CN103774674A - 一种钢管托换桩与锚杆深基坑支护结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢管托换桩与锚杆深基坑支护结构的施工方法：（1）对钢管托换桩进行放线定位；（2）开挖导坑；（3）开挖操作坑；（4）安装钢管托换桩；（5）卸除压桩设备，在所有钢管托换桩的空腔内充填混凝土并振捣密实；（6）对钢管混凝土托换桩预压托换处理；（7）在钢管混凝土托换桩与既有建筑物基础的接触部位植入锚固钢筋，将锚固钢筋与钢管混凝土托换桩连接；（8）分层回填操作坑并夯实；（9）开挖基坑内土体；（10）将水泥浆或水泥砂浆注入锚杆的钻孔内；（11）设置锚杆的腰梁。本发明的钢管托换桩与锚杆深基坑支护结构具有施工所需场地小、结构受力明确、施工周期短、施工简便、对环境影响小且成本低等优点。

Description

一种钢管托换桩与锚杆深基坑支护结构及其施工方法

技术领域

本发明属于建筑结构施工技术领域，具体涉及一种钢管托换桩与锚杆深基坑支护结构及其施工方法。

背景技术

随着我国经济建设的迅猛发展，城市高层建筑大量涌现，基础埋深越来越大，伴随着出现了许多深基坑。由于城市建筑物密集，基坑周围环境条件复杂，在许多情况下，基坑周围存在着既有建筑物，因此保证深基坑及临近的既有建筑物的安全尤为重要。常规的支护方法通常存在以下问题：（1）一些施工场地狭小的区域，基坑放坡往往受到限制，不得不进行垂直开挖，由于基坑边缘距离既有建筑物的基础通常很近，常规的支护方法难以实施；（2）钢管托换桩与基础之间易产生滑移；（3）钢管桩受力后易于失稳的问题；（4）钢管托换桩侧向抗力较弱。因此，研究一种新的基坑支护结构及施工方法十分必要和迫切。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种钢管托换桩与锚杆深基坑支护结构的施工方法，本发明解决了：（1）由于基坑边缘距离既有建筑物较近，传统基坑支护方法难以实施条件下的基坑支护问题；（2）钢管托换桩与基础之间易于产生滑移的问题；（3）钢管桩受力后易于失稳的问题；（4）钢管托换桩侧向抗力较弱的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种钢管托换桩与锚杆深基坑支护结构的施工方法，包括以下步骤：

（1）对钢管托换桩进行放线定位；

（2）在既有建筑物基础的外边缘一定距离处竖直开挖导坑；

（3）开挖操作坑：将导坑的既有建筑物基础底面以下的部分向建筑物方向水平开挖至设计的钢管托换桩位置处形成操作坑；

（4）在操作坑内的设计桩位处竖直安装第一节钢管托换桩；以既有建筑物基础底面以上荷载为反力，使用压桩设备将钢管托换桩垂直压入导坑底部的地基土中；

（5）卸除压桩设备，在所有钢管托换桩的空腔内充填混凝土并振捣密实，形成钢管混凝土托换桩；

（6）采用托换装置对钢管混凝土托换桩进行预压托换处理；

（7）在钢管混凝土托换桩与既有建筑物基础的接触部位植入锚固钢筋，待混凝土凝结硬化后，将锚固钢筋与钢管混凝土托换桩上的托换钢管焊接，从而将既有建筑物基础与钢管混凝土托换桩固定为一体；

（8）分层回填操作坑并夯实，待距离既有建筑物基础底面下方一定距离时停止回填，然后浇筑混凝土承台，钢管混凝土托换桩施工完成；

（9）开挖基坑内土体；待基坑开挖深度达到基础底面标高以下一定距离时，在基坑侧壁上标记每个锚杆的孔口位置，从基坑内壁向靠近建筑物的一侧斜向下打一锚杆孔，锚杆孔位于两个钢管混泥土托管桩之间；

（10）将水泥浆或水泥砂浆注入锚杆的钻孔内，锚杆施工完成；

（11）在基坑侧壁上的锚杆标高处沿水平方向设置锚杆的腰梁；将锚杆钢筋从腰梁中间穿过，对锚杆进行张拉，对锚杆钢筋进行锁定，支深基坑支护结构施工完成。

进一步的，所述步骤（1）中，相邻钢管托换桩之间的间距不大于1.5m。

进一步的，所述步骤（1）中，在距离既有建筑物基础的外边缘10～20cm处竖直开挖导坑，该导坑的平面尺寸为1.2m×1.0m～1.5m×1.0m，导坑的深度至既有建筑物基础底面以下1.5～2.0m。

进一步的，所述步骤（1）中，所述的混凝土为强度等级较高的素混凝土。

进一步的，所述步骤（8）中，采用2：8灰土分层回填操作坑并夯实，分层厚度为15～20cm，待距离既有建筑物基础底面下方50～80cm时停止回填。

进一步的，所述步骤（9）中，根据拟开挖的基坑边线分层开挖基坑内土体，分层厚度为1.0～2.0m；待基坑开挖深度达到基础底面标高以下1.8～2.0m时设置锚杆开孔。

上述钢管托换桩与锚杆深基坑支护结构，包括竖直安装在既有建筑物基础1底面的多个钢管混凝土托换桩以及多个锚杆；所述钢管混凝土托换桩包括钢管托换桩以及灌注在其内部空腔中的混凝土；多个所述锚杆倾斜安装在既有建筑物基础底面以下的土体中设置的安装孔内，锚杆位于两个钢管混凝土托换桩之间；锚杆与其所在的安装孔之间灌注有水泥浆或者水泥砂浆。

进一步的，所述钢管混凝土托换桩上的托换钢管与既有建筑物基础的接触部位通过锚固钢筋焊接。

进一步的，所述锚杆的孔的倾角为15°～25°，锚杆的孔口上端距既有建筑物基础的底面为1.8～2m。

进一步的，所述钢管混凝土托换桩的桩间距不大于1.5m。

与现有的基坑支护结构相比，本发明具有如下特点：

（1）本发明施工所需场地较小，适用于基坑边缘距离既有建筑物基础较近时进行垂直开挖的情况。

（2）本发明在钢管托换桩施工完成后，通过既有建筑物基础内植入锚固钢筋，将托换桩与基础连成整体，能够有效阻止托换桩与基础之间的滑移，保证支护结构共同工作。

（3）本发明的钢管托换桩和锚杆均施加预应力，结构受力明确，数值大小可控，支护体系可靠，解决了钢管桩受力后易于失稳的问题。

（4）本发明在钢管托换桩外侧基坑部位设置预应力锚杆，能够减小桩的自由长度，改变桩的受力状态，显著增加支护结构的抗侧向变形能力。

附图说明

图1是本发明的钢管托换桩与锚杆深基坑支护结构的结构示意图。

图2是图1的A-A向视图。

图3是图1的大样图。

图中各标号含义：1-既有建筑物基础、2-钢管混凝土托换桩、3-托换钢管、4-锚固钢筋、5-锚杆、6-基坑开挖标高、7-腰梁、8-锚杆钢筋、9-垫块、10-螺母。

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

具体实施方式

参见图1～图3，本发明的钢管托换桩与锚杆深基坑支护结构及其施工方法，具体包括以下步骤：

（1）基坑开挖前，根据基底以上荷载和钢管桩的承载力，确定钢管托换桩的数量和位置，桩间距不大于1.5m，对钢管托换桩进行放线定位；

（2）距离既有建筑物基础1的外边缘10～20cm处竖直开挖导坑，该导坑的平面尺寸为1.2m×1.0m～1.5m×1.0m，导坑的深度至既有建筑物基础1底面以下1.5～2.0m；

（3）开挖操作坑：将导坑在既有建筑物基础1底面以下的部分向既有建筑物基础1的方向水平开挖至设计的钢管托换桩位置处，得到高度为1.5～2.0m的操作坑；

（4）在操作坑内的设计桩位处竖直安装第一节钢管托换桩，并校正垂直。以既有建筑物基础1底面以上荷载为反力，使用压桩设备（如千斤顶）将钢管托换桩竖直向下压入操作坑底部的地基土中；为了便于施工，将钢管托换桩预先加工成长度为1.0～1.5m的若干段，每段之间现场进行焊接；

（5）当终止压桩力和既有建筑物基础的底面以下桩长满足设计要求时，卸除压桩设备，在所有钢管托换桩的空腔内充填强度等级较高的素混凝土，并振捣密实，形成钢管混凝土托换桩2；

（6）采用托换装置对钢管混凝土托换桩2进行预压托换处理，以阻止钢管混凝土托换桩2卸荷后产生回弹；

（7）待混凝土凝结硬化后，在钢管混凝土托换桩2上端开口处固定一厚度不小于2cm的钢板，然后在钢板上固定一托换钢管3，保证托换钢管3与钢管混凝土托换桩2同轴；托换钢管3上端接触既有建筑物基础1；在既有建筑物基础1底部的与托换钢管3的接触部位植入锚固钢筋4，将锚固钢筋4与托换钢管3焊接，从而将既有建筑物基础1与钢管混凝土托换桩2固定为一体；

（8）采用2：8灰土分层回填操作坑和导坑并夯实，待距离既有建筑物基础1底面下方50～80cm时停止回填导坑，分层回填的层厚为15～20cm，然后浇筑混凝土承台，钢管混凝土托换桩2施工完成；

（9）根据拟开挖的基坑边线，分层开挖基坑，分层厚度为1.0～2.0m。待基坑深度达到既有建筑物基础1底面标高以下1.8～2.0m时，根据设计要求在基坑的靠近既有建筑物基础1的一侧侧壁标记锚杆5的孔口位置；

（10）在每个锚杆5孔口位置标记处，采用回转钻或冲击回转钻，从基坑内壁向靠近建筑物的一侧斜向下打一锚杆孔，保证锚杆孔位于两个钢管混凝土托换桩2之间，避免对钢管混凝土托管桩2造成破坏；孔径100～150mm，孔的倾角为15°～25°；孔深按锚杆设计的承载力确定；

（11）锚杆5钻孔完成后，在孔内放入锚杆钢筋8和注浆管，通过高压胶管和注浆管将水泥浆或水泥砂浆注入锚杆5的孔内，注浆压力0.1～2.0MPa，锚杆5施工完成；

（12）当锚杆5施工完成7～10天后，在基坑侧壁上的锚杆5标高处沿水平方向设置锚杆5的腰梁7；将锚杆钢筋8从腰梁7中间穿过，并放上楔形垫块9，然后采用穿心千斤顶对锚杆5进行张拉，用螺母10对锚杆钢筋进行锁定，基坑支护结构施工完成。

为了说明本发明的具体实施过程以及验证本发明的有效性，发明人给出以下施工实施例。

某拟建造的综合楼为框架结构，其设计楼层为地面以上为12层，地下2层。拟开挖基坑深度，从自然地坪往下为8.5m。拟开挖基坑东侧与既有6层住宅楼相邻，其余各面均与城市道路相接。既有6层住宅楼为砖混结构，条形基础，基底埋深为2.0m，即住宅楼的基础底面在地坪以下2.0m。拟开挖基坑边缘距离6层住宅楼西山墙基础外边缘仅1.5m远，无放坡条件和大型机械施工条件。

该场地地貌单元属渭河II级阶地，基坑深度内场地土由杂填土和粉质粘土组成，杂填土厚1.5m，粉质粘土厚7.0m。地下水位深度介于8.0～8.5m。

由于场地东侧周围环境所限，无放坡条件，只能采用垂直开挖，传统的灌注桩支护施工距离不够。经几种支护方案比较，确定采用本发明的钢管托换桩与锚杆支护结构。根据对建筑物基底以上荷载及开挖后边坡土压力计算，在基坑东侧既有建筑物基础下共布置钢管托换桩21根，桩间距1.0m，桩长不小于12.5m，设计单桩承载力为300kN，终止压力为450kN。为了弥补钢管桩抗侧力不足的缺陷，限制基坑变形，在基坑4.5m深度处布置一道预应力锚杆，锚杆孔径为Ф150，水平间距为1.5m，锚杆长20.0m，锚杆轴向承载力设计值为200kN，腰梁采用2根槽钢拼接，规格2[18。具体施工过程如下：

（1）对钢管托换桩进行放线定位，桩间距1.0m；

（2）在托换桩位处，紧贴既有建筑物基础1外边缘开挖操作导坑，导坑平面尺寸为1.2m×1.0m，深度至建筑物基础1底面以下2.0m；

（3）将导坑在既有建筑物基础1底面以下的部分向既有建筑物基础1的方向水平开挖50cm至设计桩位处，从而在既有建筑物基础1下方得到高度为2.0m的操作坑；

（4）在操作坑内设计桩位处竖直放入第一节钢管桩的桩段，桩径为273mm，壁厚8mm，桩段长1.5m，并校正垂直。以基底以上结构荷载为反力，采用500kN油压千斤顶将桩垂直压入地基土中。通过不断接长和压入操作，使钢管桩进入基坑以下，每段同轴焊接；

（5）当终止压桩力≥450kN，同时桩长≥12.5m时，停止压桩，卸除压桩设备，在钢管桩空腔内充填C35细石混凝土，并振捣密实；

（6）采用托换装置对钢管桩进行预压托换处理，托换压力不小于450kN，防止桩的卸荷后产生回弹；

（7）待混凝土凝结硬化后，在钢管混凝土托换桩2上端开口处固定一厚度为2cm的钢板，然后在钢板上固定一托换钢管3，保证托换钢管3与钢管混凝土托换桩2同轴；托换钢管3上端接触既有建筑物基础1；在既有建筑物基础1底部的与托换钢管3的接触部位植入锚固钢筋4，将锚固钢筋4与托换钢管3焊接。锚固钢筋4的直径20mm，锚固长度为250mm，锚固料为A类胶。

（8）采用2:8灰土分层夯实回填操作坑和导坑并夯实，压实系数不小于0.95，待回填至距离既有建筑物基础1的底面下方50cm时停止回填导坑，然后浇筑C25混凝土承台，钢管混凝土托换桩2施工完成；

（9）根据拟开挖的基坑边线，分层开挖基坑，当基坑开挖深度至-4.5m时，在基坑侧壁上标记锚杆5的孔口位置，在每个锚杆5孔口位置标记处，采用回转钻从基坑内壁向靠近建筑物的一侧斜向下打一锚杆孔，该锚杆孔位于两个钢管混泥土托管桩2之间；锚杆孔的孔径为Ф150，孔的倾角为15°，孔的水平间距为1.5m；在孔内放入锚杆钢筋8和注浆管，锚杆钢筋8为2Ф20，锚杆5长20.0m，共布置13根。锚孔内灌注水灰比0.5的水泥砂浆，其强度不低于M15，水泥选用P.O42.5R。

（9）当锚杆5施工完成，并具备足够的锚固力后，在基坑侧壁上的锚杆5标高处沿水平方向设置锚杆5的腰梁7，腰梁7采用2[18槽钢。将锚杆钢筋8从腰梁7中间穿过，并放上楔形垫块9，然后采用穿心千斤顶对锚杆5进行张拉锚杆5张拉至150kN保持15min，然后用螺母10对锚杆钢筋进行锁定，基坑支护施工完成。

经试验验证，采用本发明的钢管托换桩与锚杆深基坑支护结构，在综合楼基坑开挖及主体施工期间，基坑周围既有6层住宅楼墙体无任何裂缝出现，基坑变形水平位移最大值不超过5mm，支护效果良好。

Claims (10)

1.一种钢管托换桩与锚杆深基坑支护结构的施工方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

（1）对钢管托换桩进行放线定位；

（2）在既有建筑物基础的外边缘一定距离处竖直开挖导坑；

（3）开挖操作坑：将导坑的既有建筑物基础底面以下的部分向建筑物方向水平开挖至设计的钢管托换桩位置处形成操作坑；

（4）在操作坑内的设计桩位处竖直安装第一节钢管托换桩；以既有建筑物基础底面以上荷载为反力，使用压桩设备将钢管托换桩垂直压入导坑底部的地基土中；

（5）卸除压桩设备，在所有钢管托换桩的空腔内充填混凝土并振捣密实，形成钢管混凝土托换桩；

（6）采用托换装置对钢管混凝土托换桩进行预压托换处理；

（7）在钢管混凝土托换桩与既有建筑物基础的接触部位植入锚固钢筋，待混凝土凝结硬化后，将锚固钢筋与钢管混凝土托换桩上的托换钢管焊接，从而将既有建筑物基础与钢管混凝土托换桩固定为一体；

（8）分层回填操作坑并夯实，待距离既有建筑物基础底面下方一定距离时停止回填，然后浇筑混凝土承台，钢管混凝土托换桩施工完成；

（9）开挖基坑内土体；待基坑开挖深度达到基础底面标高以下一定距离时，在基坑侧壁上标记每个锚杆的孔口位置，从基坑内壁向靠近建筑物的一侧斜向下打一锚杆孔，锚杆孔位于两个钢管混凝土托换桩之间；

（10）将水泥浆或水泥砂浆注入锚杆的钻孔内，锚杆施工完成；

（11）在基坑侧壁上的锚杆标高处沿水平方向设置锚杆的腰梁；将锚杆钢筋从腰梁中间穿过，对锚杆进行张拉，对锚杆钢筋进行锁定，深基坑支护结构施工完成。

2.如权利要求1所述的钢管托换桩与锚杆深基坑支护结构的施工方法，其特征在于，所述步骤（1）中，相邻钢管托换桩之间的间距不大于1.5m。

3.如权利要求1所述的钢管托换桩与锚杆深基坑支护结构的施工方法，其特征在于，所述步骤（1）中，在距离既有建筑物基础的外边缘10～20cm处竖直开挖导坑，该导坑的平面尺寸为1.2m×1.0m～1.5m×1.0m，导坑的深度至既有建筑物基础底面以下1.5～2.0m。

4.如权利要求1所述的钢管托换桩与锚杆深基坑支护结构的施工方法，其特征在于，所述步骤（1）中，所述的混凝土为强度等级较高的素混凝土。

5.如权利要求1所述的钢管托换桩与锚杆深基坑支护结构的施工方法，其特征在于，所述步骤（8）中，采用2：8灰土分层回填操作坑并夯实，分层厚度为15～20cm，待距离既有建筑物基础底面下方50～80cm时停止回填。

6.如权利要求1所述的钢管托换桩与锚杆深基坑支护结构的施工方法，其特征在于，所述步骤（9）中，根据拟开挖的基坑边线分层开挖基坑内土体，分层厚度为1.0～2.0m；待基坑开挖深度达到基础底面标高以下1.8～2.0m时设置锚杆开孔。

7.权利要求1所述的方法得到的钢管托换桩与锚杆深基坑支护结构，其特征在于，包括竖直安装在既有建筑物基础（1）底面的多个钢管混凝土托换桩（2）以及多个锚杆（5）；所述钢管混凝土托换桩（2）包括钢管托换桩以及灌注在其内部空腔中的混凝土；多个所述锚杆（5）倾斜安装在既有建筑物基础（1）底面以下的土体中设置的安装孔内，锚杆（5）位于两个钢管混凝土托换桩（2）之间；锚杆（5）与其所在的安装孔之间灌注有水泥浆或者水泥砂浆。

8.权利要求1所述的方法得到的钢管托换桩与锚杆深基坑支护结构，其特征在于，所述钢管混凝土托换桩（2）上的托换钢管（3）与既有建筑物基础（1）的接触部位通过锚固钢筋（4）焊接。

9.权利要求1所述的方法得到的钢管托换桩与锚杆深基坑支护结构，其特征在于，所述锚杆（5）的孔的倾角为15°～25°，锚杆（5）的孔口上端距既有建筑物基础（1）的底面为1.8～2m。

10.权利要求1所述的方法得到的钢管托换桩与锚杆深基坑支护结构，其特征在于，所述钢管混凝土托换桩（2）的桩间距不大于1.5m。

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