土岩组合地层组合桩基坑支护体系的制作方法

1.本实用新型涉及建筑基坑工程技术领域，尤其涉及一种土岩组合地层在周边既有地下结构或障碍物等复杂环境条件下的基坑支护体系。


背景技术：

2.建筑基坑工程是地下建筑工程中的重要内容之一，需做到安全适用、保护环境、技术先进、经济合理。随着城市建设快速发展，深度20米以上的建筑深基坑工程日益增多，此类深基坑工程多处于城市中心区，周边既有地下结构或障碍物众多，环境条件十分复杂。尤其青岛、深圳等城市，多属剥蚀残丘地貌，第四系土层厚度较小、不均匀，基岩埋深较浅、起伏较大，且基岩以花岗岩等硬质岩石为主，强风化岩层较薄，中等风化～微风化岩层岩体强度高，对深基坑工程而言，土岩组合二元结构地层特征非常典型，对基坑支护体系设计提出特殊要求。
3.根据现行行业标准《建筑基坑支护技术规程》jgj120，深基坑支护以支挡式结构为主，挡土构件多为灌注桩或地下连续墙，鉴于上述地区土岩组合的特殊地层特征，地下连续墙应用难度较大，以灌注桩作为挡土构件的悬臂式支挡结构、锚拉式支挡结构和支撑式支挡结构等应用广泛。在某些复杂环境条件下，如拟设置锚杆的部位有已建地下结构或障碍物、拟设置锚杆的土层为高水头砂层或无法提供要求的锚固力、地方法律法规规定锚杆等支护结构不得超出用地红线、内支撑对工期造价影响较大不宜设置等情况，锚杆、支撑受到实际条件的限制而无法实施，而采用悬臂式支挡结构又难以满足承载力、基坑变形等要求的情况下，可选择采用双排灌注桩支护结构。
4.灌注桩施工桩型众多，现行行业标准《建筑桩基技术规范》jgj94提供的主要桩型包括泥浆护壁钻孔灌注桩、旋挖成孔灌注桩、冲孔灌注桩、长螺旋钻孔压灌桩、干作业钻(挖)孔桩等，一般适用于土层及岩石坚硬程度为极软岩或软岩的风化岩，而中等风化～微风化的硬质岩，饱和单轴抗压强度一般大于15mpa甚至超过60～80mpa，岩石坚硬程度为较软岩、较硬岩乃至坚硬岩，相对入岩能力较强的旋挖成孔灌注桩、冲孔灌注桩也很难实施，工期和造价难以接受。作为基坑支护挡土结构的灌注桩难以进入基坑底面以下设计深度满足常规嵌固要求，造成“吊脚桩”情况。此类“吊脚桩”支挡结构，当灌注桩下端岩肩宽度不足、岩体节理裂隙较发育或岩石爆破影响造成岩肩松动开裂的情况下，极易发生踢脚破坏及体系失稳，造成安全风险和安全事故。
5.因此，单一的灌注桩基坑支护结构难以适用于土岩组合地层在周边既有地下结构或障碍物等复杂环境条件下的基坑支护要求。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于针对土岩组合地层的特点，针对灌注桩难以满足常规嵌固深度、现有技术中灌注桩下端岩肩保护不利的问题，且在周边既有地下结构或障碍物等复杂环境条件下悬臂式、锚拉式和支撑式支挡结构难以实施或满足安全要求时，提供一种双
排灌注桩和钢管桩组成的组合桩基坑支护体系。
7.为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
8.一种组合桩基坑支护体系，包括：
9.第一灌注桩结构，包括若干第一灌注桩，沿基坑顶面插入至岩土结构中；
10.第二灌注桩结构，包括若干第二灌注桩，相对第一灌注桩设置在基坑开挖的方向上，与第一灌注桩间隔设置，每个第一灌注桩对应一个第二灌注桩，第一灌注桩和第二灌注桩之间经刚架梁连接；
11.钢管桩结构，包括若干钢管桩，相对第二灌注桩设置在基坑开挖的方向上，与第二灌注桩间隔设置；钢管桩和第二灌注桩之间经连系梁连接。
12.本实用新型一些实施例中，所述体系进一步包括竖向锚杆结构，包括多根竖直设置的竖向锚杆；所述竖向锚杆竖向设置在：两个相邻的第一灌注桩之间，和/或，任一一个第一灌注桩内部。
13.本实用新型一些实施例中，所述体系进一步包括：
14.第一冠梁，设置在第一灌注桩结构的顶部，连接所有第一灌注桩；
15.第二冠梁，设置在第二灌注桩结构的顶部，连接所有第二灌注桩；
16.所述刚架梁连接第一冠梁和第二冠梁。
17.本实用新型一些实施例中，所述体系进一步包括如下结构之一或组合：
18.设置在第二灌注桩开挖一侧表面的面层；
19.设置在钢管桩开挖一侧表面的面层；
20.所述面层包含钢筋网和混凝土。
21.本实用新型一些实施例中，所述连系梁第一端部覆盖设置在所有钢管桩的顶部，连系梁第二端部与第二灌注桩的基坑开挖侧连接；所述连系梁第二端部的截面高度大于第一端部的截面高度。
22.本实用新型一些实施例中，沿所述连系梁第二端部设置有锁脚斜向锚杆，所述锁脚斜向锚杆沿连系梁向第一灌注桩的方向倾斜向下设置，插入第二灌注桩后侧的地质结构中。
23.本实用新型一些实施例中，所述体系进一步包括第一腰梁，连接所有第二灌注桩，设置在第二灌注桩的开挖侧。
24.本实用新型一些实施例中，沿第一腰梁设置有第一斜向锚杆，所述第一斜向锚杆由第一腰梁向第一灌注桩的方向倾斜向下设置，插入第二灌注桩后侧的地质结构中。
25.本实用新型一些实施例中，所述体系进一步包括第二腰梁，连接所有钢管桩，设置在钢管桩的开挖侧。
26.本实用新型一些实施例中，沿第二腰梁设置有第二斜向锚杆，所述第二斜向锚杆由第二腰梁向第一灌注桩的方向倾斜向下设置，插入第二灌注桩后侧的地质结构中。
27.本实用新型提供的土岩组合地层组合桩基坑支护体系，其有益效果在于：
28.本实用新型提供的土岩组合地层双排灌注桩与钢管桩组成的组合桩基坑支护体系，是一种土岩组合地层在周边既有地下结构或障碍物等复杂环境条件下的基坑支护体系，有助于解决“吊脚桩”支挡结构灌注桩下端岩肩宽度不足、岩体节理裂隙较发育或岩石爆破影响造成岩肩松动开裂情况下发生踢脚破坏及体系失稳的问题，提高土岩组合地层在
周边既有地下结构或障碍物等复杂环境条件下基坑的稳定性，降低安全风险，消除安全事故。
29.本实用新型提供的土岩组合地层双排灌注桩与钢管桩组成的组合桩基坑支护体系，充分利用双排灌注桩增加悬臂高度，解决坡顶既有地下结构或障碍物等影响锚杆设置的问题；利用斜向锁脚锚杆替代灌注桩的嵌固段被动土压力；在中等风化硬质岩中设置钢管桩，通过连系梁将灌注桩和钢管桩连接成整体结构，钢管桩起到开挖超前支护作用，可有效保护桩脚位置开挖导致的岩体掉块、悬空等不利情况，当岩体爆破开挖时，钢管桩同时起到预裂岩体和爆破缓冲作用，减小爆破松动范围。该支护体系中的竖向锚杆起到抗倾覆稳定作用。根据灌注桩和钢管桩的工艺特点和对不同地层的施工适应性，在保证安全的前提下，有效减小灌注桩施工难度，缩短工期，降低工程造价。
附图说明
30.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
31.图1为土岩组合地层结构示意图；
32.图2为本实用新型提供的组合桩基坑支护体系剖面结构示意图；
33.图3为本实用新型提供的组合桩基坑支护体系平面结构示意图；
34.图4为本实用新型提供的组合桩基坑支护体系局部结构示意图；
35.其中，图中各附图标记：
[0036]1‑
灌注桩；101
‑
第一灌注桩；102
‑
第二灌注桩；
[0037]2‑
钢管桩；
[0038]3‑
连系梁；
[0039]
401
‑
锁脚斜向锚杆；402
‑
第一斜向锚杆；403
‑
第二斜向锚杆；
[0040]5‑
竖向锚杆；
[0041]
601
‑
第一腰梁；602
‑
第二腰梁；
[0042]7‑
冠梁；701
‑
第一冠梁；702
‑
第二冠梁；
[0043]8‑
刚架梁；
[0044]9‑
面层；
[0045]
10
‑
高压旋喷桩；
[0046]
1101
‑
基坑顶面；1102
‑
基坑底面；1103
‑
中等风化硬质岩顶面；
[0047]
12
‑
既有地下结构；
[0048]
13
‑
岩土体；1301
‑
填土；1302
‑
黏性土；1303
‑
砂土；1304
‑
强风化硬质岩；1305
‑
中等风化硬质岩；1306
‑
微风化硬质岩；
[0049]
14
‑
基坑边缘。
具体实施方式
[0050]
为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以
下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0051]
需要说明的是，当元件被称为“设置在”，“连接”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
[0052]
需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
[0053]
本实用新型针对土岩组合地层灌注桩难以满足常规嵌固深度、现有技术中灌注桩下端岩肩保护不利的问题，以及在周边既有地下结构或障碍物等复杂环境条件下悬臂式、锚拉式和支撑式支挡结构难以实施或满足安全要求的问题，提供一种采用双排灌注桩、钢管桩及其组合构件的支挡结构进行支护的组合桩基坑支护体系。
[0054]
参考附图2，图中箭头所示的为基坑开挖方向。
[0055]
一种组合桩基坑支护体系，包括灌注桩结构、钢管桩结构。
[0056]
灌注桩结构呈双排，在基坑边缘呈间隔设置，包括第一灌注桩结构和第二灌注桩结构。
[0057]
第一灌注桩结构，包括若干第一灌注桩101，成行排列，沿基坑顶面1101插入至岩土体13中，任意两个相邻的第一灌注桩101之间呈等间距排列。
[0058]
第二灌注桩结构，包括若干第二灌注桩102，相对第一灌注桩101设置在基坑开挖的方向上(图中箭头所示的方向)，与第一灌注桩101间隔设置，每个第一灌注桩101对应一个第二灌注桩102，第一灌注桩101和第二灌注桩102之间经刚架梁8连接；任意两个相邻的第二灌注桩102之间呈等间距排列，与第一灌注桩101之间排列的间距相等。
[0059]
相对基坑开挖的方向，第一灌注桩101位于后排，也可定义为后排灌注桩，第二灌注桩102位于前排，也可定义为前排灌注桩。本实施例中，第一灌注桩101、第二灌注桩102的直径均为1m，任意两个相邻的第一灌注桩101之间，任意两个相邻的第二灌注桩102之间的中心距均为1.8m；第一灌注桩结构和第二灌注桩结构之间的排距为3m，即任意两个相对的第一灌注桩101和第二灌注桩102之间的距离为3m。第一灌注桩101和第二灌注桩102均是由钢筋笼和混凝土组成，钢筋笼包括纵向受力钢筋、箍筋和加强箍筋，混凝土强度等级c30。
[0060]
钢管桩结构，包括若干钢管桩2，相对第二灌注桩102设置在基坑开挖的方向上，与第二灌注桩102间隔设置；钢管桩2和第二灌注桩102之间经连系梁3连接。
[0061]
本实施例中，钢管桩2有多个、沿第二灌注桩102开挖侧间隔排列，钢管桩2除与第二灌注桩102相对应外，还排列在任意两个第二灌注桩102之间对应的位置。与第二灌注桩102开挖侧的距离1.2m。钢管桩2的直径为220mm，中心距为0.9m，即任意两个相邻的钢管桩2之间的距离为0.9m。钢管桩由钢管和注浆体组成，钢管直径168mm，壁厚5mm，注浆体为水泥浆，强度等级m25。
[0062]
本实用新型一些实施例中，连系梁3第一端部覆盖设置在所有钢管桩2的顶部，连系梁3第二端部与第二灌注桩102的基坑开挖侧连接；连系梁3第二端部的截面高度大于第一端部的截面高度，即其截面高度较小的一端设置在钢管桩2顶部，截面高度较大的一端与
第二灌注桩102连接。
[0063]
更进一步的，为了增强固定效果，本实用新型一些实施例中，沿所述连系梁2的第二端部设置有锁脚斜向锚杆401，所述锁脚斜向锚杆401沿连系梁向第一灌注桩101的方向倾斜向下设置，插入第二灌注桩102后侧的岩土体13中。
[0064]
本实施例中，连系梁3的形状为l型。l型连系梁3沿钢管桩2顶部连续设置成连续梁，其一端与钢管桩2通过钢管锚固连接，其另一端与锁脚斜向锚杆401通过张拉锁定连接。连系梁3为钢筋混凝土结构，钢筋包括纵向受力钢筋和箍筋，混凝土强度等级c30。锁脚斜向锚杆401包括锚筋和注浆体，锚筋由多束直径15.2mm钢绞线组成，注浆体为水泥浆，强度等级25mpa，其一端与连系梁3通过张拉施加预加力锁定连接，其另一端锚固于岩土体13中。
[0065]
本实用新型一些实施例中，所述体系进一步包括竖向锚杆结构，包括多根竖直设置的竖向锚杆5；所述竖向锚杆5竖向设置在：两个相邻的第一灌注桩101之间，和/或，任一一个第一灌注桩101内部。
[0066]
竖向锚杆5的作用在于增强第一灌注桩101的抗倾覆稳定性。本实施例中，竖向锚杆5设置在第一灌注桩101的内部。竖向锚杆5竖直安装，倾角90
°
，成孔直径150mm，水平间距1.8m。竖向锚杆5包括锚筋和注浆体，锚筋由多束直径15.2mm钢绞线组成，注浆体为水泥浆，强度等级25mpa。
[0067]
本实用新型一些实施例中，所述体系进一步包括：
[0068]
第一冠梁701，设置在第一灌注桩结构的顶部，连接所有第一灌注桩101；
[0069]
第二冠梁702，设置在第二灌注桩结构的顶部，连接所有第二灌注桩102；
[0070]
刚架梁8连接第一冠梁701和第二冠梁702。
[0071]
竖向锚杆5靠近第一灌注桩101顶部的一端与第一冠梁702通过张拉施加预加力锁定连接，其另一端锚固于第一灌注桩101底部的岩土体13中。
[0072]
第一冠梁701和第二冠梁702均沿轴线连续设置成连续梁，与相应的灌注桩通过钢筋锚固连接，第一冠梁701和第二冠梁702均采用矩形截面，宽度1.2m，高度0.8m。冠梁7为钢筋混凝土结构，钢筋包括纵向受力钢筋和箍筋，混凝土强度等级c30。
[0073]
本实用新型一些实施例中，所述体系进一步包括如下结构之一或组合：
[0074]
设置在第二灌注桩102开挖一侧表面的面层9；
[0075]
设置在钢管桩2开挖一侧表面的面层9；
[0076]
面层9包含钢筋网和混凝土。
[0077]
即，根据地质条件的要求，可以选择在第二灌注桩102的表面或钢管桩2的表面，或者二者的表面设置面层9。面层9沿第二灌注桩102开挖侧及钢管桩2开挖侧呈平面布置，厚度100mm。面层9为钢筋混凝土结构，钢筋包括纵横钢筋网，混凝土为喷射混凝土，强度等级c20。面层9可以增强第二灌注桩102和钢管桩2的刚度和承载能力。
[0078]
更进一步的，为了增强固定效果，本实用新型一些实施例中，所述体系进一步包括第一腰梁601，连接所有第二灌注桩102，设置在第二灌注桩102开挖侧的侧面，可与第二灌注桩102通过钢筋焊接连接。根据地质条件的需求，第一腰梁601可以沿第二灌注桩102的高度方向间隔设置多组，每组第一腰梁601均连接所有的第二灌注桩102，形成连续梁。对于设置面层9的第二灌注桩102，第一腰梁601设置在面层9的外侧。
[0079]
本实用新型一些实施例中，沿第一腰梁601设置有第一斜向锚杆402，所述第一斜
向锚杆402由第一腰梁601向第一灌注桩101的方向倾斜向下设置，插入第二灌注桩102后侧的岩土体13中。
[0080]
第一腰梁601与同一标高的多个第一斜向锚杆402通过张拉施加预加力锁定连接，并与第二灌注桩102通过钢筋锚固连接。第一腰梁601为钢筋混凝土结构，钢筋包括纵向受力钢筋和箍筋，混凝土强度等级c30。第一斜向锚杆402包括锚筋和注浆体，锚筋由多束直径15.2mm钢绞线组成，注浆体为水泥浆，强度等级25mpa，其一端与第一腰梁601通过张拉施加预加力锁定连接，其另一端锚固于岩土体13中。
[0081]
更进一步的，本实用新型一些实施例中，所述体系进一步包括第二腰梁602，连接所有钢管桩2，设置在钢管桩2的开挖侧。与设置在第二灌注桩102上的腰梁结构类似，第二腰梁602连接所有的钢管桩2，形成连续梁，可与钢管桩2通过钢筋焊接连接。同一，第二腰梁602也可以沿钢管桩2的高度方向设置多组。第二腰梁602同样可以为钢筋混凝土结构，钢筋包括纵向受力钢筋和箍筋，混凝土强度等级c30。
[0082]
本实用新型一些实施例中，沿第二腰梁602设置有第二斜向锚杆403，所述第二斜向锚杆403由第二腰梁602向第一灌注桩101的方向倾斜向下设置，插入钢管桩2后侧的岩土体13中。
[0083]
在本实用新型一些实施例中，包括高压旋喷桩10和第二灌注桩102相互咬合的组合截水帷幕。高压旋喷桩10直径不小于1.2m，中心距1.8m，底端进入风化基岩不小于0.5m。
[0084]
在本实用新型一些实施例中，进一步提供一种适用于上述支护体系的地层结构。
[0085]
参考图1，为土岩组合地层结构示意图。由地层自上向下，依次为：填土1301层、黏性土1302层、砂土1303层、强风化硬质岩1304层、中等风化硬质岩1305层和微风化硬质岩1306层。
[0086]
基于以上基坑支护体系，进一步提供一种针对土岩组合地层双排灌注桩与钢管桩组成的组合桩基坑支护体系的施工方法。
[0087]
(1)平整工作面：平整基坑顶面1101形成灌注桩1施工工作面。
[0088]
(2)施工灌注桩结构：由基坑顶面1101向下，采用旋挖等施工工艺形成灌注桩孔，深度至中等风化硬质岩1305层以下；成孔时根据地质和环境要求采用间隔成孔的施工顺序；第一灌注桩101和第二灌注桩102底端进入中等风化硬质岩顶面1103以下不小于2m；吊装钢筋笼；浇灌混凝土；完成第一灌注桩101和第二灌注桩102的施工。具体的，沿基坑顶面1101成行间隔施工第一灌注桩孔，每个第一灌注桩孔等间距设置，与第一灌注桩孔成行间隔施工第二灌注桩孔，每个第二灌注桩孔等间距设置，且每个第二灌注桩孔对应一个第一灌注桩孔；第一灌注桩孔和第二灌注桩孔均延伸至中等硬质风化岩顶面1103以下不小于2m，沿第一灌注桩孔施工第一灌注桩，沿第二灌注桩孔施工第二灌注桩。
[0089]
在一些实施例中，根据基坑地下水控制要求，可进一步施工高压旋喷桩10，与第二灌注桩102相互咬合成组合截水帷幕。(3)施工冠梁7及刚架梁8：第一冠梁701连接所有第一灌注桩101，形成连续梁；第二冠梁702连接所有第二灌注桩102，形成连续梁；施工刚架梁8，刚架梁8连接第一冠梁701和第二冠梁702。通过刚架梁8连接第一灌注桩结构及第二灌注桩结构。
[0090]
(4)施工竖向锚杆5：竖向锚杆5底部延伸至第一灌注桩101底部以下，对竖向锚杆5施加预应力并锁定。具体的，在第一灌注桩结构处施工竖向锚杆，所述竖向锚杆底部延伸至
第一灌注桩101的底部以下。竖向锚杆5可以有多种施工方法。
[0091]
方法一：竖向锚杆5沿第一灌注桩101轴向中心竖直向下设置。
[0092]
方法二：竖向锚杆5设置在相邻第一灌注桩101之间的间隙，沿轴向竖直向下设置。
[0093]
方法三：方法一和方法二的结合。
[0094]
(5)施工第一斜向锚杆402和第一腰梁601：沿第二灌注桩102远离第一灌注桩101一侧开挖基坑，根据第一斜向锚杆402的设计标高，分层开挖土石方，分层施工第一斜向锚杆402和第一腰梁601，对第一斜向锚杆402施加预应力并锁定，沿第二灌注桩102开挖侧分层施工面层9，直至开挖至中等风化硬质岩顶面1103。
[0095]
(6)施工钢管桩2：由中等风化硬质岩顶面1103向下，采用冲孔等施工工艺形成钢管桩孔，钢管桩2底端进入基坑底面1102以下2m；吊装钢管；浇筑水泥浆或水泥砂浆；完成钢管桩2施工。
[0096]
(7)施工锁脚斜向锚杆401及连系梁3；施工锁脚斜向锚杆401及连系梁3，连系梁3主体部分位于中等风化硬质岩顶面1103表面，一端设置在钢管桩2上端部，另一端与第二灌注桩102连接；对锁脚斜向锚杆401施加预应力并锁定。通过连系梁3连接钢管桩2及第二灌注桩102。
[0097]
(8)施工第二斜向锚杆403和第二腰梁602：沿钢管桩2的开挖侧，根据第二斜向锚杆403的设计标高，分层开挖连系梁3以下的石方，分层施工第二斜向锚杆403和第二腰梁602，对第二斜向锚杆403施加预应力并锁定，沿钢管桩2开挖侧分层施工面层9，直至开挖至基坑底面1102。
[0098]
支护体系完成后，由地表向下顺次包括：基坑顶面1101、中等风化硬质岩顶面1103和基坑底面1102，其中，基坑底面1102的深度位于中等风化硬质岩1305或微风化硬质岩1306。
[0099]
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。