专利名称：可随挖随护基坑围护结构及基坑开挖方法
技术领域：
本发明涉及土木工程中的基坑围护结构，特别涉及一种可随挖随护基坑围护结构及基坑开挖方法。
背景技术：
基坑围护结构主要承受基坑开挖卸荷所产生的水压力和土压力，并将此压力传递到支撑，是稳定基坑的一种施工临时挡墙结构。传统的基坑围护结构施作于基坑开挖前，一次成型，围护结构达到设计强度后，再进行基坑开挖，没有对基坑四周土体进行预加固。不能根据开挖揭示，有针对性的调整围护结构。经济性和可靠性不能兼顾。此外传统围护结构还存在以下问题:一、围护结构深度远大于基坑开挖深度。二、围护结构开孔、成槽护壁所需泥浆易造成环境污染。三、围护结构开孔、成槽机械施工产生大量噪音。四、施工风险大，钢筋笼吊装存在安全隐患。五、成本高昂。上述问题在本技术领域内长期未得到有效解决。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可随挖随护基坑围护结构，以有针对性的根据开挖揭示地质情况，采取对应支护参数，提高支护可靠度，使围护结构措施更加合理，有效降低施工成本。本发明解决该技术问题所采用的技术方案如下:本发明的可随挖随护基坑围护结构，其特征是它包括:超前支护，施作于基坑开挖线外侧岩土内，形成的预加固岩土体；初期支护，全环施作于基坑直立开挖面上，形成封闭岩面体；支撑体系，包括在相对封闭岩面体外壁上间隔设置的竖向钢制围檩，和固定设置于对应竖向钢制围檩之间的钢制横撑，以及固定设置于封闭岩面体两相邻外壁上的钢制斜撑。本发明所要解决的另一技术问题是采用上述可随挖随护基坑围护结构的基坑开挖方法，施工工艺简单易行，安全风险小，应用范围广。本发明解决该技术所采用的技术方案如下:本发明的基坑开挖方法，竖向分层分部施工，包括如下步骤:施作首层超前支护，完成对该开挖层基坑四周岩土预加固；开挖预加固岩土体包围内基坑；对直立开挖面施作初期支护；设置竖向钢制围檩，架设钢制横撑，以及固定设置于两相邻封闭岩土体外壁上钢制斜撑；待围护结构达到设计强度，监控量测结果正常，进入下一循环。本发明的有益效果是，围护效果好，提前施作超前支护，超前支护可与初期支护形成整体受力，具有拉锚式围护结构的部分功能；分层分部施工，可以随着开挖地质的揭示，随挖随支，能及时调整支护参数，更有针对性的各开挖层进行支护；围护深度与开挖深度一致，较传统悬臂式围护结构减少50%，围护宽度仅28 42cm，可大幅度地降低施工成本；施工工艺简单，应用范围广，施工风险小，而且对环境影响小。
本说明书包括如下七幅附图:图1是本发明可随挖随护基坑围护结构的断面图；图2是本发明可随挖随护基坑围护结构的俯视图；图3是图1中A局部的放大示意图。图4、图5、图6和图7是本发明基坑开挖方法的过程示意图。图中构件及所对应的标记:超前支护10、初期支护20、初喷层21、钢架22、复喷层23、钢架接头24、竖向钢制围檩30、钢制横撑41、钢制斜撑42、中间核心部50、小基坑51、小基坑52。
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。参照图1和图2，本发明的可随挖随护基坑围护结构，其特征是它包括:超前支护10，施作于基坑开挖线外侧岩土内，形成的预加固岩土体；初期支护20，全环施作于基坑直立开挖面上，形成封闭岩面体；支撑体系，包括在相对封闭岩面体外壁上竖向间隔设置的竖向钢制围檩30，和固定设置于对应竖向钢制围檩30之间的钢制横撑41，以及固定设置于封闭岩面体两相邻外壁上的钢制斜撑42。所述超前支护10可采用超前小导管、超前锚杆、土钉等超前支护结构，或者采用旋喷桩、钢管桩、袖阀管等地基加固结构。参照图3，所述初期支护20包括由外而内依次设置的初喷层21、钢架22、复喷层23，初喷层21由初喷混凝土层和钢筋网构成，复喷层23由钢筋网和复喷混凝土层构成，钢架22竖向间隔设置。所述钢架22采用型钢钢架、格栅钢架或其他钢制结构样式钢架，钢架接头24由钢板、角钢、螺栓螺母组成。所述初喷混凝土层、复喷混凝土层由喷射混凝土、喷射早强混凝土、喷射钢纤维混凝土或其他材质所形成。为使超前支护10与初期支护20形成整体受力，所述超前支护10的露头与钢架22焊接连接。参照图4至图7，本发明的基坑开挖方法，采用竖向分层分部施工，包括如下步骤:a.施作首层超前支护10，完成对该开挖层基坑四周岩土预加固；b.开挖预加固岩土体包围内基坑；c.对直立开挖面施作初期支护20 ；d.设置竖向钢制围檩30，架设钢制横撑41，在封闭岩面体两相邻外壁上固定设置钢制斜撑42;待围护结构达到设计强度，监控量测结果正常，进入下一循环。在所述步骤b中，可先预留中间核心部50，分部开挖其两侧的小基坑51、52，施作相应的初期支护20，初期支护20的钢架接头24设置于小基坑51、52与核心部50连接处，监测正常后再进行中间核心部50开挖。本发明可随挖随护基坑围护结构与传统基坑围护结构比较，具有以下几方面的优点。
一、针对性强。传统基坑围护结构施作于基坑开挖前，一次成型，每种地层均采用相同的围护参数，施作完成后不能调整，且围护深度远大于开挖深度，工程量大。而本发明可以随着开挖地质的揭示，及时调整支护参数，更有针对性的对基坑各个段落因地制宜的进行支护，既能够节约成本，又能够较好的达到支护目的。二、经济性好，可大幅度地降低施工成本。围护深度与开挖深度一致，较传统悬臂式围护结构减少50%。围护宽度仅28 42cm，与传统围护结构如地下连续墙(一般宽80 100cm)，钻孔灌注桩(一般直径100 120cm)相比较，仅为传统围护结构宽度的20% 50%。本围护结构内部无钢筋，仅设置钢筋网和钢架，且钢架为间隔布置，较之传统围护结构拉通设置钢筋笼，大大减少了用钢量。施作过程中，不需要配置泥浆对围护结构进行护壁。钢制围檩及钢制横撑、钢制斜撑可回收利用。三、围护效果好。传统的围护结构悬臂段过长，本发明提前施作超前支护，超前支护露头与围护结构型钢钢架焊在一起，整体受力，具有拉锚式围护结构的部分功能，并能合理利用土体的自承能力，将土体作为支护结构的一部分，提高围护效果。四、施工工艺简单。锚喷钢架施作简单，工艺成熟，锚杆，钢架，支撑的制作及成孔不需要复杂的技术和大型机械，施工灵活方便，具有显著的社会经济效益。五、应用范围广。采用超前支护逐层加固软弱地层并设置钢架与支撑体系，具有可靠的安全保障，具有地下连续墙，钻孔灌注桩等更深的开挖深度，应用范围广。六、施工风险小。地下连续墙、钻孔灌注桩等围护结构，一般设计深度都远大于基坑开挖深度，其钢筋笼体大沉重，吊装就位存在巨大的安全风险，尤其是市区的深大基坑，一旦发生事故，则后果不堪设想。本发明随挖随护，分部开挖，分段支护，吊装钢架小，安全风险低。七、对环境影响小。施工的所有作业对周围环境干扰小。场地环境要求低，适应性强。一般的钻孔、挖孔、成槽的围护结构，在施工过程中，需要制备大量的泥浆进行护壁，泥浆的制备、运输、使用、废弃等各个环节容易发生渗漏，污染水源或者城市市容、堵塞市政管线等事故。此外,一些冲孔机械在施工中产生巨大声音,噪音污染严重。本发明的施工过程中不存在这些问题。传统围护结构施作于基坑开挖前，一次成型，每种地层均采用相同的围护参数，施作完成后不能调整，且围护深度远大于开挖深度，工程量大。而本发明可以随着开挖地质的揭示，及时调整支护参数，更有针对性的对基坑各个段落因地制宜的进行支护，既能够节约成本，又能够较好的达到支护目的。本申请人已将成功地将本发明可随挖随护基坑围护结构及基坑开挖方法应用于贵阳龙洞堡国际机场隧道6号疏散口基坑工程的设计与施工中。该基坑深39.lm，开挖尺寸为11.34mX 7.74m,地层主要为人工填土 (厚近29m),红黏土,灰岩、泥质灰岩夹白云岩，若采用传统围护结构，需要设置较深的围护结构(一般需要近80m深，锚固段:悬臂段 1:1)，配置大量泥浆，钢筋笼吊装存在较大安全隐患。而采用本发明，随挖随护，围护结构深度与基坑开挖深度一致，较之采用传统围护结构深度减少50%。且开挖至基岩段后，可调整支护参数，有针对性的进行围护。工艺简单，成本低，围护效果好，对环境影响小，施工风险低。
权利要求
1.可随挖随护基坑围护结构，其特征是它包括:超前支护(10)，施作于基坑开挖线外侧岩土内，形成的预加固岩土体；初期支护(20)，全环施作于基坑直立开挖面上，形成封闭岩面体；支撑体系，包括在相对封闭岩面体外壁上间隔设置的竖向钢制围檩(30)，和固定设置于对应竖向钢制围檩(30)之间的钢制横撑(41)，以及固定设置于封闭岩面体两相邻外壁上的钢制斜撑(42)。
2.如权利要求1所述的可随挖随护基坑围护结构，其特征是:所述超前支护(10)采用超前小导管、超前锚杆、土钉超前支护结构，或者采用旋喷桩、钢管桩、袖阀管地基加固结构。
3.如权利要求1所述的可随挖随护基坑围护结构，其特征是:所述初期支护(20)包括由外而内依次设置的初喷层(21)、钢架(22 )、复喷层(23 )，初喷层(21)由初喷混凝土层和钢筋网构成，复喷层(23)由钢筋网和复喷混凝土层构，钢架(22)竖向间隔设置。
4.如权利要求3所述的可随挖随护基坑围护结构，其特征是:所述钢架(22)采用型钢钢架或格栅钢架，所述初喷混凝土层、复喷混凝土层由喷射混凝土、喷射早强混凝土或喷射钢纤维混凝土形成。
5.如权利要求4所述的可随挖随护基坑围护结构，其特征是:所述超前支护(10)的露头与钢架(22)焊接连接。
6.采用如权利要求1一 5任意一项权利要求所述可随挖随护基坑围护结构的基坑开挖方法，采用竖向分层分部施工，包括如下步骤: a.施作首层超前支护(10)，完成对该开挖层基坑四周岩土预加固； b.开挖预加固岩土体包围内基坑； c.对直立开挖面施作初期支护(20); d.设置竖向钢制围檩(30)，架设钢制横撑(41)，在封闭岩面体两相邻外壁上固定设置钢制斜撑(42); 待围护结构达到设计强度，监控量测结果正常，进入下一循环。
7.如权利要求6所述的基坑开挖方法，其特征是:所述步骤b中，先预留中间核心部(50),分部开挖其两侧的小基坑(51、52)，施作相应的初期支护(20)，初期支护(20)的钢架接头(24)设置于小基坑(51、52)与核心部(50)连接处，监测正常后再进行中间核心部(50)开挖。
全文摘要
可随挖随护基坑围护结构及基坑开挖方法，以有针对性的根据开挖揭示地质情况，采取对应支护参数，提高支护可靠度，使围护结构措施更加合理，有效降低施工成本。它包括超前支护(10)，施作于基坑开挖线外侧岩土内，形成的预加固岩土体；初期支护(20)，全环施作于基坑直立开挖面上，形成封闭岩面体；支撑体系，包括在相对封闭岩面体外壁上间隔设置的竖向钢制围檩(30)，和固定设置于对应竖向钢制围檩(30)之间的钢制横撑(41)，以及固定设置于封闭岩面体两相邻外壁上的钢制斜撑(42)。
文档编号E02D17/04GK103147444SQ201310108149
公开日2013年6月12日 申请日期2013年3月24日 优先权日2013年3月24日
发明者高杨, 杨雄, 袁伟, 赵万强, 胖涛, 熊祥雪, 何昌国, 谭永杰, 陶伟明, 匡亮, 陈赤坤, 方钱宝, 李晓园, 孙正兵, 琚国全, 王建磊 申请人:中铁二院工程集团有限责任公司