软土基坑支护结构及施工方法与流程

本发明涉及一种适用于软土地基的基坑支护结构以及关于该支护结构的施工方法，是关于地下基坑支护领域的技术方案。

背景技术

软土地区由于土质差，基坑变形大，为控制基坑变形，一般设置水平内支撑，传统的排桩+水平内支撑支护结构具有施工相对简单，为控制变形较为有效的基坑支护形式。在软土基坑支护中被广泛采用，但在实际工程中，排桩+水平内支撑支护结构只适应于开挖面积不大的基坑，特别对开挖较深的基坑显得较为常见。对于大面积的深基坑工程，跨度大，需要设置大量的立柱和立柱桩，使得挖土困难，造价高，工期长，且后期内支撑和立柱等需要拆除。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明的目的之一是提出一种基坑支护结构，该基坑支护结构适用于软土地基，具体的技术方案为：

软土基坑支护结构，其包括围护墙和斜向旋喷加劲桩，该围护墙环绕基坑的边缘布置，该斜向旋喷加劲桩从围护墙的顶部起倾斜向下朝基坑内部方向延伸、在穿过基坑的底面后进入到基坑下部的土体中；

所述斜向旋喷加劲桩包括倾斜向下延伸的旋喷搅拌桩和固定插设在该旋喷搅拌桩内的支撑杆；支撑杆的上端部与围护墙的上端部固定连接；斜向旋喷加劲桩向下贯穿地下结构的底板；

在支撑杆与地下结构的外墙的连接处设置有外墙止水板，在支撑杆与地下结构的底板的连接处设置有底板止水板；

在地下结构的底板完成施工且达到养护期限后，至少部分向上超过所述底板的支撑杆被拆除。

根据不同的换撑工况，至少部分向上超过所述底板的支撑杆的拆除按以下工况进行：

一、当地下结构的底板完成施工且达到养护期限后，立即拆除该部分支撑杆；

二、当地下结构的施工到达地面，且侧壁回填完成后，再对该部分支撑杆进行拆除，此时，地下结构的底板已达到养护期限。

斜向旋喷加劲桩的水平倾角优选为25-45°。

本方案中，基坑支护结构基本可在基坑土方开挖前全部实施完毕，施工速度较快，支护结构的布置方式灵活，无需占用基坑外侧地下空间资源，可设置成任意倾斜角度，错开桩位，所需作业空间不大，适用于不同的地质和场地条件。

在传统的斜撑支护方案中，采用中间土方盆式开挖，边上预留土台，并首先浇筑中间的垫层和底板，将斜抛撑设置在已经浇筑好的底板上，然后再掏挖斜抛撑下面的土方。斜撑支护结构中，通常将结构底板作为可靠的支撑受力点，等结构底板达到设计强度时再施工斜撑，且斜撑下面的土方出土困难，底板之间需要设置后浇带，对后续工期造成大幅滞后。

因此采用本申请的技术方案后，具有空间开阔、土方开挖与地下结构的施工更为方便等优点，可节约工期20％～50％，节约造价10-30％。

为减少对向上超过基坑的底面的旋喷搅拌桩的清理工作，斜向旋喷加劲桩的旋喷搅拌桩向上不超过基坑的底面。在完成基坑的开挖工作后，需要在支撑杆对应地下结构的底板的位置设置底板止水板，需要对该区域的旋喷搅拌桩进行处理。另外，在完成地下结构的施工后，地下结构的底板往上区域的斜向旋喷加劲桩均会被处理掉，因此上述设计，在保证基坑安全的情况下，可以后效地减少处理旋喷搅拌桩的工作量。

进一步，在旋喷搅拌桩位于基坑底面下侧的部分上至少设置有一个扩大头。优选地，在旋喷搅拌桩的下端部形成有一个第一扩大头，在旋喷搅拌桩临近基坑底面处形成有一个第二扩大头，该第二扩大头向上不超过基坑的底面。在形成旋喷搅拌桩的过程中，从喷嘴的注浆管喷出的浆液会使桩体周围的土体得到加固，土体强度提高，扩大头的设置，使旋喷搅拌桩与土体具有更好的连接效果，增强旋喷搅拌桩的抗压和抗拔承载力，也即增强斜向旋喷加劲桩的抗压和抗拔承载力。

为增强围护墙的强度，在围护墙的外侧设置有若干支撑在围护墙上的h型钢桩，相临的h型钢桩间隔布置。该h型钢桩既可以直接抵靠在围护墙上，也可以经连接件间接抵靠在维护墙上。

本申请的另一目的是提出一种软土基坑支护结构的施工方法，以更好地实现上述技术方案，具体包括如下步骤：

(1)围护墙施工：沿设定基坑的边缘下沉钢板桩，相邻的钢板桩之间相互锁合形成的围护墙；

(2)斜向旋喷加劲桩施工：沿设定角度施工旋喷搅拌桩，并在旋喷搅拌桩上形成扩大头，然后在该旋喷搅拌桩内插入支撑杆，使支撑杆的底部到达旋喷搅拌桩的底部；在施工旋喷搅拌桩时，形成扩大头的旋喷注浆压力大于其余部分的旋喷注浆压力；

(3)在围护墙的内侧安装围檩；

(4)将支撑杆的上端部固定连接到围檩上；

(5)进行基坑内土方的挖掘并完成后，首先在支撑杆上焊接底板止水板和外墙止水板；然后进行地下结构的施工，在地下结构的底板完成施工且达到养护期限后，将至少部分向上超过所述底板的支撑杆拆除；

所述底板止水板位于拟建地下结构的底板的位置，所述外墙止水板位于拟建地下结构的外墙的位置。

根据不同的换撑工况，至少部分向上超过所述底板的支撑杆的拆除按以下工况进行：

一、当地下结构的底板完成施工且达到养护期限后，立即拆除该部分支撑杆；

二、当地下结构的施工到达地面，且侧壁回填完成后，再对该部分支撑杆进行拆除，此时，地下结构的底板已达到养护期限。

在该施工方法中，软土基坑支护结构的各部件能够根据具体的土质情况进行相应的调整，在施工过程中，当上部地层为较厚淤泥质地层，而地层下部有较好土层时，可适当增大倾角或桩长，将锚固端伸入下部较好土层内，能有效提高钢管支撑的可靠度。斜向旋喷加劲桩的布置灵活，无需占用基坑外侧地下空间资源，可设置成任意倾斜角度，错开桩位，所需作业空间不大，适用于不同的地质和场地条件。采用更高的喷浆压力来形成扩大头，在形成扩大头时，无需设置专门的喷浆管，以及在该喷浆管上设置用于形成扩大头的布袋等结构，

进一步，在钢板桩的外侧设置有锁扣，在完成钢板桩的施工后，将h型钢桩卡合在锁扣内、沿钢板桩的外侧面下沉到地下，使h型钢桩抵靠在钢板桩的外侧面上。

或者，随着钢板桩的下沉，在钢板桩的外侧下沉h型钢桩，该h型钢桩与钢板桩之间具有距离，h型钢桩经连接件固定连接在钢板桩上。相邻的h型钢间隔设置。

该h型钢桩既可以直接抵靠在围护墙上，也可以经连接件间接抵靠在维护墙上。增设h型钢桩后，可有效地提高围护墙的抗压能力，减少围护墙在外部土体的压力作用下，向基坑内部方向产生弯曲的趋势。

在一具体的实施例中，所述支撑杆为钢管，在完成支撑杆的切割后，将钢管切断处的内壁清洗干净，然后在钢管的孔内填充微膨胀砼，微膨胀砼的等级与浇注底板的砼的等级相同，并在钢管的孔内满焊止水板。钢管由于具有一内腔，该内腔会成为外部水体进入到地下结构内部的通道，采用上述方法后，可以将钢管的内腔有效地封闭，阻断外部水体进入到地下结构内部的通道，以保证地下结构的安全和正常使用。

具体地，为保证旋喷搅拌桩具有足够的强度，在施工旋喷搅拌桩时，形成扩大头的旋喷注浆压力为25-35mpa；在除扩大头外的其余部分、旋喷注浆压力为18-25mpa。水泥浆液的水灰比优选为0.5-1.0。

附图说明

图1是软土基坑支护结构的一种实施例的结构示意图。

图2是图1中a部分的局部放大图。

图3是软土基坑支护结构的另一种实施例的结构示意图。

图4是软土基坑支护结构在完成围护墙、斜向旋喷加劲桩和h型钢桩施工后的示意图。

图5完成基坑开挖后，并完成止水板的安装后的示意图。

图6完成地下结构施工后的示意图。

图7拆除围护墙和h型钢桩时的示意图。

具体实施方式

在本申请，所述的外侧或内侧是相对于基坑而言，朝向基坑内部方向的一侧成为内侧，与该内侧相反的方向成为外侧。标记200表示地面。

参阅图1，软土基坑支护结构，其包括围护墙10和斜向旋喷加劲桩30，该围护墙环绕基坑100的边缘布置，该斜向旋喷加劲桩30从围护墙10的顶部起倾斜向下朝基坑内部方向延伸、在穿过基坑100的底面101后进入到基坑下部的土体102中。

该斜向旋喷加劲桩30包括倾斜向下延伸的旋喷搅拌桩31和固定插设在该旋喷搅拌桩31内的支撑杆34。支撑杆34的上端部与围护墙10的上端部固定连接；斜向旋喷加劲桩30向下贯穿地下结构50的底板51。

在支撑杆34与地下结构50的外墙52的连接处设置有外墙止水板36，在支撑杆34与地下结构50的底板51的连接处设置有底板止水板35。

在完成地下结构50的施工后，该斜向旋喷加劲桩34位于地下结构内部空间中的部分b被切除，在图1中，部分b以虚线表示，当然如果斜向旋喷加劲桩34还穿过位于底板51与外墙52之间的其它隔墙，还可以在该隔墙内设置止水板，当然也可以不设置。

为在施工过程中，减少对旋喷搅拌桩31的超过基坑底面的部分的清理工作，在本实施例中，斜向旋喷加劲桩的旋喷搅拌桩31向上不超过基坑100的底面101。

为增大斜向旋喷加劲桩30在土体中抗压和抗拔性能，在旋喷搅拌桩31上还设置有扩大头，具体在本实施例中，在旋喷搅拌桩31形成了第一扩大头32和第二扩大头33两个扩大头。其中第一扩大头32位于旋喷搅拌桩31的下端部，具体是形成在旋喷搅拌桩31的最下端。第二扩大头33位于旋喷搅拌桩31的上端，具体是形成在旋喷搅拌桩31与基坑的底面101的交接处的下方，并紧邻基坑的底面101。当然在其它实施例中，可以在旋喷搅拌桩31上仅形成一个扩大头，该扩大头最好形成在旋喷搅拌桩的最下端。当然也可以在旋喷搅拌桩上形成两个以上的扩大头，例如3-5个，具体的数量根据旋喷搅拌桩的长度和扩大头的直径进行设置。

为增强围护墙的稳定性，在本实施例中，在围护墙10的外侧还设置有若干h型钢桩20，相邻的h型钢桩20间隔设置，具体在本实施例中，围护墙10由u型钢板桩组成，在围护墙10的外侧面的上端部设置有圈梁41，该圈梁采用h型钢制作，h型钢桩连接在该圈梁41上，即h型钢通过圈梁间接支撑在围护墙10上。

在其它实施例中，圈梁41还可以采用连接件来替代，该连接件可以对应于每根h型钢桩20设置一个，也可以一个连接件对应于多根h型钢桩。

可以理解，在其它是实施例中，h型钢桩还可以直接连接在围护墙上，请参阅图3，在该图3中可以清楚地看出，圈梁被取消，h型钢桩22被直接固定在围护墙10的外侧面上，即h型钢桩被直接连接在u型钢板桩上，在目前，将h型钢桩与u型钢板桩形成组合桩，共同抵抗基坑外部土体压力的技术已很成熟，不再赘述。在图3中，相同的结构采用与图1相同的标记。

在实施例中，支撑杆34具体采用钢管制作，可以理解，在其它实施例中，支撑杆34还可以采用其它型钢制作，例如h型钢、工字钢、格构柱等。

以下对斜向旋喷加劲桩30与围护墙10的连接结构进行说明，由于斜向旋喷加劲桩30的旋喷搅拌桩31基本上位于基坑底面以下的土体中，因此斜向旋喷加劲桩30与围护墙10的连接实际上是支撑杆34与围护墙10的连接。请参阅图2，在围护墙10的内侧设置有围檩11，该围檩11采用h型钢制作，该h型钢的翼缘沿竖直方向设置，作为支撑杆34的钢管被固定在围檩11的外侧翼缘上，在围檩11的下侧设置有焊接在u型钢板桩的内侧面上的钢牛腿43。围檩保证围檩11与围护墙10的连接强度，在围檩11的上侧设置有反牛腿42，该反牛腿42焊接在u型钢板桩的内侧面上，由于反牛腿42限制了围檩11沿围护墙10向上移动的空间。当围护墙10在外部土体的压力下产生向内的弯曲趋势时，在反牛腿42的限制下，避免了围檩11在支撑杆34的顶持作用下向上产生移动，使支撑杆呈人字形稳定地支撑在围护墙上，保证了围护墙的稳定。

在本实施中，旋喷搅拌桩31的倾斜角α为35°，该倾斜角即为斜向旋喷加劲桩的水平倾角。可以理解，在其它实施例中，根据具体的土质情况，旋喷搅拌桩31的倾斜角α可以在25-45°之间进行具体的设定。

以下结合图4-图7对上述软土基坑结构的具体施工方法进行说明，具体包括如下步骤：

(1)围护墙施工：沿设定基坑的边缘下沉u型钢板桩，相邻的u型钢板桩之间相互锁合形成的围护墙10；在其它实施例中还可以采用其它类型的钢板桩。在施工u型钢板桩时，同步在u型钢板桩的外侧下沉h型钢桩20，且使h型钢桩10与围护墙10之间具有距离，在完成u型钢板桩与h型钢柱20的下沉后，将h型钢桩20与围护墙10之间的表层土方挖去，在h型钢桩与围护墙之间安装h型钢，这些h型钢环绕围护墙10的外侧一周，形成圈梁4，然后将圈梁4焊接在h型钢20和围护墙10的u型钢板桩上，在其它实施例中，也可以采用扣件将圈梁4连接在h型钢20和围护墙10上。

当h型钢桩20直接抵靠在围护墙10的u型钢板桩上时，可以在u型钢板桩的侧面焊接卡扣，然后将h型钢桩20插入到该卡扣中，并沉入地下，即取消上述的圈梁4。

(2)斜向旋喷加劲桩30施工：沿设定角度施工旋喷搅拌桩31，并在旋喷搅拌桩上形成第一扩大头32和第二扩大头33，然后在该旋喷搅拌桩31内插入钢管，作为支撑杆34，支撑杆34的底部到达旋喷搅拌桩31的底部。在本实施中，旋喷搅拌桩31的倾斜角α为35°，该倾斜角即为斜向旋喷加劲桩的水平倾角。可以理解，在其它实施例中，根据具体的土质情况，旋喷搅拌桩31的倾斜角α可以在25-45°之间进行具体的设定。

在施工旋喷搅拌桩时，采用增加注浆压力的方式形成第一扩大头32和第二扩大头33，在本实施例中，在形成除扩大头以为的区域中，注浆压力为20mpa，水平提升速度为0.5m/min；在形成扩大头时，注浆压力为30mpa，水平提升速度为0.3m/min，在高压下，土体被压缩变形，水泥浆液向外膨胀形成扩大头。水泥浆液采用水灰比0.8。

在其它实施例中，在形成扩大头时，可以在注浆压力为25-35mpa，水平提升速度为0.2-0.4m/min之间进行具体的选择。在形成除扩大头意外的旋喷搅拌桩时，可以在注浆压力值为18-25mpa，水平提升速度为0.4-0.6m/min之间进行具体选择。水泥浆液的水灰比可以在0.5-1.0之间进行选择。

(3)请同时参阅图2，将基坑内部的浅层土方挖去，然后在围护墙10的内侧焊接钢牛腿43，然后将围檩11架设在钢牛腿43上，再在围檩11的上侧安装反牛腿42，该反牛腿42焊接在围檩11的内侧面上。

(4)将支撑杆34的上端部焊接到围檩上，可以理解，在其它实施例中，还可以采用螺栓将支撑杆34的上端部连接到围檩上。

(5)挖掘土方直到完成基坑的开挖，然后将超出基坑的底面101的部分旋喷搅拌桩31凿除，露出内部的支撑杆34，然后在支撑杆34上焊接底板止水板35和外墙止水板36。施工地下结构50，当地下结构施工到地面，且侧壁回填完成后，将支撑杆34位于地下结构50内部空间中的部分b切除。在图6中，被切除的部分b用虚线表示。

底板止水板35位于地下结构50的底板51的位置，外墙止水板36位于拟建地下结构50的外墙52的位置。

将u型钢板桩和h型钢桩拔出回收。

由于本实施例中，支撑杆34采用钢管制作，地下水会顺着钢管的内腔进入到地下结构内，为避免此种情况的发生，在将支撑杆34的部分b切除后，将钢管切断处的内壁清洗干净，然后在钢管的孔内填充微膨胀砼，微膨胀砼的等级与浇注底板的砼的等级相同，并在钢管的孔内满焊止水板用于封堵钢管的内腔。

在其它实施例中，还可以在地下结构的底板完成施工且达到养护期限后，再拆除支撑杆向上超过地下结构的底板的部分。