一种市政基坑支护系统及其施工方法与流程

本发明实施例涉及基坑支护技术领域，具体涉及一种市政基坑支护系统及其施工方法。

背景技术：

在目前的基坑施工中，均需要通过临时或者永久性的支护系统对基坑进行保护，以保证基坑施工和成型后基坑内壁的稳定性，同时保证基坑作业的安全性和可靠性。在现有基坑作业中，由于涉及到的作业面广，因此存在较长的施工工期，对基坑作业涉及到区域的生产和生活均产生较大的影响。特别是对于市政基坑作业来说，这种影响是更严重的，由于常规的市政基坑作业位于道路或者其他人流、车流较多的区域，因此基坑作业涉及到的区域越多，对该区域的人流和车流将产生较大的影响，在高峰期将会导致严重的交通堵塞，影响通勤效率，同时也增加了交通事故发生的隐患。

由于当前支护系统的缺陷，现有的基坑作业往往是直接在基坑涉及到的范围进行明挖，在所有施工完成后再进行回填，这种施工方法将圈定较大的区域，而且对于整个工期均将占用该区域。这主要是因为现有的基坑支护结构为单层的套筒临时支护，它仅仅能对基坑侧壁进行支护，不能对基坑的顶部执行支护，而且该支护效果存在局限性，即支护的载荷有限，为了保证安全，还需要在基坑的外侧设置一定的安全缓冲距离，这无疑将会进一步扩大施工占用的区域，这种形式的基坑支护系统和基坑施工方法已经不能适用于市政施工，与当前的市政需求产生严重的矛盾。

技术实现要素：

为此，本发明实施例提供一种市政基坑支护系统及其施工方法，以解决现有技术中基坑支护结构和基坑施工方法与当前市政需求产生严重矛盾的问题。

为了实现上述目的，本发明的实施方式提供如下技术方案：

一种市政基坑支护系统，包括双层支护机构和设置在所述双层支护机构之间用于对双层支护机构进行横向支撑的弹性可调节支撑机构，在位于外侧的双层支护机构上设置有用于对地面进行无干扰临时支护的顶板机构，基坑作业施工时在双层支护机构上设置有锚护机构，且在锚护机构上固定安装有用于对基坑顶部进行永久支护的顶拱机构；

所述双层支护机构包括两组沿着基坑施工延伸方向对基坑进行支护的支护套筒，所述弹性可调节支撑机构包括位于顶部对支护套筒进行弹性支撑的弹性弓和位于底部对支护套筒进行刚性支撑的液压伸缩杆，在两组所述支护套筒之间对应设置有弹性弓和液压伸缩杆。

作为本发明的一种优选方案，位于所述双层支护机构外侧的地面上设置有用于放置顶板机构的铲平槽坑，且在所述铲平槽坑和沥青路面的连接处浇筑有用于稳固路基的混凝土加固墙，且所述混凝土加固墙在横剖面上呈t字型，在所述双层支护机构的外侧固定安装有混凝土浇筑墙，所述混凝土加固墙的另一侧搭设在已经固结的混凝土浇筑墙上。

作为本发明的一种优选方案，所述弹性弓设置在所述铲平槽坑内，且所述顶板机构横跨所述混凝土加固墙和两组所述支护套筒并搭设在位于两组所述支护套筒之间的所述弹性弓上；

所述液压伸缩杆在基坑掘进的过程中固定在两组所述支护套筒之间，所述液压伸缩杆通过液压动力调节所述液压伸缩杆的长度以适应性调节对两组支护套筒的支撑强度。

作为本发明的一种优选方案，所述支护套筒以间隔法分区间、分阶段逐次拔出，且在每根所述支护套筒拨出之后立刻浇筑形成支护套柱，在成型的所述支护套柱上设置横向锚定筋，并以横向锚定筋为承重梁设置横向驼梁，在所述横向驼梁上设置锚定筋架，并以锚定筋架作为承重梁设置承重支撑底座。

作为本发明的一种优选方案，所述锚护机构包括以打桩浇筑的方式横向设置在基坑侧壁内的锚定桩，所述锚定桩与所述承重支撑底座浇筑形成一体化结构，所述顶拱机构通过铰接安装在相对应的两个所述锚定桩之间。

作为本发明的一种优选方案，在所述顶拱机构上固定安装有垂直于所述顶拱机构的节点梁，在所述节点梁上沿着顶拱机构安装有若干组依次叠置的弧面梁，所述弧面梁的长度由下至上依次减短，且在每个所述弧面梁的端部和节点梁之间均固定安装有弹性复位簧管。

另外，本发明还提供了一种市政基坑支护系统的施工方法，包括如下步骤：

步骤100、在选定预掘进基坑的两侧打入支护套筒对基坑侧壁进行支护，并在形成支护后对路面进行无干扰临时支护以恢复道路通行；

步骤200、对基坑进行掘进；

步骤300、在基坑掘进的过程中对每一组对应的支护套筒之间设置液压伸缩杆形成底部支撑结构，在完成基坑掘进后以间隔法分区间、分阶段逐次拔出支护套筒，并且每拔出一根支护套筒立刻浇筑混凝土形成支护套柱，以支护套柱和锚定机构为基础形成顶部支撑结构；

步骤400、在所述顶部支撑结构上设置弹性滑动支撑结构完成永久支护。

作为本发明的一种优选方案，在步骤100中，对路面进行无干扰临时支护的具体步骤为：

划定警戒线，在打入支护套筒后对路基面进行开挖，并且在开挖的同时在路基面的边缘浇筑混凝土浇筑墙和混凝土加固墙对路基面的边缘进行加固；

在相邻支护套筒的顶部通过弹性弓进行支护，在混凝土加固墙、支护套筒和弹性弓上架设顶板机构，并在架设顶板机构后撤除警戒线恢复道路通行。

作为本发明的一种优选方案，在步骤300中，基坑的具体掘进方法为：在选定预掘进基坑的范围内按照基坑的长轴进行区间划分，在每个区间内垂直于基坑的长轴方向进行掘进以完成单个掘进进程，每个掘进进程中对于土质松软区域进行注浆加固处理。

作为本发明的一种优选方案，在步骤300中，对基坑形成顶部、底部支撑结构的具体步骤为：

步骤301、在单个掘进进程中安装液压伸缩杆形成底部支撑结构，并在液压伸缩杆表面设置临时底板；

步骤302、在完成基坑掘进后以间隔法分区间、分阶段逐次拔出支护套筒，并且每拔出一根支护套筒立刻浇筑混凝土形成支护套柱，在浇筑支护套柱时按照锚定机构的位置设置锚定筋以一次性成型浇筑形成锚定桩；

步骤303、在每组锚定桩内架设顶拱机构和滑片梁以完成永久支护，并且在永久支护成型后拆除临时支护完成对基坑的整体支护。

本发明的实施方式具有如下优点：

本发明结合临时支护和永久支护两种结构，在基坑作业的过程中通过侧壁支护和顶部支护两种方式，减少对基坑作业所要占用的区域，避免对市政交通产生较大的影响，而且在基坑支护系统中可以对已经施工的区域进行临时支护，以保证非正在进行区域仍然可用于正常的市政活动，由于采用双层支护方式，在基坑内形成多种结构的立体支护，以保证基坑的稳定性，无需额外设置安全缓冲距离，可直接在基坑边缘或者占用基坑作业区域进行市政活动，相比较于常规基坑支护结构和基坑施工方法，其减少占用区域达到30％～70％。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述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示例性的，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，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明实施方式中的整体结构示意图；

图2为本发明实施方式中承重支撑底座的支撑结构示意图；

图3为本发明实施方式中节点梁的结构示意图；

图4为本发明实施方式中施工方法流程示意图。

图中：1-双层支护机构；2-弹性可调节支撑机构；3-顶板机构；4-锚护机构；5-顶拱机构；6-铲平槽坑；7-节点梁；

101-支护套筒；102-承重支撑底座；103-支护套柱；104-横向锚定筋；105-横向驼梁；106-锚定筋架；

201-弹性弓；202-液压伸缩杆；

401-锚定桩；

601-混凝土加固墙；602-混凝土浇筑墙；

701-弧面梁；702-弹性复位簧管；703-滑片梁。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图3所示，本发明提供了一种市政基坑支护系统，包括双层支护机构1和设置在所述双层支护机构1之间用于对双层支护机构1进行横向支撑的弹性可调节支撑机构2，在位于外侧的双层支护机构1上设置有用于对地面进行无干扰临时支护的顶板机构3，基坑作业施工时在双层支护机构1上设置有锚护机构4，且在锚护机构4上固定安装有用于对基坑顶部进行永久支护的顶拱机构5。

分为两个阶段，即第一阶段为临时阶段，第二阶段为永久支护结构，其中，临时阶段的具体支护结构为：

所述双层支护机构1包括两组沿着基坑施工延伸方向对基坑进行支护的支护套筒101，所述弹性可调节支撑机构2包括位于顶部对支护套筒101进行弹性支撑的弹性弓201和位于底部对支护套筒进行刚性支撑的液压伸缩杆202，在两组所述支护套筒101之间对应设置有弹性弓201和液压伸缩杆202。

在本实施方式中，通过弹性弓201对支护套筒101的顶部进行支撑，可以自动校正支护套筒101在竖直方向的偏移，从而保证临时支护结构的可靠性，保障基坑掘进是的安全性。

液压伸缩杆202的作用在于限定一组两根支护套筒101之间距离的恒定，以免影响外接作用和弹性弓201自身的弹力导致支护套筒101的位置和方位发生非正常的偏离，导致支护套筒101偏离正常的预定位置。

其中，位于所述双层支护机构1外侧的地面上设置有用于放置顶板机构5的铲平槽坑6，且在所述铲平槽坑6和沥青路面的连接处浇筑有用于稳固路基的混凝土加固墙601，且所述混凝土加固墙601在横剖面上呈t字型，在所述双层支护机构1的外侧固定安装有混凝土浇筑墙602，所述混凝土加固墙601的另一侧搭设在已经固结的混凝土浇筑墙602上。

在本实施方式中，对基坑的开挖设置临时结构的目的在于减少基坑施工时对市政活动的影响，因此，在本实施方式中通过对铲平槽坑6和沥青路面的连接处浇筑混凝土加固墙601和混凝土浇筑墙602，为顶板机构5的方式设置相应的载位，从而保障顶板机构5能够不产生高度突变放置在铲平槽坑6中，以保证在铺设顶板机构5后道路能够恢复正常的通行。

具体为，为了避免顶板机构5在铺设后被机动车等压坏或者由于摩擦导致移位的现象，将所述弹性弓201设置在所述铲平槽坑601内，且所述顶板机构5横跨所述混凝土加固墙601和两组所述支护套筒101并搭设在位于两组所述支护套筒101之间的所述弹性弓201上。

所述液压伸缩杆202在基坑掘进的过程中固定在两组所述支护套筒101之间，所述液压伸缩杆202通过液压动力调节所述液压伸缩杆202的长度以适应性调节对两组支护套筒101的支撑强度。

在本发明中需要说明的是，基坑的具体掘进方法为：在选定预掘进基坑的范围内按照基坑的长轴进行区间划分，在每个区间内垂直于基坑的长轴方向进行掘进以完成单个掘进进程，每个掘进进程中对于土质松软区域进行注浆加固处理。

之所以在每个区间内垂直于基坑的长轴方向进行掘进以完成单个掘进进程，是因为没完成一个垂直于基坑的长轴方向的掘进均能够同步设置液压伸缩杆202以对支护套筒101进行支护，以避免土方被挖空后由于应力减弱导致支护套筒101的位置发生偏移。

所述支护套筒101以间隔法分区间、分阶段逐次拔出，且在每根所述支护套筒101拨出之后立刻浇筑形成支护套柱103，在本实施方式中，之所以通过以间隔法分区间、分阶段逐次拔出支护套筒，同样是为了避免批量拔出支护套筒会对地层结构产生影响，保护土层的自有结构，提高土层自身的支撑力，以避免所有重力全部转换为上覆压力，降低对支护结构的压力。

在成型的所述支护套柱103上设置横向锚定筋104，并以横向锚定筋104为承重梁设置横向驼梁105，在所述横向驼梁105上设置锚定筋架106，并以锚定筋架106作为承重梁设置承重支撑底座102。通过植筋和浇筑混凝土的方式能够形成完善的驼负结构，以完成对顶拱机构5的支撑，从而起到保护基坑顶部的目的。

所述锚护机构4包括以打桩浇筑的方式横向设置在基坑侧壁内的锚定桩401，所述锚定桩401与所述承重支撑底座102浇筑形成一体化结构，所述顶拱机构5通过铰接安装在相对应的两个所述锚定桩401之间。

在本实施方式中，为了配合支护结构，在地下通道的侧壁上通过锚定桩来利用侧向上的抓力对支护结构进行进一步的加固。从而可以有效的将上覆压力转换到整个空间上，以避免应力集中破坏某处的土层结构。

综合以上支护结构可知，在本实施方式中是通过支护结构达到对土层进行支护的同时还保证整个土层处于非常稳定的结构。

在所述顶拱机构5上固定安装有垂直于所述顶拱机构5的节点梁7，在所述节点梁7上沿着顶拱机构5安装有若干组依次叠置的弧面梁701，所述弧面梁701的长度由下至上依次减短，且在每个所述弧面梁701的端部均固定安装有弹性复位簧管702，在每个所述弹性复位簧管702上均固定安装有设置在所述弧面梁701上的弧面梁701。

在本实施方式中，所述顶拱机构5通过铰接安装在相对应的两个所述支护肋之间，以顶拱机构5的顶拱结构将上覆压力传递至支护套柱上，从而在顶部对基坑起到保护的作用，另外，在本实施方式中，为了减少上覆压力对顶拱机构和支护套柱的直接压力，在所述顶拱机构5上固定安装有垂直于所述顶拱机构5的节点梁7，所述节点梁7包括沿着顶拱机构5安装的若干组依次叠置的弧面梁701，所述弧面梁701的长度由下至上依次减短，且在每个所述弧面梁701的端部与所述节点梁7之间均固定安装有弹性复位簧管702。

在本实施方式中，通过设置的弧面梁701能够将主动扰动转换为弹性势能以进行抵消，并且在再次扰动时可以进行弹性势能的回复，从而避免动态的横向剪切力和竖向载荷对顶拱机构和支护套柱的影响，提高其支护的可靠性。这是因为混凝土支护结构的抗压能力强，抗剪能力弱，长期的动态扰动将会破坏混凝土支护的内部结构，使其支护能力降低。而这也是现有技术中以直接压覆等类似方式安装的基坑附近禁止其它市政地下工程建设的原因，而本发明中通过构建上述特征，并结合立体式的支护结构可以完美的克服这个问题，使得基坑处于地下深度，而且在丰富的地面至基坑的区间内可以按照需求正常涉及地下市政工程，提高地下空间的应用率。

由上述基坑支护系统可知，本实施方式区别于常规支护结构的特点在于以下两个方面：

第一，对需要开挖并且临时不用动工的区域，采用临时机构进行支护，以保障市政活动的正常运行，同时通过改进双层支护结构，通过构建立体支护，以保证基坑的稳定性，无需额外设置安全缓冲距离，可直接在基坑边缘或者占用基坑作业区域进行市政活动，相比较于常规基坑支护结构和基坑施工方法，其减少占用区域达到30％～70％；

第二，本实施方式中的基坑支护结构，并不仅仅是对基坑的边缘进行支护，同时还包括对基坑镂空的底部进行支护，通过设置永久的顶部支护结构，可以避免将基坑镂空部分完全开挖建设新的支护结构，减少土方的开挖工作量和支护结构的建设量。

基于前述支护系统，如图4所示，在本实施方式中还提供了一种市政基坑支护系统的施工方法，包括如下步骤：

步骤100、在选定预掘进基坑的两侧打入支护套筒对基坑侧壁进行支护，并在形成支护后对路面进行无干扰临时支护以恢复道路通行。

在步骤100中，对路面进行无干扰临时支护的具体步骤为：

划定警戒线，在打入支护套筒后对路基面进行开挖，并且在开挖的同时在路基面的边缘浇筑混凝土浇筑墙和混凝土加固墙对路基面的边缘进行加固；

在相邻支护套筒的顶部通过弹性弓进行支护，在混凝土加固墙、支护套筒和弹性弓上架设顶板机构，并在架设顶板机构后撤除警戒线恢复道路通行。

在本实施方式中，上述步骤方式为本技术方案的主要特征之一，即缩小基坑开挖所影响的范围，对于需要施工但是暂时不用在地面动工的区域，进行临时的顶部支护，不影响地面上的道路通行，克服现有技术中基坑的开挖均需要进行交通管制和占用大量的通道的缺陷，从而满足市政施工的专属需求。

步骤200、在完成了基本的临时支护后，对基坑进行掘进。

步骤300、在基坑掘进的过程中对每一组对应的支护套筒之间设置液压伸缩杆形成底部支撑结构，在完成基坑掘进后以间隔法分区间、分阶段逐次拔出支护套筒，并且每拔出一根支护套筒立刻浇筑混凝土形成支护套柱，以支护套柱和锚定机构为基础形成顶部支撑结构。

对基坑形成顶部、底部支撑结构的具体步骤为：

步骤301、在单个掘进进程中安装液压伸缩杆形成底部支撑结构，并在液压伸缩杆表面设置临时底板，以便通行，同时避免机械压力对液压伸缩杆产生直接的损伤；

步骤302、在完成基坑掘进后以间隔法分区间、分阶段逐次拔出支护套筒，并且每拔出一根支护套筒立刻浇筑混凝土形成支护套柱，在浇筑支护套柱时按照锚定机构的位置设置锚定筋以一次性成型浇筑形成锚定桩；

步骤303、在每组锚定桩内架设顶拱机构和滑片梁以完成永久支护，并且在永久支护成型后拆除临时支护完成对基坑的整体支护。

步骤400、在所述顶部支撑结构上设置弹性滑动支撑结构完成永久支护。

综合上述，在本实施方式中，还需要进一步明确一个问题，即先通过支护套筒进行支护而非直接通过浇筑后的混凝土进行支护，这是因为在开挖的过程中会对支护结构产生扰动，如果一开始直接形成永久性的支护，后期产生扰动后难以与支护结构锲合起来，对支护结构的稳定性和可靠性将产生影响，而当基坑开挖完成后再形成永久性的支护结构，由于不存在再次扰动的问题，因此将会大幅提高支护效果的使用寿命。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。