CN114108653A - 一种防止基坑围护大面积连续垮塌的支护结构及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防止基坑围护大面积连续垮塌的支护结构，包括：多组竖直排桩，每组竖直排桩包括多个依次排列的竖直桩；每组竖直排桩的首尾两侧各设有一组八字形桩，每组八字形桩由一个桩顶向基坑内倾斜的内倾斜桩和一个桩顶向基坑外倾斜的外倾斜桩组合而成的；内倾斜桩和外倾斜桩的桩顶对接，对接形成的夹角中心线与竖直桩平行；竖直排桩和八字形桩的桩顶连接有冠梁。本发明还公开了上述防止基坑围护大面积连续垮塌的支护结构的施工方法。本发明可显著增加支护结构局部刚性，将可能发生的桩体连续破坏的传递中断，可避免基坑倾覆破坏，从而避免对周边基坑外地下管线、地铁隧道等地下结构的破坏，可提高支护韧性，提高基坑工程寿命。

Description

一种防止基坑围护大面积连续垮塌的支护结构及施工方法

技术领域

本发明涉及一种基坑支护结构及施工方法，特别涉及一种防止基坑围护大面积连续垮塌的支护结构及施工方法。

背景技术

目前，随着我国城市化进程的加快以及地下空间的快速发展，基坑工程的设计方法和施工水平的要求也随之提高。基坑工程中常见的支护方式有内支撑结构、悬臂支护结构以及桩锚结构等。在软土地区，通常采用内支撑和桩锚控制支护结构的变形，但内支撑与桩锚支护形式施工复杂，施工工期长，环境污染严重，并且造价高。用于基坑开挖深度较浅，土质条件较好的基坑工程中的传统悬臂支护结构稳定性较差，常导致较大的坑外土体沉降，且易对周围建筑物产生不利影响。地下大面积大长度基坑占我国基坑总面积的80％以上，而已有经验表明，排桩支护首先在局部位置发生脆性弯曲破坏，应力释放后引发相邻桩体的弯矩大幅度增加并发生弯曲破坏，从而产生由局部基坑排桩的破坏引发的排桩大面积连续倒塌，导致基坑外邻近地区地下管线、地铁车站、地下隧道等地下结构的破坏，甚至造成地面坍塌和空洞，严重威胁到了人民群众的生命财产安全。

综上所述，现有技术还缺少一种经济与性能兼得的基坑支护方式来应对大基坑可能会发生的连续破坏。

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防止基坑围护大面积连续垮塌的支护结构及施工方法。

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：一种防止基坑围护大面积连续垮塌的支护结构，包括：多组竖直排桩，每组竖直排桩包括多个依次排列的竖直桩；每组竖直排桩的首尾两侧各设有一组八字形桩，每组八字形桩由一个桩顶向基坑内倾斜的内倾斜桩和一个桩顶向基坑外倾斜的外倾斜桩组合而成的；内倾斜桩和外倾斜桩的桩顶对接；竖直排桩和八字形桩的桩顶连接有冠梁。

进一步地，内倾斜桩或外倾斜桩与竖直桩之间空间角度范围为10度～30度。

进一步地，内倾斜桩、外倾斜桩及竖直桩的截面形状为圆形或正方形。

进一步地，正方形截面的边长为300～600mm；圆形截面直径为300～600mm。

进一步地，八字形桩和竖直桩的桩间距为2～2.5倍圆形截面直径或2～2.5倍正方形截面边长。

进一步地，冠梁的宽度大于八字形桩和竖直桩的桩顶宽度，冠梁的高度大于等于内倾斜桩、外倾斜桩或竖直桩的等效桩径的0.6倍。

进一步地，冠梁的宽度单侧超出八字形桩和竖直桩的桩顶宽度的尺寸，大于等于内倾斜桩、外倾斜桩或竖直桩的等效桩径的0.5倍。

进一步地，每组竖直排桩包括10～15个竖直桩。

本发明还提供了一种如上所述的防止基坑围护大面积连续垮塌的支护结构的施工方法，当桩中心距≤4倍等效桩径时，由中间向两侧对称施打；当桩中心距＞4倍等效桩径时，由中间向两侧对称施打或沿单一方向施打；当桩数较多时，采用分区段施打。

进一步地，冠梁的施工方法包括如下步骤：

步骤一，分区开挖冠梁土方，先开挖第一层土方至竖直桩设计桩顶标高，清除余土后开始破除八字形桩和竖直桩的桩顶浮浆至设计标高，桩顶顶面的混凝土凿毛处理，清除桩顶浮渣，如桩顶设计标高处的砼强度达不到设计要求，继续破除直至砼质量达到设计要求，不足标高段与冠梁一同浇筑成型；

步骤二，人工整平桩间土至冠梁底标高，并夯填密实；

步骤三，对冠梁标高进行校核并安装模板；完成混凝土浇筑及养护，混凝土强度等级≥C25。

本发明具有的优点和积极效果是：本发明在局部采用的人字形斜桩为双排桩，可显著增加支护结构局部刚性，将可能发生的桩体连续破坏的传递中断，降低基坑倾覆破坏的可能性，从而避免对周边基坑外地下管线、地铁隧道等地下结构产生进一步的破坏，可提高支护韧性，提高基坑工程寿命。

同时，当支护结构变形时，人字形斜桩中能够产生轴力，抵抗支护结构局部变形,局部采用的人字形斜桩的使用减小了桩顶位移，使桩后地面变形减小，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。由于局部人字形斜桩布置方式以上的优点，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的排桩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。

附图说明

图1为本发明的一种防止基坑围护大面积连续垮塌的支护结构立体示意图；

图2为本发明的一种防止基坑围护大面积连续垮塌的支护结构主视图；

图3为图2的俯视图；

图4为图2的左视图；。

图中：1-冠梁；2-竖直桩；3-内倾斜桩；4-外倾斜桩。

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，兹列举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参见图1至图4，一种防止基坑围护大面积连续垮塌的支护结构，包括：多组竖直排桩，每组竖直排桩包括多个依次排列的竖直桩2；每组竖直排桩的首尾两侧各设有一组八字形桩，每组八字形桩由一个桩顶向基坑内倾斜的内倾斜桩3和一个桩顶向基坑外倾斜的外倾斜桩4组合而成的；内倾斜桩3和外倾斜桩4的桩顶对接，对接形成的夹角中心线可与竖直桩2平行；竖直排桩和八字形桩的桩顶连接有冠梁1。

竖直桩2、内倾斜桩3、外倾斜桩4优选等长。

优选地，内倾斜桩3或外倾斜桩4与竖直桩2之间空间角度范围可为10度～30度。

优选地，内倾斜桩3、外倾斜桩4及竖直桩2的截面形状可为圆形或正方形。

优选地，正方形截面的边长可为300～600mm；圆形截面直径可为300～600mm。

优选地，八字形桩和竖直桩2的桩间距可为2～2.5倍圆形截面直径或2～2.5倍正方形截面边长。

优选地，八字形桩和竖直桩2的桩底深度可均为2～2.5倍基坑开挖深度。

优选地，冠梁1的宽度可大于八字形桩和竖直桩2的桩顶宽度，冠梁1的高度可大于等于内倾斜桩3、外倾斜桩4或竖直桩2的等效桩径的0.6倍。

优选地，冠梁1的宽度单侧超出八字形桩和竖直桩2的桩顶宽度的尺寸，可大于等于内倾斜桩3、外倾斜桩4或竖直桩2的等效桩径的0.5倍。

优选地，每组竖直排桩可包括10～15个竖直桩2。

本发明还提供了一种如上述的防止基坑围护大面积连续垮塌的支护结构的施工方法，当桩中心距≤4倍等效桩径时，由中间向两侧对称施打；当桩中心距＞4倍等效桩径时，由中间向两侧对称施打或沿单一方向施打；当桩数较多时，采用分区段施打。

优选地，冠梁1的施工方法包括可如下步骤：

步骤一，分区开挖冠梁1土方，先开挖第一层土方至竖直桩2设计桩顶标高，清除余土后开始破除八字形桩和竖直桩2的桩顶浮浆至设计标高，桩顶顶面的混凝土凿毛处理，清除桩顶浮渣，如桩顶设计标高处的砼强度达不到设计要求，继续破除直至砼质量达到设计要求，不足标高段与冠梁1一同浇筑成型；

步骤二，人工整平桩间土至冠梁1底标高，并夯填密实；

步骤三，对冠梁1标高进行校核并安装模板；完成混凝土浇筑及养护，混凝土强度等级≥C25。

下面以本发明的一个优选实施例来进一步说明本发明的工作原理：

本发明一种防止基坑围护大面积连续垮塌的支护结构，采用局部人字形斜向支护布置方式，局部八字形桩布置于传统竖直桩2之间，外形为人字形的倾斜桩自身具有稳定性，八字形桩和竖直桩2连同冠梁1一起形成了刚架支护体系，此支护体系的整体稳定性和支护能力得到显著提高，其中冠梁1的存在实现了不同种类桩协调变形与相互作用力的传递；两八字形桩中间部分土体与整个支护体系形成了一个共同抵抗土压力和土体变形的系统，通过桩间土重去限制坑内的隆起变形，从而提高支护结构抵抗变形的能力；

已有经验表明，排桩支护首先在局部位置发生脆性弯曲破坏，应力释放后引发相邻桩体的弯矩大幅度增加并发生弯曲破坏，从而产生由局部基坑排桩的破坏引发的排桩大面积连续倒塌，导致基坑外邻近地区地下管线、地铁车站、地下隧道等地下结构的破坏，甚至造成地面坍塌和空洞，严重威胁到了人民群众的生命财产安全。这种防止基坑围护大面积连续垮塌的局部人字形斜向支护布置措施，不但增强了桩体局部的抗力，还有效阻断了桩群大面积连续倒塌的传递，避免基坑产生连续坍塌，对于基坑工程全寿命周期的安全意义重大。

倾斜桩及其组合结构在不设置内支撑的情况下在位移控制方面达到有支撑支护的效果；本发明局部八字形桩的布置方式，其工期与用料大大减少。在此新型支护结构中，竖直桩2和八字形桩通过桩顶冠梁1的连接共同受力，提高了整体的稳定性和支护能力，减小基坑土体变形，保护周围建筑，增加基坑开挖深度，增强基坑稳定性，控制基坑位移。

在相同情况下，本发明可有效发挥竖直桩2拉力，因此可以缩短支护桩的桩长，增大支护桩的桩间距，缩小支护桩的桩径(圆桩)或桩截面边长(方桩)。施工前需要根据场地条件和计算分析，确定最优的八字形桩布置位置和倾斜角度，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。本发明推荐内倾斜桩3、外倾斜桩4的倾斜角度与竖直桩2空间角度大于等于10度小于等于30度；竖直桩2、内倾斜桩3、外倾斜桩4桩底深度为2～2.5倍基坑开挖深度；竖直桩2、内倾斜桩3、外倾斜桩4的桩截面为圆形或正方形；相邻竖直桩2之间、相邻竖直桩2和内倾斜桩3或外倾斜桩4之间，桩截面为圆形时桩间距为2～2.5倍桩径，桩截面为正方形时桩间距为2～2.5倍正方形截面的边长。竖直桩2、内倾斜桩3、外倾斜桩4的桩截面为圆形时，桩径为300～600mm，竖直桩2、内倾斜桩3、外倾斜桩4的桩截面为正方形时，正方形截面边长为300～600mm。本发明的一种防止基坑围护大面积连续垮塌的支护结构具体施工方法如下：

竖直桩2、内倾斜桩3、外倾斜桩4均采用预制桩进行作业，采用跳桩施工方法，间隔1～2根桩压入下一根预制桩。本文中所述的竖直桩2、内倾斜桩3、外倾斜桩4等长。

一种防止基坑围护大面积连续垮塌的支护结构的施工顺序：

(1)当桩较密集时，即竖直桩2、内倾斜桩3、外倾斜桩4的截面为圆形时，桩中心距小于等于4倍桩径；或当竖直桩2、内倾斜桩3、外倾斜桩4的截面为正方形时，桩中心距小于等于4倍正方形截面边长；由中间向两侧对称施打，这样，打桩时土体由四周向两侧挤压，保证施工质量。当桩数较多时，也可采用分区段施打。

(2)当桩较稀疏，即竖直桩2、内倾斜桩3、外倾斜桩4的截面为圆形时，桩中心距大于4倍桩径；或当竖直桩2、内倾斜桩3、外倾斜桩4的截面为正方形时，桩中心距大于4倍正方形截面边长；可采用上述施打顺序或采用一侧向单一方向进行施打的方式。

推荐冠梁1的宽度大于等于八字形桩和竖直桩2的桩顶宽度，当竖直桩2、内倾斜桩3、外倾斜桩4的截面为圆形时，冠梁1宽度方向超出八字形桩和竖直桩2的桩顶宽度的尺寸，为内倾斜桩3、外倾斜桩4或竖直桩2的桩径的0.5倍；冠梁1的高度大于等于内倾斜桩3、外倾斜桩4或竖直桩2的桩径的0.6倍。当竖直桩2、内倾斜桩3、外倾斜桩4的截面为正方形时，冠梁1宽度方向超出八字形桩和竖直桩2的桩顶宽度的尺寸，为内倾斜桩3、外倾斜桩4或竖直桩2的正方形截面边长的0.5倍；冠梁1的高度大于等于内倾斜桩3、外倾斜桩4或竖直桩2的正方形截面边长的0.6倍。

冠梁1的施工顺序：

(1)冠梁1土方采用机械分区开挖，先开挖第一层土方至八字形桩和竖直桩2的设计桩顶标高，清除余土后开始破除八字形桩和竖直桩2的桩顶浮浆至设计标高，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1砼时一同浇筑成型。

(2)人工整平桩间土至冠梁1底标高，并夯填密实。

(3)对冠梁1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1剖面制作。

以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。

Claims (10)

1.一种防止基坑围护大面积连续垮塌的支护结构，其特征在于，包括：多组竖直排桩，每组竖直排桩包括多个依次排列的竖直桩；每组竖直排桩的首尾两侧各设有一组八字形桩，每组八字形桩由一个桩顶向基坑内倾斜的内倾斜桩和一个桩顶向基坑外倾斜的外倾斜桩组合而成的；内倾斜桩和外倾斜桩的桩顶对接；竖直排桩和八字形桩的桩顶连接有冠梁。

2.根据权利要求1所述的防止基坑围护大面积连续垮塌的支护结构，其特征在于，内倾斜桩或外倾斜桩与竖直桩之间空间角度范围为10度～30度。

3.根据权利要求1所述的防止基坑围护大面积连续垮塌的支护结构，其特征在于，内倾斜桩、外倾斜桩及竖直桩的截面形状为圆形或正方形。

4.根据权利要求4所述的防止基坑围护大面积连续垮塌的支护结构，其特征在于，正方形截面的边长为300～600mm；圆形截面直径为300～600mm。

5.根据权利要求4所述的防止基坑围护大面积连续垮塌的支护结构，其特征在于，八字形桩和竖直桩的桩间距为2～2.5倍圆形截面直径或2～2.5倍正方形截面边长。

6.根据权利要求1所述的防止基坑围护大面积连续垮塌的支护结构，其特征在于，冠梁的宽度大于八字形桩和竖直桩的桩顶宽度，冠梁的高度大于等于内倾斜桩、外倾斜桩或竖直桩的等效桩径的0.6倍。

7.根据权利要求6所述的防止基坑围护大面积连续垮塌的支护结构，其特征在于，冠梁的宽度单侧超出八字形桩和竖直桩的桩顶宽度的尺寸，大于等于内倾斜桩、外倾斜桩或竖直桩的等效桩径的0.5倍。

8.根据权利要求1所述的防止基坑围护大面积连续垮塌的支护结构，其特征在于，每组竖直排桩包括10～15个竖直桩。

9.一种如权利要求1至9任一所述的防止基坑围护大面积连续垮塌的支护结构的施工方法，其特征在于，当桩中心距≤4倍等效桩径时，由中间向两侧对称施打；当桩中心距＞4倍等效桩径时，由中间向两侧对称施打或沿单一方向施打；当桩数较多时，采用分区段施打。

10.根据权利要求9所述的防止基坑围护大面积连续垮塌的支护结构的施工方法，其特征在于，冠梁的施工方法包括如下步骤：

步骤一，分区开挖冠梁土方，先开挖第一层土方至竖直桩设计桩顶标高，清除余土后开始破除八字形桩和竖直桩的桩顶浮浆至设计标高，桩顶顶面的混凝土凿毛处理，清除桩顶浮渣，如桩顶设计标高处的砼强度达不到设计要求，继续破除直至砼质量达到设计要求，不足标高段与冠梁一同浇筑成型；

步骤二，人工整平桩间土至冠梁底标高，并夯填密实；

步骤三，对冠梁标高进行校核并安装模板；完成混凝土浇筑及养护，混凝土强度等级≥C25。

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