CN115262572A - 一种多道多层自稳式基坑支护装置及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多道多层自稳式基坑支护装置及施工方法，该装置包括：围护桩；多道斜撑单元，设置在同一施工面上；多层连接单元，多层所述连接单元分别沿所述围护桩的高度方向间隔设置，其中，每层所述连接单元的一端与所述围护桩固定连接，且每层所述连接单元均与所有的所述斜撑单元固定连接。本发明能够进一步改善水平力、减少水平位移来降低水平位移对基坑支护与环境的影响，利用多位置支护将水平位移力矩缓解和分散，从而能够保证基坑工程的安全，其具有土地资源占用少、工期短、造价低、保护环境等优点。

Description

一种多道多层自稳式基坑支护装置及施工方法

技术领域

本发明涉及基坑的围护装置技术领域，尤其涉及一种多道多层自稳式基坑支护装置及施工方法。

背景技术

随着城市建设的深入，基坑工程在城市工程建设中始终存在巨大需求，而随着城市的不断开发，基坑周边环境复杂程度越来越高，既有建(构)筑物与基坑边缘越来越近，基坑围护的设计与施工面临较大的安全技术挑战。

受基坑周边环境条件限制，常规的斜抛撑因工序复杂、对施工作业面要求高、影响施工进度因素多等而不作为首选使用。“自稳式基坑支护结构技术”专利技术因工序简单、基本无需占用基坑外场地作业、与围护体同步施工基本不占用有效工期、基坑可实现敞开式土方开挖等优点，逐渐在相应基坑支护中得到应用。

自稳式基坑支护在近年来的推广运用中产生了良好的社会效益、经济效益以及环境效益。其核心目的是为减少基坑施工中对传统内支撑体系的依赖，由有内支撑转型至无内对撑施工，从而减少施工过程中对内支撑体系的依赖，达到缩短工期、减少造价、保护环境等目的。目前在上海等地区已经有较多的应用案例。

常规的自稳式基坑支护坑内采用单根支撑体系，存在以下不足之处：1)、由于目前施工深度的不断增加，单根支撑体系已经无法满足三层地下室基坑的施工深度，支挡结构承载力无法满足施工要求；2)、场地红线对基坑施工要求越来越高，传统自稳式基坑支护对于开挖深度达到8米以上的基坑需要采用双排桩支护，占用空间，无法将土地资源充分利用；3)、围护中部变形控制能力较弱，基坑开挖容易引起大肚子变形，对于控制基坑本体风险不利；4)、单根前撑斜桩的抗弯能力不足，开挖深度较深时，会导致前撑斜桩的中部产生较大的弯矩，从而导致前撑斜桩变形过大损坏的情况发生。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种多道多层自稳式基坑支护装置及施工方法。

一种多道多层自稳式基坑支护装置，包括：

围护桩；

多道斜撑单元，设置在同一施工面上；

多层连接单元，多层所述连接单元分别沿所述围护桩的高度方向间隔设置，其中，每层所述连接单元的一端与所述围护桩固定连接，且每层所述连接单元均与所有的所述斜撑单元固定连接。

在其中一个实施例中，所述斜撑单元包括设置在同一侧的第一斜撑桩和第二斜撑桩，所述连接单元包括水平或倾斜设置的第一连梁和第二连梁，所述第一连梁位于所述第二连梁的上方；

其中，所述第一斜撑桩的顶部和所述第一连梁的一端通过第一围檩与所述围护桩的顶部相连接；所述第二连梁的一端通过第二围檩与所述围护桩的侧壁相连接。

在其中一个实施例中，所述第一斜撑桩和第二斜撑桩的底部设有注浆单元、扩径单元或土体加固单元。

在其中一个实施例中，所述围护桩远离所述第一斜撑桩和第二斜撑桩的一侧设有排桩，所述排桩的顶部经第三围檩和第三连梁与所述围护桩的顶部相连接。

在其中一个实施例中，还包括外排斜桩，所述外排斜桩倾斜地设置在所述围护桩远离所述第一斜撑桩和第二斜撑桩的一侧，且所述外排斜桩的顶部与所述围护桩的顶部相连接。

在其中一个实施例中，所述第一斜撑桩和第二斜撑桩之间形成一锐角。

在其中一个实施例中，还包括第三连梁，所述第三连梁固定在所述围护桩侧壁上，且位于所述第二连梁的下方，所述第一斜撑桩和第二斜撑桩均与所述第三连梁固定连接。

在其中一个实施例中，还包括第三斜撑桩，所述第三斜撑桩设置在所述第二斜撑桩的外侧，且所述第三斜撑桩分别与所述第一连梁和第二连梁相连接。

一种多道多层自稳式基坑支护装置的施工方法，包括以下步骤：

S1、施工围护桩；

S2、施工第一斜撑桩和第二斜撑桩；

S3、开挖至第一连梁和第一围檩的底面标高处，施工第一连梁和第一围檩的钢筋笼，将第一斜撑桩的顶部、第二斜撑桩的顶部与围护桩的顶部用混凝土浇筑连接；

S4、在所述围护桩上固定第二围檩和第二连梁的钢筋笼；

S5、开挖基坑至第二连梁的底面标高处；

S6、施工第二围檩与第二连接梁；

S7、待第二连梁的混凝土强度达到一定程度后开挖基坑至坑底；

S8、施工底板垫层以及结构底板。

在其中一个实施例中，所述步骤S2包括：

S21、将第一斜撑桩用打桩机按30-60度倾斜方向压入土体中，使第一斜撑桩的顶部邻近围护桩的顶部；

S22、将第二斜撑桩按30-60度倾斜方向压入土体中，第二斜撑桩距离围护桩的顶部第一围檩处水平向距离为0.1-5m。

上述多道多层自稳式基坑支护装置及施工方法，通过采用多层连接单元配合多道斜撑单元的支护方式，在各层施工面利用连接单元将多道斜撑单元与围护桩相连接，使围护桩、连接单元、多道斜撑单元形成一个整体来抵抗基坑围护的水土压力，通过进一步改善水平力、减少水平位移来降低水平位移对支护与环境的影响，利用多位置支护将水平位移力矩缓解和分散，使单排围护桩代替双排桩满足深基坑施工安全要求，从而能够保证后续作业的展开，其具有减少土地资源占用、缩短工期、节省造价、保护环境等优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一的多道多层自稳式基坑支护装置的结构示意图；

图2是本发明实施例二的多道多层自稳式基坑支护装置的结构示意图的；

图3是本发明实施例三的多道多层自稳式基坑支护装置的结构示意图的；

图4是本发明实施例四的多道多层自稳式基坑支护装置的结构示意图的；

图5是本发明实施例五的多道多层自稳式基坑支护装置的结构示意图的；

图6是本发明实施例六的多道多层自稳式基坑支护装置的结构示意图的；

图7是本发明实施例七的多道多层自稳式基坑支护装置的结构示意图的。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

参阅图1-7所示，本发明一实施例提供一种多道多层自稳式基坑支护装置，包括：

围护桩1；围护桩1与土体直接接触，可以采用灌注桩、预制桩、搅拌桩插加强构件等基坑挡土结构；

多道斜撑单元2，设置在同一施工面上；

多层连接单元3，多层所述连接单元3分别沿所述围护桩1的高度方向间隔设置，其中，每层所述连接单元3的一端与所述围护桩1固定连接，且每层所述连接单元3均与所有的所述斜撑单元2固定连接。

上述多道多层自稳式基坑支护装置，通过采用多层连接单元3配合多道斜撑单元2的支护方式，在各层施工面利用连接单元3将多道斜撑单元2与围护桩1相连接，使围护桩1、连接单元3、多道斜撑单元2形成一个整体来抵抗基坑围护的水土压力，通过进一步改善水平力、减少水平位移来降低水平位移对支护与环境的影响，利用多位置支护将水平位移力矩缓解和分散，使单排围护桩代替双排桩满足深基坑施工安全要求，从而能够保证后续作业的展开，其具有减少土地资源占用、缩短工期、节省造价、保护环境等优点。

实施例一：

参阅图1所示，在本发明一实施例中，所述斜撑单元2包括设置在同一侧的第一斜撑桩21和第二斜撑桩22，所述连接单元3包括水平或倾斜设置的第一连梁31和第二连梁32，所述第一连梁31位于所述第二连梁32的上方；其中，第一斜撑桩21和第二斜撑桩22可采用钢管桩、预制桩、钢格构、型钢、组合桩、搅拌桩内插加强构件、旋喷桩内插加强构件、预制空心桩内夯填料等，还可采用扩径、注浆、注浆囊袋、土体加固等方法提升第一斜撑桩21和第二斜撑桩22的承载力。

其中，所述第一斜撑桩21的顶部和所述第一连梁31的一端通过第一围檩4与所述围护桩1的顶部相连接；所述第二连梁32的一端通过第二围檩5与所述围护桩1的侧壁相连接。本实施例中，第一围檩4将围护桩1的桩头与第一斜撑桩21的桩头相连接，其主要作用是：使围护桩1与第一斜撑桩21协同受力，第一围檩4可采用素混凝土、钢筋混凝土或钢材等制造而成；第二围檩5与围护桩1的桩身和第二连梁32相连接，主要作用是：将围护桩1所受土压力传递至第二连梁32，第二围檩5可采用素混凝土、钢筋混凝土或钢材等制造而成。

需要说明的是，第一连梁31连接第一围檩4、第一斜撑桩21的桩头、第二斜撑桩22的桩头；第二连梁32连接第二围檩5、第一斜撑桩21的桩身、第二斜撑桩22桩身，主要作用是：将第一围檩4、第二围檩5的受力传导至第一斜撑桩21和第二斜撑桩22，同时第一连梁31和第二连梁32可提升第一斜撑桩21和第二斜撑桩22的稳定性与承载力。本实施例中，第一连梁31和第二连梁32通常采用钢筋混凝土或钢材制成，通过第一连梁31和第二连梁32将第一斜撑桩21和第二斜撑桩22与围护桩1的桩身相连接，形成整体的结构，其能够大幅改善大深度单排围护桩的内力、减少围护桩的水平位移，降低土方开挖对环境的影响。

具体地，第一斜撑桩21与第一围檩4相连接，主要承受第一围檩4传递的内力，控制围护桩1的顶部变形；第二斜撑桩22与第一连梁31和第二连梁32连接，主要承受第一连梁31和第二连梁32传递的内力，为第一围檩4、第二围檩5和围护桩1提供水平向支撑力，控制围护桩桩身变形。

还需要说明的是，当第一连梁31和第二连梁32倾斜设置时，首道第一连梁31可以在土方适当开挖后再进行施工，并且，第二斜撑桩22在施工时需要进行送桩，送桩深度约为1～2米。后土方开挖至第二斜撑桩22的桩头处，将第二斜撑桩22的桩头露出地面约50～60cm，此处，第一连梁31的开挖面应为倾斜的开挖面，待施工完第一连梁31、第一围檩4后，挖土施工第二围檩5和第二连梁32。本实施例中，第一连梁31、第二连梁32可采用工厂内预制的钢材、混凝土构件等，第一连梁31、第二连梁32的外缘应与第一斜撑桩21和第二斜撑桩22的连接部位需做特殊处理，形成固定的节点用来传导受力，如此，可以增加第二斜撑桩22的支撑深度，从而便于增加施工深度和应用场景。

实施例二：

参阅图2所示，在本发明一实施例中，所述第一斜撑桩21和第二斜撑桩22的底部设有注浆单元6、扩径单元或土体加固单元。如此，通过注浆、扩底和加固施工工艺，可以增加第一斜撑桩21和第二斜撑桩22的承载力。

实施例三：

参阅图3所示，在本发明一实施例中，所述围护桩1远离所述第一斜撑桩21和第二斜撑桩22的一侧设有排桩7，所述排桩7的顶部经第三围檩8和第三连梁9与所述围护桩1的顶部相连接。

本实施例中，排桩7可以是钢管(板)桩、工法桩(搅拌桩内插加强构件)、预制桩、灌注桩等，第三连梁9可以采用钢筋混凝土、钢材甚至其他多种类的可以将两个围檩(第一围檩4和第三围檩8)连接的材料。由排桩7、围护桩1与第三连梁9等连接组成的排架或钢架结构，可以增加围护结构的刚度，减少其变形，增加其适用深度。此外，本实施例与实施例二结合适用，可以大幅增加第二连梁32的埋设深度，从而使整个基坑的开挖深度增加。

实施例四：

参阅图4所示，在本发明一实施例中，还包括外排斜桩10，所述外排斜桩10倾斜地设置在所述围护桩1远离所述第一斜撑桩21和第二斜撑桩22的一侧，且所述外排斜桩10的顶部与所述围护桩1的顶部相连接。

本实施例中，外排斜桩10主要适用于基坑红线要求较宽或者场地具备一定的实施条件的场合，其目的在于：通过外排斜桩10增加围护结构的刚度，提高稳定性，本实施例与实施例一相结合，可以进一步提高土层的开挖总深度，增加其适用范围。

实施例五：

参阅图5所示，在本发明一实施例中，所述第一斜撑桩21和第二斜撑桩22之间形成一锐角。如此，可以减小第一连梁31的长度，从而优化了结构受力，有利于对基坑变形的控制效果。

实施例六：

参阅图6所示，在本发明一实施例中，还包括第三连梁11，所述第三连梁11固定在所述围护桩1侧壁上，且位于所述第二连梁32的下方，所述第一斜撑桩21和第二斜撑桩22均与所述第三连梁11固定连接，主要作用是：进一步提升第一斜撑桩21和第二斜撑桩22的稳定性与承载力。如此，可以应用于更多层的斜撑体系的作业，从而增加其应用深度和应用场景。以此类推，可以采用此方法进一步增加更多连梁层数。

实施例七：

参阅图7所示，在本发明一实施例中，还包括第三斜撑桩23，所述第三斜撑桩23设置在所述第二斜撑桩22的外侧，且所述第三斜撑桩23分别与所述第一连梁31和第二连梁32相连接。本实施例中，在水平方向增加了撑斜桩的数量，能够提高整体结构的刚度，从而增加本发明的应用深度和应用场景。以此类推，可以采用此方法在水平方向进一步增加更多道撑斜桩的根数。

本发明一实施例提供一种多道多层自稳式基坑支护装置的施工方法，包括以下步骤：

S1、施工围护桩1；围护桩1可以采用单排钻孔灌注桩挡土，节约了基坑围护结构占用土地面积；

S2、施工第一斜撑桩21和第二斜撑桩22；本实施例中，第一斜撑桩21和第二斜撑桩22可采用直径为377mm的钢管桩。

S3、开挖至第一连梁31和第一围檩4的底面标高处，施工第一连梁31和第一围檩4的钢筋笼，将第一斜撑桩21的顶部、第二斜撑桩22的顶部与围护桩1的顶部用混凝土浇筑连接；

S4、在所述围护桩1上固定第二围檩5和第二连梁32的钢筋笼；

S5、开挖基坑至第二连梁32的底面标高处；

S6、施工第二围檩5与第二连接梁32；

S7、待第二连梁32的混凝土强度达到一定程度后开挖基坑至坑底；

S8、施工底板垫层以及结构底板。

本实施例中，第一围檩4可以采用钢筋混凝土材料制成，将围护桩1的桩头平整处理后，绑扎钢筋，浇筑混凝土将第一斜撑桩21、第一连梁31与围护桩1的桩头连接；第二围檩5可以采用钢筋混凝土材料或钢材制成，在围护桩1的中部钻孔植入钢筋，与灌注桩桩身钢筋连接后与第二连梁32相连，在第二围檩5上部的围护桩1内打入钢制的挂钩，用挂钩钩住第二围檩5。

需要说明的是，第一连梁31可采用钢筋混凝土材料或钢材制成。当采用钢筋混凝土材料时，通过现场制作钢筋笼连接第一围檩4、第一斜撑桩21的桩头、第二斜撑桩22的桩头，钢筋笼制作完成后浇筑混凝土，将此三个构件通过钢筋混凝土连梁相连；当采用钢材时，采用型钢作为连梁主体，与第一斜撑桩21和第二斜撑桩22的连接可以采用钢材连接节点，采用机械连接或焊接连接等，连接第一围檩4、第一斜撑桩21的桩头、第二斜撑桩22的桩头。

可选地，第二连梁32可以采用钢筋混凝土材料或钢材制成。当采用钢筋混凝土材料时，通过现场制作钢筋连接第二围檩5、第一斜撑桩21的桩身、第二斜撑桩22的桩身处，钢筋笼制作完成后浇筑混凝土，将此三个构件通过钢筋混凝土连梁相连；当采用钢材时，采用型钢作为连梁主体，与撑斜桩的连接采用钢材连接节点，采用机械连接或焊接连接等，连接第二围檩5、第一斜撑桩21的桩身、第二斜撑桩22的桩身。

在本发明一实施例中，所述步骤S2包括：

S21、将第一斜撑桩21用打桩机按30-60度倾斜方向压入土体中，使第一斜撑桩21的顶部邻近围护桩1的顶部；

S22、将第二斜撑桩22按30-60度倾斜方向压入土体中，第二斜撑桩22距离围护桩1的顶部第一围檩4处水平向距离为0.1-5m。

综上所述，本发明具有以下优点：

1)、实现超前支撑，在围护体施工时同步进行撑斜桩的施工，基本不占用有效工期，围檩及支撑施工、养护完成，即可实施基坑土方开挖，能够有效的减少工期，降低造价，节约工程成本；

2)、该技术采用单排桩方案，支护施工在基坑内进行，后续地下结构施工时坑内部分可拆除，无须占用坑外有效空间，相较双排或多排围护桩基坑方案大大减少了对场地空间的要求与周边环境的影响，能更加充分利于土地资源，有效的增加了基坑的使用面积，有更好的经济效益，以开挖1万平方的基坑为例，本发明可增加建筑可用土地面积约1000～2000平方米，同时基坑支护对红线空间要求更低，因此该技术较双排或多排围护桩基坑技术具有更广的适用范围；

3)、本发明在不增加第二道对撑的情况下，仅通过增加撑斜桩的数量来满足基坑开挖深度，可局部或全部替换1道或2道常规支撑体系，基坑开挖面积越大性价比越高；

4)、本发明通过连梁的方式将两道撑斜桩与围护桩桩身连接，形成统一的抗弯整体，能够进一步改善围护桩水平受力、减少围护桩水平位移，降低土方开挖对围护结构的影响；

5)、本发明避免了斜抛撑方案中相应留土压坡、开槽支撑安装施工、二次土方开挖等复杂工序及可能因占用基础底板引起的质量问题。支撑形成后，即可实现一步到位实现敞开式土方开挖，极大减少土方开挖难度，方便结构施工，减少施工缝设置，大幅缩短施工工期；

6)、本发明有效的缩短了施工的工期，减少了基坑的施工风险，增加了基坑的安全性；

7)、本发明所使用的施工机械较少，并且均为常规的工程器械，另外，本发明的施工流程较为简便，施工速度较快，具有较强的适用范围；

8)、本发明绿色环保，降碳减排效益明显。钢筋、混凝土等材料用量远少于常规方案，可显著降低地下工程碳排放，又避免了大量拆撑对环境的二次噪音、粉尘污染，环境与社会效益显著。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种多道多层自稳式基坑支护装置，其特征在于，包括：

围护桩；

多道斜撑单元，设置在同一施工面上；

多层连接单元，多层所述连接单元分别沿所述围护桩的高度方向间隔设置，其中，每层所述连接单元的一端与所述围护桩固定连接，且每层所述连接单元均与所有的所述斜撑单元固定连接。

2.如权利要求1所述的多道多层自稳式基坑支护装置，其特征在于，所述斜撑单元包括设置在同一侧的第一斜撑桩和第二斜撑桩，所述连接单元包括水平或倾斜设置的第一连梁和第二连梁，所述第一连梁位于所述第二连梁的上方；

其中，所述第一斜撑桩的顶部和所述第一连梁的一端通过第一围檩与所述围护桩的顶部相连接；所述第二连梁的一端通过第二围檩与所述围护桩的侧壁相连接。

3.如权利要求2所述的多道多层自稳式基坑支护装置，其特征在于，所述第一斜撑桩和第二斜撑桩的底部设有注浆单元、扩径单元或土体加固单元。

4.如权利要求2或3所述的多道多层自稳式基坑支护装置，其特征在于，所述围护桩远离所述第一斜撑桩和第二斜撑桩的一侧设有排桩，所述排桩的顶部经第三围檩和第三连梁与所述围护桩的顶部相连接。

5.如权利要求2所述的多道多层自稳式基坑支护装置，其特征在于，还包括外排斜桩，所述外排斜桩倾斜地设置在所述围护桩远离所述第一斜撑桩和第二斜撑桩的一侧，且所述外排斜桩的顶部与所述围护桩的顶部相连接。

6.如权利要求2或3所述的多道多层自稳式基坑支护装置，其特征在于，所述第一斜撑桩和第二斜撑桩之间形成一锐角。

7.如权利要求6所述的多道多层自稳式基坑支护装置，其特征在于，还包括第三连梁，所述第三连梁固定在所述围护桩侧壁上，且位于所述第二连梁的下方，所述第一斜撑桩和第二斜撑桩均与所述第三连梁固定连接。

8.如权利要求2所述的多道多层自稳式基坑支护装置，其特征在于，还包括第三斜撑桩，所述第三斜撑桩设置在所述第二斜撑桩的外侧，且所述第三斜撑桩分别与所述第一连梁和第二连梁相连接。

9.一种如权利要求1-8任一项所述的多道多层自稳式基坑支护装置的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、施工围护桩；

S2、施工第一斜撑桩和第二斜撑桩；

S3、开挖至第一连梁和第一围檩的底面标高处，施工第一连梁和第一围檩的钢筋笼，将第一斜撑桩的顶部、第二斜撑桩的顶部与围护桩的顶部用混凝土浇筑连接；

S4、在所述围护桩上固定第二围檩和第二连梁的钢筋笼；

S5、开挖基坑至第二连梁的底面标高处；

S6、施工第二围檩与第二连接梁；

S7、待第二连梁的混凝土强度达到一定程度后开挖基坑至坑底；

S8、施工底板垫层以及结构底板。

10.如权利要求9所述的多道多层自稳式基坑支护装置的施工方法，其特征在于，所述步骤S2包括：

S21、将第一斜撑桩用打桩机按30-60度倾斜方向压入土体中，使第一斜撑桩的顶部邻近围护桩的顶部；

S22、将第二斜撑桩按30-60度倾斜方向压入土体中，第二斜撑桩距离围护桩的顶部第一围檩处水平向距离为0.1-5m。

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