一种深基坑支护结构的制作方法

1.本实用新型涉及基坑支护领域，尤其涉及一种深基坑支护结构。


背景技术：

2.随着中国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，同时我国对地下空间的开发需求也使得基坑工程快速发展，主要体现在开基坑挖深度不断增加，安全要求进一步提升。
3.传统基坑支护方式分为悬臂式支护和内支撑式支护，悬臂式支护结构仅发挥排桩的挡土作用，支护结构控制变形的能力和稳定性均较差，一般适用于土质良好且基坑开挖一般不超过5m工程中。内支撑式支护结构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：第一、为控制支护结构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。第二、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。第三、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结构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.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、保护环境的支护结构是目前市场发展的迫切需求。


技术实现要素：

5.本实用新型要解决的技术问题在于，提供一种保证基坑整体稳定性的基础上减少内支撑的数量的深基坑支护结构。
6.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：该深基坑支护结构，包括用于间隔设置于基坑边沿向基坑内侧倾斜的若干内侧支护桩、用于间隔设置于基坑边沿向基坑外侧倾斜的若干外侧支护桩、连接于内侧支护桩及外侧支护桩桩顶的冠梁及连接于冠梁上的若干第一内支撑；
7.所述内侧支护桩与外侧支护桩成对设置，若干所述第一内支撑间隔设置并朝向基坑，所述内侧支护桩桩间还设置支护面层。
8.进一步地，所述内侧支护桩桩顶至基坑底部位置设置腰梁，所述腰梁上间隔设置若干第二内支撑，所述第二内支撑沿水平设置且与腰梁垂直。
9.进一步地，所述内侧支护桩与外侧支护桩之间且位于冠梁以下基坑底部以上区域形成桩间位，所述桩间位有桩间土，所述支护面层覆盖桩间土。
10.进一步地，所述支护面层为内置钢筋网的喷射混凝土面层。
11.进一步地，所述内侧支护桩上设置钢筋网连接件，所述钢筋网端部挂设在钢筋网
连接件上并通过钢筋网固定件将钢筋网固定，所述钢筋网上覆盖喷射混凝土面层。
12.进一步地，所述喷射混凝土面层厚度大于等于50mm。
13.进一步地，所述内侧支护桩的轴线与冠梁中垂线的夹角β小于等于10
°
；和/或，
14.所述外侧支护桩的轴线与冠梁中垂线的夹角α小于等于10
°
。
15.进一步地，所述内侧支护桩和/或外侧支护桩的桩径大于等于400mm，且内侧支护桩和/或外侧支护桩桩中心距小于2倍桩径。
16.进一步地，所述内侧支护桩或外侧支护桩嵌入冠梁的垂直长度大于等于100mm。
17.该深基坑支护结构，利用倾斜内侧支护桩、外侧支护桩并集合桩间土、基坑开挖面倾斜的结构，在满足基坑稳定性的基础上来减少桩顶位移和桩身受力，有效减小第一内支撑的数量，增大第一内支撑的间距，以此来克服由于第一内支撑过于密集带来的深基坑土方开挖周期长、成本高的问题。同时，使设计施工更加简便，并且节约材料，从而降低工程费用，可以减少第一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
18.下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：
19.图1是本实用新型实施例深基坑支护结构的结构示意图；
20.图2是本实用新型实施例深基坑支护结构的侧视图；
21.图3是本实用新型实施例深基坑支护结构的轴力示意图；
22.图4是本实用新型实施例深基坑支护结构的施工方法流程框图。
23.附图标记说明：
24.1、第一内支撑；2、第二内支撑；4、基坑底部；5、冠梁；6、腰梁；8、内侧支护桩；9、外侧支护桩；10、基坑外侧；11、桩间土；12、支护面层。
具体实施方式
25.为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。
26.如图1-2所示深基坑支护结构，包括内侧支护桩8、外侧支护桩9、冠梁5及第一内支撑1，该内侧支护桩8数量为若干个，若干数量的内侧支护桩8用于间隔插入基坑边沿向基坑内侧倾斜，该外侧支护桩9数量为若干个，若干数量的外侧支护桩9用于间隔插入基坑边沿向基坑外侧10倾斜，内侧支护桩8与外侧支护桩9并排排列形成成对设置，冠梁5连接于内侧支护桩8及外侧支护桩9桩顶，每对内侧支护桩8与外侧支护桩9按照预设间隔排列并与冠梁5共同构成排桩支护结构，冠梁5上连接若干第一内支撑1，若干第一内支撑1间隔设置并朝向基坑，第一内支撑1水平布置且轴线与冠梁5轴线相交并垂直。本实施例中，内侧支护桩8和外侧支护桩9嵌固段深度，即内侧支护桩8在基底以下的深度为1~1.5倍基坑开挖深度。内侧支护桩8和/或外侧支护桩9的桩径大于等于400mm，且内侧支护桩8和/或外侧支护桩9桩中心距小于2倍桩径。
27.该冠梁5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。内侧支护桩8或外侧支护桩9嵌入冠梁5的垂直长度大于等于100mm。内侧支护桩8的轴线与冠梁5中垂线的夹角β小于
等于10
°
；外侧支护桩9的轴线与冠梁5中垂线的夹角α小于等于10
°
。
28.该内侧支护桩8桩间还设置支护面层12。该深基坑支护结构中，内侧支护桩8与外侧支护桩9之间且位于冠梁5以下基坑底部4以上区域形成桩间位，桩间位有桩间土11，支护面层12覆盖桩间土11上。本实施例中，该支护面层12为内置钢筋网的喷射混凝土面层。为保证支护面层12的结构强度，内侧支护桩上设置钢筋网连接件，钢筋网端部挂设在钢筋网连接件上并通过钢筋网固定件将钢筋网固定，钢筋网上覆盖喷射混凝土面层。经试验分析，喷射混凝土面层的厚度大于等于50mm，混凝土强度等级高于c20，效果较佳。
29.此外，桩间土11和基坑开挖面倾斜，基坑的稳定性进一步提高，发生倾覆破坏的可能性减小，从而保证基坑工程的安全。
30.该深基坑支护结构，利用倾斜内侧支护桩8、外侧支护桩9并集合桩间土11、基坑开挖面倾斜的结构，在满足基坑稳定性的基础上来减少桩顶位移和桩身受力，有效减小第一内支撑1的数量，增大第一内支撑1的间距，以此来克服由于第一内支撑1过于密集带来的深基坑土方开挖周期长、成本高的问题。同时，使设计施工更加简便，并且节约材料，从而降低工程费用，可以减少第一内支撑1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。
31.内侧支护桩8桩顶至基坑底部4位置设置腰梁6，腰梁6上间隔设置若干第二内支撑2，第二内支撑2沿水平设置且与腰梁6垂直。本实施例中，腰梁6高度大于等于与其连接的内支撑的高度。冠梁5连接的第一内支撑1的水平间距大于等于4m，在腰梁6连接第二内支撑2的支撑点的间距，对钢腰梁6不大于4m，对混凝土梁不大于9m。
32.如图4所示，该深基坑支护结构的施工方法，包括如下步骤，
33.s1、向基坑内侧倾斜压入内侧支护桩8并至标高，向基坑外侧10倾斜压入外侧支护桩9并至标高。该内侧支护桩8和/或外侧支护桩9采用跳桩施工方法压入；或者，在内侧支护桩8和/或外侧支护桩9桩中心距大于预设倍数桩径，采用顺序压入或采用一侧向单一方向压入。其中，为了防止支护桩压入时对周围支护桩产生影响，内侧支护桩8和外侧支护桩9均采用跳桩施工方法，间隔1～2根桩压入下一根桩。当支护桩中心距大于4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。
34.s2、在内侧支护桩8及外侧支护桩9的桩顶设置冠梁5，使内侧支护桩8、外侧支护桩9及冠梁5形成排桩支护结构。本实施例中，冠梁5的宽度大于与其连接的一对内支护桩与外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。采用机械分区开挖土方至冠梁5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并至设计标高。
35.该冠梁5采用钢筋配置，纵向钢筋可采用hrb335级或hrb400级钢筋，箍筋宜采用hpb300级钢筋。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5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。
36.s3、土方开挖至冠梁5标高以下预设高度后进行桩间土11平整并加固；其中，内侧支护桩8与外侧支护桩9之间且位于冠梁5以下基坑底部4以上区域形成桩间位，桩间土11位于桩间位。土方开挖至冠梁5设计标高以下0.5m后进行桩间土11人工平整，桩间土11要求清理到距离桩外边线80~100mm处。
37.s4、在桩间土11上覆盖喷射混凝土。包括在内侧支护桩8连接钢筋挂钩，将钢筋网
挂在钢筋挂勾上且利用在桩间土11内打入钢筋固定件固定；利用挂网喷射混凝土进行网喷。
38.本实施例中，在桩间土11平整加固后，在桩身上间隔1米植入钢筋挂钩，将钢筋网挂在钢筋挂勾上，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11内打入直径不小于12mm的钢筋钉固定，钢筋钉打入桩间土11中的长度不小于排桩净间距的1.5倍且不应小于500mm。
39.桩间土11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。
40.s5、在冠梁5上间隔设置水平第一内支撑1，并随土方开挖重复s4。在冠梁5轴线处设置水平第一内支撑1，为方便土方开挖施工，第一内支撑1的水平间距大于等于4m。混凝土内支撑的强度等级不应低于c25；第一内支撑1的截面高度不宜小于其竖向平面内计算长度的1／20。
41.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。
42.s6、土方开挖至腰梁6设计标高以下预设高度，在腰梁6上间隔设置第二内支撑2，并随土方开挖重复s4。采用机械分区开挖土方至腰梁6设计标高以下0.5m处，腰梁6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，并重复桩间土11加固的步骤。腰梁6及桩间土11加固达到预期强度后，进行第二内支撑2的施工，第二内支撑2的高度小于等于与其连接的腰梁6高度。在腰梁6上第二内支撑2的支撑点的间距，对钢腰梁6不宜大于4m，对混凝土梁不宜大于9m。该第二内支撑2的层数根据基坑实际情况而定，当具有多层第二内支撑2时，重复上述步骤开挖至基坑底部4。
43.该内侧支护桩8和外侧支护桩9并排排列，通过冠梁5形成一个整体的排桩支护结构，由于内侧支护桩8和外侧支护桩9相对于冠梁5中轴线有一定的角度，支护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，其中内侧支护桩8中产生压力，外侧支护桩9中产生拉力。
44.内侧支护桩8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，外侧支护桩9的拉力主要是支护桩相对位移产生的摩擦力，轴力示意图见图3。内侧支护桩8和外侧支护桩9的轴力合力沿水平方向指向基坑外侧10，与主动土压力方向相反。因此，基坑外侧10土体对支护桩的作用力会有所减小，桩顶位移和桩身受力也会减小。即利用倾斜支护桩的轴力，代替一部分第一内支撑1及第二内支撑2受力，从而达到减少第一内支撑1及第二内支撑2数量，增大第一内支撑1及第二内支撑2间距的作用。
45.理论上支护桩倾斜度越大α、β的值越大，支护桩的轴力越大，桩顶位移和桩身受力越小，内支撑的数量越少，内支撑之间的间距越大。但是支护桩的倾斜度不能无限增大，一方面，在满足基坑底部4空间的同时，支护桩斜度增大会导致基坑顶部开挖面积扩大，无法达到简化土方开挖施工，降低工程造价的目的。另一方面，工程的施工场地是有限的，过大的倾斜度会导致基坑面积过大以至于超过工程场地的实际范围，同时，倾斜度过大会影响桩基的施工，增加施工难度。因此，施工前需要根据场地条件和计算分析，确定最优的倾斜角度，倾斜角度α、β不必相同，但不应大于10
°
。
46.内侧支护桩8和外侧支护桩9所夹带的位于基底以上的桩间土11，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，相应地可减小坑外土体沉降，从而减小基坑的整体变形，提高支护结构的整体稳定性。对于外侧支护桩9桩间土11可以提供一定的水平抗力，虽然数值较小，但由于其力臂很大，对于外侧支护桩9的嵌固作用非常明显。
47.基坑内侧采用倾斜桩支护，使基坑内侧土体开挖面坡度减小，在一定程度上起到放坡的作用。放坡后的边坡相比垂直的开挖面，具有滑动趋势的楔形体要比竖直时的楔形体小，原因是楔形体因为坡度少了一部分。因此，土体对桩的作用力会有所减小，这样桩顶位移和桩身受力都会减小，基坑更稳定，更不容易发生倾覆与整体稳定的破坏，同时也会减小内支撑的受力，减少内支撑数量。