一种上软下硬地层基坑支护结构及其施工方法与流程

本发明涉及基坑支护技术领域，尤其涉及一种上软下硬地层基坑支护结构及其施工方法，适用于上软下硬地层、结构逆作、施工工期紧张、较大深度的基坑开挖支护。

背景技术：

目前，近几年，城市建设如雨后春笋般飞速发展，城市建筑用地也变得越来越稀缺，促使构筑物不断向地下空间发展，相对应的地下基坑也越挖越深，开挖面积也进一步加大。此外，密集的建筑群、稀缺的土地等原因造成基坑周边往往存在房屋建筑、地铁等，这使得基坑场地环境以及工程地质条件变得更加复杂，基坑类型也更加多样，所以，这对支护结构的安全性、施工的便利性以及技术条件等有了更高的要求。

对于土体层上软下硬的基坑，申请号201620664242.5的专利文件提出一种地铁基坑微风化岩层支护结构，其主要采用长短桩支护+内支撑体系：地铁基坑的主体结构上方设有冠梁，冠梁支承在长短桩的顶部，长桩自冠梁底部伸入在地铁基坑的底部，短桩自冠梁底部伸入微风化岩层面，长短桩间隔布置，冠梁将所有长短桩连接形成整体；主体结构的水平方向设置有若干支撑，若干支撑通过腰梁连接为整体。其中，长桩的设计满足基坑整体稳定性的要求，短桩的设计满足支护结构抗弯要求。

但是，上述方案存在以下缺点：（1）纵使短桩伸入到土体较硬的微风化岩层面，但短桩底部以下的土体仍然处于自由状态，在围岩倾角较大时，围岩稳定性较差，竖向承载力不高，这种方法支护不够全面，安全系数不高；（2）对于由腰梁和支撑组成的内支撑结构，其为专门设置，既增加了建造成本，同时也对地铁基坑主体结构的内部空间造成干扰。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于长短桩的上软下硬地层基坑支护结构及其施工方法，以增强短桩下方围岩的承载力和降低建造成本，同时保证基坑主体结构的内部空间不受干扰。

基于此，本发明所述的一种上软下硬地层基坑支护结构，该支护结构包括间隔布置的长桩和短桩，设在这两者顶部的冠梁，该支护结构还包括设在所述短桩正下方的锚杆以及两侧与所述长桩和所述短桩紧密贴合连接的主体结构中板；其中，所述长桩底部超出主体结构底板，所述短桩底部穿过软土层伸入硬土层。

上述支护结构中，优选的，所述长桩底部超出主体结构底板2.5~3.5m的距离，所述短桩底部超过所述主体结构中板2.5~3.5m的距离且其伸入硬土层的距离为0.5~1.5m。

上述支护结构中，优选的，设所述短桩与所述长桩之间的长度差为a，所述锚杆包括分设在所述短桩下方1/3a处、2/3a处的第一锚杆和第二锚杆。

上述支护结构中，优选的，所述长桩与所述短桩的桩径相同。

上述支护结构中，优选的，所述长桩和所述短桩均为钢筋混凝土桩。

上述支护结构中，优选的，所述长桩和所述短桩之间设有由钢筋网和喷射砼构成的桩间支护。

针对上述支护结构，本发明还相应提供了一种上软下硬地层基坑支护结构的施工方法，该方法包括：

分别完成对长桩、短桩和冠梁的建造；

采用逆作法施作基坑主体结构，并完成主体结构中板的建造，使其两侧与所述长桩和所述短桩紧密贴合连接形成支撑体系；

在所有所述短桩正下方设置锚杆，完成施工。

上述施工方法中，优选地，采用跳桩法建造所述长桩和所述短桩。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

（1）本发明支护结构充分利用围岩的力学性能，科学的运用了围护桩的受力特点，有针对性的进行长短桩设计，并在短桩正下方设置了锚杆，利用锚杆对围岩的拉力，对短桩下方围岩进行了加固，提高了围岩的性能；同时，利用基坑主体结构本身就会有的中板，使其与长短桩连接为一体，共同起到加强基坑侧向约束的作用，既节约了建造成本也不会对主体结构内部空间造成额外干扰。

（2）基于本发明支护结构的上述优点，本发明在长短桩之间设有桩间支护，进一步提高了支护结构整体的支护能力。

（3）本发明施工方法采用基坑主体结构逆作法，先建造长短桩然后施作主体结构中板，具有程序简单、施工期短的优点。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例提供的应用场景结构示意图。

图2为本发明实施例提供的纵断面结构示意图。

图3为本发明实施例提供的横断面结构示意图。

图中：1—长桩，2—短桩，3—锚杆，4—冠梁，5—主体结构底板，6—主体结构中板。

具体实施方式

如图1~3所示，一种上软下硬地层基坑支护结构，该支护结构具体可以包括现有的长桩1、短桩2和冠梁4，长短桩间隔布置，冠梁4设在长短桩顶部并通过水平支撑连接所有长短桩形成共同体，以抵抗土体压力，其可以为混凝土浇筑而成；以及本申请特有的设在短桩2正下方的锚杆3和外侧壁与长桩1和短桩2的内侧壁连接并形成整体的主体结构中板6。

其中，长桩的设计满足基坑整体稳定性的要求，短桩的设计满足支护结构抗弯要求。长短桩整体配合，满足最不利工况下的竖向荷载要求，同时满足上层软弱地层支护结构抗弯要求，长桩单独满足下层较硬地层支护结构抗弯要求。

在实际应用中，长桩1底部通常都是超出主体结构底板5的，比如超出2.5~3.5m；短桩2底部肯定是超过主体结构中板6的，超出的距离可以为2.5~3.5m，并且短桩2底部需要穿过软土层伸入硬土层，比如伸入0.5~1.5m，具体的距离可参考现有技术并根据实际情况进行设定。

基于围护桩的施工工艺和桩土共同作用的原理，无论是悬臂支护桩还是单层支点支护桩，土体对桩体产生的弯矩在桩底一定范围内总是随深度的增加逐渐减小，而且，对于上软下硬土体，在上部软土层由长桩1和短桩2共同作用，承担结构的竖向荷载和土体的侧向弯矩，在下部硬土层时，已不再需要大量的桩体共同参与抵抗弯矩，在有长桩1的基础上，为了避免短桩2下方土体对围岩承载力的破坏，在短桩2下方设置锚杆3，可有效保证支护结构的整体稳定性，以及结构的竖向荷载和土体侧向弯矩。

进一步地，可在两种桩之间设置由钢筋网和喷射砼构成的桩间支护，以进一步提高支护结构整体的支护能力。比如采用钢筋网为φ8，网格间距200×200mm单层钢筋网，钢筋网搭接不小于200mm，喷射砼强度等级c25。

对于锚杆3更具体位置的设定，设短桩1与长桩2之间的长度差为a，锚杆3包括分设在短桩1下方1/3a处、2/3a处的第一锚杆和第二锚杆。

上述长桩1的设计满足基坑整体稳定性的要求，短桩2的设计满足支护结构抗弯要求，具体可参考工程施工规范及施工器械的规格设定。比如，桩长按照满足基坑整体稳定的要求来控制，即采用圆弧滑动简单条分法，满足公式：

其中，为第i分条滑裂面处土体固结不排水快剪粘聚力标准值，为第i分条滑裂面处弧长，为上覆均布荷载，为第i分条宽度，为第i条分条土重，为第分条滑裂面处中点切线与水平面夹角，为内摩擦角，为整体滑动分项系数。

基于上述公开的上软下硬地层基坑支护结构，本申请另一实施例提供相应的施工方法，即采用逆作法施工基坑并按各部件的位置关系进行建造。下面以某工程实例进行举例说明：拟建浅埋暗挖地铁车站，基坑深度30m，单边长198m，地层以冠梁为分界，其上为强风化岩和土层，其下为中风化岩，随着埋深的不断深入，岩层硬度不断增大。施工中两种桩的桩径相同，采用直径1200mm的桩，长桩1长在14.08m-16.28m之间，短桩2长在6.275m-7.275m之间，桩间距为2000mm，长短桩交替布置；锚杆3长5m左右。具体的施工方法包括：

（1）成桩：分别将所有长桩1和短桩2按其位置关系完成建造。

上述长桩1和短桩2均为钢筋混凝土桩，即由钢筋护壁、钢筋笼和混凝土构成；其中，钢筋护壁安装后采用10-20cm厚c30混凝土浇筑，每节护壁长1m，第一节混凝土护壁即锁口部位高出地面30cm；混凝土可采用c45商品混凝土。

具体施工时，可采用人工开挖成孔，先安装护壁钢筋及护壁模型，再灌注护壁混凝土，成型后吊放钢筋笼，最后灌注桩身混凝土成桩。在灌注护壁混凝土时可掺入适量的速凝剂，以提高施工速度，桩身混凝土灌注前应仔细清理孔底松散物，排除积水，由混凝土输送泵泵入孔，并采用插入式捣固器捣固。

进一步地，长短围护桩施工时采取跳桩法施工，以减少施工扰动及保证施工顺利进行。

（2）在长桩1和短桩2顶部建造冠梁4，使冠梁4将所有长短桩连接形成整体。

上述步骤（1）和步骤（2）完成了对长短桩及冠梁4的建造。

（3）采用逆作法施作基坑主体结构，并完成对主体结构中板6的建造，并使其与前期完成的长短桩连接为一体，共同起到加强基坑侧向约束的作用。

（4）分别在所有短桩2正下方设置锚杆3。

其中，锚杆3的施工时机为：主体结构中板6施作完成，下部土体开挖完后，下部结构二衬施作前。