一种基坑结构及其施工方法

技术领域

本申请涉及土木工程，尤其涉及一种基坑结构及其施工方法。

背景技术

随着轨道交通(例如高铁、火车、城轨等等)的普及，紧邻轨道交通的基坑项目日益增多，由于轨道交通对地基的位移和沉降要求极其严格，以高铁为例，高铁仅允许毫米级变形，因此高铁旁的基坑结构一般都采用钻孔桩或地下连续墙结合多道内支撑的支护方法来防止在基坑施工过程中高铁地基出现变形。但是基坑结构有大有小，对于轨道交通旁的大跨度基坑，如果直接在基坑内设置水平的临时支撑，一方面由于跨度大导致支撑刚度过小而无法控制变形；因此会增加临时支撑的密度，进而导致混凝土量庞大、成本高、拆除困难；此外，在大量临时支撑的下部挖土作业困难，施工效率很低，最终导致工程造价大，工期长。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例期望提供一种基坑结构及其施工方法，以解决工程造价大的问题。

为达到上述目的，本申请实施例的技术方案是这样实现的：

一种基坑结构，位于轨道交通的横向一侧，所述基坑结构包括一期基坑、二期基坑、三期基坑、支护单元、设置在所述一期基坑中的一期地下室、设置在所述二期基坑中的二期地下室以及设置在所述三期基坑中的三期地下室，所述一期基坑与所述轨道交通间隔设置，所述支护单元设置在所述轨道交通靠近所述一期基坑的一侧土层中，所述二期基坑与所述三期基坑并排设置在所述一期基坑与所述支护单元之间；所述一期地下室包括多个支撑墩以及从下至上依次水平设置的一期底板、一期中板和一期顶板，多个所述支撑墩分别固设在所述一期中板和所述一期顶板上；所述二期地下室包括从下至上依次水平设置的二期底板、二期中板和二期顶板；所述三期地下室包括从下至上依次水平设置的三期底板、三期中板和三期顶板；所述支撑墩与所述支护单元能够分别作为临时支撑的两端。

进一步地，所述三期基坑的数量为两个，所述二期基坑设置在两个所述三期基坑之间。

进一步地，所述一期基坑深度为H，所述一期基坑与所述轨道交通的间距为2H～6H。

进一步地，所述二期地下室包括竖直设置在靠近所述支护单元一侧的二期外墙板，所述二期基坑的坑壁与所述二期外墙板之间的二期空隙填充有混凝土，和/或；所述三期地下室包括竖直设置在靠近所述支护单元一侧的三期外墙板，所述三期基坑的坑壁与所述三期外墙板之间的三期空隙填充有混凝土。

进一步地，所述支护单元为钻孔桩或地下连续墙。

进一步地，所述支护单元包括设置在顶部的冠梁，所述冠梁与固设在所述一期顶板的所述支撑墩能够分别作为临时支撑的两端；和/或，所述支护单元包括设置在腰部的腰梁，所述腰梁与固设在所述一期中板的所述支撑墩能够分别作为临时支撑的两端。

进一步地，所述一期底板、所述二期底板以及所述三期底板为钢筋混凝土结构；和/或，所述一期中板、所述二期中板以及所述三期中板为钢筋混凝土结构；和/或，所述一期顶板、所述二期顶板以及所述三期顶板为钢筋混凝土结构；和/或，所述支撑墩为钢筋混凝土结构。

进一步地，所述一期中板以及所述一期顶板的固定所述支撑墩的区域的混凝土层厚度厚于其他区域的混凝土层厚；所述一期中板以及所述一期顶板的固定所述支撑墩的区域的钢筋直径大于其他区域的钢筋直径。

一种上述基坑结构的施工方法，包括：在土层中打入所述支护单元；挖掘所述一期基坑；在所述一期基坑中施工所述一期地下室；挖掘所述二期基坑，并在所述支撑墩与所述支护单元之间设置临时支撑；在所述二期基坑中施工所述二期地下室；挖掘所述三期基坑，并在所述支撑墩与所述支护单元之间设置临时支撑；在所述三期基坑中施工所述三期地下室。

进一步地，所述挖掘所述二期基坑，并在所述支撑墩与所述支护单元之间设置临时支撑的步骤具体包括：在所述支护单元与所述一期顶板上的所述支撑墩之间设置第一道临时支撑；向下开挖所述二期基坑至所述一期中板所对应的深度；在所述支护单元与所述一期中板上的所述支撑墩之间设置第二道临时支撑；继续向下开挖所述二期基坑至预设的深度。

进一步地，所述在所述二期基坑中施工所述二期地下室的步骤具体包括：在所述二期基坑中施工所述二期底板以及二期底板换撑，所述二期底板与所述一期底板连接，所述二期底板换撑支撑在所述二期底板与所述支护单元之间；在所述二期基坑中施工所述二期中板以及二期中板换撑，所述二期中板与所述一期中板连接，所述二期中板换撑支撑在所述二期中板与所述支护单元之间；拆除第二道临时支撑；在所述二期基坑中施工所述二期顶板以及二期顶板换撑，所述二期顶板与所述一期顶板连接，所述二期顶板换撑支撑在所述二期顶板与所述支护单元之间；拆除第一道临时支撑。

进一步地，所述挖掘所述三期基坑，并在所述支撑墩与所述支护单元之间设置临时支撑的步骤具体包括：在所述支护单元与所述一期顶板上的所述支撑墩之间设置第三道临时支撑；向下开挖所述三期基坑至所述一期中板所对应的深度；在所述支护单元与所述一期中板上的所述支撑墩之间设置第四道临时支撑；继续向下开挖所述三期基坑至预设的深度。

进一步地，所述在所述三期基坑中施工所述三期地下室的步骤具体包括：在所述三期基坑中施工所述三期底板以及三期底板换撑，所述三期底板、所述二期底板与所述一期底板彼此连接，所述三期底板换撑支撑在所述三期底板与所述支护单元之间；在所述三期基坑中施工所述三期中板以及三期中板换撑，所述三期中板、所述二期中板与所述一期中板彼此连接，所述三期中板换撑支撑在所述三期中板与所述支护单元之间；拆除第四道临时支撑；在所述三期基坑中施工所述三期顶板以及三期顶板换撑，所述三期顶板、所述二期顶板与所述一期顶板彼此连接，所述三期顶板换撑支撑在所述三期顶板与所述支护单元之间；拆除第三道临时支撑。

本申请实施例的一种基坑结构及其施工方法通过设置一期基坑、二期基坑、三期基坑、支护单元、设置在一期基坑中的一期地下室a、设置在二期基坑中的二期地下室b以及设置在三期基坑中的三期地下室c、将原本一起挖出的基坑改为三次挖出并分批次建筑相应的地下室结构。一期基坑与轨道交通间隔设置，该间隔由于要预留二期基坑以及三期基坑的区域，尺度上较大，使得一期基坑开挖对轨道交通的地基影响非常小。因此，一期基坑可以在不设置临时支撑或者设置少量临时支撑的情况下进行挖掘，从而加快施工周期，减少施工成本。

此外，二期基坑与三期基坑的跨度小，使得临时支撑的刚度大，设置密度可以相应降低，节省混凝土浇筑，后期也方便拆除，降低施工成本以及人工成本，另一方面，二期基坑、三期基坑的纵向长度较一期基坑短，挖掘面积小，挖掘作业快速，对土层影响小，确保二期基坑、三期基坑在修建过程中不会使得轨道交通的地基发生形变。

附图说明

图1为本申请实施例的一种基坑结构与轨道交通的相对位置示意图；

图2为图1的C-C剖视图；

图3为图1的D-D剖视图；

图4为图2的俯视图；

图5为本申请实施例的支撑墩的连接关系示意图；

图6为本申请实施例的二期基坑及二期地下室的修建过程示意过程一；

图7为本申请实施例的二期基坑及二期地下室的修建过程示意过程二；

图8为本申请实施例的二期基坑及二期地下室的修建过程示意过程三；

图9为本申请实施例的二期基坑及二期地下室的修建过程示意过程四；

图10为本申请实施例的二期基坑及二期地下室的修建过程示意过程五；

图11为本申请实施例的二期基坑及二期地下室的修建过程示意过程六；

图12为本申请实施例的二期基坑及二期地下室的修建过程示意过程七；

图13为本申请实施例的二期基坑及二期地下室的修建过程示意过程八；

图14为本申请实施例的二期基坑及二期地下室的修建过程示意过程九；

图15为本申请实施例的二期基坑及二期地下室的修建过程示意过程十；

图16为本申请实施例的施工方法的流程图；

图17为图16中的S40步骤的具体流程图；

图18为图16中的S50步骤的具体流程图；

图19为图16中的S60步骤的具体流程图；

图20为图16中的S70步骤的具体流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合，具体实施方式中的详细描述应理解为本申请的解释说明，不应视为对本申请的不当限制。

在本申请实施例的描述中，“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”方位或位置关系为基于附图1所示的方位或位置关系，需要理解的是，这些方位术语仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。

轨道交通9可以为高铁、火车、轻轨或者有轨电车。现有技术中，轨道交通9的底部具有地基，地基上铺设轨道以供通行，因此轨道交通9对地基的形变要求较高。当需要在轨道交通9两侧附近施工建筑物时，轨道交通9的地基与建筑物的基坑相临近的部分临空，自身重力以及通行车辆的重力转为水平的作用力导致地基易发生形变，因此在施工过程中，除了支护桩等结构以维持临空土体稳定外，还需要在基坑的坑壁上设置临时支撑以防止轨道交通9的地基形变。但是当基坑的跨度过大，临时支撑的支撑能力有限，容易导致支撑刚度过小而无法控制变形。如果增加临时支撑的密度，会导致混凝土量庞大，拆除困难、成本高；此外，在大量临时支撑的下部挖土作业困难，施工效率很低，最终导致工程造价大，工期长。

本申请实施例中，在不影响技术方案表达，且未作指定说明，地下室指代一期地下室4a、二期地下室4b以及三期地下室4c，底板指代一期底板41a、二期底板41b以及三期底板41c，中板指代一期中板42a、二期中板42b以及三期中板42c。顶板指代一期顶板3a、二期顶板43b和三期顶板43c。

本申请实施例中，如图1至图18所示，一种基坑结构，位于轨道交通9的横向一侧。也即是指的基坑结构位于轨道9的横向的任意一侧。基坑结构包括一期基坑1、二期基坑2、三期基坑3、支护单元5、设置在一期基坑1中的一期地下室4a、设置在二期基坑2中的二期地下室4b以及设置在三期基坑3中的三期地下室4c。

支护单元5竖直的设置在轨道交通9靠近一期基坑1的一侧土层中，维持临空土体稳定，二期基坑2与三期基坑3并排设置在一期基坑1与支护单元5之间；使得支护单元5可以作为临时支撑8的着力点为二期基坑2、三期基坑3提供防护。根据现场条件以及施工需要，支护单元5可为钻孔桩或者地下连续墙。

一期地下室4a包括多个支撑墩47以及从下至上依次水平设置的一期底板41a、一期中板42a和一期顶板43a，多个支撑墩47分别固设在一期中板42a和一期顶板43a上。当然一期底板41a、一期中板42a和一期顶板43a之间设置有多个支撑柱体(未标出)以将其连接为一个刚性整体，支撑柱体可根据现场具体环境的具体设置。

将原本一起挖出的基坑改为三次挖出并分批次建筑相应的地下室结构。一期基坑1与轨道交通9间隔设置，该间隔由于要预留二期基坑2以及三期基坑3的区域，因此尺度上较大，使得一期基坑1的开挖对轨道交通9的地基影响非常小。因此，一期基坑1可以在不设置临时支撑8(下文提及)或者设置少量临时支撑8的情况下进行挖掘，从而加快施工周期，减少施工成本。

二期地下室4b包括从下至上依次水平设置的二期底板41b、二期中板42b和二期顶板43b。同理，二期底板41b、二期中板42b和二期顶板43b之间设置有多个支撑柱体(未标出)以将其连接为一个刚性整体，支撑柱体可根据现场具体环境的具体设置。

三期地下室4c包括从下至上依次水平设置的三期底板41c、三期中板42c和三期顶板43c；同理，三期底板41c、三期中板42c和三期顶板43c之间设置有多个支撑柱体(未标出)以将其连接为一个刚性整体，支撑柱体可根据现场具体环境的具体设置。

可以理解的是，一期基坑1与一期地下室4a、二期基坑2与二期地下室4b、三期基坑3与三期地下室4c的平面形状应当基本一致。其中二期地下室4b与三期地下室4c的纵向长度总和应当与一期地下室4a相等。本处的纵向长度是指的沿轨道交通9行进的方向上的长度。对应的基坑中建立对应的地下室，并在地下室上进一步修建建筑物主体。

支撑墩47与支护单元5能够分别作为临时支撑的两端。具体地，在一期地下室4a修建完成后，后续靠近轨道交通9的二期基坑2以及三期基坑3在修建过程中可以通过临时支撑8(下文提及)支撑在支撑墩47与支护单元5从而形成水平的支撑，并配合支护单元5的保护，防止二期基坑2或三期基坑3在修建过程中导致轨道交通9的地基发生形变。

一期基坑1、一期地下室4a、二期基坑2、二期地下室4b、三期基坑3以及三期地下室4c依次建设。

具体地，一期基坑1与一期地下室4a修建完成再挖掘二期基坑2，挖掘完成后在二期基坑2中修建二期地下室4b。在二期基坑2挖掘期间，一期地下室4a可以认为是固定土层，并能提供相应的支撑功能。临时支撑8支撑在支撑墩47与支护单元5之间，一方面，二期基坑2的跨度小，相对的，临时支撑8的刚度大，设置密度可以相应降低，节省混凝土浇筑，后期也方便拆除，降低施工成本以及人工成本，另一方面，二期基坑2的纵向长度较一期基坑1短，挖掘面积小，挖掘作业快速，且对土层影响小，确保二期基坑2在修建过程中不会使得轨道交通9的地基发生形变。

此外，一期基坑1与一期地下室4a、二期基坑2与二期地下室4b修建完成再挖掘三期基坑3，挖掘完成后在三期基坑3中修建三期地下室4c。在三期基坑3挖掘期间，一期地下室4a以及二期地下室4b可以认为是固定土层，并能提供相应的支撑功能。类似的，三期基坑3在修建过程中也不会使得轨道交通9的地基发生形变，在此不再赘述。

修建完成的一期地下室4a、二期地下室4b、三期地下室4c应当连接为一体。以钢筋混凝土结构为例，一期地下室4a的一期底板41a、一期中板42a和一期顶板43a应当预留钢筋接头(未标出)；二期地下室4b的二期底板41b、二期中板42b和二期顶板43b修建时，应当与一期地下室4a的对应的预留钢筋接头钢筋捆扎焊接再进行混凝土浇筑；当然二期底板41b、二期中板42b和二期顶板43b上也应当预留钢筋接头(未标出)；三期地下室4c的三期底板41c、三期中板42c和三期顶板43c修建时，应当与一期地下室4a、二期地下室4b对应的预留钢筋接头钢筋捆扎焊接再进行混凝土浇筑。由此使得，一期底板41a、二期底板41b以及三期底板41c彼此相互连接并支撑在支护单元5上；一期中板42a、二期中板42b以及三期中板42c彼此相互连接并支撑在支护单元5上；一期顶板43a、二期顶板43b和三期顶板43c彼此相互连接并支撑在支护单元5上。由此使得一期地下室4a、二期地下室4b以及三期地下室4c连接为一整体，并能有效的对支护单元5形成支撑，以防止轨道交通9的地基变形。

一种可能的实施例，如图1所示，三期基坑3的数量为两个，二期基坑2设置在两个三期基坑3之间。一方面使得三期基坑3、二期基坑2所具有的纵向长度小，只占一期基坑1纵向长度的33％，挖掘面积小，挖掘作业快速，且对土层影响小；此外，挖掘二期基坑2时，两个三期基坑3所对应的的土层分别位于二期基坑2的两侧，配合一期地下室4a的固定支撑，确保二期基坑2在修建过程中不会使得轨道交通9的地基发生形变。

一种可能的实施例，如图1至图5所示，一期基坑1、二期基坑2与三期基坑3的深度B为H，则一期基坑1与轨道交通9的间距A根据土层的性质不同可选择为2H～6H。对于非软土地层，间距A宜优选为3H；在此范围内作为二期基坑2、三期基坑3的挖掘区域，后期实施；对于软土地层基坑，间距A宜优选为5H，在此范围内作为二期基坑2、三期基坑3的挖掘区域，后期实施。可以理解的是，二期基坑2、三期基坑3靠近轨道交通9一侧的距离E应当符合国家规定以满足地基强度、噪音等相关的需求。根据现行的《铁路运输安全保护条例》第十条，在城市市区，距离E不少于8米；在城市郊区居民居住区，距离E不少于10米；在村镇居民居住区，距离E不少于12米；在其他地区，距离E不少于15米。

一种可能的实施例，如图1至图3所示，一期地下室4a包括竖直设置的一期外墙板45a。一期外墙板45a、支撑柱体与一期底板41a、一期中板42a和一期顶板43a连接构成一期地下室4a的刚性主体。二期地下室4b包括竖直设置的二期外墙板45b，二期外墙板45b、支撑柱体与二期底板41b、二期中板42b和二期顶板43b连接构成二期地下室4b的刚性主体。三期地下室4c包括竖直设置的三期外墙板45c，三期外墙板45c、支撑柱体与三期底板41c、三期中板42c和三期顶板43c连接构成三期地下室4c的刚性主体。

其中，一期外墙板45a与一期基坑1的坑壁之间的肥槽(未标出)、二期外墙板45b与二期基坑2的坑壁之间的肥槽、三期外墙板45c与三期基坑3的坑壁之间的肥槽应当使用土层或者混凝土回填，轨道交通9自身重力以及通行车辆的重力转为水平的作用力传递到基坑的坑壁，再进一步通过肥槽传递至刚性的地下室结构，最终传递到另一侧的土层，有效的完成受力传递，防止后期主体结构完成后造成高铁变形。

其中，作为受力的主要方向，竖直设置在靠近支护单元5一侧的二期外墙板45b与二期基坑2之间的肥槽也即是二期空隙48b应当填充混凝土。竖直设置在靠近支护单元5一侧的三期外墙板45c与三期基坑3的坑壁之间的肥槽也即是三期空隙48c应当填充有混凝土。防止地下室结构受换撑影响回填不密实，避免后期主体结构完成后造成高铁变形。

一种可能的实施例，如图1至图3所示，地下室可包括防水层46。防水层46覆盖在地下室的底板、中板、顶板以及外墙板上，防止土层积水渗漏。

一种可能的实施例，如图1至图3所示，支护单元5包括设置在顶部的冠梁51。冠梁51通常沿轨道交通9的行进方向延伸；冠梁51与固设在一期顶板43a的支撑墩47能够分别作为临时支撑8支撑的两端。此外，支护单元5也可包括设在腰部的腰梁52。腰梁52通常沿轨道交通9行进方向延伸；腰梁52与固设在一期中板42a的支撑墩47能够分别作为临时支撑8支撑的两端。

支护单元5承受的来自土层的水平的作用力通过冠梁51、腰梁52传递到临时支撑8，再传递到支撑墩47，进而传递到地下室的顶板、中板；再通过刚性的地下室结构传递到土层中，完成受力的传递，有效的防止轨道交通9的地基变形。

一种可能的实施例，一期底板41a、一期中板42a、一期顶板43a以及支撑墩47可以为钢筋混凝土结构。二期底板41b、二期中板42b和二期顶板43b可以为钢筋混凝土结构。三期底板41c、三期中板42c和三期顶板43c可以为钢筋混凝土结构。彼此之间的连接采用钢筋捆扎焊接后再进行混凝土浇筑，建筑成本低，连接强度好。

如图5所示，支撑墩47内的钢筋471横纵相间，并分别与一期底板41a(一期中板42a)内的钢筋、以及临时支撑8的内的钢筋捆扎焊接后再进行混凝土浇筑，从而将三者连接为一整体，有效传递受力，建筑成本低，连接强度好。

可以理解的是，由于临时支撑8必然承受较大的受力；因此一期中板42a以及一期顶板43a的固定支撑墩47的区域的混凝土层厚度厚于其他区域的混凝土层厚；一期中板42a以及一期顶板43a的固定支撑墩47的区域的钢筋直径大于其他区域的钢筋直径；以使得地下室整体结构能满足使用要求。

一种上述基坑结构的施工方法，如图16至图18所示，包括：

S10、在土层中打入支护单元5。支护单元5应当打在轨道交通9靠近一期基坑1的一侧的土层。

S20、挖掘一期基坑1。

S30、在一期基坑1中施工一期地下室4a。如图6所示，一期地下室4a施工完毕后与支护单元5之间为土层。

S40、挖掘二期基坑2，并在支撑墩47与支护单元5之间设置临时支撑8。

S50、在二期基坑2中施工二期地下室4b。

S60、挖掘三期基坑3，并在支撑墩47与支护单元5之间设置临时支撑8。

S70、在三期基坑3中施工三期地下室4c。

其中，如图7至图10、以及图17所示，S40步骤具体包括：

S41、如图7所示，在支护单元5与一期顶板43a上的支撑墩47之间设置第一道临时支撑8。

S42、如图8所示，向下开挖二期基坑2至一期中板42a所对应的深度。

S43、如图9所示，在支护单元5与一期中板42a上的支撑墩47之间设置第二道临时支撑8。

S44、如图10所示，继续向下开挖二期基坑2至预设的深度。

其中，如图11至图15、以及图18所示，S50步骤具体包括：

S51、如图11所示，在二期基坑2中施工二期底板41b以及二期底板换撑71b，二期底板41b与一期底板41a连接，二期底板换撑71b支撑在二期底板41b与支护单元5之间。

S52、如图12所示，在二期基坑2中施工二期中板42b以及二期中板换撑72b，二期中板42b与一期中板42a连接，二期中板换撑72b支撑在二期中板42b与支护单元5之间。

S53、如图13所示，拆除第二道临时支撑8。

S54、如图14所示，在二期基坑2中施工二期顶板43b以及二期顶板换撑73b，二期顶板43b与一期顶板43a连接，二期顶板换撑73b支撑在二期顶板43b与支护单元5之间。

S55、如图15所示，拆除第一道临时支撑8。

其中，如图19所示，S60步骤具体包括：

S61、在支护单元5与一期顶板43a上的支撑墩47之间设置第三道临时支撑8。

S62、向下开挖三期基坑3至一期中板42a所对应的深度。

S63、在支护单元5与一期中板42a上的支撑墩47之间设置第四道临时支撑8。

S64、继续向下开挖三期基坑3至预设的深度。

可以理解的是，三期地下室4c与二期地下室4b的结构相似，如图7至图10中的二期地下室4b的相关结构更改为对应的三期地下室4c的结构，即可以作为S61-S64步骤的参考。

其中，如图20所示，S70步骤具体包括：

S71、在三期基坑3中施工三期底板41c以及三期底板换撑71c，三期底板41c、二期底板41b与一期底板41a彼此连接，三期底板换撑71c支撑在三期底板41c与支护单元5之间；

S72、在三期基坑3中施工三期中板42c以及三期中板换撑72c，三期中板42c、二期中板42b与一期中板42a彼此连接，三期中板换撑72c支撑在三期中板42c与支护单元5之间。

S73、拆除第四道临时支撑8。

S74、在三期基坑3中施工三期顶板43c以及三期顶板换撑73c，三期顶板43c、二期顶板43b与一期顶板43a彼此连接，三期顶板换撑73c支撑在三期顶板43c与支护单元5之间。

S75、拆除第三道临时支撑8。

可以理解的是，三期地下室4c与二期地下室4b的结构相似，如图11至图15中的二期地下室4b的相关结构更改为对应的三期地下室4c的结构，即可以作为S71-S75步骤的施工参考。

此外，在S30步骤之后还可包括：S30a、对一期地下室4a进行防水处理。

在S50步骤之后还可包括：S50a、对二期地下室4b进行防水处理。

在S70步骤之后还可包括：S70a、对三期地下室4c进行防水处理。

本申请提供的各个实施例/实施方式在不产生矛盾的情况下可以相互组合。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。