一种地下结构梯式支护施工方法与流程

本发明属于基坑支护设计与施工领域，特别涉及一种地下结构梯式支护施工方法。

背景技术：

1、目前，对于软土地区开挖深度不小于7m的深大基坑工程，常用的支护形式为“围护结构+内支撑”体系。然而，该体系存在明显不足：坑内需密集布设大量内支撑、竖向立柱及立柱桩，导致施工周期长、工程造价高；大量支撑构件严重阻碍土方开挖作业，降低挖土效率；支撑及立柱等材料消耗量大，工程全生命周期碳排放较高。

2、为解决全坑设置内支撑存在的问题，现有技术中提出在基坑外侧设置拉锚的技术。但是，在软土地区的深基坑工程中，该方式实际应用比较少，主要原因在于：软土土质差、流变性显著，拉锚的锚固力难以可靠保证；同时，基坑周边通常存在既有保护性建（构）筑物或受到用地红线限制，拉锚等支护结构易超出可施工范围或侵入保护建（构）筑物的权属区域，适用性严重受限。

3、可见，现有技术中尚缺乏一种既能避免坑内满布支撑、提高挖土效率，又能不占用坑外场地、避免对周边环境干扰的支护结构及其施工方法。

技术实现思路

1、本发明旨在提供一种基坑梯式支护施工方法，本发明不需要在基坑内设置满布的内支撑体系，从而大幅提升土方开挖效率；同时，其支护结构不向基坑外延伸，不占用坑外施工场地，可有效避免支护结构对周边保护性建（构）筑物及用地红线的侵扰。此外，该方法所采用的结构均为全钢、模块化设计，施工完成后可全部回收再利用，显著降低材料消耗与碳排放，实现绿色施工。

2、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

3、本发明公开一种地下结构梯式支护施工方法，包括：

4、步骤1：施工基坑梯式支护结构，所述基坑梯式支护结构包括多排围护桩，所述多排围护桩的桩顶标高由外向内依次降低，每排围护桩的顶部设置钢围檩，相邻排围护桩的钢围檩之间等间距设置若干斜撑，最外侧排围护桩沿基坑边线设置，最外侧排围护桩的桩顶标高与地面齐平，最内侧排围护桩所围合的区域为基坑中部区域，相邻排围护桩之间的土方高度等于或者低于对应斜撑下节点处的钢围檩的底标高，使得相邻排围护桩之间形成具有不同土方高度的阶梯区域，最内侧排围护桩两侧的土方高度相同;

5、步骤2，基坑中部区域挖土至坑底并施工坑底以上第一层结构以及坑底以上第二层结构的楼板结构，基坑中部区域的坑底以上第一层结构的楼板结构与基坑由内向外的第一排围护桩顶牢，且基坑中部区域坑底以上第二层结构的楼板结构与基坑内由内向外的第二排围护桩传力连接，基坑中部区域坑底以上第二层结构的楼板结构在基坑内由内向外的第一阶梯区域镂空设置；拆除基坑内由内向外的第一阶梯区域的斜撑，第一阶梯区域挖土至坑底，拔除基坑内由内向外的第一排围护桩，施工基坑由内向外第一阶梯区域的坑底以上第一层结构、基坑内由内向外的第一阶梯区域和基坑中部区域坑底以上第二层结构以及坑底以上第三层结构的楼板结构，并使得所述坑底以上第三层结构的楼板结构与基坑内由内向外的第三排围护桩传力连接，所述坑底以上第三层结构的楼板结构在基坑内由内向外的第二阶梯区域镂空设置；如上循环施工，直至坑底以上的最高层结构的楼板结构与最外排的围护桩传力连接，在基坑由内向外最外侧的阶梯区域内，拆除基坑由内向外最外侧的阶梯区域的斜撑、开挖基坑由内向外最外侧的阶梯区域的土方，拔除最外侧排围护桩内侧相邻排围护桩，将坑底以上各层结构的楼板结构与最外侧排围护桩传力连接，从下往上施工各层地下室外墙，补全坑底以上每一层结构的楼板结构，拔除最外侧排围护桩，从而完成整个地下室主体结构的施工。

6、优选的，如上所述的地下结构梯式支护施工方法中，所述多排围护桩一共三排，由内向外依次是第一排围护桩、第二排围护桩以及第三排围护桩，所述钢围檩包括设置于第三排围护桩顶部的第三钢围檩、设置于第二排围护桩顶部的第二钢围檩、以及设置于第一排围护桩顶部的第一钢围檩，所述斜撑包括设置于第三排围护桩顶部的第三钢围檩与第二排围护桩顶部的第二钢围檩之间的第二斜撑以及设置于第二排围护桩顶部的第二钢围檩与第一排围护桩顶部的第一钢围檩之间的第一斜撑，第一排围护桩所围合的区域为基坑中部区域，第一排围护桩与第二排围护桩之间为第一阶梯区域并留有第一阶梯土方，第二排围护桩与第三排围护桩之间为第二阶梯区域并留有第二阶梯土方。

7、优选的，如上所述的地下结构梯式支护施工方法中，所述步骤2具体包括：

8、步骤21：在基坑梯式支护结构保护下，对第一排围护桩所围合的基坑中部区域进行土方开挖，开挖至坑底标高，及时施工地下室垫层及底板，垫层和底板与第一排围护桩顶紧；

9、步骤22：施工基坑中部区域的地下二层结构柱及地下一层楼板结构的结构梁和结构楼板，地下一层楼板结构中的结构梁向第一阶梯区域延伸，并通过第一换撑钢围檩与第二排围护桩顶紧，形成结构换撑，第一阶梯区域的地下一层楼板结构的结构楼板区域镂空；

10、步骤23：拆除第一斜撑，然后挖除第一阶梯区域的土方至坑底；

11、步骤24：拔除第一排围护桩，施工第一阶梯区域的底板及地下二层结构柱，第一阶梯区域的底板与已施工的基坑中部区域的底板连接并与第二排围护桩顶紧；

12、步骤25：施工基坑中部区域及第一阶梯区域的地下一层结构柱和地下室顶板结构的结构梁和结构楼板，地下室顶板结构中的结构梁向第二阶梯区域延伸，并通过第二换撑钢围檩与第三排围护桩顶紧，形成结构换撑；第二阶梯区域的地下室顶板结构的结构楼板区域镂空；

13、步骤26：拆除第二斜撑和第二钢围檩，第二阶梯区域的土方放坡开挖至坑底，土坡顶标高为地下一层楼板结构下方，然后拔除第二排围护桩，第二阶梯区域的地下一层楼板结构中的结构梁向第一阶梯区域延伸，并通过换撑板带与第三排围护桩顶紧；

14、步骤27：挖除第二阶梯区域土坡土方至坑底，施工第二阶梯区域的垫层和底板，并通过预留钢筋与已完结构连接，第二阶梯区域的底板和垫层与第三排围护桩顶紧；

15、步骤28：从下往上施工各层地下室外墙，地下室外墙位于第三排围护桩的内侧，浇筑补全第一阶梯区域和第二阶梯区域的地下一层楼板结构和地下室顶板结构的结构楼板，最后用回填土回填第三排围护桩和地下室外墙之间的空隙，再拔除第三排围护桩，从而完成了整个地下室主体结构的施工。

16、优选的，如上所述的地下结构梯式支护施工方法中，所述步骤1具体包括：

17、步骤11：沿基坑边线打入第三排围护桩作为最外侧排围护桩，形成最外围的围护边界，第三排围护桩的桩顶标高与地面齐平，并在第三排围护桩的顶部安装第三钢围檩；

18、步骤12：开挖整个基坑土方至第二阶梯区域的土方设计标高，第二阶梯区域的土方设计标高为第二钢围檩底标高或比第二钢围檩底标高低300mm以内；

19、步骤13：在第三排围护桩内侧4~8米处打入第二排围护桩，第二排围护桩的桩顶标高比第三排围护桩低2~3m，在第二排围护桩的顶部安装第二钢围檩，并在第三钢围檩与第二钢围檩之间安装第二斜撑；

20、步骤14：开挖第二排围护桩内侧区域的土方至第一阶梯区域的土方设计标高，第一阶梯区域的土方设计标高为第一钢围檩底标高或比第一钢围檩底标高低300mm以内；

21、步骤15：在第二排围护桩内侧4~8米处打入第一排围护桩，第一排围护桩的桩顶标高比第二排围护桩的桩顶标高低2~3m，在第一排围护桩的顶部安装第一钢围檩，并在第二钢围檩与第一钢围檩之间安装第一斜撑。

22、优选的，如上所述的地下结构梯式支护施工方法中，所述第三排围护桩、第二排围护桩以及第一排围护桩的顶标高依次降低若干米（如2~3米），相邻排围护桩的水平间距为若干米（如4~8米）。

23、优选的，如上所述的地下结构梯式支护施工方法中，所述相邻排围护桩之间的土方高度为对应斜撑下节点处的钢围檩的底标高或者比对应斜撑下节点处的钢围檩的底标高低300mm以内。

24、优选的，如上所述的地下结构梯式支护施工方法中，所述钢围檩包括左组件、右组件以及连杆，左组件和右组件夹住对应的围护桩，并通过连杆将左组件和右组件相连。

25、优选的，如上所述的地下结构梯式支护施工方法中，所述左组件和右组件均包括两块围檩端板、若干围檩腹板、若干卡件以及若干加劲肋，所述两块围檩端板通过若干围檩腹板连接，靠近围护桩的围檩端板的内侧的上下端分别设置所述卡件，所述卡件位于连杆的外侧，所述卡件紧贴围护桩侧壁，位于最上侧和最下侧的围檩腹板与相邻的围檩端板之间设置所述加劲肋，所述加劲肋隔等间距设置；靠近围护桩的围檩端板竖直设置，远离围护桩的围檩端板竖直设置或者与相邻的第二斜撑或者第一斜撑垂直。

26、优选的，如上所述的地下结构梯式支护施工方法中，所述连杆包括四根连杆杆件和两块连杆端板；两块连杆端板的同侧端分别通过两根所述连杆杆件连接，两块连杆端板分别与左组件、右组件通过高强螺栓连接或焊接连接。

27、优选的，如上所述的地下结构梯式支护施工方法中，所述第二斜撑与第一斜撑均施加预应力顶紧。

28、由上可知，本发明提供的有益效果如下：

29、1）大幅提升土方开挖效率：本发明采用基坑梯式支护结构，不需要在基坑内设置满布的内支撑体系，基坑中部无内支撑障碍物，可实现大面积土方快速开挖，挖运效率高，工期显著缩短。

30、2）不占用坑外场地：本发明通过先中部后边部由内向外逐步向外推进施工地下结构施工和由内向外逐步拆除基坑梯式支护结构施工相配合，使得新建的地下室结构和拆剩下的基坑梯式支护结构始终刚性连接，共同承担基坑支护作用，直至全部地下室结构新建完成，使得支护结构及斜撑均位于基坑内部，不向坑外延伸，有效避免支护结构对周边保护性建（构）筑物及用地红线的侵扰。

31、3）材料节约、绿色低碳：基坑内无需设置大量内支撑，大幅节约了支撑和立柱桩的用材；所有围护桩、围檩及斜撑均采用全钢模块化构件，施工完成后可全部回收再利用，大幅降低材料消耗与碳排放，实现绿色施工。