一种大型深基坑支护施工结构及其方法与流程

本发明涉及智能环保工程建设施工技术领域，尤其涉及一种大型深基坑支护施工结构及其方法。

背景技术：

深基坑是指开挖深度超过5米(含5米)或地下室三层以上(含三层)，或深度虽未超过5米，但地质条件和周围环境及地下管线特别复杂的工程。深基坑工程主要包括基坑支护体系设计与施工和土方开挖，其中基坑支护主要是为了防止基坑侧边坍塌、防止基坑顶部车辆人员的掉落。现有技术中的基坑支护设施的建设通常是修建边坡，然后再边坡上修建土钉混凝土网，在基坑侧面修建冠梁、支柱，设置防护网的方式是在基坑底面设置混凝土柱，支撑起绳网。这种方式建造的基坑土层并不牢固，如果基坑临近路面，路面上的车辆很可能会造成土层坍塌。如果土层中加入支架，则可以增加土层的受力能力，对稳固土层起到很好的作用。而且现有技术中设置基坑防护网时会占用基坑底部很大面积，而且需要在基坑底部设置多根混凝土立柱，既耗费材料，也不方便基坑内的施工。

因此，有必要对现有技术改进以解决上述技术问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种大型深基坑支护施工结构及其方法，解决现有技术中深基坑施工过程中支护不牢固、设置防护网占地面积大的技术问题。具体而言通过以下技术方案实现：

设计的一种大型深基坑支护施工结构，包括路面、边坡、基坑侧面、设置在边坡表面的上土钉墙、设置在基坑侧面的下土钉墙、冠梁、混凝土支撑柱、设置在路面上的混凝土桩、钢管、拦网和钢丝；所述基坑侧面设置在边坡下方，对于基础地质土质良好，深度较浅的基坑，基坑侧面可以设置与地面垂直，对于基础地质情况不良或者深度超过5m的深基坑，可以设置基坑侧面与地面成一定的夹角，具体夹角可以根据现场施工情况确定，边坡和基坑侧面都可采用挖掘机挖掘，大型挖掘机挖出边坡及基坑侧面的轮廓后，人工配合小型挖机修坡，同时用坡度尺控制检查边坡及基坑侧面的坡度，检验坡度是否符合设计要求，成型的边坡及深坑侧面的坡面平整顺直，坡度一致，无明显凸起或凹进；所述上土钉墙及下土钉墙由土钉、钢筋片及混凝土灌注制成，边坡及基坑侧面成型后采用水平钻钻孔安装土钉，成孔角度15°-20°，土钉成孔后用钢筋网片绑扎，钢筋网片采用hpb300钢筋，φ6@250×250，保护层厚度30mm，然后喷射面板混凝土，采用空压设备分段自下而上喷射c20细石混凝土，喷射过程做到喷射回弹量小，喷层强度高，喷射厚度80mm，待边坡及基坑侧面坡面平整，阴阳角顺直即可；所述冠梁与基坑侧面连接，基坑侧面上可以设置插入基坑侧面土层的预应力锚杆，在安装冠梁时，冠梁采用钢筋混凝土灌注钢筋制作，锚杆贯穿冠梁，待冠梁浇筑强度达到设计要求后，对锚杆张拉施加预应力，并安装锚垫板固定；所述混凝土支撑柱与冠梁、基坑侧面、下土钉墙及基坑底面连接，混凝土支柱先垂直向下钻孔，成形后放置钢筋笼，灌注成支撑柱，混疑土强度达到设计要求后再挖基坑，混凝土支撑柱紧贴边坡；所述混凝土桩与地面垂直且贯穿边坡及基坑侧面垂直方向的土层，顶部高于路面，混凝土桩可以邻路面边缘建设，紧邻边坡靠近路面的边缘，在混凝土桩内侧也可以设置位于路面旁的挡网，可以用密目网作路面旁的挡网，混凝土桩可以沿路面设置为多个，混凝土桩具体的数量及间距可以根据土层情况、基坑深度等设计，每个混凝土桩距离边坡的距离相等，可以在地面挖掘设计连接桩的冠梁，多根混凝土桩通过桩冠梁连接；所述钢管设置多根，每根钢管长度、高度、角度相同，均设置在边坡与基坑侧面连接处，钢管可以设置为与边坡成90°，钢管下部设置在土层内，上部设置在土层外；所述拦网设置在多根钢管之间，与钢管上部绑扎连接，拦网可以设置为绳网；所述钢丝连接钢管的上部与混凝土桩的顶部，钢丝可以处于紧绷的状态，对钢管有斜向上的拉力，钢管对绳网起支撑作用，在土层中设置多根垂直的混凝土桩及斜插入土层的钢管可以对土层起到稳固、减压的作用，混凝土桩本身也可以受力，减小边坡所在土层的受力，同时混凝土桩贯穿边坡及基坑侧面所在的土层，相当于在土层中增加了多根混凝土支架，对稳固土层防止土层坍塌也有作用，混凝土桩设置的深度大于边坡及基坑侧面垂直高度的总和，能够进一步防止土层坍塌。

进一步，所述钢管的下部与混凝土桩连接，可以在混凝土桩放置钢筋笼后、被浇筑之前将钢管下部插入钢筋笼之间的空隙内，然后再对混凝土桩进行浇筑，混凝土桩与钢管浇筑为一体，设置钢管与混凝土桩连接，混凝土桩、钢管、钢丝形成稳定的三角形，稳固边坡的效果更好，土层更加不容易坍塌。

进一步，所述大型深基坑支护施工结构还包括设置在基坑侧面的下锚杆，所述下锚杆贯穿下土钉墙，一端设置在土层内，另一端设置在下土钉墙外侧，设置下锚杆，进一步稳固土钉墙，同时下锚杆可以进一步稳固土层。

进一步，所述下锚杆与地面水平设置，设置在土层内的一端与混凝土桩连接，下锚杆可以采用与钢管同样的方式与混凝土桩连接，下锚杆与混凝土桩连接后稳固土层的效果更好。

进一步，所述下锚杆为预应力锚杆，在下土钉墙与混凝土桩之间对下锚杆施加有预应力，在下土钉墙浇筑完成强度达到设计要求后，对下锚杆施加拉力，配合锚垫板，对土钉墙产生向混凝土桩方向施加的力，稳固墙体，防止坍塌。

进一步，所述大型深基坑支护施工结构还包括隔水板及上锚杆，所述隔水板设置在上土钉墙表面，隔水板与边坡水平，由于深基坑支护设施露天放置，经常会遇到下雨情况，如果雨水直接落到上土钉墙上，容易渗入边坡所在的土层，土层吸水后对上土钉墙的压力会增大，容易造成坍塌，设计隔水板，下雨后雨水顺着隔水板流下，防止边坡所在的土层被水浸湿，防止土层坍塌，隔水板可以在浇筑上土钉墙时在混凝土尚未凝固时安装，通过混凝土直接固定在上土钉墙上，所述上锚杆贯穿隔水板及上土钉墙，且与混凝土桩连接，也可以在边坡、基坑侧面垂直方向所在的土层中设置排水管道，利于将雨水从土层中排出，在基坑内设置现有技术中的排水系统，方便基坑内地下水或雨水的排出，或者在基坑边设置自动抽水装置与地面排水系统连接，当地下水或雨水使基坑内水位达到一定深度后抽水装置自动启动，将基坑内的水抽出排入地面上的排水系统。

进一步，所述大型深基坑支护施工结构还包括压力显示装置，所述压力显示装置与基坑侧面连接，用于显示基坑侧面所在土层内部的压力值，压力显示装置在垂直方向上设置多个，压力显示装置可以设置为电压力显示装置，也可以设置包括主杆、设置在土层内的弹片、与弹片连接的大齿轮、连杆、小齿轮、与小齿轮连接的开合片，主杆与弹片、开合片铰接，弹片上可以设置开关，弹片深入土层前弹片闭合，弹片深入土层后开关控制弹片产生开合的趋势，弹片相对于主杆转动会带动大齿轮转动，连杆上设置有轮齿，轮齿与大齿轮、小齿轮啮合，小齿轮转动会带动开合片相对于主杆转动，弹片微小的转动会通过大齿轮、连杆、小齿轮传递给开合片，使开合片产生较大的转动，通过开合片开合程度可以显示土层内部的压力，设置多个压力显示装置，当土层内部压力突变时，可以及早发现，防止土层坍塌。

进一步，所述边坡与地面的角度设置为75°至45°，边坡与地面的角度过大容易发生坍塌，角度太小又不方便设置基坑中其他建筑。

设计一种大型深基坑支护施工方法，包括如下步骤：

s1、建筑混凝土桩：确定基坑深度及边坡位置，在路面上钻孔，孔的深度大于基坑深度，在孔内下钢筋笼并用混凝土浇筑成混凝土桩，混凝土桩高于地面的部分用混凝土及钢筋修筑，混凝土桩深入土层，挖好边坡及基坑后对土层起稳固作用，可以在地面挖掘设计连接桩的冠梁，多根混凝土桩通过桩冠梁连接；

s2、建筑上土钉墙：使用挖掘机挖出边坡，在边坡上用土钉钻孔，将钻孔后的土钉用钢筋片连接并喷灌混凝土制成上土钉墙，上土钉墙对边坡起到稳固的作用，防止边坡坍塌；

s3、建筑冠梁及混凝土支撑柱：建好上土钉墙后，对边坡以下的地面使用钻孔机钻孔，孔的深度大于基坑侧面的垂直高度，在孔内放置钢筋笼浇筑成混凝土支撑柱，孔的具体深度应该根据现场土质及基坑深度等具体情况确定，且设置的混凝土支撑柱应当入岩，在混凝土支撑柱上部安装冠梁模板，绑扎冠梁钢筋，浇筑混凝土，待冠梁成型后去掉冠梁模板，混凝土支撑柱与冠梁连成一体，混凝土支撑柱作为基坑支护柱与基坑侧面连接，也可以在基坑侧面的土层中设置冠梁的部位设置预应力钢筋，在冠梁强度达到设计要求后施加预应力，使冠梁与混凝土支撑柱连成一体，冠梁和混凝土支撑柱也能极大的防止土层坍塌；

s4、建筑拦挡设施：在边坡底部插入多根钢管，钢管下端深入土层，钢管上端设置在土层外，使用钢丝将钢管上端与混凝土桩的顶部连接并使钢丝处于拉紧状态，将拦网固定在多根钢管上，深入土层的钢管、钢丝、混凝土桩组成较为稳定的三角形，进一步稳固土层，防止边坡塌陷；

s5、建筑下土钉墙：使用挖掘机挖掘基坑至基坑底部，在深坑侧面用土钉钻孔，将钻孔后的土钉用钢筋片连接并喷灌混凝土制成下上土钉墙，下土钉墙稳固基坑侧面，防止基坑侧面塌陷。

进一步，所述步骤s1中，孔内下钢筋笼后，步骤s4中的钢管插入钢筋笼之间的缝隙，之后再将钢筋笼及插入钢筋笼中的钢管用混凝土浇筑成一体，钢管和混凝土桩一体成型，钢管、钢丝、混凝土桩组成的三角形可以承受更大的力，进一步稳固土层。

本发明的积极有益的技术效果包括：

（1）设置贯穿边坡、基坑侧面所在土层的混凝土桩，混凝土桩可以承受力，减少边坡所在的土层直接承受的力，提高土层的受力能力，还能稳固土层，防止土层坍塌；

（2）设置深入土层的钢管、钢丝、拦网，与混凝土桩共同组成较为稳定的结构，进一步稳固土层，而且拦网设置在钢管上，无需再基坑底面设置大面积的防护建筑，节省材料，也方便施工；

（3）设置上锚杆和下锚杆，进一步稳固边坡和基坑侧面；

（4）在土层垂直方向上设置多个压力显示装置，在土层中压力发生突变时及时发现，采取措施，减少事故发生；

（5）本发明通过设置路面、边坡、基坑侧面、设置在边坡表面的上土钉墙、设置在基坑侧面的下土钉墙、冠梁、混凝土支撑柱、设置在路面上的混凝土桩、钢管、拦网和钢丝，设计一种大型深基坑支护施工结构，并提供一种大型深基坑支护施工的方法，解决现有技术中深基坑施工过程中支护不牢固、设置防护网占地面积大的技术问题。

本发明的其他有益效果将结合下文具体实施例进行进一步的说明。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明的剖面图；

图2为本发明部分结构的立体图；

图3为本发明压力显示装置1:10放大后的剖面图；

图4为本发明的流程图；

图中，1、路面；2、边坡；3、基坑侧面；4、上土钉墙；5、下土钉墙；6、冠梁；7、混凝土支撑柱；8、混凝土桩；9、钢管；10、拦网；11、钢丝；12、下锚杆；13、隔水板；14、上锚杆；15、压力显示装置；16、主杆；17、弹片；18、大齿轮；19、连杆；20、小齿轮；21、开合片。

具体实施方式

实施例：一种大型深基坑支护施工结构，如图1-4所示，包括路面1、边坡2、基坑侧面3、设置在边坡2表面的上土钉墙4、设置在基坑侧面3的下土钉墙5、冠梁6、混凝土支撑柱7、设置在路面1上的混凝土桩8、钢管9、拦网10和钢丝11；所述基坑侧面3设置在边坡2下方，对于基础地质土质良好，深度较浅的基坑，基坑侧面3可以设置与地面垂直，对于基础地质情况不良或者深度超过5m的深基坑，可以设置基坑侧面3与地面成一定的夹角，具体夹角可以根据现场施工情况确定，边坡2和基坑侧面3都可采用挖掘机挖掘，大型挖掘机挖出边坡2及基坑侧面3的轮廓后，人工配合小型挖机修坡，同时用坡度尺控制检查边坡2及基坑侧面3的坡度，检验坡度是否符合设计要求，成型的边坡2及深坑侧面的坡面平整顺直，坡度一致，无明显凸起或凹进；所述上土钉墙4及下土钉墙5由土钉、钢筋片及混凝土灌注制成，边坡2及基坑侧面3成型后采用水平钻钻孔安装土钉，成孔角度15°至20°，土钉成孔后用钢筋网片绑扎，钢筋网片采用hpb300钢筋，φ6@250×250，保护层厚度30mm，然后喷射面板混凝土，采用空压设备分段自下而上喷射c20细石混凝土，喷射过程做到喷射回弹量小，喷层强度高，喷射厚度80mm，待边坡2及基坑侧面3坡面平整，阴阳角顺直即可；所述冠梁6与基坑侧面3连接，基坑侧面3上可以设置插入基坑侧面3土层的预应力锚杆，在安装冠梁6时，冠梁6采用钢筋混凝土灌注钢筋制作，锚杆贯穿冠梁6，待冠梁6浇筑强度达到设计要求后，对锚杆张拉施加预应力，并安装锚垫板固定；所述混凝土支撑柱7与冠梁6、基坑侧面3、下土钉墙5及基坑底面连接，混凝土支撑柱7先垂直向下钻孔，成形后放置钢筋笼，灌注成支撑柱，混疑土强度达到设计要求再挖基坑，混凝土支撑柱7紧贴边坡2；所述混凝土桩8与地面垂直且贯穿边坡2及基坑侧面3垂直方向的土层，顶部高于路面1，混凝土桩8可以邻路面1边缘建设，紧邻边坡2，靠近路面1的边缘，在混凝土桩8内侧也可以设置位于路面1旁的挡网，可以用密目网作路面1旁的挡网，混凝土桩8可以沿路面1设置为多个，混凝土桩8具体的数量及间距可以根据土层情况、基坑深度等设计，每个混凝土桩8距离边坡2的距离相等，可以在地面挖掘设计连接桩的冠梁6，多根混凝土桩8通过桩冠梁连接；所述钢管9设置多根，每根钢管9长度、高度、角度相同，均设置在边坡2与基坑侧面3连接处，钢管9可以设置为与边坡2成90°，钢管9下部设置在土层内，上部设置在土层外；所述拦网10设置在多根钢管9之间，与钢管9上部绑扎连接，拦网10可以设置为绳网；所述钢丝11连接钢管9的上部与混凝土桩8的顶部，钢丝11可以处于紧绷的状态，对钢管9有斜向上的拉力，钢管9对绳网起支撑作用，在土层中设置多根垂直的混凝土桩8及斜插入土层的钢管9可以对土层起到稳固、减压的作用，防止土层坍塌，混凝土桩8设置的深度大于边坡2及基坑侧面3垂直高度的总和，能够进一步防止土层坍塌。

本实施例中，所述钢管9的下部与混凝土桩8连接，可以在混凝土桩8放置钢筋笼后、被浇筑之前将钢管9下部插入钢筋笼之间的空隙内，然后再对混凝土桩8进行浇筑，混凝土桩8与钢管9浇筑为一体，设置钢管9与混凝土桩8连接，混凝土桩8、钢管9、钢丝11形成稳定的三角形结构，稳固边坡2的效果更好，土层更加不容易坍塌。

本实施例中，所述大型深基坑支护施工结构还包括设置在基坑侧面3的下锚杆12，所述下锚杆12贯穿下土钉墙5，一端设置在土层内，另一端设置在下土钉墙5外侧，设置下锚杆12，进一步稳固土钉墙，同时下锚杆12可以进一步稳固土层。

本实施例中，所述下锚杆12与地面水平设置，设置在土层内的一端与混凝土桩8连接，下锚杆12可以采用与钢管9同样的方式与混凝土桩8连接，下锚杆12与混凝土桩8连接后稳固土层的效果更好。

本实施例中，所述下锚杆12为预应力锚杆，在下土钉墙5与混凝土桩8之间对下锚杆12施加有预应力，在下土钉墙5浇筑完成强度达到设计要求后，对下锚杆12施加拉力，配合锚垫板，对土钉墙产生向混凝土桩8方向施加的力，稳固墙体，同时也可以稳固土层，增加土层受力能力。

本实施例中，所述大型深基坑支护施工结构还包括隔水板13及上锚杆14，所述隔水板13设置在上土钉墙4表面，隔水板13与边坡2水平，由于深基坑支护设施露天放置，经常会遇到下雨情况，如果雨水直接落到上土钉墙4上，容易渗入边坡2所在的土层，土层吸水后对上土钉墙4的压力会增大，土层也不稳定，容易坍塌，设计隔水板13，下雨后雨水顺着隔水板13流下，防止边坡2所在的土层被水浸湿，防止土层坍塌，隔水板13可以在浇筑上土钉墙4且混凝土尚未凝固时安装，通过混凝土直接将隔水板13固定在上土钉墙4上，也可以采用粘接剂将隔水板13粘接在上土钉墙4上，所述上锚杆14贯穿隔水板13及上土钉墙4，且与混凝土桩8连接，上锚杆14也可以对隔水板13起到固定的作用，也可以在边坡2、基坑侧面3垂直方向所在的土层中设置排水管道，利于将雨水从土层中排出，在基坑内设置现有技术中的排水系统，方便基坑内地下水或雨水的排出，或者在基坑边设置自动抽水装置与地面排水系统连接，当地下水或雨水使基坑内水位达到一定深度后抽水装置自动启动，将基坑内的水抽出排入地面所在的排水系统。

本实施例中，所述大型深基坑支护施工结构还包括压力显示装置15，所述压力显示装置15与基坑侧面3连接，用于显示基坑侧面3所在土层内部的压力值，压力显示装置15在垂直方向上设置多个，压力显示装置15可以设置为电压力显示装置15，也可以设置包括主杆16、设置在土层内的弹片17、与弹片17连接的大齿轮18、连杆19、小齿轮20、与小齿轮20连接的开合片21，主杆16与弹片17及开合片21铰接，弹片17上可以设置开关，弹片17深入土层前弹片17闭合，弹片17深入土层后开关控制弹片17产生开合的趋势，弹片17相对于主杆16转动会带动大齿轮18转动，连杆19上设置有轮齿，轮齿与大齿轮18、小齿轮20啮合，小齿轮20转动会带动开合片21相对于主杆16转动，弹片17微小的转动会通过大齿轮18、连杆19、小齿轮20传递给开合片21，使开合片21产生较大的转动，通过开合片21开合程度可以显示土层内部的压力，设置多个压力显示装置15，当土层内部压力突变时，可以及早发现，防止土层坍塌。

本实施例中，所述边坡2与地面的角度设置为75°至45°，边坡2与地面的角度过大容易发生坍塌，角度太小又不方便设置基坑中其他建筑。

设计一种大型深基坑支护施工方法，包括如下步骤：

s1、建筑混凝土桩8：确定基坑深度及边坡2位置，在路面1上钻孔，孔的深度大于基坑总深度，在孔内下钢筋笼并用混凝土浇筑成混凝土桩8，混凝土桩8高于地面的部分用混凝土及钢筋修筑，混凝土桩8深入土层，挖好边坡2及基坑后对土层起稳固作用，可以在地面挖掘设计连接桩的冠梁6，多根混凝土桩8通过桩冠梁6连接；

s2、建筑上土钉墙4：使用挖掘机挖出边坡2，在边坡2上用土钉钻孔，将钻孔后的土钉用钢筋片连接并喷灌混凝土制成上土钉墙4，上土钉墙4对边坡2起到稳固的作用，防止边坡2坍塌；

s3、建筑冠梁6及混凝土支撑柱7：建好上土钉墙4后，对边坡2以下的土层使用钻孔机钻孔，孔的深度大于基坑侧面3的垂直高度，在孔内放置钢筋笼浇筑成混凝土支撑柱7，孔的具体深度应该根据现场土质及基坑深度等具体情况确定，且设置的混凝土支撑柱7应当入岩，在混凝土支撑柱7上部安装冠梁6模板，绑扎冠梁6钢筋，浇筑混凝土，待冠梁6成型后去掉冠梁6模板，混凝土支撑柱7与冠梁6连成一体，混凝土支撑柱7作为基坑支护柱与基坑侧面3连接，也可以在基坑侧面3的土层中设置冠梁6的部位设置预应力钢筋，在冠梁6强度达到设计要求后施加预应力，使冠梁6与混凝土支撑柱7连成一体，冠梁6和混凝土支撑柱7也能极大的防止土层坍塌；

s4、建筑拦挡设施：在边坡2底部插入多根钢管9，钢管9下端深入土层，钢管9上端设置在土层外，使用钢丝11将钢管9上端与混凝土桩8的顶部连接并使钢丝11处于拉紧状态，将拦网10固定在多根钢管9上，深入土层的钢管9、钢丝11、混凝土桩8组成较为稳定的三角形结构，进一步稳固土层，防止边坡2塌陷；

s5、建筑下土钉墙5：使用挖掘机挖掘基坑至基坑底部，在深坑侧面用土钉钻孔，将钻孔后的土钉用钢筋片连接并喷灌混凝土制成下上土钉墙4，下土钉墙5稳固基坑侧面3，防止基坑侧面3塌陷。

本实施例中，所述步骤s1中，孔内下钢筋笼后，步骤s4中的钢管9插入钢筋笼之间的缝隙，之后再将钢筋笼及插入钢筋笼中的钢管9用混凝土浇筑成一体，钢管9和混凝土桩8一体成型，钢管9、钢丝11、混凝土桩8组成的三角形可以承受更大的力，进一步稳固土层。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

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