喷锚逆作与冲孔桩组合的深基坑围护结构及其施工方法与流程

本发明涉及一种轨道交通和建筑工程基坑工程的结构及其施工方法，特别是一种深基坑内管线下方喷锚支护与冲孔灌注桩组合的围护结构及其施工方法。

背景技术：
在目前国内的基坑工程，特别是城市轨道交通的基坑工程中，基坑内常有各种城市管线，影响了基坑围护结构的施工。基坑内部分管线不能够改迁出基坑外，只能采取坑内管线原位悬吊或支托保护，此时基坑围护结构不能够被完全封闭。一般将管线下方围护结构采取喷锚方式逆作，当基坑深度较深且逆作段宽度较大时施工安全隐患较大。因此，管线下方7m高度内仍采取喷锚支护方式，7m以下利用改造后的矮桩机施工冲孔桩，达到封闭基坑的目的。

技术实现要素：
本发明的目的是提供一种喷锚逆作与冲孔桩组合的深基坑围护结构及其施工方法，要解决的技术问题是封闭基坑，降低安全隐患，提高施工效率。本发明采用以下技术方案:一种喷锚逆作与冲孔桩组合的深基坑围护结构，基坑内设置有深基坑围护结构，在管线的下方、基坑两侧设置有基坑外侧土体加固，在基坑外侧土体加固内侧的上部设置有基坑外侧支护结构，在基坑外侧土体加固内侧的下部设置有管线下方冲孔桩，在管线下方冲孔桩的上部、基坑外侧支护结构的内侧设置有坑内补桩上方补强结构。本发明的基坑外侧支护结构为钢筋混凝土结构，高度7.0m，厚30cm，在混凝土内设置有水平设置的工字钢，间距为500mm，工字钢的两端与既有围护结构连接，工字钢之间水平设置有直径为22mm的连接筋，连接筋的两端与工字钢焊接连接，间距为500mm,在连接筋上点焊或绑扎连接有直径为8mm的钢筋网，间距为150×150mm。本发明的管线下方冲孔桩由外径800mm、高6m的桩组成组合成桩，竖直设置,间距为900mm，桩内设置有8根外径为25mm的竖直主筋，桩内注入有桩身水下砼,水下砼采用C35，在桩间背土侧挂直径为8mm、间距为150×150mm的钢筋网，钢筋网外喷射有C35砼。本发明的坑内补桩上方补强结构为高6m、厚800mm的钢筋混凝土结构，采用直径22mm、间距为150mm的竖向钢筋竖直布置，竖向钢筋的下端与管线下方冲孔桩竖直主筋焊接连接，在厚度方向的两个断面分别设有双层的直径为22mm、间距为200mm的横向钢筋，横向钢筋的两端与既有围护结构植筋焊接连接，竖向钢筋中间填充有C35砼80cm。一种喷锚逆作与冲孔桩组合的深基坑围护结构的施工方法，包括以下步骤：一、在基坑外管线两侧施工基坑外侧土体加固，在管线两侧、基坑内的下方土体布置外径为Ф600mm的二重管旋喷桩，垂直设置，中心距离为450mm，将水与42.5普通硅酸盐水泥按1：1的水灰质量比制备成水泥浆液，以射水压力20MPa、流量80L/min，旋喷施工柱状固结体，二重管旋喷桩施工完毕，在管线下方、柱状固结体之间布置袖阀管，采用42.5普通硅酸盐水泥，水灰质量比为0.5～1:1，水玻璃掺量为水灰质量的3％，搅拌均匀得到浆液，灌注浆液，压力为1～2MPa、流量为30～40L/min，得到高度为7～15m，厚度为0.6～0.8m的基坑外侧土体加固；二、在基坑外侧土体加固内侧的上部，按间距500mm水平设置工字钢I22b，工字钢的两端与既有围护结构焊接连接，按间距500mm水平设置直径为22mm的连接筋，连接筋的两端与工字钢焊接连接，在连接筋上点焊或绑扎直径为8mm的钢筋网，钢筋网间距为150×150mm，用内径为42mm的超前小导管注浆，注浆的浆液采用42.5普通硅酸盐水泥，水灰质量比为0.8～1.5:1，注浆压力0.5～1.0MPa，经1～3h水泥浆初凝后，再喷射C35砼30cm，形成基坑外侧支护结构；三、基坑内平整场地后，拼装改造后的CK3000型冲孔桩机，冲孔桩机高度由7.5m改造为6m；四、在背土侧施工管线下方冲孔桩,用冲孔桩机在基坑内成孔，在地面用8根外径为25mm的竖直主筋分节制作钢筋笼，基坑内组装吊放钢筋笼至已钻成孔的孔内，得到竖直设置的外径800mm、高6m、间距为900mm的组合桩，用冲孔桩机吊放导管灌注桩身水下砼,在组合桩之间、背土侧挂直径为8mm、间距为150×150mm的钢筋网后，采用喷浆机向钢筋网喷射C35砼(11)找平；五、绑扎直径22mm、间距为150mm的竖向钢筋，竖向钢筋的下端与管线下方冲孔桩竖直主筋连接，在厚度方向的两个断面分别设置双层的直径为22mm、间距为200mm的横向钢筋，横向钢筋的两端与既有围护结构植筋连接，在竖向钢筋中间填充C35砼80cm，得到坑内补桩上方补强结构；六、分层开挖基坑及支撑施工，施作桩间锚喷砼，形成基坑封闭，得到喷锚逆作与冲孔桩组合的深基坑围护结构。本发明的步骤六后对管线下方冲孔桩完成的喷锚逆作与冲孔桩组合的深基坑围护结构所构成的支护体系进行补强和找平。本发明的步骤一袖阀管每排之间的间隔1m，斜向布置。本发明的步骤二超前小导管竖直设置,间距为1m。本发明的步骤五竖向钢筋的下端与管线下方冲孔桩竖直主筋连接前，凿除管线下方冲孔桩桩顶浮浆。本发明与现有技术相比，基坑外侧喷锚支护结构采用逆做法施工，坑内补桩上方喷锚支护补强结构采用顺做法施工，施工方法操作简单、省时省力，形成上部喷锚结构与下部冲孔桩的组合，达到封闭基坑的效果，有效降低安全隐患，提高施工效率，可用于城市轨道交通基坑工程和建筑基坑工程，既能实现围护结构封闭，又保证基坑安全。附图说明图1是本发明的基坑的围护结构剖面示意图。图2是图1的A-A剖面图。图3是图1的俯视图。图4是本发明的基坑外侧土体加固结构示意图。图5是本发明的基坑外侧支护结构示意图。图6是本发明的坑内补桩上方补强结构示意图。图7是本发明的管线下方冲孔桩平面布置图。图8是现有技术的冲孔桩机结构示意图。图9是本发明的冲孔桩机结构示意图。图10是本发明的管线下方冲孔桩间喷砼布置图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。如图1、图2和图3所示，本发明的喷锚逆作与冲孔桩组合的深基坑围护结构，设有基坑外侧土体加固1、基坑外侧支护结构2、管线下方冲孔桩3和坑内补桩上方补强结构4。基坑外侧土体加固1位于管线5的下方、基坑两侧，基坑外侧支护结构2设置在基坑外侧土体加固1内侧的上部，管线下方冲孔桩3设置在基坑外侧土体加固1内侧的下部，坑内补桩上方补强结构4设置在管线下方冲孔桩3的上部、基坑外侧支护结构2的内侧。如图4所示，基坑两侧、管线5的下方设置的基坑外侧土体加固1，是基坑内侧的混凝土结构，混凝土结构的外侧为水泥浆液与土体充分搅拌混合后的柱状固结体。施工基坑外侧土体加固1时，先从管线5两侧、基坑内的下方土体布置外径为Ф600mm的二重管旋喷桩6，二重管旋喷桩6垂直设置，中心距离为450mm，以保证相邻两个旋喷桩6桩间咬合。将水与42.5普通硅酸盐水泥按1：1的水灰质量比充分搅拌均匀，制备成水泥浆液，以射水压力20MPa、流量为80L/min，旋喷施工柱状固结体。二重管旋喷桩6施工完毕，在管线5下方、柱状固结体之间布置袖阀管7，用于灌注浆液，浆液材料采用42.5普通硅酸盐水泥，水灰质量比为0.5～1:1，水玻璃掺量为水灰质量的3％，搅拌均匀得到浆液，注浆压力1～2MPa、流量为30～40L/min，袖阀管7每排之间的间隔1m，斜向布置，每排的倾角不同，覆盖全部加固土体,以保证将管线5下方的土体加固到位，不留死角。如图5所示，基坑外侧支护结构2为钢筋混凝土结构，高度7.0m，厚30cm，在混凝土内设置工字钢，采用I22b，工字钢水平设置，间距为500mm(I22b@500mm)，工字钢的两端与既有围护结构8连接，如与逆作段两侧已施工的连续墙接头型钢焊接连接。工字钢之间水平设置有直径为22mm的连接筋，连接筋的两端与工字钢焊接连接，间距为500mm(Ф22@500mm)。在连接筋上点焊或绑扎连接有直径为8mm的钢筋网，间距为150×150mm(Ф8@150×150mm)。施工基坑外侧支护结构2时，按间距500mm水平设置工字钢I22b，将工字钢的两端与既有围护结构8焊接连接，按间距500mm水平设置直径为22mm的连接筋，连接筋的两端与工字钢焊接连接，在连接筋上点焊或绑扎直径为8mm的钢筋网，钢筋网间距为150×150mm。采用内径为42mm(Ф42)的超前小导管注浆，超前小导管竖直设置,间距为1m，注浆的浆液采用水泥浆，采用42.5普通硅酸盐水泥，水灰质量比为0.8～1.5:1，注浆压力0.5～1.0MPa，经1～3h水泥浆初凝后，再喷射C35砼30cm，保证有足够的保护层，形成基坑外侧支护结构2。如图7所示，管线下方冲孔桩3由外径800mm、高6m的桩9组合成组合桩，竖直设置,间距为900mm，桩9内设置有8根外径为25mm的竖直主筋(8Ф25)钢筋。桩9内注入有桩身水下砼,水下砼采用C35,抗渗等级P8，砼塌落度180～220mm，C35水下砼配合质量比见表1。表1C35水下砼配合质量比如图8所示，施工桩9时，采用CK3000型冲孔桩机，对桩机机架进行切割缩短，其中主杆减少1.5m，桩机高度由7.5m改造为6m，使其能在管线下方低净空条件下进行施工作业，如图9所示，改造后的冲孔桩机尺寸长宽高为7500×2200×6000mm以适应深基坑内上下两道支撑间钻孔施工。如图10所示，基坑开挖时在桩9间背土侧挂直径为8mm、间距为150×150mm的钢筋网10(Ф8@150×150mm)，然后采用喷浆机向钢筋网喷射C35砼11找平。如图6所示，坑内补桩上方补强结构4为高6m、厚800mm的钢筋混凝土结构。采用直径22mm、间距为150mm的竖向钢筋竖直布置(Ф22@150)，竖向钢筋的下端与管线下方冲孔桩3竖直主筋焊接连接，在厚度方向的两个断面分别设有双层的直径为22mm、间距为200mm的横向钢筋(Ф22@200mm)，横向钢筋的两端与逆作段两侧已施工的既有围护结构植筋焊接连接，竖向钢筋中间填充有C35砼80cm。施工坑内补桩上方补强结构4时，首先按现有技术进行逆作段两侧已施工的既有围护结构植筋施工，然后安装竖向钢筋和横向钢筋，其中横向钢筋与植筋相焊接连接，最后采用喷浆机喷射C35砼80cm，得到坑内补桩上方补强结构4。本发明的喷锚逆作与冲孔桩组合的深基坑围护结构的施工方法，包括以下步骤：一、管线改迁，交通疏解，车站围挡、施工场地布置。二、施做车站围护结构。三、对不具备改迁条件的管线在基坑外管线两侧施工基坑外侧土体加固1，在管线5两侧、基坑内的下方土体布置外径为Ф600mm的二重管旋喷桩6，垂直设置，中心距离为450mm，将水与42.5普通硅酸盐水泥按1：1的水灰质量比充分搅拌均匀，制备成水泥浆液，以射水压力20MPa、流量80L/min，旋喷施工柱状固结体，二重管旋喷桩6施工完毕，在管线5下方、柱状固结体之间布置袖阀管7，采用42.5普通硅酸盐水泥，水灰质量比为0.5～1:1，水玻璃掺量为水灰质量的3％，搅拌均匀得到浆液，灌注浆液，压力为1～2MPa、流量为30～40L/min，得到基坑外侧土体加固1，为高度为7～15m，厚度为0.6～0.8m的混凝土结构。基坑外侧土体加固1(喷锚支护结构)布置于已施工围护结构的迎土侧，与围护结构可靠连接，确保管线下方冲孔桩3施工有足够的平面位置，即基坑外侧土体加固1为管线下方冲孔桩3的围护安全和场地提供了条件，在基坑外面管线两侧布置Ф600二重管旋喷桩，管线下方布置袖阀管注浆，以加固土体防止开挖时坍塌，保证开挖时安全。基坑外侧喷锚支护结构最小施工高度为7m，一是尽可能减小喷锚支护高度以确保支护安全，二是要满足改造后的冲孔桩机工作最小净高尺寸。四、对不具备改迁条件的管线施做原位悬吊或支托保护。五、按现有技术浅层基坑开挖基坑及支撑施工，施做管线下方喷锚逆作段。在基坑外侧土体加固1内侧的上部，按间距500mm水平设置工字钢I22b，工字钢的两端与既有围护结构8焊接连接，按间距500mm水平设置直径为22mm的连接筋，连接筋的两端与工字钢焊接连接，在连接筋上点焊或绑扎直径为8mm的钢筋网，钢筋网间距为150×150mm，用内径为42mm的超前小导管注浆，超前小导管竖直设置,间距为1m，注浆的浆液采用42.5普通硅酸盐水泥，水灰质量比为0.8～1.5:1，注浆压力0.5～1.0MPa，经1～3h水泥浆初凝后，再喷射C35砼30cm，形成基坑外侧支护结构2。六、基坑内平整场地，拼装改造后的CK3000型冲孔桩机，安装护筒。冲孔桩机高度由7.5m改造为6m，使冲孔桩机能在基坑内管线下方低净空条件下进行冲孔作业。七、在喷锚逆作段的背土侧施工管线下方冲孔桩3,用冲孔桩机在基坑内成孔，在地面用8根外径为25mm的竖直主筋分节制作钢筋笼，基坑内组装吊放钢筋笼至已钻成孔的孔内，得到竖直设置的外径800mm、高6m、间距为900mm的组合桩，组合桩下部插入基坑底满足嵌固深度，上部预留接长条件，组合桩平面与原围护结构内边缘平齐。用冲孔桩机吊放导管灌注桩身水下砼,在组合桩之间、背土侧挂直径为8mm、间距为150×150mm的钢筋网10后，采用喷浆机向钢筋网喷射C35砼11找平。便于基坑完全封闭和创造防水施工的基面条件。八、凿除管线下方冲孔桩3桩顶浮浆，按现有技术进行既有围护结构植筋施工，绑扎直径22mm、间距为150mm的竖向钢筋，竖向钢筋的下端与管线下方冲孔桩3竖直主筋连接，在厚度方向的两个断面分别设置双层的直径为22mm、间距为200mm的横向钢筋，横向钢筋的两端与既有围护结构植筋连接，在竖向钢筋中间填充C35砼80cm，得到坑内补桩上方补强结构4。九、对管线下方冲孔桩3完成的喷锚逆作与冲孔桩组合的深基坑围护结构所构成的支护体系进行补强和找平。十、分层开挖基坑及支撑施工，施作桩间锚喷砼，形成基坑封闭，得到喷锚逆作与冲孔桩组合的深基坑围护结构。本发明的基坑外侧支护结构2、管线下方冲孔桩3和坑内补桩上方补强结构4的工字钢、钢筋网、竖向钢筋、横向钢筋通过焊接相互可靠连接，与喷射混凝土形成联合支护体系。确保管线下方土方开挖安全，防止坍塌、涌水涌泥等险情的发生。实施例1、工程概况深圳地铁9号线景田站(车站)总长243.8m，车站基坑被已运营的2号线景田站分成南、北两部分，南、北基坑分别长70.87m和68.39m。车站南端标准段结构净宽19.8m，北端标准段结构净宽22.0m。标准段基坑底部深约25.8～26.1m。景田站为复合结构，车站围护结构采用100cm厚地下连续墙，内支撑采用5道支撑，其中第一道为砼支撑；车站主体为地下三层双柱三跨的现浇钢筋混凝土矩形框架结构，12m宽岛式车站。车站范围内的地层从上到下依次为<1-1>素填土、<3-2>粘性土、<3-3>粉细砂层、<3-4>中粗砂层、<6-1>可塑状残积砾质粘性土、<6-2>硬塑状残积砂质粘性土、<11-1>混合岩全风化带、<11-2>混合花岗岩强风化带。地下水稳定水位埋深8.10～9.80m。各地层厚度及地层渗透系数详见表2。表1地层厚度及地层渗透系数2、车站围护结构车站主体围护结构共有1000mm厚地下连续墙54幅，墙长28.71～32.48米，幅宽2.3～6.9米，基本墙幅采用6.0m。地下连续墙墙幅接头形式为工字钢，Q235钢。地下连续墙：C35、P10防水钢筋混凝土。3、管线下方喷锚逆作与冲孔桩组合的深基坑围护结构实施情况由于车站基坑内无法改迁的电缆管线较多，使得地下连续墙无法连续施工，一共有7处围护结构无法封闭(宽度分别为N1＝6m、N2＝4m、N3＝3.5m、N4＝3.5m、N5＝4m、N6＝4m、N7＝5m)。采用本发明的喷锚逆作与冲孔桩组合的深基坑围护结构，通过基坑外侧土体加固、基坑外侧支护结构、管线下方冲孔桩和坑内补桩上方补强结构进行组合施工，解决常规方法无法施工管线下方围护结构的问题。通过该方法将管线两侧既有围护结构相连固结，达到基坑封闭的效果，减少了管线下方土体的暴露时间，有效地降低安全隐患，相对于大型管线迁改后再按常规方法施做围护结构，缩短了施工时间，提高了施工效率。