本发明涉及基坑支护，特别是涉及一种基坑支护结构、施工方法和钻具。
背景技术
基坑支护，是为保证地下结构施工及基坑周边环境的安全，对基坑侧壁及周边环境采用的支挡、加固与保护措施。基坑支护形式主要有：(1)排桩支护，桩撑、桩锚、排桩悬臂；(2)地下连续墙支护，地连墙+支撑；(3)水泥挡土墙；(4)土钉墙(喷锚支护)；(5)逆作拱墙；(6)原状土放坡；(7)桩、墙加支撑系统；(8)简单水平支撑；(9)钢筋混凝土排桩；(10)上述两种或者两种以上方式的合理组合等。
当前建筑工程的基坑支护常采用桩、锚支护结构，但是在软土地基锚杆摩擦力很低，远远满足不了设计要求，当前现有工艺均没有更好方法解决，只能采用内支撑结构代替锚杆，尤其大跨度深基坑内支撑施工，支撑非常困难；而且分层挖坑内土和主体结构施工非常困难，工期大大延长，费工费时，在经济上、进度上得不偿失。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种基坑锚定墙拉锚支护的施工方法及其钻具和形成的支护结构。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种基坑锚定墙拉锚支护的施工方法，包括以下步骤：
(1)制作支护墙：
根据施工设计要求，在地面上确定每个支护墙桩位置，然后制作成型多个支护墙桩；
待支护墙桩固化以后，根据相邻两个支护墙桩之间的间距，在相邻两个支护墙桩之间的地面上进行钻孔，所钻孔的孔壁与两个相邻的支护墙桩的侧壁相距10～15cm；
当钻孔到设计深度后，一边提升钻杆，一边进行定喷水泥浆或同时压灌混凝土到设计高度，形成一个与两侧的支护墙桩相连的水泥土桩或混凝土桩；
按上述步骤依次在所有相邻的支护墙桩之间制作水泥土桩或混凝土桩，形成基坑支护、防水防淤泥挤入的桩排式防水支护墙。
(2)制作锚定墙：
根据施工设计要求，在地面上确定第一序锚定桩的位置，然后制作多个钢筋混凝土锚定桩；
待第一序锚定桩固化后，根据相邻两个第一序锚定桩之间的距离，用旋喷螺旋钻机在相邻两个第一序锚定桩之间的地面上进行钻孔，所成孔的孔壁分别与两个第一序锚定桩的侧壁相距10-15cm以内；
当钻孔到设计深度后，一边提升螺旋钻杆，一边定喷水泥浆同时压灌混凝土到设计标高，然后在桩孔内混凝土中下钢筋笼，形成一个通过混凝土板与两侧第一序锚定桩相连的第二序钢筋混凝土锚定桩；
按上述步骤在所有相邻的第一序锚定桩之间依次制作第二序钢筋混凝土锚定桩，然后在所有锚定桩的顶部制作钢筋混凝土帽梁，埋深为地面以下至少1m，形成钢筋混凝土锚定墙；
(3)制作至少一层连接支护墙和锚定墙的锚拉杆：
采用锚杆机，根据支护墙上的锚杆孔设计位置与设计角度，进行钻进成孔作业，钻进到锚定墙表面；
用锚杆机钻透混凝土板和混凝土桩，调整钻进速度与旋喷压力，钻进旋喷到设计深度，然后再提升旋喷到锚定墙内表面，再钻孔到设计深度；
在钻杆内插入钢锚拉杆或含有浆囊的锚拉杆到孔底，拔出钻杆，通过塑料管进行补入水泥浆，待水泥浆达到设计强度后进行拉拔锁定，形成锚定墙与支护墙的连接杆件。
其中，沿基坑底部水平线与支护墙外立面垂线的交点做主动土压力线，所述主动土压力线与支护墙外立面垂线的夹角为
其中，步骤(2)中，相邻两个锚定桩的间距为10-15cm。
其中，步骤(3)中锚拉杆的制作为一层或多层。
其中，步骤(2)中锚定墙为连续式或者分段式。
其中，步骤(2)中锚定墙为固定基坑支护墙受力拉杆的结构复合墙体，包括混凝土桩锚定墙、钢筋混凝土桩锚定墙、砂浆桩锚定墙、旋喷桩锚定墙及搅拌桩锚定墙。
采用上述施工方法制作的锚定墙拉锚支护结构，包括支护墙、锚定墙和将二者拉拔锁定在一起的锚拉杆，所述支护墙由多个支护墙桩及位于相邻两个支护墙桩之间的水泥土桩或混凝土桩连接而成，所述锚定墙由多个锚定桩连接而成，所述锚拉杆与水平方向呈0°～45°夹角。
其中，所述锚拉杆为一层或多层。
基坑锚定墙拉锚支护的施工方法所采用的钻具，其中，钻具的钻杆为空心螺旋式钻杆，钻杆中心管的直径尺寸为设计桩径的50％～80％；钻杆螺旋叶片径向的单向长度为5cm～15cm，厚度为0.5cm～5cm。
本发明的支护结构中支护墙面、拉杆、锚定墙及在挡土墙与锚定墙之间的土、水共同组成一个复合结构，这个复合结构相互作用的内力需要互相平衡，因此锚定墙结构设计主要是如何正确分析解决内力平衡和整体稳定两个方面的问题。与此同时，在这个复合体的周边上还存在着从地面上传来的外部土、水压力、摩擦力以及动载重力作用。这些外力也必须平衡，保证整体稳定，防止发生滑动或蠕动变形。根据《建筑基坑支护技术规程》设计基坑挡土墙和锚杆拉拔力，软土地基的锚杆抗拔力满足不了设计要求。只有把锚杆固定在锚定墙上，锚定墙受拉后，当拉力增加到一定程度时，锚定墙前方土体产生一定的压缩变形，土体挤密，产生很大的被动土压力，需用被动土压力理论计算锚定墙的抗拔力，满足拉杆拉拔力的设计。
(1)锚定墙的埋设位置：
锚定墙必须放在稳定的中性区内，至少放在主动土压力破裂面以外的足够距离。一般以第一层锚杆的位置做水平线，找出被动的土压力线，线外作为锚定墙的位置。主要受力区不宜侵入主动土压力破裂面的左侧。
锚定墙上总被动土压力与锚杆总拉拔力之比安全系数不小于1.5是安全的。
(2)锚定墙抗拔力的估算：
式中：
h：锚定板顶到锚定墙底高度(m)；
υ：地面到锚定墙底范围内各土层的平均容重(kpa)。
被动土压力：当土体在外力作用下向着墙体方向移动或转动时，墙背土受到挤压，有上滑趋势，为阻止上滑滑动面上的剪切力等于土的抗剪强度，墙背土体达到被动极限平衡状态，土体向上滑动，这时作用在墙面上的土压力达到最大值——称为被动土压力ep。
被动土压力合力
锚定墙表面的被动土压力是主动土压力的一倍到数倍。经过旋喷的表面与土连在一起有很大摩擦阻力，同时锚定墙下部埋在较好土层上锚杆大部分锁定锚定墙的上部，锚定墙有很大的抗弯拉拔力，锚定墙的抗拔力，其实是一个复合力的组合，可通过拉拔试验确定极限抗拔力。
(3)本发明的基坑支护结构采用“永久刚性防水墙”支护基坑，代替地下结构有机防水层和基坑临时支护墙；又可做基础外模板，此墙与基础结构连在一起，较大的提高了基础的承载力、抗浮力，对基面土回弹、隆起和沉降有一定的约束作用。在施工过程中不用降水、不排污，没有肥槽回填，施工速度快，质量好，造价低，是一种比较理想的施工技术。
同现有技术相比，本发明的突出效果在于：
(1)本发明可用在粘土层、砂土层或者砾石层；尤其适合软土地层，采用锚定墙拉锚支护挡土墙解决了在软土地基深基坑大跨度挡土墙支护的难题。
(2)锚定墙受力后，墙前面的土体经过拉拔压缩变形后，产生很大的被动土压力，锚定墙上产生抗拔力、抗弯力，而且锚定墙前面的受力面积很大，锚杆锁定上面非常稳固，1根锚杆可拉拔几十吨或上百吨拉力，同时所有锚杆都锁定锚定墙上，均匀受力，锚定墙不动则所有锚杆都不动，挡土墙稳固，不变形或微变形，质量好、抗拔力大。
(3)本发明在设备上采用软土地基施工的专用钻杆，把螺旋杆芯管加粗，随着螺旋叶片的面积变小，因而增加了对软土挤密作用，解决了在软土地基施工塌孔和缩颈难题，钻孔出土少。
(4)本发明技术的施工速度快，省工省料、造价低，是一种简便适用的施工技术。
下面结合附图说明和具体实施例对本发明所述的基坑锚定墙拉锚支护的施工方法及其钻具和形成的支护结构作进一步说明。
附图说明
图1为基坑锚定墙拉锚支护结构的立体示意图；
图2为基坑锚定墙拉锚支护结构的剖面示意图；
图3为基坑锚定墙拉锚支护所采用的钻机结构示意图；
图4为实施例2中基坑锚定墙拉锚支护的剖面示意图；
图5为实施例2中基坑锚定墙拉锚支护的另一剖面示意图。
其中，10-锚定墙，20-锚拉杆，30-支护墙，40-混凝土板，50-基坑，1-钻机中空中心管，2-叶片。
具体实施方式
实施例1
结合图1-2所示，基坑锚定墙拉锚支护的施工方法，包括以下步骤：
(1)制作支护墙30：
根据施工设计要求，在地面上确定每个支护墙桩位置，然后制作成形多个支护墙桩；
待支护墙桩固化以后，根据相邻两个支护墙桩之间的间距，在相邻两个支护墙桩之间的地面上进行钻孔，所钻孔的孔壁与两个相邻的支护墙桩的侧壁相切或根据施工设计需要也可设计为：所钻孔的孔壁与两个相邻的支护墙桩的侧壁相距10-15cm以内。
当钻孔到设计深度后，一边提升钻杆，一边进行定喷水泥浆同时压灌混凝土到设计高度，形成一个与两侧的支护墙桩相连的水泥土桩或混凝土桩；具体工艺参数为：定喷压力：5-20mpa；上提速度：0.5～2.0m/min；水泥浆灌浆材料：水灰比为1:1，补浆水灰比为0.5，新鲜不受潮的普通硅酸盐水泥po42.5；桩位允许偏差为：5.0mm；垂直度允许偏差为：0.5％。
按上述步骤依次在所有相邻的支护墙桩之间制作水泥土桩或钢筋混凝土桩，形成基坑支护、防水防淤泥挤入的桩排式防水支护墙30。
(2)制作锚定墙10：
根据施工设计要求，在地面上确定每个锚定桩的位置，然后制作多个钢筋混凝土锚定桩；相邻两个锚定桩的间距为10-15cm。
待锚定桩固化后，根据相邻两个锚定桩之间的距离，用旋喷螺旋钻机在相邻两个锚定桩之间的地面上进行钻孔，所成孔的孔壁分别与两个锚定桩的侧壁相距10-15cm；
当钻孔到设计深度后，一边提升螺旋钻杆，一边定喷水泥浆同时压灌混凝土到设计标高，然后在桩孔内混凝土中下钢筋笼，形成一个与两侧锚定桩相连的钢筋混凝土桩；具体工艺参数为：定喷压力：5-20mpa；上提速度：0.5～2.0m/min；灌浆材料：水灰比为1:1，补浆水灰比为0.5，新鲜不受潮的普通硅酸盐水泥po42.5；桩位允许偏差为：5.0mm；垂直度允许偏差为：0.5％。
按上述步骤在所有相邻的锚定桩之间依次制作钢筋混凝土桩，然后在锚定桩的顶部制作钢筋混凝土帽梁，埋深为地面以下至少1m，形成钢筋混凝土锚定墙10；钢筋混凝土锚定墙10为连续式，也可以为分段式；
(3)制作至少一层连接支护墙和锚定墙的锚拉杆20：
其中，沿基坑底部水平线与支护墙外立面垂线的交点做主动土压力线，主动土压力线与支护墙外立面垂线的夹角为
采用锚杆机，根据支护墙上的锚杆孔设计位置与设计角度，进行钻进成孔作业，钻进到锚定墙10表面；
用锚杆机钻透混凝土桩和混凝土板40，调整钻进速度与旋喷压力钻进旋喷到设计深度；然后提升旋喷到锚定墙内表面，再钻进到设计深度；
在钻杆内插入钢锚拉杆或含有浆囊的锚拉杆，拔出钻杆，通过塑料管进行补入水泥浆，待水泥浆达到设计强度后进行拉拔锁定，形成锚定墙与支护墙的连接杆件。
其中，步骤(2)中锚定墙可以为混凝土桩锚定墙、钢筋混凝土桩锚定墙、砂浆桩锚定墙、旋喷桩锚定墙、搅拌桩锚定墙。
其中，支护墙桩或锚定桩的制作步骤如下：
(1)钻孔机就位；(2)钻进；(3)钻至设计深度，停止钻进；(4)将混凝土输送软管一端与钻杆顶部连通，另一端与混凝土输送泵接通；(5)将超流态细石混凝土由输送泵以一定压力经输送软管和长螺旋钻杆内腔向孔底压灌；(6)按计量控制钻杆提升高度，边压灌混凝土边提升钻杆，直至混凝土达到设计标高；(7)将钢筋笼压入到桩孔内混凝土中固到设计位置；(8)成桩。
采用上述施工方法制作的锚定墙拉锚支护结构，包括支护墙30、锚定墙10和将二者拉拔锁定在一起的锚拉杆20，所述支护墙30由多个支护墙桩及位于相邻两个支护墙桩之间的水泥土桩或混凝土桩连接而成，所述锚定墙10由多个锚定桩连接而成，所述锚拉杆20与水平方向呈0°～45°夹角。其中，所述锚拉杆20为一层或多层。
结合图3所示，基坑锚定墙拉锚支护的施工方法所采用的钻具，其中，钻具的钻杆为空心螺旋式钻杆，钻杆中空中心管1的直径尺寸为设计桩径的50％～80％；钻杆螺旋叶片2径向的单向长度为5cm～15cm，厚度为0.5cm～5cm。
实施例2
针对某城市一高层建筑的基坑支护问题，采用实施例1的施工方法和钻具，其中，施工前的具体计算过程如下：
根据图4计算锚杆的拉拔力，然后把锚杆锁定在锚定墙上，再进行设计锚定墙拉拔力。
(1)锚杆拉拔力(根据图5计算土压力，锚杆拉拔力)
①挡墙桩土压力计算：
在淤泥层-12m参数：
υ：地面到锚定墙底范围内各土层的平均容重(kpa)。
γw：水重度(重力密度)。
土的粘聚力：c＝15kpa；
-6m处有地下水，υw＝10，分层土压力l0、l1、l2、l3、l4，水压力l′0、l′3、l′4。
q：地面(附加荷载)
υ·q·kα＝l0
l′0＝kα·υ×1.5m＝16.8
l2＝kα·υ·(4+4)/2＝44.8
l3＝kα·υ′·(4+4)/2＝16.8
l′3＝υw·(4+4)/2＝40
l4＝kα·υ′·4/2＝0.7×6×2＝8.4
l′4＝υw×2＝20
l″1＝l0+l1＝16.8+26.9＝43.7
l″2＝l2+l″1＝44.8+43.7＝88.5
l″3＝l″2+l3+l′3＝88.5+16.8+40＝145.3
l″4＝l″3+l4+l′3＝145.3+8.4+20＝173.7
②每层锚杆的轴向拉拔力设计值
锚杆平面间距b＝1.2m，安全系数k＝1.5。
锚杆倾角α＝15°，cos15°。
③锚杆拉拔力极限值：
r′1＝72.6/cos15°×1.2×1.5＝75.16×1.2×1.5＝135.3
r′2＝264.4/cos15°×1.2×1.5＝273.7×1.2×1.5＝492.7
r′3＝467.6/cos15°×1.2×1.5＝484.1×1.2×1.5＝871.4
2锚定墙极限承载力估算(锚杆锁定在锚定墙上)
锚定墙受到从拉杆传来逐级增大的拉力锚定墙前方土体的应力变形关系从静止压力状态，逐渐演变成极限平衡状态，称锚定墙在极限状态，所能承受的最大抗拔力为其极限抗拔力。
(1)锚定墙设计位置。
锚定墙的面积和位置，必须同时满足两项基本要求，第一项要求是，锚定墙必须有足够的抗拔能力以平衡锚杆从墙面传来的内力，第二项要求是锚定墙结构作为整体必须在外力(地面土压力、摩擦力和荷载重量等)的作用下保持支护墙稳定。
只要锚定墙设计在主动土压力以外的中性区锚定墙顶在中性土压力区，向下做锚定墙，锚定墙离开主动土压裂面一定距离，这样能保证地基抗拔力作用不受主动土压力变化的影响，但实际锚杆把锚定墙拉紧以后，锚定墙与挡土墙中间土层挤密，锚定墙前面产生被动土压力，锚定墙产生抗弯弹性变形，向上有抗拔力，从而形成一种新型的受拉杆结构。它的一端与挡土墙相连接另一端锚固在锚定墙上，和两墙之间挤密的土体连在一起，形成一个内力平衡的，几米到十几米厚的支挡体系。
(2)锚定墙的极限拉拔力。
①每延米锚定墙的极限抗拔力t：
式中：
h～地面到锚定墙底高度(m)；
υ～地面到锚定墙底范围内各土层的平均容重(kpa)。
②根据地质报告和设计要求取参数
h＝16m，b＝1.2m，淤泥层：γ＝16kpa
3、3层锚杆锁定在锚定墙上
3层锚杆在1.2m宽范围内，极限拉拔力：
rα＝r′1+r′2+r′3＝135.3+492.7+871.4＝1499.4kn
t＝1769.5kn
t＝1769.5kn＞rα＝1499.4kn(满足设计)
实际锚定墙的抗拔力，大于计算的被动土压力，如：锚定墙底部有摩擦反力、双面摩擦阻力、抗弯力等，整个墙锚固在地层中是很稳固的，锚定墙被拉紧后，主动土压裂面只发生在锚定墙的后方，在墙面与锚定墙之间不会出现主动土压裂面。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。