CN114411762A - 后锚式刚性基坑支护结构及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种后锚式刚性基坑支护结构及施工方法，该结构是由后排锚拉桩、前排支撑桩、刚性连接墙、桩顶纵梁、桩顶横梁及其他附加组件共同形成的近刚性组合支护结构。该支护型式充分利用了红线内侧地下结构外边线外侧的可利用空间，是一种可不占用红线外空间、不在基坑外实施锚杆及不在基坑内设置支撑即可形成的基坑支护型式。后锚式刚性基坑支护型式首先是近刚性结构，整体侧向刚度大，变形位移小，其次通过加长的后排锚拉桩及结构自重提供的抗倾覆力矩大幅增加了支护结构的稳定性，受力清晰明确，施工简便、速度快且质量可靠，扩大了支挡式支护结构的应用范围，大幅缩短了基坑支护、土方开挖及地下结构的施工工期并有效节约工程造价。

Description

后锚式刚性基坑支护结构及施工方法

技术领域

本申请涉及岩土工程基坑支护、边坡支护的设计及施工领域，尤其是涉及一种后锚式刚性基坑支护结构及施工方法。

背景技术

桩锚支护结构是目前经常采用的深基坑支护形式，然而在实际的基坑支护工程中，经常存在某些限制条件，造成锚杆或锚索无法实施，例如：

1、基坑相邻区域存在已有或待建的地下建筑物、地铁、地下障碍物等；

2、锚杆或锚索实施效果差或者实施难度大、风险大；

3、地方法律、法规规定锚杆或锚索不得超出用地红线；

当桩锚支护无法实施而采用双排桩支护结构时，由于双排桩结构为近似门字型刚架，侧向抗弯刚度虽有提高但仍相对偏弱，当基坑深度较大时，双排桩结构的稳定性、变形及位移往往无法满足设计要求，使其应用范围受限。

以上情况下，基坑支护往往只能采用内支撑支护结构。然而内支撑支护结构构件多、体量大、工序复杂、占用大量地下结构空间，成本高，施工难度大、周期长；并且后期随着地下结构的施工需要增加换撑、拆撑等工序，进一步的增大了施工成本并增加了施工工期。因此，在因场地原因、地质原因或政策受限不能采用传统锚拉式支护结构、采用双排桩支护结构不能满足基坑支护设计要求的前提下，采用本申请的后锚式刚性基坑支护结构，充分利用建筑红线内用地空间，不设置内支撑或少设置支撑，不设置锚杆，即可形成安全可靠的基坑支护体系，具有极高的应用价值和经济价值。

发明内容

为了解决基坑支护工程中因各种限制条件无法实施锚拉支护、双排桩支护，而采用内支撑支护费用高、施工周期长的技术问题，本申请提供一种后锚式刚性基坑支护结构及施工方法。

第一方面，本申请提供的一种后锚式刚性基坑支护结构，采用如下的技术方案：

后锚式刚性基坑支护结构主要设置在基坑的一侧或者多侧并且布设在地下结构外边线与建筑用地红线之间的空间，采用在地表施工主要受力构件，构件施工完成达到设计强度后即形成近刚性支护结构，随后直接进行土方开挖形成基坑。该基坑支护结构主要受力构件包括后排锚拉桩、前排支撑桩、刚性连接墙、桩顶纵梁、桩顶横梁。

所述后排锚拉桩沿地下结构外边线外侧布置，各后排锚拉桩中心线平行于基坑外边线。

所述前排支撑桩在地下结构外边线外侧和后排锚拉桩之间布置，各前排支撑桩中心线与后排锚拉桩中心线平行。

所述后排锚拉桩桩长大于前排支撑桩的桩长并深入下部持力层一定深度用以产生设计需要的足够的锚拉力，为整体支护结构提供足够的抗倾覆力矩以确保支护结构的整体稳定。

所述刚性连接墙设置在后排锚拉桩与前排支撑桩之间，并与后排锚拉桩、前排支撑桩形成刚性连接，大幅提高支护结构的整体侧向抗弯刚度，刚性连接墙中心线方向与后排锚拉桩中心线方向、前排支撑桩中心线方向垂直。

所述桩顶纵梁设置在后排锚拉桩顶部及前排支撑桩的顶部，使后排锚拉桩顶部、前排支撑桩顶部均形成一道刚性连接。

所述桩顶横梁设置在后排锚拉桩上部的桩顶纵梁与前排支撑桩上部的桩顶纵梁之间，并与后排锚拉桩、前排支撑桩上部的桩顶纵梁形成刚性连接，桩顶横梁中心线方向与后排锚拉桩中心线方向、前排支撑桩中心线方向垂直。

本发明的后锚式刚性基坑支护结构是由后排锚拉桩、前排支撑桩、刚性连接墙、桩顶纵梁、桩顶横梁联合形成近刚性支护结构，该结构具有很大的侧向抗弯刚度可有效减小支护结构的变形及位移，该结构及其内部土体自重产生的抗倾覆力矩与加长的后排锚拉桩提供的抗倾覆力矩及被动土压力形成的抗倾覆力矩共同为支护结构提供抗倾覆稳定性。该基坑支护结构可与局部的钢结构、钢筋混凝土结构、混凝土结构、砖混结构、砌体结构等共同形成组合结构，该组合结构作为一个整体形成基坑支护体系。

可选的，后锚式刚性基坑支护结构还可包括附加构件，所述附加构件包括腰梁、桩间护面。

所述腰梁设置在前排支撑桩之间或内侧，沿着前排支撑桩的长度方向设置一道或多道，使前排支撑桩形成一道或多道刚性连接或铰接。

所述桩间护面在前排支撑桩之间设置。

通过采用上述技术方案，后锚式刚性基坑支护结构可由后排锚拉桩、前排支撑桩、刚性连接墙、桩顶纵梁、桩顶横梁与附加构件：腰梁、桩间护面中的部分或全部构件联合形成基坑支护组合结构。该结构可与局部的钢结构、钢筋混凝土结构、混凝土结构、砖混结构、砌体结构共同形成一个整体基坑支护体系。

可选的，后锚式刚性基坑支护结构与锚杆、锚索、内支撑、土钉墙、挡土墙、放坡或者地锚联合应用共同形成基坑支护体系。

可选的，所述刚性连接墙根据设计需要从前排支撑桩向基坑内侧延伸预定长度。根据设计要求，刚性连接墙顶标高可与桩顶横梁底标高相同，也可在桩顶横梁底标高以下一定距离；刚性连接墙底标高可与前排支撑桩底标高相同，也可在前排支撑桩底标高以上并进入较好的持力层一定深度。

可选的，所述刚性连接墙延伸至地下结构内部时，其布设位置避开建筑物的柱和梁及工程桩的位置。

可选的，后锚式刚性基坑支护结构设置在基坑一侧或多侧或全部侧。

可选的，所述后排锚拉桩采用钢筋混凝土灌注桩、灌注桩与素混凝土桩咬合桩、灌注桩与旋喷桩咬合桩、灌注桩与搅拌桩咬合桩、地下连续墙。

可选的，所述后排锚拉桩中如采用钢筋混凝土灌注桩构件，其直径为400-2500mm，混凝土强度等级不小于C25；如采用地下连续墙构件，其宽度为400-2000mm，混凝土强度等级不小于C25。

可选的，所述前排支撑桩采用钢筋混凝土灌注桩、灌注桩与素混凝土桩咬合桩、灌注桩与旋喷桩咬合桩、灌注桩与搅拌桩咬合桩、钢筋混凝土地下连续墙。

可选的，所述前排支撑桩中如采用钢筋混凝土灌注桩构件，其直径为400-2500mm，混凝土强度等级不小于C25；如采用地下连续墙构件，其宽度为400-2000mm，混凝土强度等级不小于C25。

可选的，所述刚性连接墙采用钢筋混凝土灌注咬合桩、素混凝土咬合桩、旋喷桩咬合桩、搅拌桩咬合桩、灌注桩与素混凝土桩咬合桩、灌注桩与旋喷桩咬合桩、灌注桩与搅拌桩咬合桩、素混凝土桩与旋喷桩咬合桩、素混凝土桩与搅拌桩咬合桩、钢筋混凝土地下连续墙、素混凝土地下连续墙。

可选的，所述刚性连接墙如采用钢筋混凝土灌注桩构件或素混凝土桩构件，其直径为400-1500mm，混凝土强度等级不小于C5；如采用钢筋混凝土地下连续墙或素混凝土地下连续墙构件，其宽度为400-1500mm，混凝土强度等级不小于C5。

可选的，所述桩顶纵梁、桩顶横梁采用钢筋混凝土构件，混凝土强度等级不小于C25。

可选的，所述腰梁采用钢筋混凝土构件或钢构件。当采用钢筋混凝土构件时，混凝土强度等级不小于C25。

可选的，后锚式刚性基坑支护结构顶部设置板或梁板形成施工道路或施工作业面。

可选的，前排支撑桩根据需要进行后压浆处理。

可选的，刚性连接墙根据需要在每根后排锚拉桩与前排支撑桩间设置或间隔设置。

可选的，桩顶横梁根据需要在每根后排锚拉桩与前排支撑桩间设置或间隔设置。

第二方面，本申请提供上述后锚式刚性基坑支护结构的施工方法，包括以下施工步骤：

步骤一：在地表进行后排锚拉桩、前排支撑桩、刚性连接墙的施工；

步骤二：进行桩顶纵梁、桩顶横梁的施工；

步骤三：土方逐层开挖至基底标高。

在一种典型实施方式中，该施工方法包括以下施工步骤：

步骤一：在地表进行后排锚拉桩、前排支撑桩、刚性连接墙的施工；

步骤二：进行桩顶纵梁、桩顶横梁的施工；

步骤三：土方逐层开挖至第一道腰梁的施工标高；

步骤四：第一道腰梁以上部位的桩间护面施工，第一道腰梁的施工；

步骤五：重复步骤四至步骤五的过程，直至所有各道腰梁和桩间护面施工完毕；

步骤六：土方开挖至基底标高。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.后锚式刚性基坑支护结构整体刚度大，支护结构变形和位移小，同时后锚的作用大幅增强了支护结构的抗倾覆稳定性，受力清晰明确、安全可靠。

2.工期短，采用后锚式刚性基坑支护结构与内支撑支护结构相比，由于工序简单、不交叉作业、不影响土方施工、不影响主体结构的施工，基坑支护、土方开挖及地下结构施工的总工期缩短约3-12个月，大幅缩短项目的建设周期。

3.大幅降低业主的项目资金运作成本，极大地提高了开发资金的运作效率。

4.后锚式刚性基坑支护结构主要构件在地表先行施工，不影响土方施工，土方施工不降效，土方作业不需要二次倒运，大幅降低土方工程造价。

5.后锚式刚性基坑支护结构由于没有占用地下结构内部空间，工程桩可在基坑开挖后在基坑底部实施，便于工程桩选型且可有利于保证工程桩的施工质量。

6.后锚式刚性基坑支护结构不占用地下结构内部空间，同时不受换撑、拆撑的影响，地下结构施工工作面大，施工效率高，地下结构施工造价大幅降低。

7.后锚式刚性基坑支护结构工序简单、施工简便，其主要构件在地表施工完毕后，基坑土方可直接开挖至基底。

8.质量可靠且便于施工质量控制，由于后锚式刚性基坑支护结构主要构件为在地表施工的灌注桩、咬合桩、地下连续墙等，施工质量可控、可靠且非常便于检查和验收。

附图说明

图1是后锚式刚性基坑支护结构横剖面示意图。

图2是后锚式刚性基坑支护结构的平面示意图。

附图标记说明：1、后排锚拉桩；2、前排支撑桩；3、刚性连接墙；4、桩顶纵梁；5、桩顶横梁；6、地面标高；7、坑底标高；8、较好的持力层。

具体实施方式

图1是本发明后锚式刚性基坑支护结构的典型实施例的横剖面示意图。该支护结构可以设置在基坑一侧或多侧乃至全部侧。其主体部分包括后排锚拉桩1、前排支撑桩2、刚性连接墙3、桩顶纵梁4、桩顶横梁5。

后排锚拉桩1沿地下结构外边线外侧布置，各后排锚拉桩1中心线平行于基坑外边线。前排支撑桩2在地下结构外边线外侧和后排锚拉桩1之间布置，各前排支撑桩2中心线与后排锚拉桩1中心线平行。

后排锚拉桩1桩长大于前排支撑桩2的桩长并深入下部持力层一定深度用以产生设计需要的足够的锚拉力，为整体支护结构提供足够的抗倾覆力矩以确保支护结构的整体稳定。

刚性连接墙3设置在后排锚拉桩1与前排支撑桩2之间，并与后排锚拉桩1、前排支撑桩2形成刚性连接，大幅提高支护结构的整体侧向抗弯刚度，刚性连接墙3中心线方向与后排锚拉桩1中心线方向、前排支撑桩2中心线方向垂直。

桩顶纵梁4设置在后排锚拉桩1顶部及前排支撑桩2的顶部，使后排锚拉桩1顶部、前排支撑桩2顶部均形成一道刚性连接。桩顶横梁5设置在后排锚拉桩1上部的桩顶纵梁4与前排支撑桩2上部的桩顶纵梁4之间，并与后排锚拉桩1、前排支撑桩2上部的桩顶纵梁4形成刚性连接，桩顶横梁5中心线方向与后排锚拉桩1中心线方向、前排支撑桩2中心线方向垂直。桩顶纵梁4、桩顶横梁5如采用钢筋混凝土构件，混凝土强度等级不小于C25。

通过本发明的技术方案，由后排锚拉桩1、前排支撑桩2、刚性连接墙3、桩顶纵梁、桩顶横梁5联合形成近刚性支护结构，该基坑支护结构可与局部的钢结构、钢筋混凝土结构、混凝土结构、砖混结构、砌体结构等共同形成组合结构，该组合结构作为一个整体形成基坑支护体系。

图2是本发明后锚式刚性基坑支护结构的典型实施例的平面示意图。后排锚拉桩1和前排支撑桩2可以采用钢筋混凝土灌注桩、灌注桩与素混凝土桩咬合桩、灌注桩与旋喷桩咬合桩、灌注桩与搅拌桩咬合桩、地下连续墙。如采用钢筋混凝土灌注桩构件，其直径为400-2500mm，混凝土强度等级不小于C25；如采用地下连续墙构件，其宽度为400-2000mm，混凝土强度等级不小于C25。

刚性连接墙3可以采用钢筋混凝土灌注咬合桩、素混凝土咬合桩、旋喷桩咬合桩、搅拌桩咬合桩、灌注桩与素混凝土桩咬合桩、灌注桩与旋喷桩咬合桩、灌注桩与搅拌桩咬合桩、素混凝土桩与旋喷桩咬合桩、素混凝土桩与搅拌桩咬合桩、钢筋混凝土地下连续墙、素混凝土地下连续墙。如采用钢筋混凝土灌注桩构件或素混凝土桩构件，其直径为400-1500mm，混凝土强度等级不小于C5；如采用钢筋混凝土地下连续墙或素混凝土地下连续墙构件，其宽度为400-1500mm，混凝土强度等级不小于C5。

上述实施例并非具体实施方式的穷举，还可有其它的实施例，上述实施例目的在于说明本发明，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (17)

1.后锚式刚性基坑支护结构，设置在基坑的一侧或者多侧并且布设在地下结构外边线与建筑用地红线之间的空间，其特征在于：采用在地表施工主要受力构件，构件施工完成达到设计强度后即形成近刚性支护结构，随后直接进行土方开挖形成基坑。

该基坑支护结构主要受力构件包括后排锚拉桩(1)、前排支撑桩(2)、刚性连接墙(3)、桩顶纵梁(4)、桩顶横梁(5)，其中，

所述后排锚拉桩(1)沿地下结构外边线外侧布置，各后排锚拉桩(1)中心线平行于基坑外边线；

所述前排支撑桩(2)在地下结构外边线外侧和后排锚拉桩(1)之间布置，各前排支撑桩(2)中心线与后排锚拉桩(1)中心线平行；

所述后排锚拉桩(1)桩长大于前排支撑桩(2)的桩长并深入下部持力层一定深度用以产生设计需要的足够的锚拉力，为整体支护结构提供足够的抗倾覆力矩以确保支护结构的整体稳定；

所述刚性连接墙(3)设置在后排锚拉桩(1)与前排支撑桩(2)之间，与后二者基本垂直并形成刚性连接，大幅提高支护结构的整体侧向抗弯刚度；

所述桩顶纵梁(4)设置在后排锚拉桩(1)顶部及前排支撑桩(2)的顶部，使后排锚拉桩(1)顶部、前排支撑桩(2)顶部均形成一道刚性连接；

所述桩顶横梁(5)刚性连接在后排锚拉桩(1)上部的桩顶纵梁(4)与前排支撑桩(2)上部的桩顶纵梁(4)之间。

2.根据权利要求1所述的后锚式刚性基坑支护结构，其特征在于，还包括附加构件，所述附加构件包括：

腰梁，设置在前排支撑桩(2)之间或内侧，沿着前排支撑桩(2)的长度方向设置一道或多道，使前排支撑桩(2)形成一道或多道刚性连接或铰接；

桩间护面，设置在前排支撑桩(2)之间。

3.根据权利要求1所述的后锚式刚性基坑支护结构，其特征在于：所述后排锚拉桩(1)、前排支撑桩(2)、刚性连接墙(3)、桩顶纵梁(4)、桩顶横梁(5)整体形成近刚性支护结构，该结构具有很大的侧向抗弯刚度，可有效减小支护结构的变形及位移，同时该结构及其内部土体自重产生的抗倾覆力矩与加长的后排锚拉桩(1)提供的抗倾覆力矩及被动土压力形成的抗倾覆力矩共同为支护结构提供抗倾覆稳定性。

4.根据权利要求1所述的后锚式刚性基坑支护结构，其特征在于：所述后排锚拉桩(1)、前排支撑桩(2)、刚性连接墙(3)、桩顶纵梁(4)、桩顶横梁(5)联合形成的基坑支护结构与局部的钢结构、钢筋混凝土结构、混凝土结构、砖混结构、砌体结构等共同形成组合结构，该组合结构作为一个整体形成基坑支护体系。

5.根据权利要求2所述的后锚式刚性基坑支护结构，其特征在于：所述后排锚拉桩(1)、前排支撑桩(2)、刚性连接墙(3)、桩顶纵梁(4)、桩顶横梁(5)与所述附加构件的部分或全部联合形成基坑支护组合结构。

6.根据权利要求2所述的后锚式刚性基坑支护结构，其特征在于：所述后排锚拉桩(1)、前排支撑桩(2)、刚性连接墙(3)、桩顶纵梁(4)、桩顶横梁(5)与所述附加构件的部分或全部联合形成的基坑支护组合结构与局部的钢结构、钢筋混凝土结构、混凝土结构、砖混结构、砌体结构共同形成一个整体基坑支护体系。

7.根据权利要求1-2任一项所述的后锚式刚性基坑支护结构，其特征在于：后锚式刚性基坑支护结构与锚杆、锚索、内支撑、土钉墙、挡土墙、放坡或者地锚联合应用共同形成基坑支护体系。

8.根据权利要求1-2任一项所述的后锚式刚性基坑支护结构，其特征在于：所述刚性连接墙(3)从所述前排支撑桩(2)向基坑内侧延伸预定长度，刚性连接墙(3)顶标高与桩顶横梁(5)底标高相同，或者在桩顶横梁(5)底标高以下一定距离；刚性连接墙(3)底标高可与前排支撑桩(2)底标高相同，或者在前排支撑桩(2)底标高以上并进入所述持力层一定深度。

9.根据权利要求1-8任一项所述的后锚式刚性基坑支护结构，其特征在于：所述后排锚拉桩(1)、前排支撑桩(2)采用钢筋混凝土灌注桩、灌注桩与素混凝土桩咬合桩、灌注桩与旋喷桩咬合桩、灌注桩与搅拌桩咬合桩、地下连续墙。

10.根据权利要求1-8任一项所述的后锚式刚性基坑支护结构，其特征在于：所述刚性连接墙(3)采用钢筋混凝土灌注咬合桩、素混凝土咬合桩、旋喷桩咬合桩、搅拌桩咬合桩、灌注桩与素混凝土桩咬合桩、灌注桩与旋喷桩咬合桩、灌注桩与搅拌桩咬合桩、素混凝土桩与旋喷桩咬合桩、素混凝土桩与搅拌桩咬合桩、钢筋混凝土地下连续墙、素混凝土地下连续墙。

11.根据权利要求1-8任一项所述的后锚式刚性基坑支护结构，其特征在于：所述桩顶纵梁(4)、桩顶横梁(5)采用钢筋混凝土构件。

12.根据权利要求1-8任一项所述的后锚式刚性基坑支护结构，其特征在于：所述腰梁采用钢筋混凝土构件或钢构件。

13.根据权利要求1-8任一项所述的后锚式刚性基坑支护型式，其特征在于：所述后排锚拉桩(1)、前排支撑桩(2)根据需要进行后压浆处理。

14.根据权利要求1-8任一项所述的后锚式刚性基坑支护型式，其特征在于：所述刚性连接墙(3)根据需要在每根后排锚拉桩(1)与前排支撑桩(2)间设置或间隔设置。

15.根据权利要求1-8任一项所述的后锚式刚性基坑支护型式，其特征在于：所述桩顶横梁(5)根据需要在每根后排锚拉桩(1)与前排支撑桩(2)间设置或间隔设置。

16.一种权利要求1所述的后锚式刚性基坑支护结构的施工方法，其特征在于，包括以下施工步骤：

步骤一：在地表进行后排锚拉桩(1)、前排支撑桩(2)、刚性连接墙(3)的施工；

步骤二：进行桩顶纵梁(4)、桩顶横梁(5)的施工；

步骤三：土方逐层开挖至基底标高。

17.一种权利要求2所述的后锚式刚性基坑支护型式的施工方法，其特征在于，包括以下施工步骤：

步骤一：在地表进行后排锚拉桩(1)、前排支撑桩(2)、刚性连接墙(3)的施工；

步骤二：桩顶纵梁(4)、桩顶横梁(5)的施工；

步骤三：土方逐层开挖至第一道腰梁的施工标高；

步骤四：第一道腰梁以上部位的桩间护面施工，第一道腰梁的施工；

步骤五：重复步骤四至步骤五的过程，直至所有各道腰梁和桩间护面施工完毕；

步骤六：土方开挖至基底标高。

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