一种重力式水泥土墙结合单排桩的基坑梯级支护方法
【专利摘要】本发明公开了一种重力式水泥土墙结合单排桩的基坑梯级支护方法，沿基坑边沿外侧设置重力式水泥土墙；沿基坑边沿内侧设置单排支护桩，单排支护桩与重力式水泥土墙保持等距，单排支护桩的桩顶低于重力式水泥土墙顶部；开挖重力式水泥土墙所围土体至单排支护桩桩顶标高；开挖单排支护桩所围土体至坑底设计标高；施工中部主体结构；中部主体结构与重力式水泥土墙间设置临时钢管支撑，去除坑底设计标高以上单排支护桩及土体；完成边部主体结构，拆除临时支撑。本发明大大减少了基坑开挖过程中的内支撑，降低了支护工程造价、缩短了支护与结构施工工期、减少了固体废弃物排放，同时梯级支护保证基坑满足稳定和变形，实现了施工过程的经济、快速和安全。
【专利说明】一种重力式水泥土墙结合单排粧的基坑梯级支护方法
【技术领域】
[0001]本发明属于岩土工程领域，更具体的说，是涉及一种适用于软土地区大面积深基坑的支护方法。
【背景技术】
[0002]随着我国现代化城市建设进度的加快，大型综合多功能建筑群不断涌现，与之相配套的基坑面积也愈来愈大，越来越深。尤其在沿海软土地区，这些大面积基坑给地下工程建设提出了很大的挑战。
[0003]第一，当基坑开挖面积达4至9万平方米时，设置一道或多道水平内支撑，虽可较好地控制基坑开挖引起的支护结构和周围土体的变形，但也存在着造价高、工期长、支撑拆除后产生大量固体废弃物排放等问题。(一道钢筋混凝土水平支撑的工程量可达数千立方米，造价可达数百万元甚至上千万元。)
[0004]第二，对于采用大直径环梁支护的基坑，环梁受力应均匀，因此要求基坑均匀，从而使基坑难以根据实际工程需要进行分区开挖。但是，大面积基坑中分布有多幢高层建筑时，往往高层建筑的施工工期是最重要的，需要分区开挖施工。
[0005]第三，虽然一般的悬臂支护可以减小水平支撑，但随着基坑深度的增大，尤其在软土地区，单纯的悬臂支护手段无法满足变形、安全与稳定的要求。例如，在软土地区，重力式水泥土墙支护适用于挖深约6m以内基坑，双排桩适用于挖深约IOm以内基坑，单排桩结合反压土适用于约挖深8m以内的基坑工程。
[0006]因此，研发一种适用于软土地区超深、超大基坑，同时经济、快速、节能、安全的支护方法是目前市场发展的迫切需求。
【发明内容】
[0007]本发明要解决的是常规悬臂型支护无法满足软土地区深基坑变形和稳定要求的技术问题，提供一种重力式水泥土墙结合单排桩的基坑梯级支护方法，该方法能够减少软土地区大面积深基坑支护体系的内支撑，实现基坑快速开挖、分区开挖。
[0008]为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现:
[0009]一种重力式水泥土墙结合单排桩的基坑梯级支护方法，该方法按照以下步骤进行:
[0010](I)沿基坑边沿外侧设置重力式水泥土墙，形成一级支护；
[0011](2)沿基坑边沿内侧设置单排支护桩，形成二级支护，所述单排支护桩与所述重力式水泥土墙保持等距且距离为4?6m，所述单排支护桩的桩顶低于所述重力式水泥土墙墙顶；
[0012](3)开挖所述重力式水泥土墙所围土体至所述单排支护桩桩顶标高，形成一级开挖；
[0013](4)开挖所述单排支护桩所围土体至坑底设计标高，保留所述单排支护桩和所述重力式水泥土墙之间土体，形成二级开挖；
[0014](5)施工中部主体结构，预留与边部主体结构连接构造；
[0015](6)所述中部主体结构与所述重力式水泥土墙间设置临时钢管支撑，去除坑底设计标高以上单排支护桩及土体；
[0016](7)完成边部主体结构并与所述中部主体结构连接，并拆除临时支撑。
[0017]步骤(I)中形成一级支护的所述重力式水泥土墙为栅格式布置，由双头直径700mm水泥搅拌桩搭接200mm形成，墙体宽度为基坑开挖深度的0.5?0.7倍，深度为基坑开挖深度的1.5-2.0倍，重力式水泥土墙的墙顶位于地面标高处。
[0018]步骤(2)中形成二级支护的所述单排支护桩采用钻孔灌注桩，其桩径为700?900mm，桩距为900?1200mm，桩顶标高位于地面以下1/3?2/3的开挖深度，桩长为基坑开挖深度的I?1.5倍。
[0019]步骤(3)中的一级开挖完成后，所述单排支护桩桩顶设置顶圈梁，其梁高为500?1000m，其梁宽大于所述单排支护桩直径200?250mm。
[0020]步骤(6)中的所述临时支撑在所述重力式水泥土墙端略高于所述中部主体结构端，倾斜角度为4?10度。
[0021]步骤(6)中的所述临时钢管支撑与所述中部主体结构在楼板处连接，该楼板连接处设预埋件和局部加强配筋；所述临时钢管支撑与所述重力式水泥土墙通过围檩连接。
[0022]本发明采用的技术方案主要选择重力式水泥土墙和单排桩相结合的悬臂支护，大大减少了水平内支撑，便于施工，免除了相应的拆撑工序及固体废弃物排放。基坑分级开挖，分级支护，每级开挖深度要小于总开挖深度，提高了基坑的稳定性，减小了变形；重力式水泥土墙作为一级支护，以其重力维持在水土压力下的稳定；单排桩作为二级支护，主要以其抗弯能力抵抗水土压力。本发明将二者结合，使重力式水泥土墙和单排桩相共同作用，单排桩位于重力式水泥土墙被动区，比规被动区土体或反压土具有更高的强度和刚度，提高了支护体系的工作性能。
[0023]本发明的有益效果是:
[0024](一)本发明采用分级开挖基坑，分级支护，重力式水泥土墙作为一级支护，单排桩作为二级支护，每级开挖深度要小于总开挖深度，提高了基坑的稳定性，减小了变形，降低了风险。
[0025](二)本发明重力式水泥土墙结合单排桩支护，二者相共同作用，单排桩位于重力式水泥土墙被动区，比常规被动区土体或反压土具有更高的强度和刚度，提高了支护体系的工作性能，克服了软土深基坑中，常规悬臂支护不满足变形和稳定要求的问题。
[0026](三)本发明中提出了重力式水泥土墙结合单排桩悬臂支护系统的优化布置与优化尺寸，包括:作为一级支护的重力式水泥土墙与作为二级支护的单排支护桩的距离为4?6m，重力式水泥土墙墙体深度为基坑开挖深度的1.5-2.0倍，墙顶位于地面标高处；单排支护桩桩顶标高位于地面标高以下1/3?2/3的基坑开挖深度，桩长约为基坑开挖深度I?1.5倍；该优化方案下，一级支护和二级支护水平间距、竖向布置及插入深度合理，两级支护间土体既能充分发挥被动土压力，维持一级支护稳定，又能适当将部分土压传递到二级支护，使两级支护形成刚度较大的联合工作体系，最大水平变形小于5%。的基坑开挖深度；此外，在该方案保证二级支护始终切断一级支护最不利破坏面，从而大大提高了体系的稳定性和安全性。综上，上述优化方案能够保证体系发挥有益效果，保证基坑的安全和正常使用，同时保证基坑的经济性和施工的方便性。
[0027](四)本发明采用重力式水泥土墙结合单排桩的悬臂支护系统，大大减少了水平内支撑，特别是免除了目前大量使用的混凝土内撑，降低了成本；同时作业空间大，便于快速施工，免除了混凝土内撑拆撑工序，缩短了工期；从环保节能角度，减少了混凝土固体废弃物排放。
[0028](五)本发明采用重力式水泥土墙结合单排桩的悬臂支护系统，克服了对于大面积基坑采用环梁水平支撑、分区开挖易造成支撑受力不均的问题；构造简单，可灵活进行分区土体开挖，降低施工难度和风险。
[0029](六)本发明采用重力式水泥土墙作为支护结构的同时，还兼顾发挥基坑隔水帷幕的作用，免除了单独设置隔水结构的工序，缩短了工期，降低了成本。
[0030](七)本发明仅在施工后期时在基坑边部设置临时钢管支撑，不但内撑面积大大减小，而且采用钢管支撑，拆撑工序比混凝土撑灵活、简单和快速，可回收反复使用。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]图1是本发明所提供的基坑梯级支护方法中分级支护施工状态示意图；
[0032]图2是本发明所提供的基坑梯级支护方法中一级开挖施工状态示意图；
[0033]图3是本发明所提供的基坑梯级支护方法中二级开挖施工状态示意图；
[0034]图4是本发明所提供的基坑梯级支护方法中中部主体结构施工状态示意图；
[0035]图5是本发明所提供的基坑梯级支护方法中边部开挖施工状态示意图；
[0036]图6是本发明所提供的基坑梯级支护方法中边部主体施工状态示意图；
[0037]图7是本发明所提供的基坑梯级支护方法的支护构造水平布置示意图。
[0038]图中:1，重力式水泥土墙；2，单排支护桩；3，回填桩孔；4，顶圈梁；5，坑底设计标闻；6，一级开挖标闻；7，地面标闻；8，中部主体结构；9，楼板；10,围彳票；11,临时钢管支撑；12，边部主体结构；13，外墙与支护回填缝。
【具体实施方式】
[0039]为能进一步了解本发明的
【发明内容】
、特点及效果，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下:
[0040]一、一级支护(重力式水泥土墙I)施工
[0041]如图1和图7所示，重力式水泥土墙I为栅格式布置，由双头直径700mm的水泥搅拌桩搭接200_形成，重力式水泥土墙I墙体宽度为基坑开挖深度的0.5?0.7倍，墙体深度为基坑开挖深度的1.5-2.0倍，重力式水泥土墙I的墙顶位于地面标高7处。采用双头搅拌桩桩机进行施工，具体施工要点如下:
[0042](I)施工准备。包括通过试验和资料确定最佳水泥土配合比，材料检验，场地平整
等工作。
[0043](2)桩基就位。现场放出桩位，定位误差<20mm。
[0044](2)预搅下沉。待双头搅拌桩桩机及相关设备运行正常后，启动双头搅拌桩桩机电机，放松桩机钢丝绳，使双头搅拌桩桩机旋转切土下沉，钻进速度< 1.0m/min。[0045](3)制备水泥浆。当桩机下降到一定深度时，即开始按设计及实验确定的配合比拌制水泥浆。水泥浆采用普通硅酸盐水泥，标号P042.5级。制浆时，水泥浆拌和时间不得少于5?lOmin，水泥浆存放时间不得超过2h。注浆压力控制在0.5?1.0Mpa，流量控制在30?50L/min，单桩水泥用量严格按设计计算量，浆液配比为水泥:清水=1:0.45?0.55。
[0046](4)提升喷浆搅拌。当搅拌机下降到设计标高，打开送浆阀门，喷送水泥浆。确认水泥浆已到桩底后，边提升边搅拌，确保喷浆均匀性，平均提升速度< 0.5m/min，确保喷浆量，以满足桩身强度达到设计要求。在水泥土搅拌桩成桩过程中，如遇到故障停止喷浆时，应在12小时内采取补喷措施，补喷重叠长度不小于1.0m。
[0047](5)重复搅拌下沉和喷浆提升。当搅拌头提升至设计桩顶标高后，再次重复搅拌至桩底，第二次喷衆搅拌提升至地面停机，复搅时下钻速度< lm/min,提升速度< 0.5m/min。
[0048](6)移位。钻机移位，重复以上步骤，进行下一根桩的施工。相邻桩施工时间间隔保持在16小时内，若超过16小时，在搭接部位采取加桩防渗措施。
[0049](7)清洗。当施工告一段落后，向集料斗中注入适量清水，开启灰浆泵，清洗全部管路中的残存的水泥浆，并将粘附在搅拌头上的软土清洗干净。
[0050]二、二级支护(单排支护桩2)施工
[0051]如图1和图7所示，沿基坑边内侧设置单排支护桩2，桩顶标高低于重力式水泥土墙1，且与重力式水泥土墙I保持等距，形成二级支护。单排支护桩2为钻孔灌注桩，其桩径为700?900mm，桩距为900?1200mm，桩顶标高位于地面标高7以下1/3?2/3的基坑开挖深度，桩长约为基坑开挖深度I?1.5倍。作为一级支护的重力式水泥土墙I与作为二级支护的单排支护桩2的距离为4?6m，二者可同时施工。
[0052]单排支护桩2的主要施工工序及要点如下:
[0053](I)用施工前必须试成孔，数量不得少于2个。以便核对地质资料，检验所选的设备、机具、施工工艺以及技术要求是否适。如不能满足设计要求时，应拟定补救技术措施，成重新选择施工工艺。
[0054](2)成孔。桩位轴线和垂直轴线不宜超过50mm，垂直度偏差不宜大于0.5%。成孔须一次完成，中间不要间断。成孔完毕至灌注混凝土的间隔时间不大于24h。
[0055](3)清孔。完成成孔后，在灌注混凝土之前，应进行清孔。第一次清孔在成孔完毕后，立即进行；第二次在下放钢筋笼和灌注混凝土导管安装完毕后进行。
[0056](4)钢筋笼施工。钢筋笼宜分段制作，起吊、运输和安装中防止变形。
[0057](5)水下混凝土灌注。要特别注意孔壁护壁问题。当桩距较小时，通常采用跳孔法施工。
[0058](6)单排支护桩2的桩顶高位于地面标高7下1/3?2/3的基坑开挖深度，灌注土时超灌200?300mm。
[0059](7)单排支护桩2的桩顶以上桩孔，于回填桩孔3中采用干砂回填至标高。
[0060]三、一级开挖
[0061]如图2所示，该步骤主要施工顺序及要点如下:
[0062]( I)待重力式水泥土墙I和单排支护桩2达到强度后，开挖重力式水泥土墙I所围土体至至一级开挖标高6处(即挖除基坑范围内、单排支护桩2桩顶标高以上土体)，形成一级开挖。[0063]开挖过程中，一级支护外侧禁止堆载、重型车辆等过大的超载，以保持基坑稳定。
[0064](2)完成开挖后，凿除单排支护桩2超灌部分，使桩顶达到设计标高。
[0065](3)单排支护桩2桩顶设顶圈梁4，梁高500?1000m，梁宽大于桩直径200mm。
[0066]四、二级开挖
[0067]如图3所示，该步骤主要施工要点如下:
[0068](I)开挖单排支护桩2所围土体至坑底设计标高5，形成二级开挖。此时，基坑边部呈阶梯状。
[0069](2)保留单排支护桩2和重力式水泥土墙I之间土体，使单排支护桩2和重力式水泥土墙I共同发挥支护作用；该部分土体上部禁止堆载、重型车辆等过大的超载，以保持基坑稳定。
[0070]五、中部主体结构8施工
[0071]如图4所示，该步骤主要施工要点如下:
[0072](I)施工中部主体结构8，预留与边部主体结构12连接构造。
[0073](2)后续需架设临时钢管支撑11的楼板9部位，设置预埋件和局部加强配筋。
[0074]六、设临时钢管支撑11，去除坑底设计标高5以上单排支护桩2和土体
[0075]如图5所示,该步骤主要施工顺序及要点如下:
[0076](I)中部主体结构8与重力式水泥土墙I间设置临时钢管支撑11，通常竖向间隔3?4m设置一道支撑临时钢管支撑11。其中，中部主体结构8与重力式水泥土墙I间的支撑为钢管支撑临时钢管支撑11，可重复使用，钢管壁厚为16mm,直径为609mm,临时钢管支撑11在重力式水泥土墙I端略高于中部主体结构8端，倾斜角度为4?10度。临时钢管支撑11与中部主体结构8在楼板9处连接，楼板9连接处设预埋件和局部加强配筋；临时钢管支撑11与重力式水泥土墙I通过围檩10连接。
[0077](2)去除坑底设计标高5以上单排支护桩2及土体。
[0078]七、完成边部主体结构12，并拆除钢管支撑临时钢管支撑11
[0079]如图6所示，该步骤主要施工要点如下:
[0080](I)完成边部主体结构12，包括浇筑底板、施工外墙和楼板9等，完成与中部主体结构8的连接，最后注意完成外墙与支护回填缝13的土方回填。
[0081](2)随着周围主体结构施工，临时钢管支撑11由下至上逐步拆撑。
[0082]为验证重力式水泥土墙结合单排桩的基坑梯级支护方法的适用性和实际效益，选取两个基坑工程实例进行模拟分析。研究表明，该方法可有效的控制变形，减小施工工期，降低施工成本。两个研究实例的具体情况如下:
[0083]研究实例I
[0084]研究材料:某工程包含住宅区和商业区，整个住宅地块为二层地下车库，整个商业区为三层地下室。基坑开挖面积达7万平方，开挖深度11.9?15.Sm,属于高水位软土地区大面积深基坑。从现场条件看，拟建物地下室周边存在高压电缆、通讯光缆、煤气、上下水等重要管线，基坑设计对变形控制严格。开挖面积超大，在安全可靠的前提下，如何加快施工进度，缩短施工工期，是本基坑工程设计施工中需要着重考虑的关键问题。
[0085]该基坑中挖深11.9m的剖面采用了本发明的重力式水泥土墙结合单排桩的基坑梯级支护方法，重力式水泥土墙I为栅格式布置，由双头直径700_水泥搅拌桩搭接200_形成，挡墙宽度6m，深度18m。二级支护单排支护桩采用钻孔灌注桩，桩径700mm，桩距900mm,桩顶位于地面以下5.5m,桩长13m。重力式水泥土墙I与单排支护桩的距离为5.5m。
[0086]模拟研究表明，若采用重力式水泥土墙结合单排桩的梯级支护技术，该基坑最大水平位移为51_，可有效的控制变形，对周边管线不会造成不良影响。由于采用重力式水泥土墙结合单排桩的梯级支护技术，施工工期大大缩短，与传统内撑支护方案比较，工期可缩短超过半年，同时免去了混凝土内撑，节省施工费用近2千万元。
[0087]研究实例2
[0088]研究材料:软土地区某工程，拟建10栋高层建筑，采用整体式地下室。基坑开挖面积达5.1万平方，最大开挖深度12.4m，属于高水位软土地区大面积深基坑。基坑北侧紧邻重要交通道路，对基坑变形要求严格。由于开挖面积超大，若设置混凝土环梁内撑及竖向支撑柱，不但造价高，而且分区开挖过程中变形不易控制。
[0089]在挖深12.4m的剖面采用了本发明的重力式水泥土墙I结合单排桩的基坑梯级支护方法，重力式水泥土墙I为栅格式布置，由双头直径700_水泥搅拌桩搭接200_形成，挡墙宽度6.5m,深度19m。二级支护单排支护桩采用钻孔灌注桩,桩径700mm,桩距900mm,桩顶位于地面以下6.0m，桩长14m。重力式水泥土墙I与单排支护桩的距离为6m。
[0090]模拟研究表明，若采用重力式水泥土墙结合单排桩的梯级支护技术，该基坑最大水平位移为45_，基坑变形很小，符合控制要求，不会对邻近道路造成不良影响。由于采用重力式水泥土墙结合单排桩的梯级支护技术，与传统内撑支护方案比较，施工工期明显缩短，减少施工时间约四个月，施工费用降低约I千万元。
[0091]尽管上面结合附图和优选实施例对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的【具体实施方式】，上述的【具体实施方式】仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种重力式水泥土墙结合单排桩的基坑梯级支护方法，其特征在于，该方法按照以下步骤进行: (I)沿基坑边沿外侧设置重力式水泥土墙，形成一级支护； (2 )沿基坑边沿内侧设置单排支护桩，形成二级支护，所述单排支护桩与所述重力式水泥土墙保持等距且距离为4?6m，所述单排支护桩的桩顶低于所述重力式水泥土墙墙顶； (3)开挖所述重力式水泥土墙所围土体至所述单排支护桩桩顶标高，形成一级开挖； (4)开挖所述单排支护桩所围土体至坑底设计标高，保留所述单排支护桩和所述重力式水泥土墙之间土体，形成二级开挖； (5)施工中部主体结构,预留与边部主体结构连接构造； (6)所述中部主体结构与所述重力式水泥土墙间设置临时钢管支撑，去除坑底设计标高以上单排支护桩及土体； (7)完成边部主体结构并与所述中部主体结构连接，并拆除临时支撑。
2.根据权利要求1所述的一种重力式水泥土墙结合单排桩的基坑梯级支护方法，其特征在于，步骤(I)中形成一级支护的所述重力式水泥土墙为栅格式布置，由双头直径700_水泥搅拌桩搭接200mm形成，墙体宽度为基坑开挖深度的0.5?0.7倍，深度为基坑开挖深度的1.5-2.0倍，重力式水泥土墙的墙顶位于地面标高处。
3.根据权利要求1所述的一种重力式水泥土墙结合单排桩的基坑梯级支护方法，其特征在于，步骤(2)中形成二级支护的所述单排支护桩采用钻孔灌注桩，其桩径为700?900mm，桩距为900?1200mm，桩顶标高位于地面以下1/3?2/3的开挖深度，桩长为基坑开挖深度的I?1.5倍。
4.根据权利要求1所述的一种重力式水泥土墙结合单排桩的基坑梯级支护方法，其特征在于，步骤(3)中的一级开挖完成后，所述单排支护桩桩顶设置顶圈梁，其梁高为500?1000m，其梁宽大于所述单排支护桩直径200?250_。
5.根据权利要求1所述的一种重力式水泥土墙结合单排桩的基坑梯级支护方法，其特征在于，步骤(6)中的所述临时支撑在所述重力式水泥土墙端略高于所述中部主体结构端，倾斜角度为4?10度。
6.根据权利要求1所述的一种重力式水泥土墙结合单排桩的基坑梯级支护方法，其特征在于，步骤(6)中的所述临时钢管支撑与所述中部主体结构在楼板处连接，该楼板连接处设预埋件和局部加强配筋；所述临时钢管支撑与所述重力式水泥土墙通过围檩连接。
【文档编号】E02D17/04GK103510525SQ201310500428
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年10月22日 优先权日:2013年10月22日
【发明者】刁钰, 郑刚 申请人:天津大学