CN101545261A - 一种提高基坑施工安全度的装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种提高基坑施工安全度的装置及其方法，该装置包括提升锚杆，该提升锚杆竖直沉入基坑外围的土体中；拉索，该拉索的下端与提升锚杆相连；以及支撑设备，上述拉索的上端固定在该支撑设备上，支撑设备通过上述拉索对提升锚杆施加竖直向上的拉力。本发明提高基坑施工安全度的装置在施工时由于在基坑外围的土体中沉入提升锚杆，再用拉索对提升锚杆施加竖直向上的拉力，这样就可提升锚杆对基坑外围的土体施加竖直向上的拉力，防止基坑外围的土体在其自身的重力作用下下沉，同时降低引起基坑内的土体隆起的概率，其还可以降低基坑外土体向基坑内的水平推力，从而可以普遍提高基坑施工的安全度。

Description

一种提高基坑施工安全度的装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种基坑施工装置，尤其是指可以提高基坑施工安全度的装置；同时，本发明还涉及一种提高基坑施工安全度的方法。

背景技术

在土木工程的有支护基坑施工过程中，由于基坑内的土方开挖逐步加深，改变了土体原生态的空间应力状态，往往产生基坑外土体的塌陷、下沉变形。而基坑外土体的塌陷、下沉变形是在其自身的重力作用下产生的，在软土地区上部土体迫使深部土体发生连续的塑性变形即流变运动，导致基坑内土体隆起。隆起严重时，将会造成极其危险的局面。同时流变运动加大了土体对基坑支护结构的水平推力，使得支护结构加大变形，而支护结构变形太大会破坏支护结构。

由于岩土工程的复杂性，这种现象在一般有支护的基坑施工中都有发生的可能。而当基坑施工采用沉井支护方案时因刃脚插入开挖面之下较浅，坑底隆起的风险概率更高。一旦设计施工把握不当，而发生了井外土体大量下沉，井内土体大量隆起，往往伴随着沉井严重倾斜或突沉或超沉现象，将会造成灾难性的事故后果。有文献报道：沉井发生突沉比例为7％，且有一个沉井连续发生9次突沉，而沉井下沉过程中倾斜则是普遍现象。图1可以形象地显现上述现象的原理和过程，当基坑挖到一定深度时，由于沉井13的刃脚在开挖面14之下比较浅，基坑外的土体11在自身重力作用下下沉，迫使基坑内土体12上升，这样就形成了土体的流变运动，从而引起基坑内的安全事故。图中虚线代表了变形后的土体表面位置。

根据中国上海地区的工程经验，按上海的地质条件，采用沉井技术的基坑施工开挖到约10米深时，就要警惕井外土体大量快速下沉，井内土体大量快速隆起的可能性与危险性，这个深度被称为危险临界深度。而中国广州南沙地区，软土参数较之上海软土更为恶劣，在这些地区采用沉井技术极为困难，极其危险。因为这种风险，导致沉井的应用在客观上受到极大的限制，上述地区即使采用其他的基坑支护技术方案，其经济代价亦巨大。工程师必须采用各种措施控制土体变形，方可使沉井内挖土更深，沉井下沉更深，而不发生沉井外土体塌陷和沉井内土体隆起涌土的危险以及支护结构破坏垮塌的危险。

因此研究采用各种方法阻止基坑(沉井)外的土体下沉，阻止基坑(沉井)内土体的隆起，降低土体对基坑支护的水平推力，便成为国际国内岩土、基坑、沉井工作者长期研究的课题之一。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种提高基坑施工安全度的装置，这种施工装置不但可以有效地降低基坑外的土体下沉、基坑内的土体隆起的几率，而且还能降低土体对基坑支护结构的水平推力，从而能够提高基坑施工的安全度。

为了解决上述技术问题，本发明提高基坑施工安全度的装置包括：提升锚杆，该提升锚杆竖直沉入基坑外围的土体中；拉索，该拉索的下端与提升锚杆相连；以及支撑设备，上述拉索的上端固定在该支撑设备上，支撑设备通过上述拉索对提升锚杆施加竖直向上的拉力。

本发明提高基坑施工安全度的装置由于在基坑外围的土体中沉入提升锚杆，再用拉索对提升锚杆施加竖直向上的拉力，这样就可提升锚杆对基坑外围的土体施加竖直向上的拉力，防止基坑外围的土体在其自身的重力作用下下沉，降低引起基坑内的土体隆起的概率，同时还可以降低基坑外土体向基坑内施加的水平推力，从而可以提高基坑施工的安全度；同时，相比现有的结构复杂的基坑支护结构，本装置制造成本更低。

本发明要解决的技术问题是提供一种提高基坑施工安全度的方法，这种施工方法可以有效地降低基坑外的土体下沉、基坑内的土体隆起的几率，同时还可以降低基坑外土体向基坑内施加的水平推力，从而能够提高基坑施工的安全度。

为了解决上述技术问题，本发明提高基坑施工安全度的方法包括：在基坑外围的土体中竖直沉入提升锚杆；设置竖直向下的拉索，设置竖直向下的拉索，连接拉索与提升锚杆的上端；以及通过拉索对提升锚杆施加竖直向上的拉力。

本发明提高基坑施工安全度的方法由于在基坑外围的土体中沉入了提升锚杆，再用拉索对提升锚杆施加竖直向上的拉力，这样就可提升锚杆对基坑外围的土体施加竖直向上的拉力，防止基坑外围的土体在其自身的重力作用下下沉，降低引起基坑内的土体隆起，同时降低基坑外土体向基坑内的水平推力，从而可以提高基坑施工的安全度。与现有的基坑支护技术相比，该方法可以有效的降低基坑施工的工程造价。

附图说明

图1是现有的沉井式支护结构基坑施工结构示意图；

图2是本发明提高基坑施工安全度的装置的第一种实施方式的局部示意图；

图3为图2中提升锚杆沿基坑外围的分布图；

图4是本发明提高基坑施工安全度的装置的第二种实施方式的示意图；

图5是安装有纵向冠梁的支撑结构的俯视图；

图6是本发明提高基坑施工安全度的装置的第三种实施方式的示意图；

图7是本发明提高基坑施工安全度的装置的第四种实施方式的示意图；

图8是图7所示结构中的支撑装置的优先实施方式结构示意图；

图9是图7所示结构中的支撑装置的优先实施方式结构示意图

图10是本发明提高基坑施工安全度的装置的第五种实施方式的示意图；

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明提高基坑施工安全度的装置及其方法作进一步详细说明。

如图2和3所示为本发明提高基坑施工安全度的装置的第一种实施方式的示意图，在本实施例中，该装置包括竖直沉入基坑外围土体11中的提升锚杆22，在本实施例中，提升锚杆22为螺旋锚，螺旋锚比较容易沉入到土体中，可以采用旋转下沉的方式沉入到土体中，而且螺旋锚对土体11的能够产生较大的拉力，螺旋锚的下端下沉深度不应超过滑移土体的最深位置，滑移土体所在区域如图2中虚线内的位置，只有这样才能更好地实现提升锚杆22对滑移土体的提升作用。当然，提升锚杆22也可以是沉入到基坑外围土体11中的钢筋混凝土柱体或者是其他的能够沉入到土体中对与土体之间能够产生摩擦力的柱体。提升锚杆22上端与拉索23固定连接，拉索23的上端固定在支撑装置21上，在本实施例中，支撑装置21位于土体11外，支撑装置21可以选取土体11外的任何能够承受一定支撑力的固定设备。在基坑施工过程中，在基坑的周边还设有支护墙24，支护墙24一般是作为挡土和隔水的幕墙。如图3所示，提升锚杆22沿基坑一周分布，图中所示的提升锚杆22为一排，当然，为了对土体11施加更大的拉力，提升锚杆22可以设置为两排以上。

施工时，首先在基坑外围的土体11中竖直沉入提升锚杆22，在沉入时，为了对土体起到更好的提升效果，优选在滑移土体的宽度之间首选寻找最大沉降点，然后再将提升锚杆22从最佳沉入点沉入滑移土体中；再对应提升锚杆22相应设置一条竖直向下的拉索23，使得拉索23与提升锚杆22处于同一竖直线上；通过拉索23对提升锚杆22施加竖直向上的拉力。由于拉索23对提升锚杆22施加竖直向上的拉力，通过力的传递，提升锚杆22又对基坑外围的土体11施加竖直向上的拉力，防止基坑外围的土体在其自身的重力作用下下沉，降低引起基坑内的土体隆起，基坑外提升锚杆限制了基坑外的土体下沉，从而可建立基坑外土体的起拱效应，如图2所示的基坑外的曲线形象地表示了土体的起拱效应，降低了土体深部竖向荷载，从而降低了土体深部的水平分力，即基坑支护结构承受的水平推力大大降低了。这样施工人员就可以在基坑内安全施工。

此处需要说明的是在基坑外围竖直沉入提升锚杆时，不可避免地会出现提升锚杆的微量倾斜，因此，此处以及后续提到的竖直方向沉入提升锚杆仅是指本发明的理想状态，当然，提升锚杆的微量倾斜而并非竖直的也应属于是本发明的保护范围。本发明还要强调的另一点是上述以及后续所提到的拉索不限于柔性拉索或者刚性拉索，也不限于拉索与提升锚杆为分离的两部分，也应当包括拉索与提升锚杆为一体式的，例如：提升锚杆的延长部分作为拉索使用，所有只要其所起的作用与图1所示的实施例中的拉索的作用相同都应当属于本发明的保护范围。

如图4所示为本发明的另一种实施方式的局部示意图，在图2中所示的支撑装置21是位于地面上的。但是，支撑装置21位于地面上占用空间，影响地面上的施工顺畅性。在本实施例中，支撑装置21位于地面下，其包括竖直桩211与横梁212，该竖直桩211的下端位于基坑外围的土体中，其上端用以支撑横梁212；横梁212的一端安装在竖直桩211上，其另一端安装在基坑外围的防水幕墙24上，当然，也可以设置两排竖直桩211，横梁212分别安装在两派竖直桩211上。所述拉索23的一端固定在横梁212的两端，另一端与提升锚杆22相连。在施工时，竖直桩211沉入土体中的深度要大于土体的最深滑移面(图中虚线所示为土体的滑移面)的深度，只有这样支撑装置21才能对提升锚杆22施加竖直向上的拉力。

上述方式安装的一个横梁212必须一一对应一个竖直桩211，而实际施工时一个竖直桩211一般能够承受多个横梁212传来的载荷，为了尽量少的设置竖直桩211以减少工程成本，可在竖直桩211上设置纵向冠梁30以满足设置多个横梁212来安装拉索。图5是安装有冠梁的支撑结构的俯视图，在一排竖直桩211上安装有纵向冠梁30，横梁212再安装在纵向冠梁30上，这种情况下横梁212的安装密集度就不受竖直桩211的影响，横梁212可以在纵向冠梁30上任意排放。

图6是本发明提高基坑施工安全度的装置的第三种实施方式的示意图；为了防止基坑外围的土体向基坑内倒塌，在基坑外围设有如图所示的斜拉锚25，斜拉锚25的下端固定在土体中，其上端固定在竖直桩211的上端，斜拉锚25与竖直桩211行成一夹角，该夹角优选为锐角。如此通过斜拉锚25对竖直桩211的拉力作用，竖直桩211又对土体施加一向基坑外的推力，即可防止挖深的基坑的侧面的土体挤压防水幕墙而倒塌，进一步提高施工的安全度。

如图7所示为本发明提高基坑施工安全度的装置的第四种实施方式的示意图，在本实施例中，是一种采用沉井的基坑支护结构施工情况，随着基坑的不断挖深，沉井不断的下沉。如图所示，支撑装置21为悬臂工具梁，支撑装置21的一端固定在沉井13的上端，其另一端悬空，在其悬空端安装有调力装置50，在本实施例中，如图7所示，调力装置50为穿心式千斤顶；拉索23固定在调力装置50上，提升锚杆22竖直沉入基坑外围的土体中，提升锚杆22的上端与拉索23下端固定。由于沉井13下沉时除其本身的重力外，还需要一定的压力迫使其下沉，因此支撑装置21可以固定在沉井13上，沉井13可以对提升锚杆22提供相应的竖直向上的拉力。

施工时，首先在基坑外围的土体中竖直沉入提升锚杆22；再对应提升锚杆22相应设置一条竖直向下的拉索23，使得拉索23与提升锚杆22处于同一竖直线上；将支撑装置21一端固定在沉井13上，另一端悬空，并在悬空端调力装置50，通过调节调力装置50使得拉索23对提升锚杆22施加竖直向上的拉力。此时，即可在基坑内施工，待基坑内的土体挖到一定深度后需要沉井13下沉时，通过调节调力装置50使得拉索23对提升锚杆22的拉力不断增大；由于力的作用是相互的，拉索23也对沉井13施加竖直向下的反向拉力，当上述拉力增大到一定程度时，沉井13在自身重力和反向拉力的作用下缓慢下沉至合适的位置。然后保持拉索23的拉力不变。接着可继续在基坑内施工，重复上述过程即可将沉井完全沉入到基坑内的设定深度。本实施例中的施工装置和施工方法不但能够防止基坑外围的土体在其自身的重力作用下下沉，降低引起基坑内的土体隆起，同时降低基坑外土体向基坑内的水平推力，这样施工人员就可以在基坑内安全施工；而且还能借助提升锚杆与土体的相互作用力迫使沉井下沉，无需为了使沉井下沉而将沉井的质量制造的很大，减少了工程成本。

如图9所示为调力装置的另一种实施方式的结构图。在本实施例中，调力装置50为螺母，在提升锚杆22的上端固定的拉索23为刚性拉索，在刚性拉索的上端为一端设有外螺纹，可作为螺栓使用。在调力时，只需旋转螺母即可增加拉索23对提升锚杆22的拉力。这种结构的调力装置相比上述穿心式千斤顶，其成本更加低廉。如图10所示为本发明提高基坑施工安全度的装置的第五种实施方式的示意图。地面上空的空间有限，第四种实施方式的结构中固定在沉井上的悬臂工具梁伸出沉井的长度会受到限制，而滑移土体的最大下沉点有时距离沉井比较远，则可采用图10中所述的结构解决。其与第四种实施方式的不同点在于加入了位置调节装置，该位置调节装置包括水平横梁60和支撑桩61，该水平横梁60的一端安装在支撑桩61上，其另一端固定在拉索23上；所述提升锚杆22安装在水平横梁60的适当位置，该位置取决于滑移土体的最大下沉点。当然，为了也可以在支撑桩61上设有如图5所示的纵向冠梁，这样水平横梁60可以在纵向冠梁上任意排放。

在本发明中，提升杆与拉索相连并不限于提升杆本身与拉索直接连接，还包括提升杆与拉索通过其他装置实现连接的间接连接，如图10所示的提升杆与拉索之间的连接方式，因此，只要能够实现拉索对提升杆施加竖直向上拉力的连接方式均应当属于本发明的保护范围。

以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (17)

1.一种提高基坑施工安全度的装置，其特征在于，其包括：

提升锚杆，该提升锚杆竖直沉入基坑外围的土体中；

拉索，拉索的下端与提升锚杆相连；以及

支撑设备，上述拉索的上端固定在该支撑设备上，支撑设备通过上述拉索对提升锚杆施加竖直向上的拉力。

2.如权利要求1所述的提高基坑施工安全度的装置，其特征在于，所述支撑设备包括竖直桩与横梁，该竖直桩的下端位于基坑外围的土体深部，其上端用以支撑横梁；所述拉索的一端固定在横梁上。

3.如权利要求2所述的提高基坑施工安全度的装置，其特征在于，进一步包括纵向冠梁，该纵向冠梁安装在竖直桩的上端，所述横梁安装在纵向冠梁上。

4.如权利要求2所述的提高基坑施工安全度的装置，其特征在于，进一步还包括斜拉锚，斜拉锚的下端固定在土体中，其上端固定在竖直桩的上端，斜拉锚与竖直桩形成一锐角。

5.如权利要求1所述的提高基坑施工安全度的装置，其特征在于，所述支撑设备安装在位于基坑内的沉井结构上，在支撑设备上安装有调力装置。

6.如权利要求5所述的提高基坑施工安全度的装置，其特征在于，所述支撑设备包括悬臂式工具梁，悬臂式工具梁的一端固定在基坑内的沉井上，另一端悬空；所述调力装置安装在悬臂式工具梁的悬空端，所述拉索的上端固定在调力装置上。

7.如权利要求6所述的提高基坑施工安全度的装置，其特征在于，所述调力装置为穿心式千斤顶。

8.如权利要求6所述的提高基坑施工安全度的装置，其特征在于，所述调力装置为螺母；在所述悬臂式工具梁的悬空端设有通孔；所述拉索的上端设有螺栓，该螺栓穿过通孔与所述螺母相互配合以实现拉力的调节。

9.如权利要求6所述的提高基坑施工安全度的装置，其特征在于，所述包括进一步下沉点位置调节装置，其包括水平横梁和桩墙，该水平横梁的一端安装在桩墙上，其另一端固定在拉索上；所述提升锚杆安装在水平横梁的适当位置。

10.如权利要求9所述的提高基坑施工安全度的装置，其特征在于，所述下称点位置调节装置进一步包括纵向冠梁，该纵向冠梁安装在桩墙的上端。

11.如权利要求1所述的提高基坑施工安全度的装置，其特征在于，所述提升锚杆为螺旋锚。

12.如权利要求1所述的提高基坑安全度的装置，其特征在于，所述提升锚杆为钢筋混凝土柱体。

13.一种提高基坑施工安全度的方法，其特征在于，其包括：

在基坑外围的土体中竖直沉入提升锚杆；

设置竖直向下的拉索，连接拉索与提升锚杆的上端；以及

通过拉索对提升锚杆施加竖直向上的拉力。

14.如权利要求13所述的提高基坑施工安全度的方法，其特征在于，所述拉力是通过位于基坑内的沉井施加给提升锚杆的。

15.如权利要求14所述的提高基坑施工安全度的方法，其特征在于，进一步还包括主动调节上述拉力大小的过程，该拉力大小随着沉井下沉的深度增大不断增大。

16.如权利要求15所述的提高基坑施工安全度的方法，其特征在于，所述拉力大小的调节是通过与拉索相连的穿心式千斤顶实现的。

17.如权利要求13所述的提高基坑施工安全度的方法，其特征在于，在沉入提升锚杆过程之前首先要寻找提升锚杆下沉的最佳位置。

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