CN110924433A - 上软下硬岩石地层中地铁基坑吊脚桩围护结构的设计方法 - Google Patents

Abstract

上软下硬岩石地层中地铁基坑吊脚桩围护结构的设计方法。本发明涉及地下建筑工程建造技术领域；具体涉及在上软下硬的风化岩石地层，开挖建造地下地铁车站中，采用基坑围护结构设计的方法。本发明是在上部软弱的岩层中采用刚度大的大直径的钻孔灌注桩进行围护，下部坚硬强度大的微风化流纹岩层，变形小，施工大直径钻孔较难，因此采用直径小的容易施工的钢管桩，并将两种桩形成有效的连接。该发明解决了上软下硬的风化岩石地层中围护桩施工困难的问题；解决了基坑上下不连续两种桩型的有效连接问题；解决了上部钻孔灌注桩与下部钢管桩连接，对桩脚采用锚索进行锁定，防止上部钻孔灌注桩倾倒失稳的问题。

Description

上软下硬岩石地层中地铁基坑吊脚桩围护结构的设计方法

技术领域

本发明涉及地下建筑工程建造技术领域；具体涉及在上软下硬的风化岩石地层，开挖建造地下地铁车站中，采用基坑围护结构设计的方法。

背景技术

随着城市的发展及轨道交通的建设，越来越多城市修建地铁。对于地下岩层发育的城市，例如青岛、深圳、厦门、重庆等城市，由于地下岩层上部受到风化的影响，岩层强度低，下部风化影响小的微风化岩强度高，形成上软下硬的地层。在上软下硬的风化岩层中开挖地铁基坑，如果采用钻孔灌注桩一桩到底，在中风化和微风化流纹岩层中成孔非常困难，施工缓慢，施工成本巨大，延误工期。但是如果采用施工容易的钢管桩一桩到底，上部强风化流纹岩层强度低，变形大，钢管桩刚度小，抵抗基坑变形能力差，基坑开挖风险大。在不得已情况下，针对上部强风化流纹岩层强度低，变形大，需要刚度大的钻孔灌注桩进行围护，且强风化流纹岩层中施工大直径的钻孔灌注桩也非常容易，因此在上部强度低的强风化流纹岩层采用刚度大的钻孔灌注桩；下部中风化和微风化流纹岩层岩石强度大，基坑变形小，采用大直径的钻孔灌注桩成孔困难，且也造成不必要的浪费，而采用小直径的刚度小的钢管桩施工容易，能够满足基坑围护结构刚度需要，节省了费用。但由于在基坑竖向上采用两种不同类型的桩，造成上下两种桩竖向上不连续，基坑开挖到上部钻孔灌注桩底时候，会造成上部桩倾倒失稳，因此必须将两种桩进行有效连接，且上部钻孔灌注桩不会在基坑开挖到上部桩底时候倾倒失稳，因此在钢管桩顶与钻孔灌注桩距离底部2m位置浇筑锁脚腰梁，2m的桩脚作为***中风化流纹岩层锚固段，并在锁脚腰梁处打设锚索，将上部钻孔灌注桩的桩脚和钢管桩桩顶进行锁定，使得上部钻孔灌注桩与下部钢管桩进行有效连接形成吊脚桩。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种上软下硬岩石地层中地铁基坑吊脚桩围护结构的设计方法，解决了现有技术中存在的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种上软下硬岩石地层中地铁基坑吊脚桩围护结构的设计方法，包括如下步骤：

1)平整场地，在基坑周向施工钻孔灌注桩，所述钻孔灌注桩穿过杂填土层、强风化流纹岩层，打入中风化流纹岩层至少2m作为嵌固端；

2)施工冠梁、挡墙以及集水坑，开挖基坑到第一道钢支撑以下，架设所述第一道钢支撑；

3)继续开挖基坑到中风化流纹岩层以下，施工钢管桩，所述钢管桩打入车站基坑底以下2.5m作为嵌固；然后浇筑锁脚腰梁，通过所述锁脚腰梁将钢管桩与所述钻孔灌注桩连接锚固在一起，并打设锁脚预应力锚索，通过所述预应力锚索锁住钻孔灌注桩的桩脚与所述钢管桩的桩顶；

4)继续***开挖基坑到第一道锚杆以下，打设所述第一道锚杆，挂网锚喷基坑侧壁，依次循环开挖基坑和打设锚杆、锚喷，直到***开挖基坑底到车站底板位置以下；

5)铺设车站底板和侧墙防水层浇筑车站底板，然后依次浇筑车站主体侧墙、结构柱、楼板和顶板；

6)铺设车站顶板防水层，基坑回填，拆除第一道撑，恢复路面，最后浇筑车站内部二次结构站台，完成结构施工。

作为一种进一步的技术方案，步骤1)中所述钻孔灌注桩打入中风化流纹岩层内至少2m以上，且钻孔灌注桩的直径为0.8mm，水平间距为1.4m。

作为一种进一步的技术方案，步骤2)中开挖基坑到第一道钢支撑以下0.5m，且所述第一道钢支撑的直径为0.609m，水平间距为6m。

作为一种进一步的技术方案，步骤3)中继续开挖基坑至少到所述中风化流纹岩层2m以下，之后再施工所述钢管桩；钢管桩的直径为146mm，间距为1m；钢管桩进入微风化流纹岩层至少2.5m以下；然后浇筑所述锁脚腰梁。

作为一种进一步的技术方案，步骤3)中所述预应力锚索采用型号为7Φs15.2的预应力钢绞线，即7丝一束，直径为15.2mm有粘结钢绞线，其抗拉强度标准值fpk＝1860MPa，预应力锚索采用桩间布置的形式，即二桩一锚。

作为一种进一步的技术方案，步骤4)中所述锚杆采用直径25mm的螺纹钢筋，锚杆间距为2m；所述挂网锚喷基坑侧壁厚100mm。

采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

1、解决了风化岩层，上软下硬的风化岩石地层中开挖基坑围护结构设计问题。如果采用单一钻孔灌注桩一桩到底，进入中风化流纹岩层施工速度慢，微风化流纹岩层成桩困难问题；

2、风化岩石地区地铁车站基坑岩层上软下硬，两种不同类型围护桩在基坑深度上不连续，解决了两种桩型的有效连接和锚固问题，即将上部钻孔灌注桩的桩脚和钢管桩桩顶进行锁定，使得上部钻孔灌注桩与下部钢管桩进行有效连接形成吊脚桩，防止上部钻孔灌注桩倾倒失稳的问题。

3、上软下硬岩层中采用大直径钻孔灌注桩+直径小的钢管桩相结合，使得施工容易，缩短了工期，节省了投资费用，具有广阔的经济效益和社会效益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例步骤1的施工结构示意图；

图2是本发明实施例步骤2的施工结构示意图；

图3是本发明实施例步骤3的施工结构示意图；

图4是本发明实施例步骤4的施工结构示意图；

图5是本发明实施例步骤5的施工结构示意图；

图6是本发明实施例步骤6的施工结构示意图；

图标：1-杂填土层；2-强风化流纹岩层；3-中风化流纹岩层；4-微风化流纹岩层；5-场地；6-钻孔灌注桩；7-冠梁；8-基坑；9-第一道钢支撑；10-基坑；11-钢管桩；12-锁脚腰梁；13-预应力锚索；14-锚杆；15-锚喷基坑侧壁；16-基坑底；17-车站底板；18-车站主体侧墙；19-结构柱；20-楼板；21-顶板；22-车站顶板防水层；23-回填；24-车站站台结构。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

结合图1至图6所示，本实施例提供一种上软下硬岩石地层中地铁基坑吊脚桩围护结构的设计方法，包括如下步骤：

步骤1：平整场地5，在基坑周边采用旋挖钻机施工钻孔灌注桩6，钻孔灌注桩6穿过杂填土层1、强风化流纹岩层2，打入中风化流纹岩层3至少2m以上，钻孔灌注桩6的之直径为0.8mm，钻孔灌注桩6之间的水平间距为1.4m；

步骤2：施工冠梁7、挡墙以及集水坑，开挖基坑8到第一道钢支撑9以下0.5m，架设第一道钢支撑9，第一道钢支撑9的直径为0.609m，水平间距6m；

步骤3：继续开挖基坑10至少到中风化流纹岩层3至少2m以下，施工钢管桩11，钢管桩11直径为146mm，间距1m，钢管桩11要打入车站基坑底16以下，进入微风化流纹岩层4至少2.5m以下；然后浇筑锁脚腰梁12，锁脚腰梁12要将钢管桩11与钻孔灌注桩6连接锚固一起，打设锁脚预应力锚索13，预应力锚索13的作用是锁住钻孔灌注桩6桩脚与钢管柱桩11桩顶，预应力锚索13采用预应力钢绞线(7Φs15.2)，即7丝一束，直径15.2mm有粘结钢绞线，抗拉强度标准值fpk＝1860MPa，预应力锚索为桩间布置(二桩一锚)，标准间距2.0m，锚索长度和束数要根据基坑计算确定；

步骤4：继续***开挖基坑到第一道锚杆以下，打设锚杆14，锚杆采用直径25mm的螺纹钢筋，间距2m，梅花形布置，挂网锚喷基坑侧壁15厚100mm，依次循环开挖基坑和打设锚杆、锚喷，直到***开挖基坑底16到车站底板17位置下；

步骤5：铺设车站底板和侧墙防水层浇筑车站底板17，然后依次浇筑车站主体侧墙18、结构柱19、楼板20、顶板21；

步骤6：铺设车站顶板防水层22，基坑回填23，拆除第一道撑9，恢复场地5，最后浇筑车站内部二次结构站台24，完成结构施工。

在上软下硬的岩层中地铁基坑，由于上部风化岩层强度低，基坑开挖变形大，因此需要采用刚度大的大直径钻孔灌注桩进行围护，防止基坑较大的变形，并且由于岩石强度低，大直径的钻孔施工容易；下部微风化流纹岩层坚硬强度大，变形小，施工大直径钻孔较难，因此采用直径小的钢管桩施工容易。

由于基坑围护结构上部为钻孔灌注桩，下部为钢管桩，上下两种桩竖向上不连续，如果基坑开挖到上部灌注桩底，上部桩会倾覆失稳，为了解决这个问题，将两种桩形成有效的连接，在钢管桩顶与钻孔灌注桩底满足嵌固段位置浇筑锁脚腰梁，一般在中风化流纹岩层中，桩脚下2m的桩脚作为***岩层锚固段，腰梁尺寸根据基坑计算来确定，将钻孔桩脚与钢管桩顶形成连接，并在锁脚腰梁处打设锚索，锚索长度和间距根据计算和构造确定，将上部钻孔灌注桩的桩脚和钢管桩桩顶进行锁定，使得上部钻孔灌注桩与下部钢管桩进行有效连接形成吊脚桩。

综上，本实施例解决了上软下硬的风化岩石地层中开挖基坑围护结构设计问题；解决了基坑上下不连续两种桩型的有效连接问题；解决了上部钻孔灌注桩与下部钢管桩连接，对桩脚采用锚索进行锁定，防止上部钻孔灌注桩倾倒失稳的问题。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.上软下硬岩石地层中地铁基坑吊脚桩围护结构的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)平整场地，在基坑的周围施工钻孔灌注桩，所述钻孔灌注桩穿过杂填土层、强风化流纹岩层，打入中风化流纹岩层下至少2m作为嵌固端；

2)施工冠梁、挡墙以及集水坑，开挖基坑到第一道钢支撑以下，架设所述第一道钢支撑；

3)继续开挖基坑到中风化流纹岩层以下，施工钢管桩，所述钢管桩打入车站基坑底以下至少2.5m；然后浇筑锁脚腰梁，通过所述锁脚腰梁将钢管桩与所述钻孔灌注桩连接锚固在一起，并打设锁脚预应力锚索，通过所述预应力锚索锁住钻孔灌注桩的桩脚与所述钢管桩的桩顶；

4)继续***开挖基坑到第一道锚杆以下，打设所述第一道锚杆，挂网锚喷基坑侧壁，依次循环开挖基坑和打设锚杆、锚喷，直到***开挖车站底板下的基坑底；

5)铺设车站底板和侧墙防水层浇筑车站底板，然后依次浇筑车站主体侧墙、结构柱、楼板和顶板；

6)铺设车站顶板防水层，基坑回填，拆除第一道撑，恢复路面，最后浇筑车站内部二次结构站台，完成结构施工。

2.根据权利要求1所述的上软下硬岩石地层中地铁基坑吊脚桩围护结构的设计法，其特征在于，步骤1)中所述钻孔灌注桩的直径为0.8mm，水平间距为1.4m。

3.根据权利要求1所述的上软下硬岩石地层中地铁基坑吊脚桩围护结构的设计法，其特征在于，步骤2)中开挖基坑到第一道钢支撑以下0.5m，且所述第一道钢支撑的直径为0.609m，水平间距为6m至9m。

4.根据权利要求1所述的上软下硬岩石地层中地铁基坑吊脚桩围护结构的设计法，其特征在于，步骤3)中继续开挖基坑至少到所述中风化流纹岩层2m以下，之后再施工所述钢管桩；钢管桩的直径为146mm，间距为1m；钢管桩进入微风化流纹岩层至少2.5m以下；然后浇筑所述锁脚腰梁。

5.根据权利要求1所述的上软下硬岩石地层中地铁基坑吊脚桩围护结构的设计法，其特征在于，步骤3)中所述预应力锚索采用型号为7Φs15.2的预应力钢绞线，即7丝一束，直径为15.2mm有粘结钢绞线，其抗拉强度标准值fpk＝1860MPa，预应力锚索采用桩间布置的形式，即二桩一锚。

6.根据权利要求1所述的上软下硬岩石地层中地铁基坑吊脚桩围护结构的设计法，其特征在于，步骤4)中所述锚杆采用直径25mm的螺纹钢筋，锚杆间距为2m；所述挂网锚喷基坑侧壁厚100mm。

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