圆形深基坑无支撑施工结构和施工方法技术领域
本发明属于建筑施工领域,具体地说是涉及一种圆形深基
坑的施工结构和施工方法。
背景技术
随着中国经济的腾飞和都市化进程的加快,土地资源越来
越紧张,为了充分利用土地资源,缓解城市用地困难,建筑向
高空和地下发展已经成为必然,在地下空间的开发利用过程
中,深基坑工程成为不可回避的问题,基坑是高层建筑与大型
市政工程的重要组成部分,在老城市的改造中,基坑工程往往
集中于城市中心地带。基坑工程是大型的土体开挖工程,其最
直接的后果是引起周围土体应力应变的重分布,导致周围地层
的移动,产生较大的地表沉降与不均匀沉降,对周围建筑环境
不利。轻则产生建筑物裂缝,导致用户的不便,重则出现管线
破裂、房屋倒塌的现象,造成人力、物力、财力的巨大损失。
现今的基坑工程日益向着“深、难、险、大”方向发展,对环
境的影响也日益严重。如何确保基坑本体安全和减少对周边环
境的保护已经成为我国工程界面临的难题。
目前对于深基坑普遍采取搅拌桩止水、灌注桩挡土,再加
内撑的施工方法,或者采用地下连续墙挡土止水再加内撑支撑
的施工方法。由于上述普遍采用的施工方法都使用了内支撑,
而内支撑会影响基坑内挖土速度,且需要换撑拆撑,造成施工
速度慢、资源浪费,从而导致造价高。
发明内容
为了克服上述缺陷,本发明提供了一种圆形深基坑无支撑
施工结构和施工方法,该圆形深基坑无支撑施工结构和施工方
法省去了支撑和换撑,使得基坑围护费用降低、施工速度加快,
利用了土体的拱形效应,降低了作用在围护结构上的土压力,
同时也利用了围檩的拱形效应将外部荷载转化为作用在围檩
的内部压力,充分发挥了混凝土抗压性能好的特点。
本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是:
一种圆形深基坑无支撑施工结构,设有一圈三轴搅拌桩、
一圈钻孔灌注桩和若干道围檩,若干所述三轴搅拌桩围成圆形
且连续的一圈,若干所述钻孔灌注桩围成圆形且具有间隔的一
圈,所述一圈三轴搅拌桩位于所述一圈钻孔灌注桩的外围,每
道所述围檩皆是一次浇筑成型的圆环形,第一道围檩为冠梁,
所述冠梁浇注于所述一圈钻孔灌注桩的桩顶且钻孔灌注桩的
主筋上段置于冠梁内,其余围檩皆浇注于所述一圈钻孔灌注桩
的内圈侧面上且与钻孔灌注桩固定连接,相邻围檩在竖直方向
上存在间距。
除冠梁外的其余围檩皆设有若干吊筋,所述吊筋焊接于所
述钻孔灌注桩的主筋。
一种圆形深基坑无支撑施工方法,包括下述步骤:
一、三轴搅拌桩施工:设立一圈围成圆形且连续的三轴搅
拌桩;
二、钻孔灌注桩施工:在所述一圈三轴搅拌桩之内设立一
圈围成圆形且间隔的钻孔灌注桩;
三、三轴搅拌桩和钻孔灌注桩之间的土体采用注浆加固;
四、对表层土方进行开挖,然后进行第一道围檩施工并养
护至设计强度,所述第一道围檩为冠梁,所述冠梁浇注于所述
一圈钻孔灌注桩的桩顶且钻孔灌注桩的主筋置于冠梁内,要保
证圆环形的冠梁一次浇筑完成;
五、继续开挖土方,挖至第二道围檩标高位置,然后进行
第二道围檩施工并养护至设计强度,所述第二道围檩浇注于所
述一圈钻孔灌注桩的内圈侧面上且与钻孔灌注桩固定连接,要
保证圆环形的第二道围檩一次浇筑完成;
六、继续开挖土方,挖至第三道围檩标高位置,然后进行
第三道围檩施工并养护至设计强度,所述第三道围檩浇注于所
述一圈钻孔灌注桩的内圈侧面上且与钻孔灌注桩固定连接,要
保证圆环形的第三道围檩一次浇筑完成;
七、继续开挖土方,挖至第n道围檩标高位置,然后进行
第n道围檩施工并养护至设计强度,所述第n道围檩浇注于所
述一圈钻孔灌注桩的内圈侧面上且与钻孔灌注桩固定连接,要
保证圆环形的第n道围檩一次浇筑完成;
八、继续开挖土方,挖至坑底标高,然后进行垫层和底板
施工。
在所述步骤一中三轴搅拌桩采用单侧挤压方式或跳打方
式进行施工。
在进行所述步骤一之前,先进行场地平整和测量放线。
所述步骤五中开挖土方的方式是:设置通到坑内的汽车坡
道,采取从一边开始,边退边开挖的方式,最后收口于汽车坡
道与基坑边缘交界。
所述步骤六中开挖土方的方式是:用挖机将土方运到基坑
内靠近汽车坡道一侧,长臂挖机停靠在基坑边的地面且靠近坡
道一侧取土并放在土方车上外运。
所述步骤七和步骤八中开挖土方的方式是:采用中心岛开
挖方式,用挖机将土方堆到基坑中间,用塔吊将土方吊至土方
车外运。
除冠梁外的其余围檩皆在浇筑时设若干吊筋,并将吊筋焊
接于钻孔灌注桩的主筋。
完整的施工方法是按下述步骤进行:
一、场地平整:三轴搅拌机施工前,必须先进行场地平整,
清除施工区域的表层硬物和地下障碍;
二、测量放线:
a.根据建设单位提供的测点为基准点,布置现场测量控制
点和标高控制点;
b.测量控制点布置在基坑围护结构平面的圆心;
c.对每一幅三轴搅拌桩、每一根钻孔灌注桩均逐桩进行位
置测放;
d.三轴搅拌桩放中心轴线,再按圆开槽,然后测放中轴气
孔为控制桩位;
三、三轴搅拌桩施工:
a.根据三轴搅拌桩放线定位,采用挖机开挖导槽,导槽尺
寸要求中心线两侧宽各0.5~0.7米,深1.0~1.5米;
b.设置定位型钢:在垂直导槽方向放置两根下定位型钢,
在平行导槽方向放置两根上定位型钢,根据桩机大小进行选
择,在上定位型钢上作出标记,标记距离根据桩径进行选择,
以便于施工中找桩位;
c.桩机就位:应根据圆形特征,每幅三轴桩调整步履走向,
同时注意套打搭接,龙门立柱垂直度要确保桩机的垂直度≤
0.004,桩机定位后再进行定位复核,偏差值小于5cm;
d.水泥浆制备:水灰比为1.5~2.0,水泥采用P.O42.5以
上硅酸盐水泥,水泥掺入量为被搅拌加固土体质量的15%~
23%;
e.钻进搅拌喷浆:启动电机,桩机搅拌下沉,在下沉钻进
喷浆时下沉速度为0.5m/min~1.0m/min,喷浆量控制在总喷浆
量的50%~70%,在桩底部分适当持续搅拌喷浆;
f.提升搅拌喷浆:提升搅拌喷浆时提升速度为1.0m/min~
2.0m/min,喷浆量控制在总喷浆量的30%~50%;
g.桩机移位并就位,采取单侧挤压方式或者跳打方式进行
施工,使三轴搅拌桩围成圆形的一圈且连续;
四、钻孔灌注桩施工:
a.根据控制点对钻孔灌注桩逐根进行位置测放;
b.护筒埋设:以桩位中心点为圆心,挖出比设计桩径大
250mm~350mm的圆坑,将护筒垂直固定于桩位处进行校正,
达到要求后四周用粘土填实,确保稳定,并做好记录进行复测;
c.钻机安装就位:钻机安装必须水平、周正和稳固,同时
保证钻杆、转盘和护筒中心在同一铅垂线上;
d.泥浆制备:泥浆性能要求如下表:
项目
比重
粘度(S)
注入孔口泥浆
≤1.15
18~22
排出孔口泥浆
≤1.3
20~26
e.钻进成孔:根据设计桩型,选用钻机,进行钻进成孔施
工,钻头直径应等于桩的设计直径,钻头锥形夹角应大于120
°,施工中要经常核验钻头尺寸,发现磨损不达标时应及时修
复或更换,保证成桩直径满足设计要求;
f.一次清孔:钻进至设计深度后,将钻具提离孔底
0.15m~0.25m,上下往复升降并低速回转,并全泵量冲孔,
充分研磨孔底较大颗粒土块,待孔内返出浆液中无泥块可视为
一次清孔完毕;
g.下导管;
h.二次清孔;
i.浇筑混凝土,形成围成圆形且间隔的一圈钻孔灌注桩并
位于所述一圈三轴搅拌桩之内;
五、三轴搅拌桩和钻孔灌注桩之间土体采用注浆加固;
六、表层土方开挖,进行第一道围檩施工并养护至设计强
度,所述第一道围檩是冠梁且浇注于所述一圈钻孔灌注桩的桩
顶且钻孔灌注桩的主筋上段置于冠梁内,要保证圆环形的冠梁
一次浇筑完成;
七、第一道围檩标高至第二道围檩标高位置土方开挖:设
置通到坑内的汽车坡道,采取从一边开始,边退边开挖的方式,
最后收口于汽车坡道与基坑边缘交界;
八、第二道围檩施工:进行第二道围檩施工并养护至设计
强度,要保证圆环形的第二道围檩及其以下的各道围檩皆一次
浇筑完成,所述第二道围檩及其以下的各道围檩皆浇注于所述
一圈钻孔灌注桩的内圈侧面上,且所述第二道围檩及其以下的
各道围檩皆在浇筑时设若干吊筋和插筋,并将吊筋和插筋焊接
于钻孔灌注桩的主筋;
九、第二道围檩标高至第三道围檩标高位置土方开挖:用
挖机将土方运到基坑内靠近汽车坡道一侧,长臂挖机停靠在基
坑边的地面靠近坡道一侧取土并放在土方车上外运;
十、第三道围檩施工:进行第三道围檩施工并养护至设计
强度;
十一、第三道围檩标高至第四道围檩标高位置土方开挖:
采用中心岛开挖方式,用挖机将土方堆到基坑中间,用塔吊将
土方吊至土方车外运;
十二、第四道围檩施工:在第三道和第四道围檩之间中心
岛土方外运的同时,进行第四道围檩施工并养护至设计强度;
十三、重复步骤十一和步骤十二;
十四、第n道围檩标高至坑底标高位置土方开挖:采用中
心岛开挖方式,用挖机将土方堆到基坑中间,用塔吊将土方吊
至土方车外运;
十五、进行垫层和底板施工;
十六、进行主体施工。
本发明的有益效果是:本发明的圆形深基坑无支撑施工结
构和施工方法省去了支撑结构和拆撑换撑的过程,使得基坑围
护费用降低、施工速度加快,而且利用了土体的拱形效应,降
低了作用在围护结构上的土压力,同时也利用了围檩的拱形效
应将外部荷载转化为作用在围檩的内部压力,充分发挥了混凝
土抗压性能好的特点。
附图说明
图1为本发明的平面图;
图2为本发明的截面图;
图3为本发明的围檩处的吊筋和插筋示意图。
具体实施方式
实施例1:一种圆形深基坑无支撑施工结构,设有一圈三
轴搅拌桩1、一圈钻孔灌注桩2和若干道围檩3,若干所述三
轴搅拌桩围成圆形且连续的一圈,若干所述钻孔灌注桩围成圆
形且具有间隔的一圈,所述一圈三轴搅拌桩位于所述一圈钻孔
灌注桩的外围,每道所述围檩皆是一次浇筑成型的圆环形,第
一道围檩为冠梁,所述冠梁浇注于所述一圈钻孔灌注桩的桩顶
且钻孔灌注桩的主筋要置于冠梁内,其余围檩皆浇注于所述一
圈钻孔灌注桩的内圈侧面上且与钻孔灌注桩固定连接,相邻围
檩在竖直方向上存在间距。
除冠梁外的其余围檩皆设有若干吊筋4和插筋5,所述吊
筋和插筋焊接于所述钻孔灌注桩2的主筋21。
实施例2:一种圆形深基坑无支撑施工方法,按以下步骤
进行:
(1)场地平整:三轴搅拌机施工前,必须先进行场地平
整,清除施工区域的表层硬物和地下障碍,为了加强承重荷载
可采用垫钢板方法便于桩架行走;
(2)测量放线:
a.根据建设单位提供的测点为基准点,布置现场测量控制
点和标高控制点;
b.测量控制点布置在基坑围护结构平面的圆心;
c.对每一幅三轴搅拌桩、每一根钻孔灌注桩均逐桩进行位
置测放;
d.三轴搅拌桩放中心轴线,按圆开槽,然后测放中轴气孔
为控制桩位;
(3)三轴搅拌桩施工
a.根据三轴搅拌桩放线定位,采用挖机开挖导槽,导槽尺
寸要求中心线两侧宽各0.5~0.7米,深1.0~1.5米;
b.设置定位型钢:垂直导槽方向放置两根下定位型钢,规
格为H200mm×200mm,长约2.5m;在平行导槽方向放置两
根上定位型钢,规格H300mm×300mm、H350mm×350mm
或者H400mm×400mm,长约8~20m;根据桩机大小进行选
择,在上定位型钢上作出标记,标记距离根据桩径进行选择,
以便于施工中找桩位。
c.桩机就位:应根据圆形特征,每幅三轴桩调整步履走向,
同时注意套打搭接,做到稳定、平正。龙门立柱垂直度要确保
桩机的垂直度≤1/250。桩机定位后再进行定位复核,偏差值
小于5cm。
d.水泥浆制备:一般情况下水灰比为1.5~2.0,水泥采用
P.O42.5以上普通硅酸盐水泥,水泥掺入量为被搅拌加固土体
质量的15~23%;
e.钻进搅拌喷浆:启动电机,桩机搅拌下沉,在下沉钻进
喷浆时下沉速度为0.5m/min~1.0m/min,喷浆量控制在总喷浆
量的60%左右,在桩底部分适当持续搅拌喷浆。
f.提升搅拌喷浆:提升搅拌喷浆时提升速度为1.0m/min~
2.0m/min,喷浆量控制在总喷浆量的40%左右;
g.桩机移位并就位,采取单侧挤压方式或者跳打方式进行
施工,使三轴搅拌桩围成圆形的一圈且连续;
(4)钻孔灌注桩施工
a.根据控制点对钻孔灌注桩逐根进行位置测放;
b.护筒埋设:以桩位中心点为圆心,挖出比设计桩径大
300mm左右的圆坑,将护筒垂直固定于桩位处进行校正,达
到要求后四周用粘土填实,确保稳定,并做好记录进行复测;
c.钻机安装就位:钻机安装必须水平、周正、稳固,同时
保证钻杆、转盘、护筒中心在同一铅垂线上,做到三点一线;
d.泥浆制备:泥浆性能要求如下表:
项目
比重
粘度(S)
注入孔口泥浆
≤1.15
18~22
排出孔口泥浆
≤1.3
20~26
e.钻进成孔:根据设计桩型,选用钻机,进行钻进成孔施
工,钻头直径应等于桩的设计直径,钻头锥形夹角应大于120
°,施工中要经常核验钻头尺寸,发现磨损过大应及时修复、
更换,保证成桩直径满足设计要求。
f.一次清孔:钻进至设计深度后,将钻具提离孔底0.2m
左右,上下往复升降,低速回转,全泵量冲孔,充分研磨孔底
较大颗粒土块,待孔内返出浆液中无泥块可视为一次清孔完
毕;
g.下导管;
h.二次清孔;
i.浇筑混凝土,形成围成圆形且间隔的一圈钻孔灌注桩并
位于所述一圈三轴搅拌桩之内;
(5)三轴搅拌桩和钻孔灌注桩间土体采用注浆加固;
(6)浅层(表层)土方开挖,进行第一道围檩(冠梁)
施工并养护至设计强度,所述冠梁浇筑于所述一圈钻孔灌注桩
的桩顶且钻孔灌注桩的主筋上段要置入冠梁内,要保证圆环形
的第一道围檩一次浇筑完成,不得分多次浇筑;
(7)第一道围檩标高至第二道围檩标高位置土方开挖:
可设置通到坑内的汽车坡道,采取从一边开始,边退边开挖的
方式,最后收口于汽车坡道与基坑边缘交界;
(8)第二道围檩施工:进行第二道围檩施工并养护至设
计强度,要保证圆环形的第二道围檩及其以下的各道围檩皆一
次浇筑完成,所述第二道围檩及其以下的各道围檩皆浇筑于所
述一圈钻孔灌注桩的内圈侧面上,且所述第二道围檩及其以下
的各道围檩皆在浇筑时设若干吊筋4和插筋5,并将吊筋和插
筋焊接于钻孔灌注桩的主筋21,如图3所示;
(9)第二道围檩标高至第三道围檩标高位置土方开挖:
用小型挖机将土方运到基坑内靠近土方外运汽车坡道一侧,长
臂挖机停靠在地面基坑边靠近坡道一侧取土并放在土方车上
外运;
(10)第三道围檩施工:进行第三道围檩施工并养护至设
计强度,要保证圆环形围檩一次浇筑完成,不得分多次浇筑;
(11)第三道围檩标高至第四道围檩标高位置土方开挖:
采用中心岛开挖方式,用小型挖机将土方堆到基坑中间,用塔
吊将土方吊至土方车外运;
(12)第四道围檩施工:在第三道和第四道围檩之间中心
岛土方外运的同时,进行第四道围檩施工并养护至设计强度,
要保证圆环形围檩一次浇筑完成,不得分多次浇筑;
(13)重复(11)和(12);
(14)第n道围檩标高至坑底标高位置土方开挖:采用中
心岛开挖方式,用小型挖机将土方堆到基坑中间,用塔吊将土
方吊至土方车外运;
(15)进行垫层和底板施工;
(16)进行主体施工。
实施例3:以通力电梯(昆山)测试塔基坑(该基坑于2012
年3月15日完成底板浇筑,现正进行主体结构施工)为例,
该项目位于江苏省昆山市高新技术产业园内,塔身地面以上高
约235m,建成后将成为世界最高的电梯试验塔。本工程基坑
开挖深度为15.10m,平面形状为圆形,直径45.8m。采取以
下施工步骤:
(1)场地平整:进行场地平整,清除施工区域的表层硬
物和地下障碍;
(2)测量放线:
a.根据建设单位提供的测点为基准点,布置现场测量控制
点,标高控制点;
b.测量控制点布置在基坑围护结构平面的圆心,并进行固
定并做好保护;
c.测量仪器采用全站仪,按全圆观测方法测量,对每一
幅三轴搅拌桩、每一根钻孔灌注支护桩均逐桩进行位置测放;
d.三轴搅拌桩放中心轴线,按圆开槽,然后测放中轴气孔
为控制桩位;
(3)三轴搅拌桩施工:
a.根据三轴搅拌桩放线定位,采用挖机开挖导槽,中心线
两侧宽各0.6米,深1.0米;
b.设置定位型钢:垂直导槽方向放置两根定位型钢,规格
为200mm×200mm,长2.5m,在平行导槽方向放置两根定位
型钢规格300mm×300mm,长约12m,在型钢上每隔1.2米
用红色油漆做出标记,便于施工中找桩位,H型钢定位卡要小
于导槽边线。
c.桩机就位:本工程采用ZLD150/85-3型三轴机,根据圆
形特征,每幅三轴桩调整步履走向(每桩调整2度48分45
秒),然后用线锤观测龙门立柱垂直度以确保桩机的垂直度≤
1/250。桩机定位后再进行定位复核,偏差值小于5cm。
d.水泥浆制备:水灰比为1.5,水泥采用P.O42.5普通硅
酸盐水泥,水泥掺入量为被搅拌加固土体质量的20%;
e.钻进搅拌喷浆:启动电机,桩机搅拌下沉,在下沉钻进喷
浆时下沉速度为0.8m/min,喷浆量控制在喷浆量的60%左右,
在桩底部分适当持续搅拌喷浆。
f.提升搅拌喷浆:提升搅拌喷浆时提升速度为1.5m/min,喷
浆量控制在总喷浆量的40%左右;
g.桩机移位并就位,采取单侧挤压方式进行施工,使三轴
搅拌桩围成圆形的一圈且连续;
(4)钻孔灌注桩施工:
a.根据控制点对钻孔灌注逐根进行位置测放;
b.护筒埋设:以桩位中心点为圆心,挖出比设计桩径大
300mm左右的圆坑,采用十字中心吊锤法将护筒(护筒直径为
桩径+100mm)垂直固定于桩位处进行校正,达到要求后四周用
粘土填实,确保稳定,并做好记录进行复测;
c.钻机安装就位:本工程采用GPS-15型钻机,钻机安装
必须水平、周正、稳固,同时保证钻杆、转盘、护筒中心在同
一铅垂线上,做到三点一线;
d.泥浆制备:泥浆性能要求如下表:
项目
比重
粘度(S)
注入孔口泥浆
≤1.15
18~22
排出孔口泥浆
≤1.3
20~26
e.钻进成孔:根据设计桩型,选用钻机,进行钻进成孔施
工,钻头直径应等于桩的设计直径,钻头锥形夹角120°,施
工中要经常核验钻头尺寸,发现磨损过大应及时修复、更换,
保证成桩直径满足设计要求。
f.一次清孔:正循环回转钻进成孔,钻进至设计深度后,
将钻具提离孔底0.2m左右,上下往复升降,低速回转,全泵
量冲孔,充分研磨孔底较大颗粒土块,待孔内返出浆液中无泥
块可视为一次清孔完毕;
g.下导管;
h.二次清孔;
i.浇筑混凝土,形成围成圆形且间隔的一圈钻孔灌注桩并
位于所述一圈三轴搅拌桩之内;
(5)三轴搅拌桩和钻孔灌注桩间土体注浆加固:压密注
浆浆液注入率为20%,采用P.O42.5级普通硅酸盐水泥,水泥∶
粉煤灰∶水玻璃=1∶0.5∶0.04,水灰比为0.55,拨管高度0.33m,
采用跳孔间隔注浆,注浆位置为两根灌注桩之间的空隙;
(6)浅层土方开挖至-0.500m,进行第一道围檩(冠梁)
施工并养护至设计强度,所述冠梁浇注于所述一圈钻孔灌注桩
的桩顶且钻孔灌注桩的主筋置入冠梁内500mm,要保证圆环
形围檩一次浇筑完成,不得分多次浇筑;
(7)第一道围檩标高至第二道围檩底标高(-5.950m)位
置土方开挖:设置通到坑内的汽车坡道,并铺设厚度为5mm
的钢板,采取从南向北开始,边退边开挖的方式,最后收口于
北侧汽车坡道与基坑边缘交界;
(8)第二道围檩施工:进行第二道围檩施工并养护至设
计强度,要保证圆环形的第二道围檩及其以下的各道围檩皆一
次浇筑完成,所述第二道围檩及其以下的各道围檩皆浇注于所
述一圈钻孔灌注桩的内圈侧面上,且所述第二道围檩及其以下
的各道围檩皆在浇筑时设若干吊筋和插筋,并将吊筋和插筋焊
接于钻孔灌注桩的主筋;
(9)第二道围檩标高至第三道围檩标高(-10.350m)位
置土方开挖:用小型挖机将土方运到基坑内北侧,长臂挖机停
靠在基坑外北侧取土并放在土方车上外运;
(10)第三道围檩施工:进行第三道围檩施工并养护至设
计强度,要保证圆环形围檩一次浇筑完成,不得多次浇筑;
(11)第三道围檩标高至坑底标高(-12.600m)土方开挖:
采用中心岛开挖方式,用小型挖机将土方堆到基坑中间,用塔
吊将土方吊至土方车外运;
(12)进行垫层和底板施工;
(13)进行主体施工。
上述实施例仅为例示性说明本发明原理及其功效,而非用
于限制本发明。本发明的权利保护范围,应如权利要求书所列。