一种超大深基坑分区开挖后加内支撑结构及施工方法与流程

本发明属于地下工程领域，具体涉及一种超大深基坑分区开挖后加内支撑结构及施工方法。
背景技术：
：随着建筑技术的发展和城市地下空间的不断开发，深基坑工程越来越多；在诸多深基坑工程施工时，时常会遇到平面尺寸大、地质条件复杂、变形控制严格的情况。工程实践表明，在超大深基坑开挖施工时，不仅要考虑基坑支护安全等级、地质条件、基坑深度、周边环境、基坑平面尺寸及形状、施工场地条件等因素，还应从技术经济角度对基坑支护形式和施工工艺进行分析。实际工程中，如何提升复杂环境下超大深基坑的设计与施工技术水平，提高工程建设效益，已成为基坑施工面临的重要问题。目前深基坑支护型式主要有：放坡开挖、悬臂式、重力式、内撑式、拉锚式、土钉墙及其它支护结构(门架式、拱式组合、沉井支护、冻结法和逆作法等)，这些支护形式在适宜的工况下取得了较好的支护效果，但在如何提升基坑支护稳定性、降低支护工程造价、动态控制基坑支护强度、优化基坑支护体系等方面尚存可进一步优化的空间。现有专利号为cn201210024780.4所公开的一种深基坑支护方法，具体包括如下步骤：(1)在待支护坑基周围打入若干根下端设有闭合桩尖的空心管桩；(2)在上述空心管桩内放入设有注浆管的钢筋笼并将其固定于空心管桩内的中心部位；(3)在所述空心管桩内浇注一定强度的混凝土，振捣密实；(4)上述混凝土初凝后，从注浆管上端向空心管桩内部注入一定浓度的水泥浆，在所述空心管桩内的混凝土和水泥浆终凝后，支护桩完成。该结构虽在空心管桩的受力性能提升和支护结构整体增强方面进行了一些创新，但未能解决支护结构受力性状改善、土体支护性能发挥、施工效率提升等工程问题。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种超大深基坑分区开挖后加内支撑结构及施工方法，可充分发挥基坑内部土体自稳能力，降低现场施工难度，节省建筑材料用量，提升基坑稳定性；有效改善超大深基坑施工质量，提升现场施工效率，改善基坑支护结构受力性状，适用于超大深基坑开挖工程。为实现上述技术目的，本发明的主要技术解决手段是提供一种超大深基坑分区开挖后加内支撑结构，包括基坑，基坑侧壁由表到里依次设有内侧支护桩、桩顶固化土层和外侧支护桩，基坑底部由下到上顺次设有坑底排水层、土工格栅层和固化水泥土层，基坑底部设有顺次连接的后浇带地梁、后加内支撑底部承压板和可调支托，基坑侧壁表面的内侧支护桩上设有支护桩冠梁，支护桩冠梁上设有后加内支撑顶部承压板，后加内支撑顶部承压板和可调支托之间设有后加内支撑。所述基坑底部紧靠内侧支护桩处设有坑底补强桩植入孔，坑底补强桩植入孔内设有坑底补强桩，坑底排水层与坑底补强桩的连接处设有坑底排水沟。所述固化水泥土层设有贯穿土工格栅层、坑底排水层和基坑底部的抗浮锚杆布设孔，抗浮锚杆布设孔内设有抗浮锚杆，抗浮锚杆的底部设有锚杆扩大头。所述地锚螺栓采用1.0～1.5m长的土钉。所述后加内支撑表面焊接或粘贴有表面应变计。所述支护桩冠梁顶部设有固定在内侧支护桩上的上部冠梁定位筋体，支护桩冠梁底部设有固定在内侧支护桩上的下部冠梁定位筋体，支护桩冠梁包括由冠梁底模板、冠梁侧模板和上部冠梁定位连接体围绕连接构成的支护桩冠梁模，上部冠梁定位连接体通过上部冠梁定位筋体螺栓与上部冠梁定位筋体连接，冠梁底模板固定在下部冠梁定位筋体上，支护桩冠梁模内设有与后加内支撑顶部承压板连接的冠梁钢筋笼，后加内支撑顶部承压板两端分别与冠梁底模板和冠梁侧模板连接，支护桩冠梁模内浇筑有混凝土，经养护形成支护桩冠梁。所述冠梁底模板和冠梁侧模板的连接是通过冠梁侧模板的底部插入冠梁底模板设有的冠梁侧模板布设槽内实现的。所述后浇带地梁包括由插在基坑底部的地锚螺栓和设在地锚螺栓旁的地梁钢筋笼构成的后浇带地梁模，地梁钢筋笼与后加内支撑底部承压板连接，后浇带地梁模内浇筑有混凝土。所述固化水泥土层包括先期固化水泥土层和后加内支撑下方的后期固化水泥土层，先期固化水泥土层和后期固化水泥土层之间连接有隔水条带，所述隔水条带采用橡胶隔水条带，隔水条带的侧面与固化水泥土层粘贴连接。所述内侧支护桩和外侧支护桩均采用直径0.8m的水泥搅拌桩，桩间距1.2m，内侧支护桩的桩长为12m，外侧支护桩的桩长为10m。所述桩顶固化土层厚度为2.5m，水泥浆注浆内侧支护桩和外侧支护桩之间的土形成。所述后加内支撑采用直径200mm、壁厚2mm、长8m、强度等级为q235的钢管切割而成。所述支护桩冠梁和后浇带地梁尺寸相同，截面宽300mm、高400mm，混凝土强度等级为c30。所述上部冠梁定位筋体直径32mm的螺纹钢筋预制而成，面向基坑端伸出内侧支护桩的长度为300mm。所述下部冠梁定位筋体采用直径20mm的膨胀螺栓，下部冠梁定位筋体的伸出端设置上部冠梁定位筋体螺栓和上部冠梁定位连接体，在上部冠梁定位筋体螺栓内部设连接丝，上部冠梁定位连接体的直径为20mm，一端设置与上部冠梁定位筋体螺栓连接的螺纹，另一端设置与冠梁侧模板连接的模板限位弯头。所述后加内支撑顶部承压板和后加内支撑底部承压板均采用厚2cm、长为30cm、宽为30cm、强度等级为q235的钢板轧制而成。所述冠梁钢筋笼和地梁钢筋笼分别根据支护桩冠梁和后浇带地梁尺寸要求制备而成，均包括6根直径为25mm的纵向螺纹钢筋，箍筋采用直径为10mm的光面钢筋，箍筋与后加内支撑顶部承压板相接处为斜面，箍筋与后加内支撑底部承压板相接处为斜面。所述冠梁底模板和冠梁侧模板均采用厚5mm的铝合金模板，其中冠梁底模板的宽度为400mm，在面向基坑侧设置宽5mm、深3mm的冠梁侧模板布设槽；冠梁侧模板的高度为405mm。所述坑底排水层厚100mm，采用均匀粒径的砂砾材料，砂砾最大粒径不超过50mm。所述地锚螺栓采用直径为32mm的螺纹钢筋预制而成，地锚螺栓长500mm。所述锚杆扩大头采用水泥浆压力注浆形成，扩大头端部长不小于1000mm、直径不小于200mm。所述抗浮锚杆采用直径为32mm的螺纹钢筋预制而成，长度为8000mm；抗浮锚杆布设孔的孔径130mm。所述固化水泥土层采用水泥土压实形成，厚度为300mm。所述土工格栅层采用玻纤格栅材料，玻纤格栅材料技术要求如下表。指标内容指标要求测试温度(℃)抗拉强度(kn/m)≥5020±2最大负荷延伸率(％)≤320±2网孔尺寸(mm×mm)20×2020±2网孔形状矩形20±2所述可调支托采用30t的薄型液压千斤顶。所述表面应变计采用量程为100mm、温度测量范围:-50～+150℃的电阻式表面应变计。所述坑底补强桩植入孔的直径为500mm，采用低压钻孔方式形成；坑底补强桩采用直径为500毫米。所述坑底排水沟的宽度为500mm、深200mm，在坑底排水沟内填充与坑底排水层相同的砂砾材料。所述隔水条带采用遇水膨胀橡胶隔水密封带，其膨胀率(5h-6h)≥300％～400％，最大膨胀率≥1600％。本发明还提供了一种超大深基坑分区开挖后加内支撑结构的施工方法，包括以下施工步骤：1)施工准备：查明工程地质土性、地下水位和预挖基坑区与既有临近建筑的距离，并在现场标明内侧支护桩、外侧支护桩的桩位和桩顶高程，组织施工机械、材料和人员进场；2)基坑支护桩施工：在预挖基坑区边缘外施工外侧支护桩，再在预挖基坑区边缘处施工内侧支护桩，并对外侧支护桩和内侧支护桩之间土体进行固化处理，形成桩顶固化土层，桩顶固化土层的厚度为1/5～1/4内侧支护桩长；3)基坑中间土体放坡开挖：自预挖基坑区中间向两边放坡开挖中间部位的土体形成初步的基坑，将预设后加内支撑位置的土体开挖成上陡下缓的台阶形；4)支护桩冠梁施工：在内侧支护桩引上下两排孔，上排孔中均植入一上部冠梁定位筋体，下排孔中均植入一下部冠梁定位筋体，并使多个下部冠梁定位筋体的顶面高程在同一平面上；先将后加内支撑顶部承压板与支护桩冠梁钢筋笼焊接连接，再在下部冠梁定位筋体上固定由冠梁底模板、冠梁侧模板和上部冠梁定位连接体围绕连接构成的支护桩冠梁模，支护桩冠梁钢筋笼布设在支护桩冠梁模内，将上部冠梁定位连接体通过上部冠梁定位筋体螺栓与上部冠梁定位筋体连接，随后对支护桩冠梁模进行混凝土浇筑，经养护形成支护桩冠梁；5)基坑底部开挖区域处理：先将除了预设后加内支撑位置的基坑底部的一定厚度的土体挖除后依次铺设坑底排水层和土工格栅层，再在后浇带地梁轴线部位向基坑底部土体内打设地锚螺栓，在地梁钢筋笼上焊接后加内支撑底部承压板，随后浇筑混凝土形成后浇带地梁；再在基坑底部布设带锚杆扩大头的抗浮锚杆，最后在已开挖区域的基坑底部布设固化水泥土层；6)后加内支撑施工：待支护桩冠梁和后浇带地梁的混凝土形成强度后，先在后浇带地梁的后加内支撑底部承压板上设置可调支托，再在可调支托与后加内支撑顶部承压板之间设置后加内支撑，并在后加内支撑的表面焊接或粘贴表面应变计，对后加内支撑施加压力，使后加内支撑两端分别与可调支托和支护桩冠梁紧密连接；7)后加内支撑下部土体开挖：自上向下将后加内支撑下部的土体挖除，并将挖除的土体先置于基坑底部已经固化的固化水泥土层上；8)基坑底后补强施工：采用小型施工机械在基坑底部紧邻内侧支护桩部位向下引孔，形成坑底补强桩植入孔，随后采用压力装置将坑底补强桩压入坑底补强桩植入孔内；再在基坑底铺设坑底排水层，在坑底排水层与坑底补强桩相接处设置坑底排水沟；最后在坑底排水层上顺次进行土工格栅层和固化水泥土层的施工，在不同时间施工的坑底固化水泥土层之间的竖向接缝处设置隔水条带；9)后加内支撑拆除：采取间隔拆除的方式，逐步将后加内支撑拆除，将7)中临时置于基坑底部已经固化的固化水泥土层上的土体移至基坑外侧。所述抗浮锚杆布设孔采用小型施工机械钻孔的方式成孔，向抗浮锚杆布设孔内插入抗浮锚杆后，对抗浮锚杆的底部进行压力注浆，形成锚杆扩大头；抗浮锚杆底部注浆压力为对应深度处被动土压力计算值的1.5～2倍。所述坑底补强桩植入孔采用小型施工机械钻孔的方式成孔。本发明有益效果：(1)根据超大深基坑分区开挖后加内支撑结构的受力特点，从超大深基坑分区开挖、斜向的后加内支撑、坑底局部补强等方面着手，对基坑支护结构和施工工艺进行优化处理，不但可以充分发挥基坑内土体的自稳能力和后加内支撑的支护性能，而且可以改善基坑支护系统的受力性状；(2)根据基坑内侧支护桩和外侧支护桩的桩身受力情况，先对支护桩施加斜向支撑后再开挖基坑边缘部位的土体，在坑底与内侧支护桩相接处设置坑底补强桩后再拆除后加内支撑，可有效提升施工过程中及基坑开挖完成后支护体系抵抗横向变形的能力，防止发生失稳破坏；(3)在基坑中间部位土体开挖完成后，即可进行坑底抗浮锚杆和坑底固化水泥土层施工，以及上部主体结构的施工，既有助于缩短现场施工工期，又可提升基坑底部的抗浮性能，降低了工程病害的发生概率；(4)后加内支撑采用钢支撑，基坑开挖完成后可拆除留用，节省了基坑支护结构的材料费用，降低了工程施工成本。附图说明图1是本发明一实施例的结构示意图；图2是图1实施例中的支护桩冠梁模板布设完成后的结构断面示意图；图中：1-内侧支护桩；2-外侧支护桩；3-桩顶固化土层；4-后加内支撑；5-支护桩冠梁；6-上部冠梁定位筋体；7-下部冠梁定位筋体；8-后加内支撑顶部承压板；9-冠梁钢筋笼；10-冠梁底模板；11-冠梁侧模板；12-坑底排水层；13-后浇带地梁；14-地锚螺栓；15-地梁钢筋笼；16-后加内支撑底部承压板；17-锚杆扩大头；18-抗浮锚杆；19-固化水泥土层；20-土工格栅层；21-可调支托；22-表面应变计；23-坑底补强桩植入孔；24-坑底补强桩；25-坑底排水沟；26-隔水条带；27-冠梁侧模板布设槽；28-上部冠梁定位筋体螺栓；29-抗浮锚杆布设孔；30-上部冠梁定位连接体；31-模板限位弯头；32-基坑。具体实施方式本实施方式中后加内支撑设计和制作施工技术要求、内侧支护桩和外侧支护桩的施工技术要求、混凝土浇筑施工技术要求、固化水泥土层施工技术要求、土工格栅层布设施工技术、抗浮锚杆施工技术要求等本实施例中不再赘述，重点阐述本发明涉及施工方法的实施方式。如图1和图2所示，本发明所描述的一种超大深基坑分区开挖后加内支撑结构，包括基坑32，基坑32侧壁由表到里依次设有内侧支护桩1、桩顶固化土层3和外侧支护桩2，基坑32底部由下到上顺次设有坑底排水层12、土工格栅层20和固化水泥土层19，基坑32底部设有顺次连接的后浇带地梁13、后加内支撑底部承压板16和可调支托21，基坑32侧壁表面的内侧支护桩1上设有支护桩冠梁5，支护桩冠梁5上设有后加内支撑顶部承压板8，后加内支撑顶部承压板8和可调支托21之间设有后加内支撑4。所述基坑32底部紧靠内侧支护桩1处设有坑底补强桩植入孔23，坑底补强桩植入孔23内设有坑底补强桩24，坑底排水层12与坑底补强桩24的连接处设有坑底排水沟25。所述固化水泥土层19设有贯穿土工格栅层20、坑底排水层12和基坑32底部的抗浮锚杆布设孔29，抗浮锚杆布设孔29内设有抗浮锚杆18，抗浮锚杆18的底部设有锚杆扩大头17。所述地锚螺栓采用1.0～1.5m长的土钉。所述后加内支撑4表面焊接或粘贴有表面应变计22。所述支护桩冠梁5顶部设有固定在内侧支护桩1上的上部冠梁定位筋体6，支护桩冠梁5底部设有固定在内侧支护桩上1的下部冠梁定位筋体7，支护桩冠梁5包括由冠梁底模板10、冠梁侧模板11和上部冠梁定位连接体30围绕连接构成的支护桩冠梁模，上部冠梁定位连接体30通过上部冠梁定位筋体螺栓28与上部冠梁定位筋体6连接，冠梁底模板10固定在下部冠梁定位筋体7上，支护桩冠梁模内设有与后加内支撑顶部承压板8连接的冠梁钢筋笼9，后加内支撑顶部承压板8两端分别与冠梁底模板10和冠梁侧模板11连接，支护桩冠梁模内浇筑有混凝土，经养护形成支护桩冠梁5。所述冠梁底模板10和冠梁侧模板11的连接是通过冠梁侧模板11的底部插入冠梁底模板10设有的冠梁侧模板布设槽内实现的。所述后浇带地梁13包括由插在基坑底部的地锚螺栓14和设在地锚螺栓14旁的地梁钢筋笼15构成的后浇带地梁模，地梁钢筋笼15与后加内支撑底部承压板16连接，后浇带地梁模内浇筑有混凝土。所述固化水泥土层19包括先期固化水泥土层19和后加内支撑下方的后期固化水泥土层19，先期固化水泥土层19和后期固化水泥土层19之间连接有隔水条带26，所述隔水条带26采用橡胶隔水条带，隔水条带26的侧面与固化水泥土层19粘贴连接。所述内侧支护桩1和外侧支护桩2均采用直径0.8m的水泥搅拌桩，桩间距1.2m，内侧支护桩1的桩长为12m，外侧支护桩2的桩长为10m。所述桩顶固化土层3厚度为2.5m，水泥浆注浆内侧支护桩1和外侧支护桩2之间的土形成。所述后加内支撑4采用直径200mm、壁厚2mm、长8m、强度等级为q235的钢管切割而成。所述支护桩冠梁5和后浇带地梁13尺寸相同，截面宽300mm、高400mm，混凝土强度等级为c30。所述上部冠梁定位筋体6直径32mm的螺纹钢筋预制而成，面向基坑32端伸出内侧支护桩1的长度为300mm。所述下部冠梁定位筋体7采用直径20mm的膨胀螺栓，下部冠梁定位筋体7的伸出端设置上部冠梁定位筋体螺栓28和上部冠梁定位连接体30，在上部冠梁定位筋体螺栓28内部设连接丝，上部冠梁定位连接体30的直径为20mm，一端设置与上部冠梁定位筋体螺栓28连接的螺纹，另一端设置与冠梁侧模板11连接的模板限位弯头31。所述后加内支撑顶部承压板8和后加内支撑底部承压板16均采用厚2cm、长为30cm、宽为30cm、强度等级为q235的钢板轧制而成。所述冠梁钢筋笼9和地梁钢筋笼15分别根据支护桩冠梁5和后浇带地梁13尺寸要求制备而成，均包括6根直径为25mm的纵向螺纹钢筋，箍筋采用直径为10mm的光面钢筋，箍筋与后加内支撑顶部承压板8相接处为斜面，箍筋与后加内支撑底部承压板16相接处为斜面。所述冠梁底模板10和冠梁侧模板11均采用厚5mm的铝合金模板，其中冠梁底模板10的宽度为400mm，在面向基坑侧设置宽5mm、深3mm的冠梁侧模板布设槽27；冠梁侧模板11的高度为405mm。所述坑底排水层12厚100mm，采用均匀粒径的砂砾材料，砂砾最大粒径不超过50mm。所述地锚螺栓14采用直径为32mm的螺纹钢筋预制而成，地锚螺栓长500mm。所述锚杆扩大头17采用水泥浆压力注浆形成，扩大头端部长不小于1000mm、直径不小于200mm。所述抗浮锚杆18采用直径为32mm的螺纹钢筋预制而成，长度为8000mm；抗浮锚杆布设孔29的孔径130mm。所述固化水泥土层19采用水泥土压实形成，厚度为300mm。所述土工格栅层20采用玻纤格栅材料，玻纤格栅材料技术要求如下表。指标内容指标要求测试温度(℃)抗拉强度(kn/m)≥5020±2最大负荷延伸率(％)≤320±2网孔尺寸(mm×mm)20×2020±2网孔形状矩形20±2可调支托21采用30t的薄型液压千斤顶。表面应变计22采用量程为100mm、温度测量范围:-50～+150℃的电阻式表面应变计。坑底补强桩植入孔23的直径为500mm，采用低压钻孔方式形成；坑底补强桩24采用直径为500毫米。坑底排水沟25的宽度为500mm、深200mm，在坑底排水沟25内填充与坑底排水层12相同的砂砾材料。隔水条带26采用遇水膨胀橡胶隔水密封带，其膨胀率(5h-6h)≥300％～400％，最大膨胀率≥1600％。本发明还提供了一种超大深基坑分区开挖后加内支撑结构的施工方法，包括以下施工步骤：1)施工准备：查明工程地质土性、地下水位和预挖基坑区与既有临近建筑的距离，并在现场标明内侧支护桩1、外侧支护桩2的桩位和桩顶高程，组织施工机械、材料和人员进场；2)基坑支护桩施工：在预挖基坑区边缘外施工外侧支护桩2，再在预挖基坑区边缘处施工内侧支护桩1，并对外侧支护桩2和内侧支护桩1之间土体进行固化处理，形成桩顶固化土层3，桩顶固化土层3的厚度为1/5～1/4内侧支护桩1长；3)基坑中间土体放坡开挖：自预挖基坑区中间向两边放坡开挖中间部位的土体形成初步的基坑32，将预设后加内支撑4位置的土体开挖成上陡下缓的台阶形；4)支护桩冠梁5施工：在内侧支护桩1引上下两排孔，上排孔中均植入一上部冠梁定位筋体6，下排孔中均植入一下部冠梁定位筋体7，并使多个下部冠梁定位筋体7的顶面高程在同一平面上；先将后加内支撑顶部承压板8与支护桩冠梁钢筋笼9焊接连接，再在下部冠梁定位筋体7上固定由冠梁底模板10、冠梁侧模板11和上部冠梁定位连接体30围绕连接构成的支护桩冠梁模，支护桩冠梁钢筋笼9布设在支护桩冠梁模内，将上部冠梁定位连接体30通过上部冠梁定位筋体螺栓28与上部冠梁定位筋体6连接，随后对支护桩冠梁模进行混凝土浇筑，经养护形成支护桩冠梁5；5)基坑底部开挖区域处理：先将除了预设后加内支撑4位置的基坑32底部的一定厚度的土体挖除后依次铺设坑底排水层12和土工格栅层20，再在后浇带地梁13轴线部位向基坑32底部土体内打设地锚螺栓14，在地梁钢筋笼15上焊接后加内支撑底部承压板16，随后浇筑混凝土形成后浇带地梁13；再在基坑32底部布设带锚杆扩大头17的抗浮锚杆18，最后在已开挖区域的基坑32底部布设固化水泥土层19；6)后加内支撑4施工：待支护桩冠梁5和后浇带地梁13的混凝土形成强度后，先在后浇带地梁13的后加内支撑底部承压板16上设置可调支托21，再在可调支托21与后加内支撑顶部承压板8之间设置后加内支撑4，并在后加内支撑4的表面焊接或粘贴表面应变计22，对后加内支撑4施加压力，使后加内支撑4两端分别与可调支托21和支护桩冠梁5紧密连接；7)后加内支撑4下部土体开挖：自上向下将后加内支撑4下部的土体挖除，并将挖除的土体先置于基坑32底部已经固化的固化水泥土层19上；8)基坑底后补强施工：采用小型施工机械在基坑32底部紧邻内侧支护桩1部位向下引孔，形成坑底补强桩植入孔23，随后采用压力装置将坑底补强桩24压入坑底补强桩植入孔23内；再在基坑32底铺设坑底排水层12，在坑底排水层12与坑底补强桩24相接处设置坑底排水沟25；最后在坑底排水层12上顺次进行土工格栅层20和固化水泥土层19的施工，在不同时间施工的坑底固化水泥土层19之间的竖向接缝处设置隔水条带26；9)后加内支撑4拆除：采取间隔拆除的方式，逐步将后加内支撑4拆除，将7)中临时置于基坑32底部已经固化的固化水泥土层19上的土体移至基坑32外侧。所述步骤3)和步骤8)的基坑32内部土体开挖过程中，应同步观测后加内支撑4的轴力变化情况，当轴力出现突变时，应停止开挖并回填已开挖土体至基坑32稳定后再采取支护补强措施，步骤5)和步骤8)所述固化水泥土层的施工流程从先到后分别为：取样测定土体含水率、划格布水泥、洒水润湿、基坑底部水泥土拌合、压实、找平、测定压实度和报验。所述步骤5)中锚杆扩大头17是对抗浮锚杆18的底部进行压力注浆形成的，抗浮锚杆18底部注浆压力为对应深度处被动土压力计算值的1.5～2倍，所述步骤8)中隔水条带26采用橡胶隔水条带，隔水条带26的侧面与固化水泥土层19粘贴连接。当前第1页12