一种深基坑斜支撑支护结构及施工方法[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 112252331 A(43)申请公布日 2021.01.22

(21)申请号 202010891987.6(22)申请日 2020.08.28

(71)申请人 河海大学

地址 210024 江苏省南京市鼓楼区西康路1

号

申请人 水利部交通运输部国家能源局南京

水利科学研究院　

杭州京杭运河二通道建设投资有限公司　

南京瑞迪建设科技有限公司(72)发明人 杨文帅　李继才　郦纲　楼伟中　

龚政　余杰　陈秀瑛　李先月　孙阳　吴腾　(74)专利代理机构 南京苏高专利商标事务所

(普通合伙) 32204

代理人 苏虹(54)发明名称

一种深基坑斜支撑支护结构及施工方法(57)摘要

本发明公开了一种深基坑斜支撑支护结构及施工方法，包括斜撑、主桩和底板，主桩设于深基坑两侧，斜撑位于主桩的近土侧，斜撑穿过主桩并与其相连接，底板位于主桩的远土侧，且斜撑、主桩和底板连接成整体。本发明在非事先开挖的情况下，采用顶管顶进技术对深基坑钢管斜支撑进行安装，本发明应用范围广，可适用于不同种类的斜撑支护体系、不同深度的深基坑，且可适用于软土或入富水软土层，可穿越公路、铁路、河流、地面建筑物进行地下管道施工。

(51)Int.Cl.

E02D 17/04(2006.01)E02D 15/08(2006.01)

权利要求书1页 说明书5页 附图4页

CN 112252331 ACN 112252331 A

权　利　要　求　书

1/1页

1.一种深基坑斜支撑支护结构，其特征在于：包括斜撑、主桩和底板，主桩设于深基坑两侧，斜撑位于主桩的近土侧，斜撑穿过主桩并与其相连接，底板位于主桩的远土侧，且斜撑、主桩和底板连接成整体。

2.根据权利要求1所述的深基坑斜支撑支护结构，其特征在于：所述主桩设有供斜撑前端部通过的预留孔，预留孔上下两侧设有加强筋。

3.根据权利要求1所述的深基坑斜支撑支护结构，其特征在于：所述斜撑与水平面的倾斜角度为0～45°。

4.根据权利要求1所述的深基坑斜支撑支护结构，其特征在于：所述深基坑的深度为5～40m。

5.根据权利要求1所述的深基坑斜支撑支护结构，其特征在于：斜撑的前端表面设有螺纹，主桩的远土侧设有预制螺母，所述斜撑和主桩通过预制螺母螺旋连接。

6.根据权利要求1所述的深基坑斜支撑支护结构的施工方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)基坑两侧主桩和横撑的施工；(2)顶管机稳定结构的施工；(3)斜撑的施工：利用顶管机在主桩的近土侧顶进斜撑，斜撑穿过主桩，在主桩的远土侧完成斜撑和主桩的安装固定；

(4)浇筑底板与斜撑，使斜撑、围护主桩、底板连接成整体。7.根据权利要求6所述的施工方法，其特征在于：所述步骤(3)，顶管机顶进过程中，配合实时测量系统以实现斜撑的精确定位。

8.根据权利要求6所述的施工方法，其特征在于：所述步骤(1)包括分层开挖主桩和横撑的区域，并将横撑与主桩固定连接。

9.根据权利要求6所述的施工方法，其特征在于：所述步骤(2)包括设置顶管机稳定结构，所述稳定结构包括板桩墙、拉杆和锚碇桩，通过拉杆将顶管机斜向放置产生的斜向分荷载从板桩墙传递至锚定桩。

10.根据权利要求6所述的施工方法，其特征在于：所述步骤(3)中，斜撑的管径为50～300mm。

2

CN 112252331 A

说　明　书

一种深基坑斜支撑支护结构及施工方法

1/5页

技术领域

[0001]本发明涉及支护结构及其施工方法，特别是涉及一种深基坑斜支撑支护结构及施工方法。

背景技术

[0002]目前，基坑工程存在着一些问题，主要表现为三个方面：一是基坑工程的开挖面积比较大；二是基坑工程的开挖深度比较深；三是基坑工程的周边环境需要保护。这三个问题都对基坑技术提出了更高的要求。在基坑工程中，需要考虑安全性、可操作性和经济性等诸多因素，如果在基坑工程中只是采用单一的支护形式就很难到达技术要求。所以比较理想的方式是选择不同的支护形式进行组合。不同的支护具有不同的优点，支护组合可以更好提升支护的总体水平，而在支护组合当中往往需要用到斜支撑。[0003]深基坑斜撑支护体系是一项复杂的工程，包括诸多的工艺环节，其中最重要的是坑内斜支撑工艺流程。目前坑内斜支撑工艺流程主要包括6个，分别是放样工艺、加工钢梁工艺、挖土工艺、钢梁校正就位工艺、预加应力工艺和焊接工艺。在施工过程中，核心环节有三个，分别是加工钢梁、斜撑土方开挖和斜撑校正。

[0004]目前斜撑安装的方法主要是根据事前设计好的图纸进行斜撑土方开挖。在斜撑校正环节中，吊送斜撑时需要使用到吊车，再借助临时钢管架的作用将搭设好的斜撑进行固定和校正。这种方法需要事先大面积开挖土方，并且需要人为操作吊车对斜撑进行固定和校正，耗费大量人力物力，施工周期长且斜撑安装的精度难以控制，误差较大。发明内容

[0005]发明目的：本发明的目的之一是提供一种深基坑斜支撑支护结构，该结构避免了大面积土方的开挖，施工简易，且斜撑安装精度高；本发明的目的之二是提供一种深基坑斜支撑支护结构的施工方法。[0006]技术方案：本发明所述的一种深基坑斜支撑支护结构，包括斜撑、主桩和底板，主桩设于深基坑两侧，斜撑位于主桩的近土侧，斜撑穿过主桩并与其相连接，底板位于主桩的远土侧，且斜撑、主桩和底板连接成整体。可选的，斜撑和主桩采用钢结构。[0007]优选地，所述主桩设有供斜撑前端部通过的预留孔，预留孔上下两侧设有加强筋。[0008]优选地，所述斜撑与水平面的倾斜角度为0～45°。[0009]优选地，所述深基坑的深度为5～40m。[0010]优选地，斜撑的前端表面设有螺纹，主桩的远土侧设有预制螺母，所述斜撑和主桩螺纹连接。即斜撑和主桩通过预制螺母螺旋连接。

[0011]本发明还提供了一种深基坑钢管斜支撑支护结构的施工方法，包括如下步骤：[0012](1)基坑两侧主桩和横撑的施工；[0013](2)顶管机稳定结构的施工；[0014](3)斜撑的施工：利用顶管机在主桩的近土侧顶进斜撑，斜撑穿过主桩，在主桩的

3

CN 112252331 A

说　明　书

2/5页

远土侧完成斜撑和主桩的安装固定；[0015](4)浇筑底板与斜撑，使斜撑、围护主桩、底板连接成整体。[0016]其中，步骤(3)中，顶管机顶进过程中，配合实时测量系统以实现斜撑的精确定位。[0017]步骤(1)包括分层开挖主桩和横撑的区域，并将横撑与主桩固定连接。[0018]步骤(2)包括设置顶管机稳定结构，所述稳定结构包括板桩墙、拉杆和锚碇桩，通过拉杆将顶管机斜向放置产生的斜向分荷载从板桩墙传递至锚定桩。[0019]步骤(3)中，斜撑的管径为50～300mm。[0020]本发明支护结构的施工，在非事先开挖的情况下，采用顶管顶进技术对深基坑钢管斜支撑进行安装，其具有对安装过程进行实时检测校正的功能。[0021]斜撑的施工安装包括以下步骤：[0022](1)放样复核；[0023](2)加工钢结构斜撑：其中，钢结构斜撑取管径较小、长度较短的微型钢管；[0024](3)井施工；[0025](4)顶管设备以及地面辅助设备安装；[0026]其中，设备安装主要包括后座导轨安装、顶管机吊装、液压系统和千斤顶安装、泥水循环系统安装、触变泥浆系统安装、测量系统安装、激光导向系统安装、照明通风系统安装。同时，为了稳定顶管机，保证顶管机可在一定倾斜角度下正常工作，设立由板桩墙、拉杆以及锚碇桩组成的顶管机稳定结构。该结构通过拉杆把顶管机斜向放置产生的斜向分荷载从板桩墙传递至锚定桩。[0027](5)设备调试，工作台、应用后台检测；[0028]应用后台所获取的施工数据，可以结合应用后台所生成的施工图，建立三维模型，对施工过程进行实时检测和模拟，以便尽早的发现问题。[0029](6)顶管始发；[0030](7)下放管节、接管；[0031](8)正常顶进测量、激光导向仪及顶管方向全液压纠偏；[0032]在施工过程中利用激光导向仪及顶管方向全液压纠偏；该装置可以测量掘进机在顶进过程中方位偏离情况，并在指示屏上表达出来，当掘进机产生方位偏离时，电子仪器将会自动通知液压纠偏系统，并“指令”它作相应的自动作；液压纠偏系统负责纠正掘进机的方位偏离直至将掘进机拉回到正确轨道上为止。因此，在顶管施工的过程中可以做到实时纠偏，从而减小最终的误差。[0033](9)顶管接收；[0034](10)顶管机出洞；[0035](11)斜撑与主桩连接。

[0036]斜撑与主桩连接是通过将预制好的端部直径较小，且有螺纹结构的斜撑斜向插入在主桩上的预留孔洞中，然后在主桩后部与预制的螺母连接，将斜撑部分与主桩连接成整体，从而形成完整的深基坑支护体系。同时，预留孔洞上下两侧设有加配钢筋，以保证主桩刚度。

[0037]有益效果：与现有技术相比，本发明创新性地采用在非事先开挖的情况下，采用顶管顶进技术对深基坑钢管斜支撑进行安装，并克服顶管机作业过程中的稳定性问题；其具

4

CN 112252331 A

说　明　书

3/5页

有对安装过程进行实时检测校正的功能，省去了人为操作吊车对斜撑进行固定和校正的环节，减少了因人为误差影响施工质量的情况发生，同时不需要大面积开挖土方，减少了人力物力。

[0038]本发明用顶管顶进技术安装深基坑钢管斜支撑的方法，利用顶管顶进的暗挖式施工技术，在不用大面积开挖土方的情况下，将预制的钢管斜撑通过传力顶铁和导向轨道，用支承于基坑后座上的液压千斤顶压入土层中，同时挖除并运走管正面的泥土；随着千斤顶的不断工作，最终将斜撑完全顶入地下。

[0039]本发明在顶管施工的过程中可以做到实时纠偏，减小误差，使斜撑精确的到达指定位置；并通过预制的螺母以及斜撑，通过较为简便的螺栓连接方法，将钢结构斜撑与主桩连接为一个整体，施工简易，且后期拆撑较为方便。[0040]本发明应用范围广，可适用于不同种类的斜撑支护体系、不同深度的深基坑，且可适用于软土或入富水软土层，可穿越公路、铁路、河流、地面建筑物进行地下管道施工。附图说明

[0041]图1深基坑斜撑施工示意图；

[0042]图2是钢结构斜撑与主桩连接示意图；[0043]图3预制螺母示意图；

[0044]图4是顶管机工作的示意图；[0045]图5是顶管机稳定结构的示意图；

[0046]图6用顶管顶进技术安装深基坑钢管斜支撑工艺流程图；[0047]图7激光导向、液压纠偏工作程序示意图。[0048]图中：1、钢结构斜撑；2、主桩；3、横撑；4、底板；5、机坑导轨；6、顶镐；7、激光经纬仪；8、后背铁；9、顶铁；10、钢管管节；11、止水圈；12、土车；13、操作台；14、光靶；15、机头；16、板桩结构；17、拉杆；18、锚碇桩结构；19、加强筋；20、预制螺母。具体实施方式

[0049]下面结合实施例对本发明进一步地详细描述。[0050]本实施例的深基坑主要采用钻孔围护主桩、上下两道内横撑、一道外横撑、一道钢结构斜撑以及一道锚梁的支护形式。以开槽支撑，先撑后挖的原则，并做到分层、分段、均匀、对称开挖，同时做好基坑内临时排水，确保基坑内部排水。[0051]如图1所示，本实施例的深基坑钢管斜支撑支护结构，包括钢结构斜撑1、主桩2和底板4，主桩设于深基坑两侧，斜撑1位于主桩2的近土侧，即如图1中主桩的左右两侧的斜撑1，斜撑1穿过主桩并与其相连接，底板4位于主桩2的远土侧，且斜撑、主桩和底板连接成整体。本实施例中斜撑与水平面的倾斜角度约为30°，所需开设的深基坑深度约为10m。[0052]横撑3连接围护主桩2形成整体，主桩2采用矩形断面钢结构型式，斜撑1与横撑3采用钢结构圆管型式。最外侧钻孔桩的桩长为30m，基坑内横撑钻孔桩的桩长为28m；坑外设置两排桩长18m的

双轴搅拌桩止水帷幕(搭接15cm)，水泥掺量不小于15％，在

中间排围护桩外侧设置拉森钢板桩，形成止水帷幕，坑内设置采用格构式70cm@55cm双轴搅拌桩地基加固(搭接15cm)，水泥掺量不小于15％。

5

CN 112252331 A[0053]

说　明　书

4/5页

如图2、3所示，主桩2设有供斜撑前端部通过的预留孔，斜撑穿过主桩的预留孔，预

留孔上下两侧设有加强筋19，斜撑的前端表面设有螺纹，主桩的远土侧(即图2中的右侧)设有预制螺母20，所述斜撑和主桩螺纹连接。[0054]本实施例的支护结构施工总流程为：基坑支护钻孔桩、止水帷幕及地基加固桩→止水拉森钢板桩→基坑监测→横撑(第一道内撑、外横撑及第二道内撑)施工→两侧开挖、底板施工，同时施工拉森钢板桩支护施工斜撑→深基坑开挖→施工纵、横、斜锚梁→防撞挡墙和拆除横撑及回填施工，并做好基坑内临时排水。[0055]其中，基坑降水主要采用集水井明排降水，在整个施工期间做好坑内排水，确保基坑内不积水，地表水的工作。分层、分段、均匀开挖两侧主桩的基坑土方，对斜撑1、两侧基坑底板进行施工；施工完成后分层开挖主桩区域的基坑，完成基坑锚梁施工，使横撑3与围护主桩2、斜撑1连接整体；支护体系转换后凿出除多余横撑3、围护主桩2。[0056]具体包括如下步骤：[0057](1)基坑两侧主桩和横撑的施工，包括分层、分段、均匀开挖主桩和横撑的基坑区域，并将横撑与主桩固定连接。[0058]首先，进行第一阶段土方开挖及第一道支撑(砼横撑)施工，第一阶段开挖主要是破除钻孔灌注超灌部分桩头，调直钢筋并绑扎，立模浇筑砼冠梁及砼内外横撑；后进行第二阶段土方开挖及第二道内横撑施工，将横撑主筋钢筋与围护桩主筋焊接，整平地面，绑扎钢筋，立模板，现浇砼支撑砼。[0059](2)顶管机稳定结构的施工，所述稳定结构包括板桩墙、拉杆和锚碇桩，通过拉杆将顶管机斜向放置产生的斜向分荷载从板桩墙传递至锚定桩。[0060](3)斜撑的施工：利用顶管机在主桩的近土侧顶进斜撑，斜撑穿过主桩，在主桩的远土侧完成斜撑和主桩的安装固定；顶管机顶进过程中，配合实时测量系统以实现斜撑的精确定位。[0061](4)浇筑底板与斜撑，使斜撑、围护桩、底板连接成整体。当开挖至设计标高人工紧随凿除围护钻孔灌注桩保护层砼并清洗截面，将斜撑、围护主桩、底板主筋钢筋与围护主桩钢筋焊接，整平地面，绑扎钢筋，立模板，现浇底板及斜撑砼。[0062]其中，上述钢结构斜撑的安装方法如图6所示，包括如下步骤：[0063]步骤一、放样复核；[0064]步骤二、加工钢结构斜撑1；加工的钢结构斜撑1取管径较小、长度较短的微型钢管。管径可取为100mm、200mm、300mm，管长可取为2.5m、5m、10m。[0065]步骤三、井施工；打设轻型井点，采用反铲挖土机进行基坑开挖，砂垫层和素混凝土垫层施工，沉井分节制作、分次下沉、排水挖干、沉井干封底和底板浇筑，以完成接收井开挖工作。

[0066]步骤四、顶管设备以及地面辅助设备安装；顶管设备为现有的设备，所需设备型号可根据实际施工需求进行选取，在此不详细赘述。设备安装主要包括后座导轨、顶管机吊装、液压系统、顶进系统、泥水循环系统、触变泥浆系统、测量系统和照明通风系统；后座导轨包括机坑导轨5和后背铁8，顶进系统包括顶镐6和顶铁9，钢管管节10由顶进系统顶进，测量系统包括激光导向仪7和光靶14，测量系统中激光导向仪7与光靶14均位于顶进机机头15中轴线上；同时为防止水分渗入还应设置止水圈11，止水圈11位于顶管机两侧，在顶进过程

6

CN 112252331 A

说　明　书

5/5页

中所产生土方由土车12运出。[0067]同时，由于顶管机工作时具有一定的倾斜角度，因此为稳定顶管机，设立由板桩墙结构16、拉杆17以及锚碇桩18组成的顶管机稳定结构，如图3所示。板桩墙16、拉杆17以及锚碇桩18均固定于事先回填好的土方上；板桩墙16安装完毕后，设置拉杆沿着回填土土方的坡体表面与板桩墙16相连，拉杆17尾端固定在锚碇桩18上；锚碇桩18深入回填土土方中。该稳定结构保证顶管机可在一定倾斜角度下(与水平面呈0～45°倾斜角度下)正常工作。该结构通过拉杆17把顶管机斜向放置产生的斜向分荷载由板桩墙16传递至锚定桩18，解决了顶管机的稳定问题。[0068]步骤五、设备调试，操作台13以及应用后台检测；应用后台所获取的施工数据，可以结合应用后台所生成的施工图，建立三维模型，对施工过程进行实时检测和模拟，以便尽早的发现问题。[0069]步骤六、顶管始发；[0070]步骤七、下放管节、接管；[0071]步骤八、正常顶进测量、激光导向仪及顶管方向全液压纠偏；如图7所示，激光导向仪7可以通过发射激光测量掘进机在顶进过程中方位偏离情况，并在指示屏上显示，当掘进机产生方位偏离时，电子仪器将会自动通知液压纠偏系统，并“指令”其作相应的自动作；液压纠偏系统负责纠正掘进机的方位偏离直至将掘进机拉回到正确轨道上为止。所以，在顶管施工的过程中可以做到实时纠偏，从而减小最终的误差。[0072]步骤九、顶管接收；[0073]步骤十、顶管机出洞；[0074]步骤十一、斜撑与主桩连接；[0075]采用本发明中的支护结构，由于斜撑与主桩连接处被泥土充满，因此无法直接通过斜向焊接的方式将斜撑与主桩连接成整体；本发明采用新型的连接方式：通过将预制好的、端部直径较小且有螺纹结构的钢结构斜撑1斜向插入在主桩2上的预留孔洞中，继而在主桩2的开挖侧与预制的预制螺母20螺旋连接，将钢结构斜撑1部分与主桩2连接成整体，再与底板整浇后形成完整的深基坑支护体系。[0076]其中，主桩2采用矩形钢管结构型式。同时，为防止因在主桩2上预留孔洞而导致主桩刚度降低的情况发生，在预留孔洞上下两侧加配加强筋19。[0077]当深基坑斜支撑支护结构施工完成后，开挖两侧主桩之间深基坑，浇筑纵、横、斜锚梁、完成深基坑底部的铺砌；浇筑防撞挡墙，同时凿除钢筋混凝土横撑，凿除横撑支护结构时主体结构混凝土达到设计强度值。

7

CN 112252331 A

说　明　书　附　图

1/4页

图1

图2

图3

8

CN 112252331 A

说　明　书　附　图

2/4页

图4

图5

9

CN 112252331 A

说　明　书　附　图

3/4页

图6

10

CN 112252331 A

说　明　书　附　图

4/4页

图7

11