆水平间距；

ξ_i为第i层已有锚杆利用率折减系数，一般可取0.7-0.8，新设锚杆取1.0；

对于最内排微型桩和最外排微型桩构成的双排微型桩的设计，先根据设计经验选择微型桩配筋参数，然后验算其抗弯强度和抗剪强度是否在配筋材料的力学性能之内，若不足，需要加密或加强配筋，若远超要求，可适当加大间距或减少配筋，微型桩孔径根据桩芯型号进行设计调整；

双排微型桩的截面承载力验算包括截面惯性矩验算、抵抗矩、抗弯强度和抗剪强度验算，双排微型桩截面的惯性矩按以下公式（3）进行验算：

I=[(πd⁴)/64+πd²a²/16]/b₁*2 公式（3）；

双排微型桩截面抵抗矩按以下公式（4）进行验算：

W=I/[(a+d)/2] 公式（4）；

式中：

I为双排微型桩截面惯性矩（m⁴）；

W为双排微型桩截面抵抗矩（m⁴）；

a为最内排微型桩和最外排微型桩排距（m），设计人员根据经验设置；

d为微型桩本体桩芯的直径（m），设计人员根据经验设置；

b₁为同一排微型桩相邻微型桩本体间距，设计人员根据经验设置；

设弯矩应全部由双排微型桩承担，按以下公式（5）验微型桩的抗弯强度：

1.25γ₀M_k/W≤f 公式（5）；

式中：

W为型钢沿弯矩作用方向的截面模量（mm³）；

f为桩芯材料的抗弯强度设计值（N/mm²），自相应的材料标准获得数值；

M_k为作用于多排旋喷桩+双排微型桩的弯矩标准值（N.mm），依据岩土勘察资料的土力学参数，按照《建筑基坑支护技术规程》进行计算获得；

γ₀为基坑侧壁重要性系数，一级基坑取1.1，二级基坑取1.0，三级基坑取0.9；

设剪力应全部由双排微型桩承担，按以下公式（6）验算微型桩的抗剪强度：

1.25γ₀V_kS/(Id)≤f_v 公式（6）；

式中：

S为计算剪应力处的面积矩（m³）；

I为沿弯矩作用方向的截面惯性矩（m⁴）；

d为微型桩本体桩芯直径（m），设计人员根据经验设置；

f_v为桩芯材料的抗剪强度设计值（kN/m²），自相应的材料标准获得数值；

V_k为作用于多排旋喷桩+双排微型桩的剪力标准值（kN），依据岩土勘察资料的土力学参数，按照《建筑基坑支护技术规程》进行计算获得；

微型桩本体嵌固深度t、t₁分别按以下公式（7）和公式（8）进行验算：

t≥R_k,j/(πdf_b) 公式（7）；

t₁≥R_k,j/(πdf_b) 公式（8）；

式中：

R_k,j为微型桩本体桩芯极限抗拉承载力标准值，自相应的材料标准获得数值；

d为微型桩本体桩芯与桩芯内注浆体接触的直径，设计人员根据经验选择桩芯型号；

f_b为微型桩本体桩芯与灌浆锚固体之间的粘结强度标准值，根据有关标准选取或试验选取；

t₁为微型桩本体第二部分的上段部分入岩锚固长度；

t为微型桩本体嵌固在基底以下的锚固长度；

微型桩本体嵌固深度t、t₁还应分别按以下公式（9）和公式（10）进行验算：

t≥R_k,j/(πrq_sik) 公式（9）；

t₁≥R_k,j/(πrq_sik) 公式（10）；

式中：

R_k,j为微型桩本体桩芯极限抗拉承载力标准值，自相应的材料标准获得数值；

r为微型桩本体的锚固体直径，设计人员根据经验设置；

q_sik为微型桩本体与岩层的粘结强度标准值，根据有关标准选取或试验选取；

通过公式（7）和公式（9）验算取得的t，取其较大的数值作为设计值；通过公式（8）和公式（10）验算取得的t₁，取其较大的数值作为设计值；

2）施工多排旋喷桩，旋喷桩的孔位要考虑已有地下锚杆的位置及间距，尽量事先避让，若有遭遇，可移位避让，各旋喷桩本体的垂直度控制在1%以内；

3）施工最内排微型桩和最外排微型桩，微型桩的孔位要考虑已有地下锚杆的位置及间距，尽量事先避让，若有遭遇，可移位避让，各微型桩本体的垂直度控制在1%以内；

4）清理多排旋喷桩顶端的水泥土，露出微型桩本体的顶端，浇筑冠连梁或面板与微型桩本体的顶端锚固；

5）基坑开挖，开挖时保护已有地下锚杆，浇筑钢筋混凝土腰梁，通过锚具锁定，锚拉多排旋喷桩及最内排微型桩

6）分层施工新设锚杆，浇筑钢筋混凝土腰梁，通过锚具锁定，锚拉最内排微型桩。

10.根据权利要求9所述的施工方法，其特征在于：当基坑深度大于15m时，基岩面留岩肩，施做最内排微型桩的微型桩本体第二部分的下段部分，并在岩肩上方施做连接梁将下段部分与多排旋喷桩锚固，并通过锁脚锚杆张拉锁定后，开挖岩肩以下岩层。

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