一种斜桩墙支承式基坑支护结构及其施工方法与流程

本发明属于岩土工程技术领域，涉及临时基坑支护方法中一种斜桩墙支承式基坑支护结构及其施工方法。

背景技术：

对于平面尺寸和开挖深度均较大的深大基坑，目前国内采用的基坑支护方法主要为：内支撑支护结构、桩锚支护结构、双排桩支护结构。

内支撑支护结构及桩锚支护结构的周边围护结构一般延基坑周边布置竖直的柱列式排桩、地下连续墙、加劲水泥土墙或咬合桩等。

内支撑支护结构的内支撑平面布置形式主要有：网格式、对撑桁架、角撑桁架、边桁架、环形支撑等。支撑构件分为水平支撑梁和竖向支承立柱，立柱设置在梁梁交汇节点位置，材料为钢管或型钢格构，每根立柱下设一根桩基，主要承受竖向荷载，同时也承受支撑传递到立柱上的部分水平荷载。立柱间距一般为8～12米，对于平面尺寸大于100x100米的深大基坑，坑内立柱可达到数十根甚至上百根。在拟建地下室施工时，立柱需要穿过地下室底板和楼板。

桩锚支护结构的锚索锚固在基坑外的稳定土体中，锁定在设置于围护结构表面的腰梁上，锚索全长位于土体中，自由段长度不小于5米，锚固段根据土质条件和设计拉力值的大小不尽相同，常见锚索长度为15～40米。

双排桩支护结构的双排桩由前后两排桩墙通过设置在顶部的冠梁及连梁连接为整体，前后两排桩墙及桩间土共同作用，形成“门式”挡土结构。

目前技术存在如下问题：

1.对于内支撑支护结构：

由于基坑内分布有大量立柱，基坑进行每层土方开挖时，挖掘机操作和土方外运时需要避让立柱，大大降低了挖土工效，加之天气和市容管制等叠加效应，使得基坑土方开挖进度缓慢，从而延长了基坑使用时间和总体工期，对基坑安全、工程进度造成不利影响。

由于基坑内存在大量支撑构件和立柱，使得拟建地下室结构施工时作业空间局促，工效降低。

由于立柱间距较小，且为钢结构，土方开挖过程中各种设备容易对其造成损伤，从而影响基坑安全。

大量立柱需要穿过地下室底板，虽然立柱穿底板处均设置止水钢板，但由于地下室底板的防水层被立柱穿破，底板防水效果难以保证。

由于每根立柱下设有桩基，显著增加了内支撑支护工程的造价，尤其在软土地区。

2.对于桩锚支护结构：

桩锚支护中的锚索全长设置在基坑以外的土体中，往往超越用地红线，给红线外相邻工程施工形成障碍，甚至侵犯相邻场地物权。

3.对于双排桩支护结构：

双排桩支护结构虽然通过“门式”结构显著增强了围护结构的刚度，增加了悬臂支护高度，消除了内支撑或锚索的不利影响，但由于其受理机理仍然为悬臂梁，当基坑深度较深或土质较差时，水平侧压力很大，则双排桩的直径需要很大，造价很高，且难以严格控制变形。

此外，由于设置前后两排桩，对平面场地需求较大，当开挖面紧邻建构筑物时难以实施。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种斜桩墙支撑式基坑支护结构及其施工方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种斜桩墙支撑式基坑支护结构，其特征在于：斜桩墙支撑式基坑支护结构包括斜桩墙、支承桩和冠梁，斜桩墙倾斜设置，斜桩墙顶部朝向基坑内部倾斜，斜桩墙的底部斜向进入基坑外的土体中，支承桩竖直设置于斜桩墙顶部下方，支承桩顶部与斜桩墙顶部相连，支承桩底部设置于基坑底部的土体中。

作为对上述方案的进一步改进，斜桩墙由相互咬合搭接的斜桩组成的连续墙体，斜桩包括荤桩和素桩，其中荤桩配置钢筋笼，为钢筋混凝土桩，素桩不配置钢筋笼，为素混凝土桩。

作为对上述方案的进一步改进，荤桩的长度大于素桩的长度，荤斜向向下穿过潜在滑裂面，锚入基坑坑底以下的稳定土体中，素桩设置于荤桩之间的间隔内，与荤桩咬合搭接。

作为对上述方案的进一步改进，在斜桩墙的顶部设置有冠梁，冠梁连接所有荤桩和素桩的顶部，支承桩与斜桩墙中的荤桩于冠梁处连接。

作为对上述方案的进一步改进，斜桩墙下方还设置有第二斜桩墙，第二斜桩墙的结构与斜桩墙的结构相同，第二斜桩墙的顶部设置腰梁，腰梁与支承桩的腰部连接。对于深度较大的基坑，可采用多层斜桩墙支护的方案。

本发明还提供一种斜桩墙支撑式基坑支护结构的施工方法，其特征在于步骤如下：

步骤一、在自然地面施工荤桩和素桩形成斜桩墙，并同时施工支承桩；

步骤二、待荤桩、素桩和支承桩施工完毕后，在荤桩、素桩和支承桩的顶部施工冠梁将支承桩和斜桩墙连接为整体；

步骤三、整体开挖基坑至坑底，基坑支护及土方开挖全部完工，移交土建施工单位进行地下室结构施工。

本发明还提供双层斜桩墙支撑式基坑支护结构的施工方法，其特征在于步骤如下：

步骤一、在自然地面施工荤桩和素桩形成斜桩墙，并施工支承桩，同时施工第二斜桩墙，在第二斜桩墙的荤桩及素桩的桩顶至自然地面之间留设空头；

步骤二、待步骤一施工完毕后，在荤桩、素桩和支承桩的顶部施工冠梁将支承桩和斜桩墙连接为整体；

步骤三、开挖基坑至中间开挖面，中间开挖面的的高度与腰梁的位置高度齐平，施工腰梁，将第二斜桩墙与支承桩连接为整体；

步骤四、开挖至基坑底，基坑支护及土方开挖全部完工，移交土建施工单位进行地下室结构施工。

本发明相比现有技术具有以下优点：本发明取消了水平对撑及其下方的立柱，仅在基坑边缘设置一排竖直桩及斜桩，斜桩桩身倾斜进入基坑外土体中，不占用地表场地，无水平支撑及锚索，为基坑土方开挖和地下室结构施工提供了良好的平面作业空间，大大提高了施工效率，从而减少了基坑暴露时间，缩短了工期。斜桩进入基坑外的尺寸大大小于锚索，解决了锚索超越用地红线侵权问题。本发明通过斜桩将作用在传统围护结构上的水平土压力荷载大部分转变为竖向重力荷载，再通过竖直支承桩承担，改变了围护结构的受力模式，效果优于传统悬臂式双排桩，可显著减小围护结构截面尺寸，节约造价。

附图说明

图1是本发明用于单层斜桩墙的剖视图。

图2是本发明用于两层斜桩墙的剖视图。

图3是本发明的俯视图。

图4本发明用于单层斜桩墙的施工流程示意图一。

图5本发明用于单层斜桩墙的施工流程示意图二。

图6本发明用于两层斜桩墙的施工流程示意图一。

图7本发明用于两层斜桩墙的施工流程示意图二。

图8本发明用于两层斜桩墙的施工流程示意图三。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

单层斜桩墙2支撑式基坑支护结构，其特征在于：斜桩墙2支撑式基坑支护结构包括斜桩墙2、支承桩3和冠梁4，斜桩墙2倾斜设置，斜桩墙2顶部朝向基坑内部倾斜，斜桩墙2的底部斜向进入基坑外的土体中，支承桩3竖直设置于斜桩墙2顶部下方，支承桩3顶部与斜桩墙2顶部相连，支承桩3底部设置于基坑底6部的土体中。通常斜桩墙的倾斜角度为10～30度，根据土质情况和基坑的深度情况而定。

常用的基坑支护结构需要在基坑内设置分布广泛的支撑结构，使基坑内的空间被占用分割，大大降低施工效率；通常的桩锚支护结构，受到拉力要求的限制，锚索大多会面临伸出用地红线7而无法使用的问题；通常的双排桩支护结构需要满足一定的前后排距，因而占用较多的平面场地，在周边场地较小时往往不具备施工条件。

通过本方案，仅仅在基坑的边缘设置斜桩墙2和支承桩3，将基坑周边土体的水平方向的压力转换为竖直方向的力，并由支承桩3传递到基坑底6部；斜桩墙2倾斜插入基坑外，不会占用地表场地，无水平支撑及锚索，为基坑土方开挖和地下室结构施工提供了良好的平面作业空间，大大提高了施工效率，从而减少了基坑暴露时间，缩短了工期；斜桩进入基坑外的尺寸大大小于锚索，解决了锚索超越用地红线7侵权问题。本发明通过斜桩将作用在传统围护结构上的水平土压力荷载大部分转变为竖向重力荷载，再通过竖直支承桩3承担，改变了围护结构的受力模式，效果优于传统悬臂式双排桩，可显著减小围护结构截面尺寸，节约造价。

斜桩墙2由相互咬合搭接的斜桩组成的连续墙体，斜桩包括荤桩21和素桩22，其中荤桩21配置钢筋笼，为钢筋混凝土桩，素桩22不配置钢筋笼，为素混凝土桩。

荤桩21的长度大于素桩22的长度，荤斜向向下穿过潜在滑裂面1，锚入基坑坑底6以下的稳定土体中，素桩22设置于荤桩21之间的间隔内，与荤桩21咬合搭接。荤桩21为主要的承重结构，素桩22为挡土结构，素桩22将荤桩21之间的间隙填满形成连续的墙体，将基坑外土体的载荷传递给荤桩21；素桩22只承担挡土的作用，因此其不需要锚入稳定土体内，只需要埋入坑底6以下少量深度即可。

在斜桩墙2的顶部设置有冠梁4，冠梁4连接所有荤桩21和素桩22的顶部，支承桩3与斜桩墙2中的荤桩21于冠梁4处连接。冠梁4一般齐平于自然地面5设置，通过冠梁4将支承桩3与荤桩21连接为一体，能够很好的传递斜桩墙2受到的挤压力，使整个基坑支护结构更加稳定可靠。

斜桩墙2墙厚800，采用咬合桩工艺，支承桩3直径800，采用钻孔灌注桩，参见图1。荤桩21及素桩22直径均为800mm，相互搭接200mm。荤桩21为钢筋混凝土桩，截面配筋为16根20三级螺纹钢，桩长15m。素桩22为素混凝土桩，不配置钢筋笼，桩长10m。支承桩3为钢筋混凝土桩，截面配筋为12根20三级螺纹钢，桩长15m，桩间距7.2m。荤桩21与支承桩3通过设置在自然地面5处的冠梁4连接。冠梁4通长设置，为钢筋混凝土梁，截面尺寸为2000x600。

实施例2

实施例1中的斜桩墙2支撑式基坑支护结构的施工方法，其特征在于步骤如下：

步骤一、在自然地面5施工荤桩21和素桩22形成斜桩墙2，并同时施工支承桩3；

步骤二、待荤桩21、素桩22和支承桩3施工完毕后，在荤桩21、素桩22和支承桩3的顶部施工冠梁4将支承桩3和斜桩墙2连接为整体；

步骤三、整体开挖基坑至坑底6，基坑支护及土方开挖全部完工，移交土建施工单位进行地下室结构施工。

实施例3

双层斜桩墙2支撑式基坑支护结构，在实施例1的基础上，在斜桩墙2下方还设置有第二斜桩墙23，第二斜桩墙23的结构与斜桩墙2的结构相同，第二斜桩墙23的顶部设置腰梁8，腰梁8与支承桩3的腰部连接。对于深度较大的基坑，可采用多层斜桩墙2支护的方案。随着基坑的深度增加，周围土体需要更强的支护结构来提供支撑力，单层斜桩墙2的结构无法提供足够的支撑力，我们采用多层斜桩墙2的结构，分层支护，再通过腰梁8和支撑柱将多层斜桩墙2连接成一个整体的支护支架，将基坑周围的土体固定支撑。每一层斜桩墙2不仅支撑其上方的土体的重量，同时还将起到锚固的作用，将整个支护结构牢牢的固定在基坑周围的土体中，防止其倾覆。

如图2所示，基坑内拟建主体结构为地下两层，基坑开挖深度11m，平面跨度120米，对基坑变形控制要求较严格。基坑支护总体方案采用双层斜桩墙2支承式基坑支护结构。

自上而下设置两层斜桩墙2，墙厚900，采用咬合桩工艺，支承桩3直径1000，采用钻孔灌注桩，参见图2。荤桩21及素桩22直径均为900mm，相互搭接200mm。荤桩21为钢筋混凝土桩，截面配筋为16根22三级螺纹钢，斜桩墙2的荤桩21桩长19m，第二斜桩墙23的荤桩21桩长15m。素桩22为素混凝土桩，不配置钢筋笼，斜桩墙2的素桩22的桩长6.5m，第二斜桩墙23的素桩22的桩长7.5m。支承桩3为钢筋混凝土桩，截面配筋为14根22三级螺纹钢，桩长20m，间距7m。斜桩墙2的荤桩21与支承桩3通过设置在自然地面5处的冠梁4连接，第二斜桩墙23的荤桩21与支承桩3通过设置在中间开挖面9的腰梁8连接。冠梁4及腰梁8均为通长设置，均为钢筋混凝土梁，冠梁4截面尺寸为2000x600，腰梁8截面尺寸为1500x500。

实施例4

实施例3中的斜桩墙2支撑式基坑支护结构的施工方法，步骤如下：

步骤一、在自然地面5施工荤桩21和素桩22形成斜桩墙2，并施工支承桩3，同时施工第二斜桩墙23，在第二斜桩墙23的荤桩21及素桩22的桩顶至自然地面5之间留设空头12；

步骤二、待步骤一施工完毕后，在荤桩21、素桩22和支承桩3的顶部施工冠梁4将支承桩3和斜桩墙2连接为整体；

步骤三、开挖基坑至中间开挖面9，中间开挖面9的的高度与腰梁8的位置高度齐平，施工腰梁8，将第二斜桩墙23与支承桩3连接为整体；

步骤四、开挖至基坑底6，基坑支护及土方开挖全部完工，移交土建施工单位进行地下室结构施工。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。