刚性肋墙式桩墙基坑支护结构及施工方法
技术领域
本发明涉及固定建筑物领域，具体涉及固定建筑物地下结构及施工方法，更具体涉及基坑支护结构及施工方法。
背景技术
桩锚支护型式是目前经常采用的深基坑支护形式，然而在实际的基坑支护工程中，经常存在某些限制条件，造成锚杆或锚索无法实施。例如，基坑相邻区域存在已有或待建的地下建筑物、地铁、地下障碍物等，锚杆或锚索实施效果差或者实施难度大、风险大，越来越多的地方性规定不允许锚杆或锚索超出用地红线。
以上情况下，基坑支护只能采用内支撑支护方式。然而内支撑支护方式构件多、体量大、工序复杂、占用大量地下结构空间，成本高，施工难度大、周期长；并且后期随着地下结构的施工需要增加换撑、拆撑等工序，进一步的增大了施工成本并增加了施工工期。
因此，现有技术需要开发出一种支护成本低、不占用基坑内部空间、不设置锚杆、不设置支撑、施工期短的深基坑支护结构和方法。
发明内容
为了解决基坑支护工程中因各种限制条件无法实施锚拉支护，而采用内支撑支护费用高、施工周期长的技术问题，本申请提供一种刚性肋墙式桩墙基坑支护结构及施工方法。
在本发明的第一方面，提供一种刚性肋墙式桩墙基坑支护结构，其设置在地下结构外边线外侧到建筑用地红线内侧的可利用空间，主要包括外桩墙、内桩墙、刚性肋墙、顶部纵梁和顶部横梁，其中，所述外桩墙沿地下结构外边线外侧布置；所述内桩墙在地下结构外边线外侧和外桩墙之间布置，各内桩墙中心线与外桩墙中心线平行；所述刚性肋墙刚性连接在外桩墙与内桩墙之间，并与外桩墙和内桩墙垂直；所述顶部纵梁设置在外桩墙及内桩墙的顶部，在外桩墙和内桩墙的顶部均形成一道刚性连接；所述顶部横梁设置在外桩墙上部的顶部纵梁与内桩墙上部的顶部纵梁之间，并与外桩墙、内桩墙上部的顶部纵梁形成刚性连接。
本发明的第二方面，提供一种构建上述刚性肋墙式桩墙基坑支护结构的施工方法。
本发明的一般和优选的技术方案取得了多种技术效果：
1.工期短，采用刚性肋墙式桩墙基坑支护结构与内支撑支护结构相比，由于工序简单、不交叉作业、不影响土方施工、不影响主体结构的施工，基坑支护、土方开挖及地下结构施工的总工期缩短约3-12个月，大幅缩短项目的建设周期。
2.大幅降低业主的项目资金运作成本，极大地提高了开发资金的运作效率。
3.刚性肋墙式桩墙基坑支护结构整体刚度大，受力清晰明确、安全可靠。
4.刚性肋墙式桩墙基坑支护结构主要构件在地表先行施工，不影响土方施工，土方施工不降效，土方作业不需要二次倒运，大幅降低土方工程造价。
5.刚性肋墙式桩墙基坑支护结构由于没有占用地下结构内部空间，工程桩可在基坑开挖后在基坑底部实施，便于工程桩选型且可有利于保证工程桩的施工质量。
6.刚性肋墙式桩墙基坑支护结构不占用地下结构内部空间，同时不受换撑、拆撑的影响，地下结构施工工作面大，施工效率高，地下结构施工造价大幅降低。
7.刚性肋墙式桩墙基坑支护结构工序简单、施工简便，其主要构件在地表施工完毕后，基坑土方可直接开挖至基底。
8.质量可靠且便于施工质量控制，由于刚性肋墙式桩墙基坑支护结构主要构件为在地表施工的灌注桩、咬合桩、地下连续墙等，施工质量可控、可靠且非常便于检查和验收。
附图说明
图1是桩墙基坑支护结构的立体结构示意图。
图2是桩墙基坑支护结构的平面示意图。
图3是桩墙基坑支护结构中刚性肋墙延伸入基坑内的平面示意。
图4是桩墙基坑支护结构中外桩墙的纵剖面示意图。
图5是桩墙基坑支护结构中内桩墙的纵剖面示意图。
图6是桩墙基坑支护结构中无刚性肋墙横剖面示意图。
图7是桩墙基坑支护结构中有刚性肋墙横剖面示意图。
图8是桩墙基坑支护结构中刚性肋墙延伸入基坑内横剖面示意图。
图9是桩墙基坑支护结构刚性肋墙详图。
图10是桩墙基坑支护结构内侧纵梁立面图。
图11a至11d是桩墙基坑支护结构顶部支护构件的几种实施方式的示意图。
附图标记说明：1、外桩墙；2、内桩墙；3、刚性肋墙；4、顶部纵梁；5、顶部横梁；6、内侧纵梁；7、顶部支护构件；8、地面标高；9、坑底标高；10、基础底板顶标高；11、地下室外墙。
具体实施方式
图1是本发明刚性肋墙式桩墙基坑支护结构的典型实施例的立体示意图。该支护结构可以设置在基坑一侧或多侧乃至全部侧。其主体部分包括外桩墙1、内桩墙2、刚性肋墙3、顶部纵梁4、顶部横梁5。外桩墙1沿地下结构外边线外侧布置，各外桩墙1中心线平行于基坑外边线。内桩墙2在地下结构外边线外侧和外桩墙1之间布置，各内桩墙2中心线与外桩墙1中心线平行。刚性肋墙3设置在外桩墙1与内桩墙2之间，并与外桩墙1、内桩墙2形成刚性连接，刚性肋墙3中心线方向与外桩墙1中心线方向、内桩墙2中心线方向垂直。顶部纵梁4设置在外桩墙1顶部及内桩墙2的顶部，使外桩墙1顶部、内桩墙2顶部均形成一道刚性连接。顶部横梁5设置在外桩墙1上部的顶部纵梁4与内桩墙2上部的顶部纵梁4之间，并与外桩墙1、内桩墙2上部的顶部纵梁4形成刚性连接，顶部横梁5中心线方向与外桩墙1中心线方向、内桩墙2中心线方向垂直。
通过本发明的技术方案，由外桩墙1、内桩墙2、刚性肋墙3、顶部纵梁4、顶部横梁5联合形成刚性基坑支护结构。该基坑支护结构还可与该支护结构之外的钢结构、钢筋混凝土结构、混凝土结构、砖混结构、砌体结构组合形成基坑支护体系。
内、外桩墙之间的间距可以为其直径或厚度的2到30倍。
外桩墙1、内桩墙2可以由多种方式形成，例如采用钢筋混凝土灌注桩、灌注桩与素混凝土桩咬合桩(见图2)、灌注桩与旋喷桩咬合桩、灌注桩与搅拌桩咬合桩或者是钢筋混凝土地下连续墙。在采用咬合桩的情况下，如图4和图5所示，与灌注桩咬合的旋喷桩、搅拌桩、素混凝土桩等的桩顶标高可以低于灌注桩桩顶标高，其桩底标高也可高于灌注桩桩底标高，这样既节省材料，又不会显著降低支护结构的支护能力。连续墙体的厚度或者灌注桩的直径可以是400-2500mm，混凝土强度等级不小于C25。在需要的情况下，可以对内桩墙2进行后压浆处理。
本实施例中，刚性肋墙3是钢筋混凝土地下连续墙或者素混凝土地下连续墙。作为变型例，也可以是钢筋混凝土咬合桩、素混凝土咬合桩、灌注桩与素混凝土桩咬合桩、灌注桩与旋喷桩咬合桩、素混凝土桩与旋喷桩咬合桩等形式。这些实施方式都可以确保肋墙的刚性以及与桩墙的刚性连接。刚性肋墙3如采用钢筋混凝土灌注桩构件或素混凝土桩构件，其直径为400-1500mm，混凝土强度等级不小于C5；如采用钢筋混凝土地下连续墙或素混凝土地下连续墙构件，其宽度为400-1500mm，混凝土强度等级不小于C5。
如图3所示，在需要的情况下，刚性肋墙3向内桩墙2内侧延伸一定宽度。这种延伸可以显著提升支护结构的侧向抗弯刚度和抗倾覆能力。在这种情况下，该延伸的部分应避开建筑物的柱和梁及工程桩的位置。
顶部纵梁4和顶部横梁5通常采用钢筋混凝土构件，混凝土强度等级不小于C25。
如图10所示，作为优选方案，在内桩墙2之间或内侧设置一道或者多道内侧纵梁6，内侧纵梁6采用钢筋混凝土构件或钢构件，内侧纵梁6可以占据内桩墙的整体或者部分厚度。内侧纵梁6强化了灌注桩的整体受力性能，在采用灌注桩的实施方式中尤其有用。
在支护结构主体低于地面的情况下，还可以在支护结构主体的顶部设置顶部支护构件。图11示出该顶部支护构件的几种实施方式，图11a中，该顶部支护构件是外桩墙1或内桩墙2的悬臂部分，图11b是采用土钉墙7的形式，图11c是采样放坡护面71的形式，图11d是挡土墙72。除此之外，还可以是护坡桩或挡土墙。
作为可选，刚性肋墙式桩墙基坑支护结构顶部设置板或梁板形成施工道路或施工作业面。
为了构建本发明的刚性肋墙式桩墙基坑支护结构，施工方法可以包括以下施工步骤：
1)在地表进行外桩墙1、内桩墙2、刚性肋墙3的施工；
2)顶部纵梁4、顶部横梁5的施工；
3)土方逐层开挖至基底标高。
在典型实施方式中，施工步骤如下：
1)在地表进行外桩墙1、内桩墙2、刚性肋墙3的施工；
2)顶部支护构件7的施工；
3)顶部纵梁4、顶部横梁5的施工；
4)土方逐层开挖至第一道内侧纵梁6的施工标高；
5)第一道内侧纵梁6的施工；
6)重复步骤四至步骤五的过程，直至所有各道内侧纵梁6施工完毕；
7)土方开挖至基底标高。
