一种三角形框格支撑排桩基坑支护结构及其施工方法与流程

1.本发明涉及一种三角形框格支撑排桩基坑支护结构及其施工方法，属于建筑施工基坑支护技术领域。


背景技术：

2.土石方工程施工过程中，基坑大开挖是一种常见的土石方开挖方式，通常基坑开挖由于土壤松散或开挖深度较深，须对基坑边坡进行支护防止基坑垮塌，以确保施工安全性。申请人在施工中发现，在基坑支护工程中常使用的排桩锚杆支护，锚杆长度通常达10至20米，规范要求锚杆锚入土层中的长度不得超过施工区域红线，故在许多情况下排桩锚杆支护并不适用；基坑内支撑支护无需使用锚杆，但对基坑内空间占用过大，严重阻碍基坑内的结构施工，影响施工进度；无需内支撑也无需锚杆的悬臂式排桩支护，由于其结构受力形式限制，也无法承受较深基坑的土壤横向荷载，仅适用于较浅基坑的支护。


技术实现要素：

3.基于上述，本发明提供一种三角形框格支撑排桩基坑支护结构及其施工方法，在基坑支护工程施工过程中，在不使用锚杆固定与内支撑结构的情况下，对较深基坑边坡进行支护，既不会超出施工红线外进行操作，也不会过多占用基坑内空间，同时保障基坑边坡稳定性，以克服现有技术不足。
4.本发明的技术方案是：一种三角形框格支撑排桩基坑支护结构，包括：排桩体系，包括桩体和冠梁，所述冠梁连接在所述桩体的顶部；斜支撑体系，包括斜柱、腰梁、脚梁和挂网喷砼面层，所述斜柱在由上至下分层开挖土石方时每一开挖层呈v形依次并排倾斜排列组成三角形框格，所述斜柱的顶部与所述桩体连接，所述腰梁位于每一开挖层底部并连接所述斜柱的底部，所述脚梁位于最后一开挖层内且与所述斜柱底端连接置于嵌岩内，所述挂网喷砼面层填补在所述三角形框格内。
5.在其中一个例子中，所述冠梁位于所述桩体上端，在所述桩体浇筑完成后破除桩头凿出钢筋后与所述冠梁钢筋锚固并浇筑。
6.在其中一个例子中，所述桩体依照放线定位依次沿基坑放坡上口排列布置。
7.在其中一个例子中，所述桩体的下部桩身深入到持力层内，确保所述桩体受力。
8.在其中一个例子中，所述冠梁的下部预留钢筋锚固入所述斜柱钢筋上端。
9.在其中一个例子中，所述腰梁的底部设有垫层，且所述腰梁的下部预留钢筋锚固入所述斜柱钢筋上端。
10.在其中一个例子中，所述脚梁位于最后一开挖层内与所述斜柱底端钢筋锚固浇筑置于嵌岩内。
11.在其中一个例子中，所述挂网喷砼面层内设有钢筋网。
12.在其中一个例子中，所述基坑放坡上部坡口设有截水沟，基坑放坡下部坡脚设有排水沟。
13.本发明还提供一种所述的三角形框格支撑排桩基坑支护结构的施工方法，包括：步骤1，排桩施工：首先对需要开挖的基坑部位进行放线定位，并在基坑放坡上口边线处确定支护排桩位置，随后进行钻孔作业，再将提前制好的钢筋笼安装到钻孔内，并放置注浆管，浇灌混凝土，待灌注桩混凝土达一定强度，人工对桩体的桩头进行破除直至桩头纵向钢筋露出达规范要求，重复以上步骤，将需要进行支护的基坑部位均以此方法设置桩体，形成连续的地下桩墙；步骤2，冠梁施工：待排桩施工完成后，桩头均破除露出纵向钢筋，此时设置一道连续冠梁于桩头处，冠梁采用现浇钢筋混凝土结构，在绑扎冠梁钢筋阶段，须将桩头外露纵向钢筋与冠梁钢筋设置锚固后支模浇筑冠梁混凝土，使排桩连接为一个整体结构；同时冠梁需在靠近基坑的内侧预留钢筋，用于随后与斜柱钢筋锚固连接；步骤3，土层开挖：首先确认开挖放坡角度，随后进行第一层开挖；步骤4，斜柱框格支护：第一土层开挖完成后，首先在基坑第一开挖层放坡坡脚处设置垫层，之后在垫层上对腰梁位置进行定位放线，进行第一层腰梁钢筋绑扎，需要注意的是腰梁钢筋同冠梁钢筋相同，需在靠近基坑的内侧下端预留锚固钢筋，用于下一开挖层的斜柱锚固连接；此时同时设置的还有用于支撑的斜柱框格，斜柱设置紧贴放坡面，呈v形依次倾斜排列布置，斜柱下端与第一层腰梁钢筋锚固连接，上端钢筋与冠梁下端预留钢筋锚固连接，随后对斜柱框格与腰梁整体支模浇筑；此时冠梁、斜柱与第一层腰梁组成了依次排列的三角形框格，形成了第一层基坑开挖放坡的支护体系；步骤5，脚梁施工：第二层土层开挖与支护方式同上，直至放坡开挖至最后一层；此时开挖已达到基坑底部，此时需在基坑底部持力层上机械开挖一道深度小于脚梁高度的基槽嵌岩，用于固定脚梁为脚梁及斜柱框格提供支撑，随后设置脚梁混凝土垫层，绑扎脚梁钢筋与最后一层基坑坡面斜柱钢筋，脚梁的下端无需再设置预留锚固钢筋，随后浇筑混凝土；步骤6，挂网喷砼面层施工：对三角形框格内的区域进行挂网喷砼，首先，钢筋在使用前需进行调直，依次绑扎为所需强度的钢筋网；喷砼时需首先对土壤进行一道基层喷砼，作为钢筋网垫层，避免钢筋直接与土壤接触造成钢筋生锈，之后设置垫块后放置钢筋网片，再对钢筋网进行第二道喷砼直至达到要求的厚度。
14.本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：1、与传统的锚杆式排桩支护相比，无需使用锚杆，避免了锚杆长度易超过施工范围红线的问题，适用施工场景更加广泛。2、与传统内支撑式排桩支护相比，无需在基坑内设置支撑梁，减小了对基坑内施工场地的占用，对基坑内施工影响较小，可有效提升施工进度，加快工期。3、与传统悬臂式支护或土钉墙支护相比，该结构整体性更强，抗荷载能力与对基坑的支护能力更好，能适用于悬臂式支护不适用的较深基坑。4、该结构施工工艺简单，施工材料常见，施工简易方便。
15.综上，采用本发明后，在基坑排桩支护工程施工过程中，在不使用锚杆固定与内支撑结构的情况下，可以对较深基坑边坡进行支护，既不会超出施工红线外进行操作，也不会过多占用基坑内空间，同时保障基坑边坡稳定性，防止基坑坍塌，施工简易方便，加快了施工进度，保障了基坑施工安全，适用于开挖至持力层的较深基坑开挖场景。
附图说明
16.图1为一种三角形框格支撑排桩基坑支护结构的剖面示意图；
图2为一种三角形框格支撑排桩基坑支护结构的一视角示意图；图3为一种三角形框格支撑排桩基坑支护结构的单根桩受力结构示意图；图4为一种三角形框格支撑排桩基坑支护结构的受力示意图；图5为一种三角形框格支撑排桩基坑支护结构土石方分层开挖第一层开挖时基坑支护示意图；图6为一种三角形框格支撑排桩基坑支护结构土石方分层开挖第二层开挖时基坑支护示意图；图7为一种三角形框格支撑排桩基坑支护结构土石方分层开挖第三层开挖时基坑支护示意图；图8为一种三角形框格支撑排桩基坑支护结构整体应用于基坑内示意图；附图标记说明：1桩体，2冠梁，3腰梁，31第一层腰梁，32第二层腰梁，4脚梁，5斜柱，6挂网喷砼面层，7排水沟，8截水沟，9土石层，91非持力层，92持力层，10垫层。
具体实施方式
17.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
18.参阅图1至图8，本实施方式一种三角形框格支撑排桩基坑支护结构，包括排桩体系和斜支撑体系。
19.排桩体系包括桩体1和冠梁2，冠梁2位于桩体1上部，由桩体1浇筑完成后破除桩头将外露桩纵向钢筋与冠梁2钢筋锚固后浇筑冠梁2混凝土；斜支撑体系，包括斜柱5、垫层10、腰梁3、脚梁4和挂网喷砼面层6，斜柱5在分层开挖土方时每一开挖层呈v形依次并排倾斜排列组成三角形框格，作为斜支撑结构，腰梁3位于每一开挖层底部与斜柱5钢筋锚固整体浇筑，垫层10位于所述腰梁3底部，脚梁4位于最后一开挖层内与斜柱5底端连接并置于嵌岩内，挂网喷砼面层6由钢筋网片与混凝土组成，钢筋网片锚固入周围斜柱5钢筋内，填补斜柱5之间的三角形空隙。
20.请再次参阅图1至图8，上述三角形框格支撑排桩基坑支护结构的施工方法如下：s1，排桩施工：首先对需要开挖的基坑部位进行放线定位，并在基坑放坡上口边线处确定支护排桩位置，在支护排桩外侧开挖砌筑截水沟8槽、泥浆池和沉清池；随后进行钻孔作业，钻孔方案可依照土石层9现场实际情况制定选用顺排法或跳桩法，如果现场土质为稳定性较好的岩土或风化岩可选用顺排法，此方法可减少机械移动，提高施工效率；如果现场土质为回填土或较松散的红粘土，为防止基坑坍塌则应选用跳桩法。随后准备钻孔机械，应确保钻杆垂直于地面，防止钻孔偏斜；钻孔机械在钻孔时，钻搅的泥浆或碎石应及时运输至泥浆池中；当钻孔至设计要求深度，即穿过非持力层91深入到持力层92时，则用清水进行洗孔，用注浆机将清水从孔底注入，使孔内的泥浆完全溢出，直至溢出全为清水则说明孔内泥浆已清洗干净。此时将提前制好的钢筋笼，使用人工或机械安装入钻孔内，此时需注意钢筋笼要竖直并落到孔底，钢筋笼不能触碰桩壁。随后安装注浆管，注浆管要落到孔底避免浇
筑高度过高造成混凝土离析，注浆时采用分段向上拔管；至灌注桩浇筑完成后，待灌注桩混凝土达一定强度，则可人工对灌注桩桩头进行破除直至桩头纵向钢筋露出达规范要求，此部分钢筋为与冠梁2钢筋锚固的钢筋；重复以上步骤，将需要进行支护的基坑部位均以此方法设置灌注桩（即桩体1），形成连续的地下桩墙。
21.s2，冠梁2施工：待排桩施工完成后，排桩头均破除露出纵向钢筋。此时设置一道连续冠梁2于桩头处，冠梁2采用现浇钢筋混凝土结构，在绑扎冠梁2钢筋阶段，须将桩头外露纵向钢筋与冠梁2钢筋设置锚固后支模浇筑冠梁2混凝土，使排桩连接为一个整体结构；同时冠梁2需在靠近基坑的内侧预留钢筋，用于随后与斜柱5钢筋锚固连接。
22.s3，土层开挖：再次参阅图5至图7；较深基坑的土壤通常采用分层开挖（以图示为例，采用三层开挖），首先确认开挖放坡角度，随后进行第一层开挖，基坑开挖选用机械开挖；由于此时已在基坑放坡设置排桩，此时排桩起到类似于悬臂式排桩作用，对外侧土壤荷载有一定抵抗能力，且分层开挖每次开挖深度不得超深度，故此时不会造成基坑坍塌。
23.s4，斜柱5框格支护：第一土层开挖完成后，首先在基坑第一开挖层放坡坡脚处设置一道素混凝土垫层10作为第一层腰梁31的垫层10，之后在垫层10上对腰梁3位置进行定位放线，进行第一层腰梁31钢筋绑扎，需要注意的是腰梁3钢筋同冠梁2钢筋相同，需在靠近基坑的内侧下端预留锚固钢筋，用于下一开挖层的斜柱5锚固连接；此时同时设置的还有用于支撑的斜柱5框格；此时参阅图5，斜柱5设置紧贴放坡面，呈v形依次倾斜排列布置，斜柱5下端与第一层腰梁31钢筋锚固连接，上端钢筋与冠梁2下端预留钢筋锚固连接，随后对斜柱5框格与腰梁3整体支模浇筑；此时冠梁2、斜柱5与第一层腰梁31组成了依次排列的三角形框格，形成了第一层基坑开挖放坡的支护体系。
24.s5，脚梁4施工：第二层土层开挖与支护方式同上，直至放坡开挖至最后一层（本实施例中，腰梁3由第一层腰梁31和第二层腰梁32组成）；此时开挖已达到基坑底部，此时需在基坑底部持力层92上机械开挖一道深度小于脚梁4高度的基槽嵌岩，用于固定脚梁4为脚梁4及斜柱5框格提供支撑，随后设置脚梁4混凝土垫层10，绑扎脚梁4钢筋与最后一层基坑坡面斜柱5钢筋，脚梁4的下端无需再设置预留锚固钢筋，随后浇筑混凝土，并于脚梁4内侧边缘基坑底开挖并砌筑排水沟7。
25.s6，挂网喷砼面层6施工：此时冠梁2、腰梁3、脚梁4和斜柱5组成了许多依次倾斜排列的三角形框格，框格内的土层裸露在外；需对三角形框格内的区域进行挂网喷砼，首先，钢筋在使用前需进行调直，依次绑扎为所需强度的钢筋网；喷砼时需首先对土壤进行一道基层喷砼，作为钢筋网垫层10，避免钢筋直接与土壤接触造成钢筋生锈，之后设置垫块后放置钢筋网片，再对钢筋网进行第二道喷砼直至达到要求的厚度，在挂网喷桶面层与梁（冠梁2、腰梁3、脚梁4）和斜柱5交接的位置，须做一个喷砼的加强层用以确保结构的连接性与整体性。
26.此时整体支护结构就已完成，再次参阅图3与图4；排桩的下部桩体1均深入持力层92，两根斜柱5与脚梁4形成一个三角形，斜柱5、桩与地面同样形成一个三角形，因此该结构在此时同样拥有良好的稳定性；排桩外侧的土壤给予排桩一个向内的荷载，而排桩靠基坑的内侧在斜柱5底部有一个未开挖的三角土石区域，该区域的土壤同样给予排桩一个向外的荷载，能够抵消一部分的外侧荷载；同时由于斜柱5底部固定脚梁4于持力层92嵌岩内，斜柱5为钢筋混凝土结构，而混凝土属于良好的抗压材料，反向给予桩体1一个斜向上的支持
力，能有效抵抗外部土壤荷载；大部分的基坑外侧土壤荷载由排桩承担，少部分的基坑外侧土壤荷载与斜柱5下部土壤荷载由斜柱5与挂网喷砼面层6承担。此时也可将排桩、斜柱5、梁（冠梁2、腰梁3、脚梁4）、挂网喷砼面层6、斜柱5底部的三角形土石区域、持力层92视为一个整体，形成一个拥有一定自重的、锚入持力层92地面的三角形挡墙结构，形成有效的支护避免基坑的垮塌。与现有技术相比，本发明具有以下优点：1、与传统的锚杆式排桩支护相比，无需使用锚杆，避免了锚杆长度易超过施工范围红线的问题，适用施工场景更加广泛。2、与传统内支撑式排桩支护相比，无需在基坑内设置支撑梁，减小了对基坑内施工场地的占用，对基坑内施工影响较小，可有效提升施工进度，加快工期。3、与传统悬臂式支护或土钉墙支护相比，该结构整体性更强，抗荷载能力与对基坑的支护能力更好，能适用于悬臂式支护不适用的较深基坑。4、该结构施工工艺简单，施工材料常见，施工简易方便。
27.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种三角形框格支撑排桩基坑支护结构，其特征在于，包括：排桩体系，包括桩体（1）和冠梁（2），所述冠梁（2）连接在所述桩体（1）的顶部；斜支撑体系，包括斜柱（5）、腰梁（3）、脚梁（4）和挂网喷砼面层（6），所述斜柱（5）在由上至下分层开挖土石方时每一开挖层呈v形依次并排倾斜排列组成三角形框格，所述斜柱（5）的顶部与所述桩体（1）连接，所述腰梁（3）位于每一开挖层底部并连接所述斜柱（5）的底部，所述脚梁（4）位于最后一开挖层内且与所述斜柱（5）底端连接置于嵌岩内，所述挂网喷砼面层（6）填补在所述三角形框格内。2.根据权利要求1所述的三角形框格支撑排桩基坑支护结构，其特征在于，所述冠梁（2）位于所述桩体（1）上端，在所述桩体（1）浇筑完成后破除桩头凿出钢筋后与所述冠梁（2）钢筋锚固并浇筑。3.根据权利要求1所述的三角形框格支撑排桩基坑支护结构，其特征在于，所述桩体（1）依照放线定位依次沿基坑放坡上口排列布置。4.根据权利要求1所述的三角形框格支撑排桩基坑支护结构，其特征在于，所述桩体（1）的下部桩身深入到持力层（92）内，确保所述桩体（1）受力。5.根据权利要求1所述的三角形框格支撑排桩基坑支护结构，其特征在于，所述冠梁（2）的下部预留钢筋锚固入所述斜柱（5）钢筋上端。6.根据权利要求1所述的三角形框格支撑排桩基坑支护结构，其特征在于，所述腰梁（3）的底部设有垫层（10），且所述腰梁（3）的下部预留钢筋锚固入所述斜柱（5）钢筋上端。7.根据权利要求1所述的三角形框格支撑排桩基坑支护结构，其特征在于，所述脚梁（4）位于最后一开挖层内与所述斜柱（5）底端钢筋锚固浇筑置于嵌岩内。8.根据权利要求1所述的三角形框格支撑排桩基坑支护结构，其特征在于，所述挂网喷砼面层（6）内设有钢筋网。9.根据权利要求1所述的三角形框格支撑排桩基坑支护结构，其特征在于，所述基坑放坡上部坡口设有截水沟（8），基坑放坡下部坡脚设有排水沟（7）。10.如权利要求1至9任一项所述的三角形框格支撑排桩基坑支护结构的施工方法，其特征在于，包括：步骤1，排桩施工：首先对需要开挖的基坑部位进行放线定位，并在基坑放坡上口边线处确定支护排桩位置，随后进行钻孔作业，再将提前制好的钢筋笼安装到钻孔内，并放置注浆管，浇灌混凝土，待灌注桩混凝土达一定强度，人工对桩体（1）的桩头进行破除直至桩头纵向钢筋露出达规范要求，重复以上步骤，将需要进行支护的基坑部位均以此方法设置桩体（1），形成连续的地下桩墙；步骤2，冠梁施工：待排桩施工完成后，桩头均破除露出纵向钢筋，此时设置一道连续冠梁（2）于桩头处，冠梁（2）采用现浇钢筋混凝土结构，在绑扎冠梁（2）钢筋阶段，须将桩头外露纵向钢筋与冠梁（2）钢筋设置锚固后支模浇筑冠梁（2）混凝土，使排桩连接为一个整体结构；同时冠梁（2）需在靠近基坑的内侧预留钢筋，用于随后与斜柱（5）钢筋锚固连接；步骤3，土层开挖：首先确认开挖放坡角度，随后进行第一层开挖；步骤4，斜柱框格支护：第一土层开挖完成后，首先在基坑第一开挖层放坡坡脚处设置垫层（10），之后在垫层（10）上对腰梁（3）位置进行定位放线，进行第一层腰梁（31）钢筋绑扎，需要注意的是腰梁（3）钢筋同冠梁（2）钢筋相同，需在靠近基坑的内侧下端预留锚固钢
筋，用于下一开挖层的斜柱（5）锚固连接；此时同时设置的还有用于支撑的斜柱（5）框格，斜柱（5）设置紧贴放坡面，呈v形依次倾斜排列布置，斜柱（5）下端与第一层腰梁（31）钢筋锚固连接，上端钢筋与冠梁（2）下端预留钢筋锚固连接，随后对斜柱（5）框格与腰梁（3）整体支模浇筑；此时冠梁（2）、斜柱（5）与第一层腰梁（31）组成了依次排列的三角形框格，形成了第一层基坑开挖放坡的支护体系；步骤5，脚梁施工：第二层土层开挖与支护方式同上，直至放坡开挖至最后一层；此时开挖已达到基坑底部，此时需在基坑底部持力层（92）上机械开挖一道深度小于脚梁（4）高度的基槽嵌岩，用于固定脚梁（4）为脚梁（4）及斜柱（5）框格提供支撑，随后设置脚梁（4）混凝土垫层（10），绑扎脚梁（4）钢筋与最后一层基坑坡面斜柱（5）钢筋，脚梁（4）的下端无需再设置预留锚固钢筋，随后浇筑混凝土；步骤6，挂网喷砼面层施工：对三角形框格内的区域进行挂网喷砼，首先，钢筋在使用前需进行调直，依次绑扎为所需强度的钢筋网；喷砼时需首先对土壤进行一道基层喷砼，作为钢筋网垫层（10），避免钢筋直接与土壤接触造成钢筋生锈，之后设置垫块后放置钢筋网片，再对钢筋网进行第二道喷砼直至达到要求的厚度。

技术总结
本发明公开了一种三角形框格支撑排桩基坑支护结构及其施工方法，支护结构包括：排桩体系，包括桩体和冠梁，冠梁连接在桩体的顶部；斜支撑体系，包括斜柱、腰梁、脚梁和挂网喷砼面层，斜柱在由上至下分层开挖土石方时每一开挖层呈V形依次并排倾斜排列组成三角形框格，斜柱的顶部与桩体连接，腰梁位于每一开挖层底部并连接斜柱的底部，脚梁位于最后一开挖层内且与斜柱底端连接置于嵌岩内，挂网喷砼面层填补在三角形框格内。在不使用锚杆固定与不使用内支撑结构的情况下，本发明能对较深基坑边坡进行支护，既不会超出施工范围红线外进行操作，也不会过多占用基坑内空间影响基坑内施工，同时保障基坑边坡稳定性，防止基坑坍塌，施工简易方便。易方便。易方便。


技术研发人员：张正财 高学锋 周昌林 饶宇宽 何昶立 杨通勤 汤智望 戴维
受保护的技术使用者：中铁五局集团有限公司
技术研发日：2023.07.19
技术公布日：2023/10/15