技术领域
[0001] 本
发明涉及基坑支护工程领域，具体涉及一种用于凹型基坑阳角处的支护结构及施工方法。技术背景
[0002] 基于房地产开发经营的需求，开发商常常会在建设商品房之前优先建造销售中心，由于销售中心的特有属性，它的
位置一般会紧邻基坑边，导致在基坑开挖时会形成具有多个阳角的凹型基坑。在深基坑支护领域，基坑阳角是重点关注对象，会在基坑支护设计方案中重点考虑对其位移的限制。
[0003] 在深基坑支护方案的设计中，目前我国普遍采用板式支护体系、自立式围护体系及放坡开挖等支护体系。排桩+锚索支护结构具有方便土方开挖与地下结构的施工、工程适用性强、工程造价低、施工工艺成熟等优点，是目前应用非常广泛的支护体系。然而在基坑阳角处，单纯采用排桩+锚索支护方案会出现锚索交叉的群锚效应，导致施工困难、支护效果降低、土体容易破坏等现象，进而会引起施工中锚索支护范围以外的地面出现裂缝或位移的现象。
[0004] 在支护方案的土压
力计算中，常常会采用朗肯土压力理论。朗肯土压力理论的假设条件之一是半无限空间模型，而本发明所提凹型基坑阳角处支护并不满足该条假设，凹型基坑阳角两侧支护结构承受有限宽度土体的土压力，因此需要对有限宽度土体的土压力进行修正。
发明内容
[0005] 本发明根据现有凹型基坑单一支护方案的不足的情况提供一种用于凹型基坑阳角处的支护结构及施工方法，该方法针对凹型基坑，提出了双排桩与单排桩+三排预
应力锚索支护结构组合的支护方案，并根据修正的有限宽度土体土压力优化调整双排桩方案；本发明所提支护结构体系不仅能够改善支护结构的受力机理避免群锚效应，有效的限制基坑位移，还可以缩减锚索长度，节省原材料用量。
[0006] 本发明提供的技术方案：所述一种凹型基坑阳角处的支护结构，包括沿着基坑边线内凹形成的两个阳角部，所述两个阳角部由三个支护面组成，且三个支护面与基坑边线围设形成凹型基坑，其特征在于：平行于基坑边线的第一支护面是由单排桩和多排预应力锚索组成的支护体系，单排桩沿着第一支护面的边线等距分布，多排预应力锚索沿着基坑内壁从上向下呈倾斜状打入基坑以外的土层内，且第一排预应力锚索距离单排桩的桩顶1.5～2.5m；垂直于基坑边线的第二支护面和第三支护面采用双排桩支护体系，每排桩的桩间距不大于两倍桩径。
[0007] 本发明较优的技术方案：在三个支护面围设的区域之内施工有
建筑物，所述凹型基坑的基坑深度不小于建筑物中心宽度的一半。
[0008] 本发明较优的技术方案：所述第二支护面和第三支护面的双排桩支护体系包括两排并列的钻孔
灌注桩，每根钻孔灌注桩的桩顶设有灌注桩冠梁，两排钻孔灌注桩的冠梁之间通过桩间连梁连接。
[0009] 本发明较优的技术方案：所述预应力锚索设有三排，三排之间的垂直间距均为2.5～3.5m，
水平间距均为桩距的两倍，锚索入射角度均为20～30°。
[0010] 本发明提供的一种凹型基坑阳角处的支护结构的施工方法，针对凹型基坑的内凹区域进行施工，其内凹区域包括三个支护面，且三个支护面形成两个阳角部，其特征在于具体步骤如下：
[0011] (1)根据地质勘查报告、周边环境条件、基坑开挖深度，确定基坑内凹部位的支护方案，平行于基坑边线的支护面采用双排桩支护结构，垂直于基坑边线的两支护面采用单排桩加三排预应力锚索支护结构；
[0012] (2)采用朗肯土压力理论及平面杆件弹性
支点法，根据《建筑基坑支护技术规程》，结合理正深基坑
软件进行计算出单排桩的施工参数，并确定三排预应力锚索的施工参数；
[0013] (3)采用《有限土体土压力的计算探讨》及《紧邻既有建筑基坑有限土体主动土压力计算方法》所提方法计算有限宽度土体作用在双排桩结构上的主动土压力相对于朗肯土压力的折减系数，然后采用平面杆件弹性支点法，根据《建筑基坑支护技术规程》(JGJ 120-2012)第4章规定，结合理正深基坑软件进行计算，确定双排桩结构中支护桩的参数；其中所述有限宽度土体主动土压力折减系数计算公式如下：
[0014]
[0015]
[0016]
[0017]
[0018]
[0019]
[0020] 式中：B——有限土体计算宽度(m)；
[0021] H——基坑开挖深度(m)；
[0022] ——有限宽度土体主动土压力上限值(kPa)；
[0023] Pa——朗肯总主动土压力(kPa)；
[0024] εa——有限宽度土体土压力折减系数；
[0025] z0——挡土构件后主动土压力零值点深度(m)；
[0026] Ka——朗肯主动土压力系数；
[0027] Kp——朗肯被动土压力系数；
[0028] c——挡土构件以外土的粘聚力(kPa)；
[0029] ——挡土构件以外土的内摩擦角(°)；
[0030] (4)在各项施工参数确定之后，开始进行支护结构的施工，首先施工三个支护面的支护桩桩体，垂直于基坑边线的两个支护面分别施工两排钻孔灌注桩，平行于基坑边线的支护面施工一排钻孔灌注桩，在支护桩桩体达到养护期后开挖基坑施工桩顶冠梁，要求基坑开挖宽度不小于10m，基坑开挖标高与冠梁底标高相同，且三个支护面的单排桩与双排桩冠梁整体浇筑；
[0031] (5)达到冠梁养护期后，分层分段开挖基坑，并在平行于基坑边线的第一支护面距离单排桩桩顶1.5～2.5m的位置施工第一排锚索及腰梁；
[0032] (6)完成第一排锚索张拉
锁定后，继续分层分段开挖基坑，并在距离第一排锚索垂直距离2.5～3.5m的位置施工第二排锚索，基坑开挖宽度不小于10m，基坑开挖标高与第二排腰梁底标高相同；
[0033] (7)完成第二排锚索张拉锁定后，继续分层分段开挖基坑，并在距离第二排锚索垂直距离2.5～3.5m的位置施工第三排预应力锚索，基坑开挖宽度不小于10m，基坑开挖标高与第三排腰梁底标高相同；
[0034] (8)完成第三排预应力锚索张拉锁定，土方开挖到基坑底标高，同时垂直于基坑边支护侧面土方也开挖到基坑底标高。
[0035] 本发明较优的技术方案：所述步骤(2)中计算的单排桩的桩长不小于基坑开挖深度的2倍，其桩径为0.6～1.0m，桩间距为1.0～1.4m，且不超过桩径的2倍；桩顶冠梁宽度比桩径大200mm，高度为0.6～0.8m。
[0036] 本发明较优的技术方案：所述步骤(2)中每排预应力锚索的自由段长度不小于5.0m，穿过软弱
地层并锚固于地基承载力超过100kPa的土层中；锚索水平间距为桩间距的2倍，第一排锚索距地面1.5～2.5m，其余锚索的垂直间距为2.5～3.5m；三排预应力锚索的入射角一致，均为20°～30°；预应力锚索的锁定值为160～240kN。
[0037] 本发明较优的技术方案：所述步骤(5)～步骤(7)中每排锚索的施工依次包括索体制备、钻孔、索体下放、两次注浆施工，在索注安装且注浆完成之后，在基坑内侧进行腰梁
钢筋绑扎、支模和
混凝土浇筑完成腰梁的施工，最后进行锚索张拉锁定施工，每个支护段的锚索连续施工，冠梁及腰梁整体浇筑。
[0038] 本发明较优的技术方案：在步骤(5)～(7)中腰梁浇筑前，使用PVC管将张拉段锚索与腰梁混凝土隔开，且PVC管贯通腰梁截面，并不出现局部破损现象。
[0039] 本发明的支护桩均为钻孔灌注桩，锚索均由钢绞线制备。
[0040] 本发明先后采用朗肯土压力理论及平面杆件弹性支点法，所述平面杆件弹性支点法假定挡土结构为平面应变问题，取单位宽度的挡土墙作为竖向放置的弹性地基梁，
支撑和锚杆简化为
弹簧支座，基坑内开挖面以下土体采用弹簧模拟，挡土结构外侧作用已知的水压力和土压力。根据《建筑基坑支护技术规程》(JGJ 120-2012)第4章规定，结合理正深基坑软件进行计算，计算单排桩+三排预应力锚索支护结构的桩径、桩长、桩间距参数，并确定单排桩+三排预应力锚索的配筋、桩顶冠梁等参数；本发明中的双排桩支护结构采用双排钻孔灌注桩+桩顶冠梁+桩间连梁结构形式，采用《有限土体土压力的计算探讨》及《紧邻既有建筑基坑有限土体主动土压力计算方法》所提理论及平面杆件弹性支点法，计算有限土体作用在双排桩结构上的主动土压力相对于朗肯主动土压力的折减系数，根据《建筑基坑支护技术规程》(JGJ 120-2012)第4章规定，结合理正深基坑软件进行计算，进而确定双排桩结构中支护桩与的桩径、长度、配筋、桩间距和连梁尺寸等参数。
[0041] 本发明针对凹型基坑，提出了双排桩与单排桩+三排预应力锚索支护结构组合的支护方案，并根据修正的有限宽度土体土压力折减系数，优化调整双排桩方案，本发明所提支护结构体系不仅能够改善支护结构的受力机理避免群锚效应，有效的限制基坑位移，还可以缩减支护桩和锚索长度，节省原材料用量，极具推广应用价值。
附图说明
[0042] 图1是本发明
实施例的支护结构平面图；
[0043] 图2是本发明有限宽度土体主动土压力计算模型图；
[0044] 图3是本发明平面杆件弹性支点法计算简图；
[0045] 图4是本发明实施例凹型基坑双排桩支护结构计算剖面；
[0046] 图5是本发明实施例单排桩+三排预应力锚索结构计算剖面；
[0047] 图6是本发明实施例凹型基坑采用本
专利所提方法计算结果；
[0048] 图7是本发明实施例凹型基坑单排桩+三排预应力锚索区段计算结果。
[0049] 图中：1—第二支护面，1-1—钻孔灌注桩，2—第三支护面，3—第一支护面，3-1—单排桩，3-2—预应力锚索，3-3—单排桩冠梁，3-4—腰梁，4—建筑物，4-1—建筑物底部桩筏
基础，5—凹型基坑，6—灌注桩冠梁，7—桩间连梁。
具体实施方式
[0050] 下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
[0051] 本发明提供的一种凹型基坑阳角处的支护结构，如图1所示包括沿着基坑边线5-1内凹形成的两个阳角部，所述两个阳角部由三个支护面组成，且三个支护面与基坑边线5-1围设形成凹型基坑5，如图5所示，平行于基坑边线5-1的第一支护面3是由单排桩3-1和三排预应力锚索3-2组成的支护体系，单排桩3-1沿着第一支护面3的边线等距分布，三排预应力锚索3-2沿着基坑内壁从上向下呈倾斜状打入基坑以外的土层内，且第一排预应力锚索3-2距离单排桩3-1的桩顶1.5～2.5m，三排之间的垂直间距均为2.5～3.5m，水平间距均为桩距的两倍，锚索入射角度均为20～30°。如图4所示，垂直于基坑边线5-1的第二支护面1和第三支护面2采用双排桩支护体系，每排桩的桩间距不大于两倍桩径；所述双排桩支护体系包括两排并列的钻孔灌注桩1-1，每根钻孔灌注桩的桩顶设有灌注桩冠梁6，两排钻孔灌注桩的冠梁之间通过桩间连梁7连接。
[0052] 下面结合实施例针对上述支护结构的施工方法进一步说明，实施例针对某一工程凹型基坑进行了具体实施，其工程概况：场地位于昆明市官渡区，拟建项目规划总用地面积54724.97㎡，基坑垂直开挖线周长约995m，设有两层地下室，基坑开挖深度7.45～10.50m。
凹型基坑坑顶将同步施工销售中心，销售中心尺寸为18m×30m，基坑开挖深度为10.5m，根据地质勘查报告，可得到表1中基坑该区域详细的地质条件信息：
[0053] 表1为该施工区域详细的地址条件
[0054]
[0055] 实施例中销售中心采用桩筏基础，且桩基础埋深超过坑底开挖深度，所述基坑深度不小于销售中心宽度的一半，该部位基坑安全等级为一级。针对基坑支护，该项目负责人提出了四种支护方案：(1)单排钻孔灌注桩+三排预应力锚索+桩顶冠梁方案；(2)双排钻孔灌注桩+桩端冠梁+桩间连梁方案；(3)放坡+单排钻孔灌注桩+预应力锚索方案；(4)两级放坡+注浆花管方案。
[0056] 如果三个支护面均采用桩锚支护结构，则会出现因锚索交叉而产生的群锚效应，造成基坑较大位移；如果凹型基坑单独采用双排桩的方案，施工成本较高。因此需要对支护方案进行重新选型。
[0057] 经过分析研究，采用了本发明中的技术方案，结合支护方案(1)和支护方案(2)，其平行于基坑边采用单排钻孔灌注桩+三排预应力锚索+桩顶冠梁方案；垂直于基坑边均采用排钻孔灌注桩+桩端冠梁+桩间连梁方案，其中，支护方案(1)中的土压力采用朗肯土压力理论及平面杆件弹性支点法，根据《建筑基坑支护技术规程》，结合理正深基坑软件进行可以计算得到单排桩的桩径800mm、桩长30.5m、桩间距1000mm、配筋10C32、桩顶冠梁800×800mm等参数，同时可确定三排预应力锚索的标高(分别距离桩顶2.0m、5.0m、8.0m)、索体(s15.2钢绞线)、长度(分别为28.0m、32.5m、25.5m)、入射角25°、锁定值(分别为180kPa、220kPa、240kPa)；其平面杆件弹性支点法假定挡土结构为平面应变问题，取单位宽度的挡土墙作为竖向放置的弹性地基梁，支撑和锚杆简化为弹簧支座，基坑内开挖面以下土体采用弹簧模拟，挡土结构外侧作用已知的水压力和土压力，平面杆件弹性支点法典型的计算简图如图3所示，图3中a为由锚杆简化而成的弹性支座，b是挡土结构，c计算土反力的弹性支座。
[0058] 支护方案(2)的双排钻孔灌注桩+桩端冠梁+桩间连梁方案中的有限宽度土体的宽度为B＝9.5m，基坑开挖深度为H＝10.5m，挡土构件以外土按照最不利情况考虑，取杂填土作为计算对象，重度为γ＝17.1kN/m3，粘聚力为c＝15.5kPa，内摩擦角为 土压力计算点深度为h＝10.5m，根据《有限土体土压力的计算探讨》及《紧邻既有建筑基坑有限土体主动土压力计算方法》所提方法，可计算得到有限土体宽度主动土压力折减系数，计算过程如下：
[0059] 朗肯主动土压力系数：
[0060]
[0061] 朗肯被动土压力系数：
[0062]
[0063] 挡土构件后主动土压力零值点深度：
[0064]
[0065] 朗肯总主动土压力：
[0066]
[0067] 有限宽度土体主动土压力上限值：
[0068]
[0069] 有限宽度土体土压力折减系数：
[0070]
[0071] 根据有限宽度土体主动土压力折减系数，根据《建筑基坑支护技术规程》(JGJ 120-2012)第4章规定，结合理正深基坑软件进行计算，调
整理正深基坑软件相关参数(即主动土压力折减系数
修改为0.9047)，即可进行双排桩支护结构的计算，确定双排桩结构中支护桩的桩径800mm、长度21.5m、配筋10C32、桩间距1000mm和连梁尺寸800×1400mm等参数。
[0072] 在各项施工参数确定之后，开始进行支护结构的施工：
[0073] (1)首先施工三个支护面的支护桩桩体，垂直于基坑边线的两个支护面分别施工两排钻孔灌注桩，平行于基坑边线的支护面施工一排钻孔灌注桩，在支护桩桩体达到养护期后开挖基坑施工桩顶冠梁，要求基坑开挖宽度不小于10m，基坑开挖标高与冠梁底标高相同，且三个支护面的单排桩与双排桩冠梁整体浇筑；
[0074] (2)达到冠梁养护期后，分层分段开挖基坑，并在平行于基坑边线的第一支护面距离单排桩桩顶2m的位置施工第一排锚索及腰梁；
[0075] (3)完成第一排锚索张拉锁定后，继续分层分段开挖基坑，并在距离第一排锚索垂直距离3m的位置施工第二排锚索，基坑开挖宽度不小于10m，基坑开挖标高与第二排腰梁底标高相同；
[0076] (4)完成第二排锚索张拉锁定后，继续分层分段开挖基坑，并在距离第二排锚索垂直距离3m的位置施工第三排预应力锚索，基坑开挖宽度不小于10m，基坑开挖标高与第三排腰梁底标高相同；
[0077] (5)完成第三排预应力锚索张拉锁定，土方开挖到基坑底标高，同时垂直于基坑边支护侧面土方也开挖到基坑底标高。
[0078] 该支护结构中三排预应力锚索每排预应力锚索的自由段长度不小于5.0m，穿过软弱地层并锚固于地基承载力超过100kPa的土层中；锚索水平间距为桩间距的2倍，第一排锚索距离基坑顶部2m，三排预应力锚索垂直间距均为3m，水平间距均为桩距的两倍，锚索入射角度均为25°；预应力锚索的锁定值为160～240kN。每排锚索的施工依次包括索体制备、钻孔、索体下放、两次注浆施工，在索注安装且注浆完成之后，在基坑内侧进行腰梁
钢筋绑扎、支模和混凝土浇筑完成腰梁的施工，最后进行锚索张拉锁定施工，要求在绑扎腰梁钢筋前使用PVC管材将锚索孔口预留的张拉段隔开。每个支护段的锚索都应连续施工，冠梁及腰梁应整体浇筑。
[0079] 在基坑开挖到深度10.5m的工况下，将两侧双排桩支护结构的位移、弯矩、剪力计算结果列于图6中，将平行于基坑边的桩锚支护结构位移、弯矩、剪力计算结果列于图7中。从结算结果图中可以看出，采用本专利所提支护方案，支护结构能够满足基坑安全性要求，同时可以较好的控制基坑位移。
[0080] 该实施例项目中原支护方案为单排支护桩+三排预应力锚索，其中单排支护桩长30.5m，三排预应力锚索长度为28.0m、32.5m、25.5m；采用本专利所提方法后，双排桩支护方案中支护桩长21.5m，每根支护桩桩长减少9m。如果取消三排预应力锚索，其支护全部双排桩支护，整个方案增加造价77.4万元；而采用本专利所提方案，相对原支护方案至少节省工期3个月，工期折合成造价按照工程总造价的12％计，可减少约120万元造价；综合造价减少
42.6万元，表明本专利所提方案具有明显的经济性。
[0081] 综上所述，本发明所提支护结构体系不仅能够改善支护结构的受力机理避免群锚效应，有效的限制基坑位移，提高支护结构可靠性，还能够大幅缩短工期，并且缩减支护桩和锚索长度，减少工程造价，具有非常明显的经济性，极具推广应用价值。
