1.本实用新型涉及一种基坑支护结构，尤其适用于深厚软土层上的基坑被动区加固结构。
背景技术：
2.随着城市建设的发展，人们对城市地下空间开发的要求也越来越高，目前，各类用途的地下空间已在世界各大城市中得到开发利用。如高层建筑多层地下室、地下铁道及地下车站、地下停车库、地下街道、地下商场、地下医院、地下民防工事以及多种地下民用和工业设施等等。深基坑工程的规模和深度不断加大，这些基坑都要求严格控制在建基坑工程的位移场，基坑工程的建设面临着严峻的考验。
3.在基坑工程中，不论支护结构为何种形式，为了确保其稳定性、减少支护结构的位移、防止坑底土的隆起量过大，坑底土的稳定是一个极为重要的因素，这就需要有足够的被动区土抗力。对被动区土体进行改良加固，可以达到显著的效果。特别是在软土地区，在一定的经济能力范围内，常规的围护结构对深基坑开挖引起的位移控制非常有限，常常发生围护结构位移过大，导致各种各样的灾害事故。
4.在软土地区，基坑设计已由强度控制转变为变形控制，控制基坑开挖中支护结构的变形、减小基坑开挖对周围环境的影响是基坑设计及施工的一个首要内容，在软土地区的基坑工程中，为了使支护结构安全经济，较为有效的措施是在开挖侧对被动区土体进行加固。在深厚软土地区，被动区加固对于减小基坑支护结构的水平位移及地面沉降效果十分显著，但为了避免因盲目地加大被动区加固宽度、深度而增加工程造价、延长施工工期等情况的出现，应根据实际工程的施工环境及地质条件，选择合理的被动区加固宽度和深度，确保在合理的工程造价范围内最大限度地提高基坑的安全系数，控制基坑支护的水平位移以及减少对周边环境的影响。
技术实现要素：
5.本实用新型针对现有技术中的问题提供了一种深厚软土地区变截面水泥土基坑被动区加固结构，该加固结构采用变截面水泥土桩，上部软土层用大直径水泥土桩，下部软土层改用小直径水泥土桩，对下部软土层较厚的情况下，既可以解决基坑会有隆起和深层滑移的可能性，又可以降低工程造价。
6.为了达到上述技术目的，本实用新型提供了一种深厚软土地区基坑被动区加固结构，包括基坑围护桩和临近基坑围护桩的基坑底被动区，其特征在于：所述加固结构包括施工在深厚软土地区基坑底被动区的多根上大下小的变截面水泥土桩；所述变截面水泥土桩包括直径为0.8～1.2m的上部水泥土桩和直径为0.4～0.6m的下部水泥土桩，且多根变截面水泥土桩的上部水泥土桩相互搭接咬合，下部水泥土桩相互不搭接，每根变截面水泥土桩的下部水泥土桩桩底穿透深厚软土层置于坚硬土层内。
7.本实用新型较优的技术方案：所述变截面水泥土桩的上部水泥土桩和下部水泥土
桩采用高压旋喷的方式一次性施工完成；上部水泥土桩的高压喷浆压力为34～36mpa，提升速度0.1～0.15m/min，旋喷速度5～10r/min；下部水泥土桩的高压喷浆压力为24～26mpa，提升速度0.2～0.25m/min，旋喷速度15～20r/min。
8.本实用新型较优的技术方案：所述上部水泥土桩的桩长为4～5m，上部水泥土桩的中心间距为0.625～1.025m，相邻两根变截面水泥土桩的上部水泥土桩搭接150～3mm。
9.本实用新型较优的技术方案：所述变截面水泥土桩的下部水泥土桩穿透深厚软土层以下至少0.5m。
10.本实用新型针对深厚软土地区采用上大、下小的变截面水泥土桩，变截面水泥土桩穿透深厚软土层，上、下为一根完整的桩体，采用高压旋喷的方式实现，将基坑底软土一定深度范围内从上到下分段按照不同的置换率加固软土层。当基坑坑内被动区土压力不足时，桩、墙等围护结构必须有很大嵌固深度，才能够确保其稳定，本实用新型的支护形式，可以很好的提高被动区土体的抗力，为支护结构提供很好的嵌固层。同时又可以减少围护桩的嵌固深度，满足基坑开挖的安全，同时能明显减少基坑的支护造价。
11.本实用新型的有益效果：
12.(1)本实用新型的加固结构改善了土体的强度条件和变形模量，起到减小围护结构的内力和位移量的作用。针对基坑周边有对沉降敏感的建筑设施，需严格的控制地表的沉降与基坑的侧向位移，可通过在坑内加固，提高被动区土体的侧向抗力，减小基坑卸载的变形。
13.(2)本实用新型中的变截面水泥土桩在不同深度范围内改善土体的物理力学指标，不同深度范围内同一软土层经加固处理后土体的物理力学指标不同。上部土体为满堂加固，相当于用一层刚度很大的硬壳层置换了坑底一定深度范围的软弱土层。下部土体为间隔加固，采用桩、土复合土体的物理力学指标。全深度范围内软土层均进行加固处理，使得基坑支护结构的变形得到有效遏制，确保基坑的整体稳定性。下部软土层较厚的情况下，使得其在相同的水泥用量之下达到加固效果，既能解决基坑会有隆起和深层滑移的可能性，又不至于相对保守，方案比采取其他措施更为经济有效。
附图说明
14.图1是本实用新型纵向截面示意图；
15.图2是本实用新型的平面图。
16.图中：1—基坑围护桩，2—冠梁，3—上部水泥土桩，4—下部水泥土桩，5—深厚软土层，6—坚硬土层。
具体实施方式
17.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。附图1和图2均为实施例的附图，采用简化的方式绘制，仅用于清晰、简洁地说明本实用新型实施例的目的。以下对在附图中的展现的技术方案为本实用新型的实施例的具体方案，并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
18.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
19.本实用新型提供的一种深厚软土地区基坑被动区加固结构，如图1和图2所示，包括基坑围护桩4和临近基坑围护桩4的基坑底被动区1，所述加固结构包括施工在深厚软土地区基坑底被动区1的多根上大下小的变截面水泥土桩2；所述变截面水泥土桩2包括直径为0.8～1.2m的上部水泥土桩3和直径为0.4～0.6m的下部水泥土桩4，上部水泥土桩3的桩长为4～5m，上部水泥土桩3的中心间距s为0.625～1.025m，多根变截面水泥土桩2的上部水泥土桩3相互搭接咬合，搭接长度为150～3mm，下部水泥土桩4相互不搭接，每根变截面水泥土桩2的下部水泥土桩4桩底穿透深厚软土层5置于坚硬土层5内至少0.5m。所述变截面水泥土桩2的上部水泥土桩3和下部水泥土桩4采用高压旋喷的方式一次性施工完成；上部水泥土桩3的高压喷浆压力为34～36mpa，提升速度0.1～0.15m/min，旋喷速度5～10r/min；下部水泥土桩4的高压喷浆压力为24～26mpa，提升速度0.2～0.25m/min，旋喷速度15～20r/min。
20.下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明，其结构如图1所示，所述变截面水泥土搅拌桩，是由上部分为大直径d的上部水泥土桩3和下部分为小直径d的下部水泥土桩4组成的上下一体的加固体。基坑主动支护结构包括基坑围护桩4和将围护桩连成整体的冠梁。所述被动区加固及基坑主动支护结构共同形成基坑支护体系，其具体施工过程如下：
21.(1)根据地勘资料，查明软土层的厚度。
22.(2)钻机定位：移动旋喷桩机到指定桩位，将钻头对准孔位中心，同时整平钻机，放置平稳、水平，钻杆的垂直度偏差不大于1％，就位后，首先进行低压(0.5mpa)射水试验，用以检查喷嘴是否畅通，压力是否正常。
23.(3)制备水泥浆：桩机移位时，即开始按设计确定的配合比拌制水泥浆。
24.(4)钻孔：启动钻机，同时开启高压泥浆泵低压输送水泥浆液，使钻杆沿导向架振动、射流成孔下沉；直到桩底设计标高(如图1中h1+h2底)，观察工作电流不应大于额定值。桩底设计标高(h1+h2底)位于深厚软土底下0.5m。
25.(5)提升喷浆管、搅拌。在达到设计深度后，接通空压管，开动高压泥浆泵、空压机和钻机进行旋转，并用仪表控制压力、流量和风量，分别达到预定数值时开始提升；此时控制高压泥浆泵压力为25mpa左右，提升速度0.2～0.25m/min，旋喷速度15～20r/min；继续旋喷和提升，直至达到上部大直径桩底(h1底)后停止。
26.(6)调整施工工艺参数，增大喷射压力，减缓提升速度和旋喷速度，此时控制高压泥浆泵压力为35mpa左右，提升速度0.1～0.15m/min，旋喷速度5～10r/min；继续旋喷和提升，直至达到上部大直径桩顶(h1顶)后停止。
27.(7)清洗：向浆液罐中注入适量清水，开启高压泵，清洗全部管路中残存的水泥浆，直至基本干净。并将粘附在喷浆管头上的土清洗干净。
28.(8)移位：移动桩机进行下一根桩的施工，完成整个被动区加固的施工。
29.(9)计算下部水泥土桩的置换率m和下部复合土体的抗剪强度指标
[0030][0031]
被动区下部复合土体的抗剪强度参数，按如下计算：
[0032][0033]
c＝mc1+(1-m)c2[0034]
式中：—下部复合土体的内摩擦角；
[0035]
c—下部复合土体的黏聚力(kpa)；
[0036]
—水泥土桩体内摩擦角(
°
)；
[0037]
—软土层土体的内摩擦角(
°
)；
[0038]
c1—水泥土桩体黏聚力(kpa)；
[0039]
c2—软土层土体的黏聚力(kpa)；
[0040]
m—下部水泥土桩的置换率。
[0041]
(10)上部h1范围土体均已采用水泥土加固，基坑支护设计计算中上部h1范围内土体采用水泥土桩体的黏聚力、内摩擦角下部h2范围内土体采用复合土体的黏聚力、内摩擦角
[0042]
本实用新型在不同深度范围内改善土体的物理力学指标，不仅能够减小围护结构的侧向变形和地面沉降，减少围护桩插入坑底的深度，而且还可以增强坑底抗隆起变形的能力，防止被动区土体的破坏，以达到维护基坑稳定的目的，能最大程度的降低被动区加固的处理费用，性价比突出，工程化应用前景广阔。
[0043]
综上所述，本实用新型的内容并不局限在上述的实施例中，相同领域内的有识之士可以在本实用新型的技术指导思想之内轻易提出其他的实施例，但这种实施例都包括在本实用新型的范围之内。技术特征：
1.一种深厚软土地区基坑被动区加固结构，包括基坑围护桩(1)和临近基坑围护桩(1)的基坑底被动区，其特征在于：所述加固结构包括施工在深厚软土地区基坑底被动区的多根上大下小的变截面水泥土桩；所述变截面水泥土桩包括直径为0.8～1.2m的上部水泥土桩(3)和直径为0.4～0.6m的下部水泥土桩(4)，且多根变截面水泥土桩的上部水泥土桩(3)相互搭接咬合，下部水泥土桩(4)相互不搭接，每根变截面水泥土桩的下部水泥土桩(4)桩底穿透深厚软土层(5)置于坚硬土层(6)内。2.根据权利要求1所述的一种深厚软土地区基坑被动区加固结构，其特征在于：所述变截面水泥土桩的上部水泥土桩(3)和下部水泥土桩(4)采用高压旋喷的方式一次性施工完成；上部水泥土桩(3)的高压喷浆压力为34～36mpa，提升速度0.1～0.15m/min，旋喷速度5～10r/min；下部水泥土桩(4)的高压喷浆压力为24～26mpa，提升速度0.2～0.25m/min，旋喷速度15～20r/min。3.根据权利要求1所述的一种深厚软土地区基坑被动区加固结构，其特征在于：所述上部水泥土桩(3)的桩长为4～5m，上部水泥土桩(3)的中心间距为0.625～1.025m，相邻两根变截面水泥土桩的上部水泥土桩(3)搭接150～3mm。4.根据权利要求1所述的一种深厚软土地区基坑被动区加固结构，其特征在于：所述变截面水泥土桩的下部水泥土桩(4)穿透深厚软土层(5)以下至少0.5m。
技术总结
本实用新型提供了一种深厚软土地区基坑被动区加固结构。所述加固结构包括基坑围护桩、临近基坑围护桩的基坑底被动区和施工在深厚软土地区基坑底被动区的多根上大下小的变截面水泥土桩；所述变截面水泥土桩包括直径为0.8～1.2m的上部水泥土桩和直径为0.4～0.6m的下部水泥土桩，且多根变截面水泥土桩的上部水泥土桩相互搭接咬合，下部水泥土桩相互不搭接，每根变截面水泥土桩的下部水泥土桩桩底穿透深厚软土层置于坚硬土层内。本实用新型结构简单，成桩工艺简便，既能有效提高整个软土层的被动抗力，保证基坑的安全性，又不至于相对保守导致工程造价偏高。保守导致工程造价偏高。保守导致工程造价偏高。
技术研发人员：胡瑾 姚小波 尚晶 曾岳 阳小良 江玉立
受保护的技术使用者：中冶集团武汉勘察研究院有限公司
技术研发日：2021.08.23
技术公布日：2022/1/18
声明：
“深厚软土地区基坑被动区加固结构的制作方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：中冶集团武汉勘察研究院有限公司
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2024年05月17日 ~ 19日 
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