一种深基坑支护体系及施工方法

1.本发明属于基坑支护技术领域，具体地涉及一种深基坑支护体系及施工方法。


背景技术：

2.随着城市化进程的快速推进，基坑工程在工程建设中占据着越来越重要的地位，同时对地下空间的开发需求也使得基坑工程快速发展，主要体现在基坑开挖深度不断增加，安全要求进一步提升。
3.传统基坑支护方式多为排桩和内支撑联合支护形式，内支撑式基坑支护体系具有稳定性好和变形控制能力强的优点，但对变形控制要求严格的深基坑工程，尤其是采用混凝土内支撑时，存在突出缺点：
①
为控制基坑支护体系变形以及满足基坑稳定性，通常在基坑竖向和横向布置高密度的内支撑，使得基坑土方开挖无法运用大型机械，造成土方施工周期延长，施工成本增加。
②
钢筋混凝土内支撑普遍采用劳动密集型施工方式，施工难度大。
③
在传统内支撑式支护体系中，水平内支撑耗材和工程造价可占基坑支护体系体系总耗材和造价的20％～40％，但水平内支撑作为一次性临时结构，最后必须面临拆除，且水平内支撑拆除时将产生大量固体废弃物、噪音、粉尘等。
4.经检索，公开号为cn111962519a的发明专利，公开了一种“倾斜竹节桩与竖直竹节桩的组合支护结构及其构建方法”，该结构采用倾斜竹节桩和竖直竹节桩组合支护，但是未考虑到竹节桩与孔壁之间的注浆问题，倾斜桩之间大量的桩间土为加以利用，满足不了深基坑的支护要求。
5.公开号为cn111705813a的发明专利，公开了“一种组合式倾斜桩锚杆基坑支护体系及支护方法”，该结构利用斜直交替桩与锚杆组合支护，但是交替斜桩与冠梁形成的排桩结构整体强度较弱，不利于基坑侧向变形控制。
6.因此，研发一种在满足深基坑变形控制要求，保证基坑整体稳定性的基础上减少内支撑的数量，同时可以简化土方开挖施工、缩短工期、降低工程造价、保护环境的基坑支护体系是目前市场发展的迫切需求。


技术实现要素：

7.(一)要解决的技术问题
8.鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种深基坑支护体系及施工方法。
9.(二)技术方案
10.为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
11.第一方面，本发明实施例提供一种深基坑支护体系，包括沿基坑边缘设置的两排斜桩、冠梁、端部锚固内支撑、预应力锚杆和桩间加固土，两排斜桩包括向基坑外侧倾斜的预制空腹竹节桩和向基坑内侧倾斜的预制矩形桩，预制矩形桩外侧受拉面上固定有腰梁，冠梁设置在两排斜桩的顶部，冠梁上间隔且均匀布设有多个水平内支撑，端部锚固内支撑的两端均设置有八字撑结构，八字撑结构包括对称设置的连系杆，端部锚固内支撑的端部
和八字撑的连系杆均固定在腰梁上，端部锚固内支撑的端部和八字撑的连系杆上均开设有沟槽，且沟槽中设置有锚固支座，预应力锚杆设置在斜桩之间，且端部穿设在端部锚固内支撑和八字撑的连系杆的沟槽中、并通过刚垫块锚固在锚固支座上，桩间加固土位于两排斜桩之间、且与两排斜桩和冠梁构成三角形支护结构。
12.可选地，预制空腹竹节桩的内部设有空腔，预制空腹竹节桩的桩身外表面设有若干环形凸起，相邻两个环形凸起之间的间距自上而下逐渐减小，且环形凸起凸出桩身表面的高度为桩径的10％-30％，预制空腹竹节桩的桩身上开设有多个注浆孔，且注浆孔与空腔相连通，预制空腹竹节桩与竖直方向的夹角为α，且α≤10
°
。
13.可选地，预制矩形桩的位置分别与预制空腹竹节桩的位置一一对应，相邻两个预制矩形桩之间的间距不小于2m，预制矩形桩与竖直方向的夹角为β，且β≤10
°
。
14.可选地，预应力锚杆相互平行设置，且端部锚固内支撑与其端部连接的预应力锚杆位于同一竖直平面内，相邻两个预应力锚杆之间的间距不小于2m，预应力锚杆的锚固段位于桩间加固土中，可起到加固桩间加固土的目的。
15.可选地，端部锚固内支撑和水平内支撑采用钢制材料或者混凝土制成，钢制内支撑的间距不超过8m，混凝土内支撑的间距不超过12m。
16.第二方面，本发明实施例还提供一种深基坑支护体系的施工方法，包括以下步骤：
17.(1)根据指定标高安装两排斜桩，并在两排斜桩的顶部浇筑冠梁；
18.(2)开挖基坑至冠梁底部0.5m处，在冠梁竖向中心处安装水平内支撑；
19.(3)在预制矩形桩上设置多道腰梁的位置；
20.(4)每次开挖至对应腰梁标高下0.5m处，并将腰梁固定在预制矩形桩的桩身上，在预制空腹竹节桩和预制矩形桩之间挂设钢筋网，将钢筋网锚固在桩体上，并喷射混凝土，以对桩间加固土进行加固；
21.(5)将端部锚固内支撑及八字撑固定在对应的腰梁上，预留出预应力锚杆的注浆孔并将锚固支座安装到端部锚固内支撑和八字撑的端部；
22.(6)待端部锚固内支撑达到一定强度后开挖内其下部土体，检测端部锚固内支撑的强度，在其强度满足要求后安装预应力锚杆并注浆，使预应力锚杆的锚固段位于桩间加固土中；
23.(7)在注浆达到一定强度后，张拉预应力锚杆，并使预应力锚杆的端部锚固在锚固支座上；
24.(8)重复步骤(4)—(7)直至开挖到基坑底部。
25.可选地，步骤(1)中，设置斜桩的步骤包括：划出内外两排斜桩的基准线并定出桩位；按照指定桩位，沿基坑边缘向外侧压入预制空腹竹节桩至指定标高，使预制空腹竹节桩的轴线与水平线成一定夹角并向基坑外部倾斜；沿基坑边缘向内侧压入预制矩形桩至指定标高，使预制矩形桩的轴线与水平线成一定夹角并向基坑内部倾斜；预制空腹竹节桩和预制矩形桩的桩顶中心线平行或者重合；对预制空腹竹节桩的空腔中进行加压注浆，使得浆液通过注浆孔流出，自下而上依次填充预制空腹竹节桩的竹节之间的孔隙。
26.可选地，步骤(1)中，冠梁的宽度大于与其连接的一对斜桩的桩截面边长，冠梁的宽度大于斜桩的桩径0.5倍、且高度大于等于与其连接的一对斜桩的桩截面边长0.6倍。
27.可选地，步骤(1)中，预制空腹竹节桩或预制矩形桩嵌入冠梁的垂直长度大于等于
100mm。
28.可选地，步骤(4)中，钢筋网通过横向拉筋与两侧斜桩的桩体连接，横向拉筋的直径不小于12mm，横向拉筋锚固在斜桩桩体内的长度不小于100mm；钢筋网通过直径不小于12mm的钢筋钉与桩间加固土固定；喷射的混凝土强度等级不低于c20，厚度不低于50mm。
29.本发明的有益效果是，本发明将三角形排桩支护体系和端部锚固内支撑合理地结合在一起，一方面利用桩间加固土、斜桩、冠梁组成的三角形支护结构间接地抵消内支撑的轴力，同时将基坑开挖时不稳定的倾斜面桩间加固土利用起来，作为支护结构的一部分，既提高支护结构的整体性，又减少了基坑土方开挖量；另一方面，通过端部锚固内支撑直接减小内支撑承受的轴力，同时利用预应力锚杆锚固段，将两者有机结合在一起，可以减少内支撑的数量，进而使设计施工更加简便，并且节约材料，从而降低工程费用；同时，还可以减少内支撑拆除时产生的固体废物、噪音、粉尘等，减小对周围环境的影响。
附图说明
30.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
31.图1为本发明一实施例提供的深基坑支护体系的整体结构示意图。
32.图2为本发明一实施例提供的深基坑支护体系的三角形支护结构的立体结构示意图。
33.图3为本发明一实施例提供的深基坑支护体系的三角形支护结构的侧视截面图。
34.图4为本发明一实施例提供的深基坑支护体系的端部锚固内支撑的结构示意图。
35.图5为本发明一实施例提供的深基坑支护体系的预制空腹竹节桩的结构示意图。
36.图6为本发明另一实施例提供的深基坑支护体系的施工方法的流程图。
37.图中：1.基坑边缘，2.基坑底部，3.冠梁，4.端部锚固内支撑，5.预应力锚杆，6.桩间加固土，7.预制空腹竹节桩，8.预制矩形桩，9.腰梁，10.水平内支撑，11.连系杆，12.锚固支座，13.环形凸起，14.注浆孔，15.钢筋网，16.混凝土。
具体实施方式
38.下面结合本发明实施例中的附图以及具体实施例对本发明进行清楚地描述，在此处的描述仅仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
39.实施例一
40.如图1-5所示，本实施例提供一种深基坑支护体系，包括沿基坑边缘1设置的两排斜桩、冠梁3、端部锚固内支撑4、预应力锚杆5和桩间加固土6，两排斜桩包括向基坑外侧倾斜的预制空腹竹节桩7和向基坑内侧倾斜的预制矩形桩8，预制矩形桩8外侧受拉面上固定有腰梁9，冠梁3设置在两排斜桩的顶部，冠梁3上间隔且均匀布设有多个水平内支撑10，端部锚固内支撑4的两端均设置有八字撑结构，八字撑结构包括对称设置的连系杆11，端部锚固内支撑4的端部和八字撑的连系杆11均固定在腰梁9上，端部锚固内支撑4的端部和八字撑的连系杆11上均开设有沟槽，且沟槽中设置有锚固支座12，预应力锚杆5设置在斜桩之间，且端部穿设在端部锚固内支撑4和八字撑的连系杆11的沟槽中、并通过刚垫块锚固在锚
固支座12上，桩间加固土6位于两排斜桩之间、且与两排斜桩和冠梁3构成三角形支护结构。
41.预制空腹竹节桩7的内部设有空腔，预制空腹竹节桩7的桩身外表面设有若干环形凸起13，相邻两个环形凸起13之间的间距自上而下逐渐减小，且环形凸起13凸出桩身表面的高度为桩径的30％，预制空腹竹节桩7的桩身上开设有多个注浆孔14，且注浆孔14与空腔相连通，预制空腹竹节桩7与竖直方向的夹角为α，且α≤10
°
。
42.预制矩形桩8的位置分别与预制空腹竹节桩7的位置一一对应，相邻两个预制矩形桩8之间的间距为2m，预制矩形桩8与竖直方向的夹角为β，且β≤10
°
。
43.预应力锚杆5相互平行设置，且端部锚固内支撑4与其端部连接的预应力锚杆5位于同一竖直平面内，相邻两个预应力锚杆5之间的间距为2m，预应力锚杆5的锚固段位于桩间加固土6中，可起到加固桩间加固土6的目的。
44.端部锚固内支撑4和水平内支撑10采用钢制材料或者混凝土制成，钢制内支撑的间距为8m，混凝土内支撑的间距为12m。
45.本发明的工作原理为：
46.1.端部锚固内支撑4利用锚固在端部的预应力锚杆5，给内支撑一个向基坑外的拉力，基坑开挖产生的主动土压力与该拉力方向相反，只有主动土压力在平衡拉力之后，内支撑才会产生轴力，进而达到减小内支撑轴力，减少内支撑数量的目的。
47.2.预制空腹竹节桩7和预制矩形桩8并排排列，通过冠梁3形成一个三角形支护框架，框架内部保留桩间加固土6，桩间加固土6外侧利用预制空腹竹节桩7中预留的注浆孔14进行注浆加固，桩间加固土6内侧利用挂网喷射混凝土支护，同时利用预应力锚杆5锚固段加强桩间加固土6内部整体性。形成斜桩、桩间加固土6、冠梁3的三角形支护结构，结合图2所示，利用斜桩的轴力和桩间加固土6的反压作用抵消内支撑的轴力，具体解释如下：
48.1)斜桩夹带大量的桩间加固土6，形成一个三角形支护单元后，利用其重力会给坑内被动区土体提供竖向力，此竖向力与坑内土体隆起变形方向相反，加之斜桩插入被动区主要隆起区域，起到类似抗拔桩的作用，两者均可减小坑内隆起变形，相应地可支护结构的倾斜，提高基坑支护体系的整体稳定性，减小内支撑所承受的主动土压力。
49.2)由于斜桩相对于竖直方向有一定的角度，斜桩在承受基坑外围土体水平方向主动土压力和被动土压力的同时，支护桩中还会产生较大的轴力，其中预制空腹竹节桩7中产生压力，预制矩形桩8中产生拉力。预制空腹竹节桩7中的压力主要是由支护桩底端的端承力和桩身相对位移产生的摩擦力组成，预制矩形桩8的拉力主要是支护桩相对位移产生的摩擦力。预制空腹竹节桩7和预制矩形桩8的轴力合力沿水平方向指向基坑外侧，与主动土压力方向相反，可以起到减小内支撑轴力的作用。
50.通过将斜桩、冠梁3、预应力锚杆5和桩间加固土构成三角形排桩支护体系与端部锚固内支撑4结合在一起，可以有效转移和抵消内支撑的轴力，在满足深基变形控制要求的同时，还能达到减少内置撑数量的目的。
51.实施例二
52.本实施例提供一种深基坑支护体系的施工方法，其主要是对实施例一所示的深基坑支护体系的施工过程的说明。
53.如图6所示，本实施例的深基坑支护体系的施工方法，包括以下步骤：
54.s1预制空腹竹节桩和预制矩形桩的压桩施工：
55.在基坑边缘放出内外侧倾斜桩的基准线并定出桩位，预制空腹竹节桩和预制矩形桩采用预制桩作业，沿着基坑内侧将向着基坑内侧倾斜的预制空腹竹节桩压入至设计的桩底标高；将向着基坑外侧倾斜的预制矩形桩压入至设计的桩底标高；为了防止支护桩压入时对周围支护桩产生影响，预制空腹竹节桩和预制矩形桩均采用跳桩施工方法，间隔1～2根桩压入预制空腹竹节桩，同时在两根预制空腹竹节桩之间压入预制矩形桩，使得一对倾斜桩避免依次压入。
56.压入预制桩后，对预制空腹竹节桩的空腔内加压注浆，填充预制桩竹节之间的孔隙。当支护桩中心距大于倍桩径时，可采用顺序压入或采用一侧向单一方向进行压入的方式。
57.s2设置冠梁：
58.预制空腹竹节桩和预制矩形桩上设置冠梁，使预制空腹竹节桩和预制矩形桩及冠梁形成一个整体的排桩基坑支护体系。建议冠梁的宽度大于与其连接的一对支护桩的桩截面边长，扩出长度为0.5倍的桩径，高度大于等于与其连接的一对支护桩的桩截面边长的0.6倍。
59.采用机械分区开挖土方至冠梁设计标高以下0.5m处，将桩顶浮浆、低强度混凝土及破碎部分清除至设计标高。
60.进行冠梁钢筋配置；纵向钢筋可采用hrb335级或hrb400级钢筋，箍筋宜采用hpb300级钢筋。
61.进行混凝土浇筑及养护；混凝土强度等级高于c20，排桩主筋锚入冠梁长度大于等于35倍钢筋桩径，当不能满足锚固长度的要求时，其钢筋末端可采取机械锚固措施。
62.s3设置内支撑：
63.在冠梁轴线处设置水平内支撑，为方便土方开挖施工，内支撑的水平间距大于等于8m。混凝土内支撑的强度等级不应低于c25；支撑构件的截面高度不宜小于其竖向平面内计算长度的1/20。
64.混凝土内支撑的纵向钢筋直径不宜小于16mm，沿截面周边的间距不宜大于200mm；箍筋的直径不宜小于8mm，间距不宜大于250mm。
65.s4挂网喷射混凝土面层：
66.土方开挖至冠梁设计标高以下0.5m后进行桩间土人工平整，每向下开挖1m，进行一次挂网喷射混凝土面层施工，直至腰梁或基底标高停止。
67.在桩身上间隔1米植入钢筋挂钩，将钢筋网挂在钢筋挂钩上，为保证钢筋网固定牢固，钢筋网或钢丝网采用横向拉筋与两侧桩体连接，拉筋直径不宜小于12mm，拉筋锚固在桩内的长度不宜小于100mm。钢筋网采用桩间土内打入直径不小于12mm的钢筋钉固定，钢筋钉打入桩间土中的长度不小于排桩净间距的1.5倍且不应小于500mm。
68.桩间土采用挂网喷射混凝土进行保护，网喷随着土方开挖及时跟进，开挖一段、网喷一段、支护一段，喷射混凝土强度等级不宜低于c20，厚度不宜低于50mm。
69.s5设置端部锚固内支撑：
70.采用机械分区开挖土方至腰梁设计标高以下0.5m处，腰梁截面高度(水平尺寸)不宜小于其水平方向计算跨度的1/10，截面宽度(竖向尺寸)不应小于支撑的截面高度。
71.腰梁及挂网喷射混凝土面层达到预期强度后，进行端部锚固内支撑的施工，端部
锚固内支撑的高度小于等于与其连接的腰梁高度。设置内支撑及两侧八字撑，预留锚杆注浆孔并嵌入锚杆锚固支座，当内支撑达到一定强度后开挖内支撑下部土体，同时检测内支撑的强度，在内支撑强度满足要求后设置预应力锚杆并注浆，注浆段末端位于桩间加固土范围内。在腰梁上支撑点的间距，对钢腰梁不宜大于8m，对混凝土梁不宜大于12m。
72.另外，内支撑层数和锚杆密度应根据基坑实际情况而定，当具有多层内支撑时，重复上述步骤(4)、(5)开挖至基坑底部。
73.以上已经描述了本发明的实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的实施例。在不偏离所说明实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。