专利名称：Prm基坑支护方法
技术领域：
本发明涉及基坑支护方法，尤其是一种PRM基坑支护方法，PRM即 Thepress-anchor-restrict method的缩写,其中文全称为盖压、锚固、侧挡组合作用的基坑支护方法。
背景技术：
基坑支护方法，通过构筑支护结构抵抗支挡基坑侧向土压力，阻止或减缓坑壁变形，保证基坑施工的安全。根据所采用支护结构的不同，常用的基坑支护方法主要包括排桩幕墙基坑支护、连续墙基坑支护、板桩基坑支护、土钉拉锚支护。与排桩幕墙基坑支护和板桩基坑支护相比，连续墙基坑支护、土钉拉锚支护无需打桩作业，施工时冲击振动小、噪音低，容易控制沉降及变位，能够在与相邻的建筑物及地下管线紧邻的位置进行施工。其中，钢筋混凝土地下连续墙的施工，是在基坑开挖前进行；是采用专用挖槽机械在泥浆护壁的情况下，按单元槽依次进行开挖沟槽-绑扎吊放钢筋笼-浇筑混凝土施工。具体的说，在开挖完成一个单元槽段的沟槽后，把加工好的钢筋笼吊放入充满泥浆的沟槽内， 然后向沟槽内浇筑混凝土并将泥浆置换出来。各个单元槽段之间由特制的接头连接，形成连续的地下钢筋混凝土墙。而土钉墙，与基坑开挖同时进行，采用边开挖边构筑的方式进行；利用打入土层的近似水平的土钉加固土体形成稳定的土体结构，然后在坑壁铺设钢筋网并喷射混凝土面层形成。但钢筋混凝土地下连续墙，造价极高，是一种比钻孔灌筑桩和深层搅拌桩造价更昂贵的结构形式；且废泥浆的处理困难，容易造成环境污染，极大地限制了其的应用。土钉墙相对钢筋混凝土地下连续墙，造价较低，也不存在废泥浆的处理问题；但挡墙主体由土钉结合钢筋混凝土面层形成，其面层的抵抗作用很小，设计计算时一般不考虑面层的作用，有时土钉间距需要要布设的较紧密，且土钉嵌入土体深度需要很长，施工起来略显困难。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种PRM基坑支护方法，其具备连续墙基坑支护所具有的高强度、施工时冲击振动小、噪音低的优点；同时，与连续墙基坑支护相比，造价低、工期短。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是PRM基坑支护方法，包括如下步骤: I)、根据实际的施工情况，按现有的土体稳定性分析方法，对基坑的坑壁稳定性进行计算分析，确定潜在的滑移面、滑移体的剩余下滑力；2)、所构筑的支护结构包括挡土板、位于挡土板相对基坑另一侧并与挡土板顶部相连的覆压板、用于固定覆压板的固定结构，固定结构与覆压板固定连接并嵌入基坑外部的稳定土体；在步骤I)分析结果的基础上，确定支护结构强度，进而确定挡土板和覆压板的尺寸、确定固定结构的选型；3)、沿基坑边缘平整场地， 形成用于浇筑覆压板的平台；4)、开挖用于浇筑挡土板的沟槽；5)、安装挡土板和覆压板的钢筋笼，挡土板和覆压板两者的钢筋笼连为一体；6)、浇筑混凝土 ；其中固定结构在步骤3) 之后进行设置。进一步的，所述挡土板由上至下分段构筑；所述步骤4)仅开挖首段挡土板对应的沟槽；所述步骤5)，对应挡土板的钢筋笼仅沿已经开挖的沟槽深度布设；在步骤6)之后，增加如下步骤a、开挖基坑；b、当基坑开挖深度至下一段挡土板顶端对应高度时，开挖下一段挡土板对应的沟槽，然后沿沟槽深度布设该段挡土板的钢筋笼，并使该段挡土板的钢筋笼与上一段挡土板的钢筋笼固定连接，最后浇筑混凝土形成该段挡土板；C、重复上述步骤 a和步骤b，直至形成整个挡土板。进一步的，所述步骤3)平整形成的用于浇筑覆压板的平台表面为凹凸面，由步骤 6)浇筑形成的覆压板的底面形成阵列的凸起。作为一种方案，所述固定结构包括嵌入稳定土体的上部锚杆。作为一种方案，所述固定结构包括嵌入稳定土体的嵌入板，所述嵌入板为钢筋混凝土结构。进一步的，在步骤4)中，同时开挖用于浇筑嵌入板的沟槽。进一步的，在步骤3)之后，在挡土板和挡土板墙后土体之间设置拉锚结构。作为一种方案，所述拉锚结构包括由挡土板顶部的位置斜向下插入墙后土体的下部锚杆。进一步的，所述挡土板上设置有一组形成土拱效应的缺口，所述挡土板整体呈梳妆，各缺口由挡土板底部向上延伸并沿挡土板长度方向间隔设置；由缺口上方的部分挡土板构成挡土板的挡土部分，由缺口对应的部分挡土板构成挡土板的拱效应部分。本发明的支护方法，要求坑周有可以制作覆压板的空间，适用于具备一定强度土质的基坑环境,如粘土质、砂土质等；也适用于坑壁中上部土体较为软弱，中下部及坑底土质较好的基坑环境。对于松软土质的基坑环境，需配合相应的提高土体稳定性的预处理措施；而地下水位较高时，需在降水后施工。本发明的有益效果是一、覆压板和挡土板为钢筋混凝土结构，因此具备高的强度。通过覆压板自身重力的覆压，覆压板与顶部土体之间的摩阻效应，侧向挡土板的侧限挡土作用，以及固定结构拉结固定一系列组合作用，压紧了坑壁土体，限制了其侧向变形，潜在的滑移体不仅被限制在挡土板和覆压板内，而且被锚固在深部稳定土体之中，有效的保护了坑壁的稳定与安全。二、挡土板通过覆压板进行顶支撑，通过覆压板自身重力的覆压提高土体自身强度，挡土板无需深入基坑底部土体，也即挡土板的高度小于基坑深度，沟槽开挖深度小，混凝土、钢筋用量小；可以采用一次开挖浇筑成型挡土板、也可以采用边开挖边构筑挡土板的方式进行施工，简化了沟槽的开挖，相当于地下连续墙支护法，但无需专用挖槽机械和泥浆护壁，在具备连续墙基坑支护所具有的施工时冲击振动小、噪音低的优点的同时，工期短、 造价低。三、覆压板还可以和基坑周边的硬化场地结合使用，即覆压板可以作为周边的硬化路面，甚至行车道路，也可以将挡土板直接连接到已经硬化的道路面层之内，节约了工程造价。
图I是本发明基坑支护方法所构筑支护结构的受力简图2是实施例一支护结构的断面示意图；图3是实施例二支护结构的断面示意图；图4是梳妆挡土板的二维不意图；图5是土拱断面示意图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。本发明的PRM基坑支护方法，包括如下步骤I)、根据实际的施工情况，按现有的土体稳定性分析方法，对基坑30的坑壁31稳定性进行计算分析，确定潜在的滑移面32、滑移体的剩余下滑力；2)、所构筑的支护结构包括挡土板10、位于挡土板10相对基坑30另一侧并与挡土板10顶部相连的覆压板20、用于固定覆压板20的固定结构，固定结构与覆压板20固定连接并嵌入基坑30外部的稳定土体33 ;在步骤I)分析结果的基础上，确定支护结构强度，进而确定挡土板10和覆压板20的尺寸、确定固定结构的选型；3)、沿基坑30边缘平整场地，形成用于浇筑覆压板20的平台；4)、开挖用于浇筑挡土板10的沟槽；5)、安装挡土板10和覆压板20的钢筋笼，挡土板10和覆压板20两者的钢筋笼连为一体；6)、烧筑混凝土；其中固定结构在步骤3)之后进行设置。上述步骤I)，根据实际的施工情况，也即基坑深度、地质条件、土体强度等，按现有的土体稳定性分析方法，进行基坑30坑壁31 土体的稳定性分析，也即分析开挖后坑壁31 可能出现的变形及潜在滑移面32的特征，其计算方法与现有相同；步骤2)在步骤I)的基础上，进行支护结构的结构设计，进而保证支护结构在该施工情况下的支护强度，保证基坑施工的安全。所谓土体稳定性，是指处于一定时空条件的土体，在各种力的作用下可能保持其力学平衡状态的程度。当土体受到荷载作用，土体各点产生法向应力和剪应力，在剪应力作用下，土体发生剪切变形，若某点剪应力达到该点的抗剪强度，土体即沿着剪应力作用方向产生相当滑动；若荷载继续增加，则剪应力达到抗剪强度的区域越来越大，最终形成连续的滑动面，使整个土体强度破坏而失稳。上述的滑动面称为滑移面32，相对滑动的土体称为滑移体，而与滑移体相对应的土体称为稳定土体33。基坑30坑壁31对应的土体，滑移通常产生在顶部，如图I、图2、图3所示，因此将覆压板20分为覆压部分和连接部分两部分，其中覆压部分即覆压板20远离挡土板10 —端和滑移面32顶端之间的部分、连接部分即覆压板20与挡土板10相连一端和滑移面32顶端之间的部分。本发明基坑支护方法所构筑支护结构的受力简图如图I所示，包括覆压板 20连接部分和挡土板10的重力G、滑移体的剩余下滑力F、覆压板20覆压部分和土体之间的摩阻力f、固定结构的系固力N/，其中N/可通过固定结构的锚固力N换算而成。对支护结构的结构设计，也即对“覆压-锚固-挡土”整体结构的稳定性及强度进行分析，确定整体结构的大小及强度，具体的计算同样根据现有的各类稳定性分析方法。以业界常用的条分法为例，计算时一、忽略坑壁对挡土板10的侧向作用力，考虑覆压板20的覆压部分和土体表面之间的摩阻力f、固定覆压板20的固定结构的锚固力N、覆压板20连接部分和挡土板10的总重力G ;二、根据滑移体剩余下滑力F、摩阻力f、锚固力N、总重力G 以及覆压部分重力，计算整体稳定性；三、将摩阻力f、锚固力F、总重力G作为外加荷载，对滑移体稳定性进行条分法分析计算。覆压板20和挡土板10为钢筋混凝土结构，因此具备高的强度。通过覆压板20自身重力的覆压，覆压板20与顶部土体之间的摩阻效应，侧向挡土板10的侧限挡土作用，以及固定结构拉结固定一系列组合作用，压紧了坑壁31 土体，增强墙后土体34自身的内摩阻作用和密实性，使得基坑30周边可能变形破坏的土体被压密约束在一起，限制了其侧向变形，潜在的滑移体不仅被限制在挡土板10和覆压板20内，而且被锚固在深部稳定土体之中，有效的保护了坑壁31的稳定与安全。通过覆压板20自身重力的覆压提高土体自身强度，基坑30坑壁31中下部的土体能够通过土体内摩擦及粘聚力确保基坑30的稳定，挡土板10仅需抵抗基坑30坑壁31中上部的土体侧压力；且挡土板10通过覆压板20进行顶支撑，因此挡土板10无需深入基坑 30底部土体，也即挡土板的高度小于基坑深度，沟槽开挖深度小，混凝土、钢筋用量小。与先浇筑形成覆压板20再构筑挡土板10相比，该支护方法同时浇筑覆压板20和挡土板10，覆压板20与挡土板10连接一端钢筋无需露头，因此施工时，不存在露头钢筋影响沟槽开挖的问题；与先浇筑形成挡土板10再构筑覆压板20相比，该支护方法挡土板10 通过覆压板20进行顶支撑，对首次浇筑成型的挡土板10高度要求不大，因此对步骤4)沟槽开挖深度限制小，挡土板10可以根据实际需要采用一次开挖浇筑成型也可以采用边开挖基坑30边构筑的方式进行施工，因此简化了沟槽的开挖，沟槽开挖的组织更灵活，相当于地下连续墙支护法，但无需专用挖槽机械和泥浆护壁，在具备连续墙基坑支护所具有的施工时冲击振动小、噪音低的优点的同时，工期短、造价低。覆压板20可以和基坑30周边的硬化场地结合使用，即覆压板20可以作为周边的硬化路面，甚至行车道路，也可以将挡土板10直接连接到已经硬化的道路面层之内，节约了工程造价。挡土板10采用一次开挖浇筑成型，工期较长；且在不采用专用挖槽机械的前提下，通常需要配合放坡开挖的方式进行。因此，最好的，所述挡土板10由上至下分段构筑； 所述步骤4)仅开挖首段挡土板10对应的沟槽；所述步骤5)，对应挡土板10的钢筋笼仅沿已经开挖的沟槽深度布设；在步骤6)之后，增加如下步骤a、开挖基坑30;b、当基坑30开挖深度至下一段挡土板10顶端对应高度时，开挖下一段挡土板10 对应的沟槽，然后沿沟槽深度布设该段挡土板10的钢筋笼，并使该段挡土板10的钢筋笼与上一段挡土板10的钢筋笼固定连接，最后浇筑混凝土形成该段挡土板10 ；C、重复上述步骤a和步骤b,直至形成整个挡土板10。分段成型，步骤4)开挖的沟槽为浅沟槽，浅沟槽无需专用挖槽机械和泥浆护壁， 因此开挖方便，能进一步的缩短工期、降低造价。下一段挡土板10的钢筋笼与上一段挡土板10的钢筋笼的固定连接，可以采用焊接、或按一定搭接长度绑扎连接。上述首段挡土板 10和覆压板20的竖向钢筋，可以采用由同一根钢筋按坑壁与坑顶之间的角度弯折而成。具体的，在如图2所示的实例中，首段挡土板10和覆压板20两者的钢筋笼连为一体，竖向钢筋为折弯成型，覆压板20的钢筋笼紧贴坑顶平面，挡土板10的钢筋笼紧贴坑壁31平面，挡土板10和覆压板20之间的角度同坑壁31和坑顶平面之间的角度一致；下一段挡土板10 的钢筋笼与上一段挡土板10的钢筋笼采用焊接固定。上述步骤3)的平整场地，可以直接在地表上进行，但为了强化对深基坑的适用同时清理地表浮土，最好通过开挖台阶的方式进行。同时，为了增强覆压板20与对应土体之间的摩阻力，所述步骤3)平整形成的用于浇筑覆压板20的平台表面为凹凸面，由步骤6) 浇筑形成的覆压板20的底面21形成阵列的凸起22。上述的固定结构可以采用多种结构，如锚杆、土钉、锚索等，但固定结构的选用应满足固定结构的锚固力加上覆压板20与对应土体的摩阻力大于滑移体剩余下滑力的相应量，该剩余下滑力的相应量指剩余下滑力的水平分量或沿滑移面分量。根据固定结构的不同，其安装时段也不同，可以在步骤3)之后、步骤4)之前进行安装；也可以在步骤4)之后、 步骤5)之前进行安装；甚至在步骤6)之后进行安装。如图2所示的实施例一，土体为粘土质，所述固定结构采用嵌入稳定土体33的嵌入板23，所述嵌入板23为钢筋混凝土结构。嵌入板23对应沟槽的开挖，可以在步骤3)之后、步骤4)之前；步骤4)之后、步骤5)之前；也可以在步骤4)的同时。为了节省工期，施工时，在步骤4)中，同时开挖用于浇筑嵌入板23的沟槽。另外，在如图所示的实例中，为了减少钢筋用量，嵌入板23沿覆压板20长度方向间隔设置。钢筋笼整体较大，最好的，在步骤5)中，首先放入钢筋再一体绑扎成型嵌入板23、 覆压板20和挡土板10的钢筋笼，然后经步骤6) —体浇筑成型。土拱效应是由于介质的不均匀位移引起的，土拱的形成改变了介质中的应力状态，引起应力重新分布，把作用于拱后或拱上的压力传递到拱脚及周围稳定介质中去。岩土工程中，土拱效应通常表现为一部分土体产生不均匀位移或变形，而其余部分不动。此时，由于土体内摩擦及粘聚力的存在,发生位移的土体与不动土体之间产生摩擦阻力，增加了不动土体上的支撑压力，而减少了移动土体上的支撑压力，达到一种“避轻就重”的效果， 是土体调动自身抗剪强度的体现。因此进一步，在图2所示的实施例一中，所述挡土板10上设置有一组形成土拱效应的缺口 13，所述挡土板10整体呈梳妆，各缺口 13由挡土板10底部向上延伸并沿挡土板 10长度方向间隔设置；由缺口 13上方的部分挡土板10构成挡土板10的挡土部分12，由缺口 13对应的部分挡土板10构成挡土板10的拱效应部分11，如图4所示。如图5所示，在缺口 13处形成土拱35，通过发挥土体的土拱效应，提高土体自身强度和抵抗外力的能力，在减小施工量的同时保证基坑的安全和稳定，能够有效缩短工期、降低造价。为了简化施工， 施工时，所述挡土板10由上至下分段构筑，所述步骤4)仅开挖对应挡土部分12的沟槽。图3所示为实施例二，与实施例一的不同之处在于土体为砂土质，固定结构采用嵌入稳定土体33的上部锚杆24，在挡土板10和挡土板10墙后土体34之间设置拉锚结构。施工时，在步骤4)挖槽的同时，按现有方法，打孔安装上部锚杆24，然后在步骤5) 之后，将上部锚杆24和钢筋笼固定连接。除此以外，上部锚杆24的安装，也可以在步骤6) 之后进行。拉锚结构可以采用锚杆、土钉等。在图3所示的实例中，所述拉锚结构包括由挡土板10顶部的位置斜向下插入墙后土体34的下部锚杆14。下部锚杆14由对应挡土板10顶部的位置斜向下插入墙后土体34，从而能通过下部锚杆14将挡土板10、滑移体及稳定土体 33连为一体；同时，下部锚杆14由对应挡土板10顶部插入，不受挡土板10对应沟槽宽度的限制，安装更方便。在如图3所示的实例中，下部锚杆14在步骤6)之后、基坑开挖前进行安装，步骤6)之后保证了下部锚杆14的安装在土体压实后，基坑30开挖前保证了下部锚杆14安装前挡土板10的位置稳定。在基坑深度较大时，可以进一步的在各段挡土板10 和墙后土体34之间设置土钉或锚杆。
权利要求
1.PRM基坑支护方法，包括如下步骤1)、根据实际的施工情况，按现有的土体稳定性分析方法，对基坑的坑壁稳定性进行计算分析，确定潜在的滑移面、滑移体的剩余下滑力；2)、所构筑的支护结构包括挡土板(10)、位于挡土板(10)相对基坑(30)另一侧并与挡土板(10)顶部相连的覆压板(20)、用于固定覆压板(20)的固定结构，固定结构与覆压板(20)固定连接并嵌入基坑(30)外部的稳定土体(33);在步骤I)分析结果的基础上，确定支护结构强度，进而确定挡土板(10)和覆压板(20)的尺寸、确定固定结构的选型；3)、沿基坑(30)边缘平整场地，形成用于浇筑覆压板(20)的平台；4)、开挖用于浇筑挡土板(10)的沟槽；5)、安装挡土板(10)和覆压板(20)的钢筋笼，挡土板(10)和覆压板(20)两者的钢筋笼连为一体；6)、烧筑混凝土；其中固定结构在步骤3)之后进行设置。
2.如权利要求I所述的PRM基坑支护方法，其特征在于所述挡土板(10)由上至下分段构筑；所述步骤4)仅开挖首段挡土板(10)对应的沟槽；所述步骤5)，对应挡土板(10)的钢筋笼仅沿已经开挖的沟槽深度布设；在步骤6)之后，增加如下步骤a、开挖基坑(30)；b、当基坑(30)开挖深度至下一段挡土板(10)顶端对应高度时，开挖下一段挡土板 (10)对应的沟槽，然后沿沟槽深度布设该段挡土板(10)的钢筋笼，并使该段挡土板(10)的钢筋笼与上一段挡土板(10)的钢筋笼固定连接，最后浇筑混凝土形成该段挡土板(10)；C、重复上述步骤a和步骤b，直至形成整个挡土板(10)。
3.如权利要求I所述的PRM基坑支护方法，其特征在于所述步骤3)平整形成的用于浇筑覆压板(20)的平台表面为凹凸面，由步骤6)浇筑形成的覆压板(20)的底面(21)形成阵列的凸起(22)。
4.如权利要求I所述的PRM基坑支护方法，其特征在于所述固定结构包括嵌入稳定土体(33)的上部锚杆(24)。
5.如权利要求I所述的PRM基坑支护方法，其特征在于所述固定结构包括嵌入稳定土体(33)的嵌入板(23)，所述嵌入板(23)为钢筋混凝土结构。
6.如权利要求5所述的PRM基坑支护方法，其特征在于在步骤4)中，同时开挖用于浇筑嵌入板(23)的沟槽。
7.如权利要求I所述的PRM基坑支护方法，其特征在于在步骤3)之后，在挡土板(10) 和挡土板(10)墙后土体(34)之间设置拉锚结构。
8.如权利要求7所述的PRM基坑支护方法，其特征在于所述拉锚结构包括由挡土板 (10)顶部的位置斜向下插入墙后土体(34)的下部锚杆(14)。
9.如权利要求1、2、3、4、5、6、7、或8所述的PRM基坑支护方法，其特征在于所述挡土板(10)上设置有一组形成土拱效应的缺口(13)，所述挡土板(10)整体呈梳妆，各缺口 (13)由挡土板(10)底部向上延伸并沿挡土板(10)长度方向间隔设置；由缺口(13)上方的部分挡土板(10)构成挡土板(10)的挡土部分(12),由缺口(13)对应的部分挡土板(10) 构成挡土板(10)的拱效应部分(11)。
全文摘要
本发明涉及一种基坑支护方法，尤其是一种PRM基坑支护法，全称盖压、锚固、侧挡组合作用的基坑支护方法，包括如下步骤1)、确定潜在的滑移面、滑移体的剩余下滑力；2)、在步骤1)的基础上，进行结构设计；3)沿基坑边缘平整覆压板的浇筑平台；4)、开挖用于浇筑档土板的沟槽；5)、安装档土板和覆压板的钢筋笼；6)、浇筑混凝土；在步骤3)之后设置固定结构；覆压板与挡土板顶部相连，固定结构用于固定覆压板。该方法造价低、工期短、施工时冲击振动小、噪音低，所构筑的支护结构强度高。适用于土体具备一定强度的基坑支护，以及坑壁中下部及坑底土体性质较为稳定的基坑支护。
文档编号E02D17/04GK102587388SQ201210068428
公开日2012年7月18日 申请日期2012年3月15日 优先权日2012年3月15日
发明者宋明健 申请人:中国十九冶集团有限公司, 十九冶成都建设有限公司