CN104727318B - 一种基坑复合土钉支护结构及方法 - Google Patents

Abstract

一种基坑复合土钉支护结构及方法，设置土钉或锚杆，铺设面层钢筋网；喷射混凝土至覆盖面层钢筋网；安装钉下承载结构；对土钉施加微预应力用螺母锁定；喷射混凝土形成挡土面层，形成一层土钉支护；安装锚下承载结构；对锚杆施加低预应力用锚具锁定；喷射混凝土形成挡土面层，形成一层锚杆支护；重复土钉支护或锚杆支护直至基坑底部，形成土钉支护层和锚杆支护层，构成支护结构。土钉钉头的钉下承载结构克服了无法对土钉施加预应力，且钉头容易因在面层产生“刺穿”破坏的缺点；锚头部的锚下承载结构解决了槽钢屈曲破坏和锚头冲切破坏的问题；对土钉施加微预应力和对锚杆施加低预应力，克服了传统土钉和锚杆联合支护时土钉和锚杆工作不协调的缺点。

Description

一种基坑复合土钉支护结构及方法

技术领域

本发明涉及一种基坑复合的土钉支护和锚杆支护结构及其施工方法，用于在各种基坑、边坡和地下工程的加固与支护。

背景技术

在基坑、边坡和地下工程的加固与支护技术中，土钉支护技术应用极其广泛，但由于土钉支护基坑存在变形大的严重问题，其工程应用受到一定的限制。为了解决土钉支护基坑变形大的工程问题，实际工程中多采用预应力锚杆与土钉相结合的施工措施，通过对锚杆施加预应力来控制基坑变形，设计时按土钉与锚杆协同受力共同保证基坑的整体安全。但由此产生了新的四大致命缺陷：

(1)传统土钉多采用将钉头与加强连接筋焊接或在钉头下焊接井字架钢筋，因此无法对土钉施加预应力，土钉只能被动受力，由此导致基坑地表竖向沉降和水平变形都很大，容易导致基坑周边管网或建筑物开裂。

(2)由于钉头与面层钢筋网连接处比较薄弱，土钉受力过大时，钉头容易在喷射混凝土面层中发生“刺穿”破坏，导致土钉承载力失效。

(3)土钉和锚杆联合支护时，一般在锚头部安装一槽钢，将其腹板紧贴面层混凝土，并在对应锚头处的腹板位置开孔以便锚杆能穿过槽钢进行预应力张拉和锁定。一方面由于所安装槽钢刚度较小，容易发生屈曲破坏。另一方面，由于锚杆受力一般较大，槽钢腹板较薄，极易在腹板钻孔处产生冲切破坏而拉穿腹板，直接导致锚杆锚固力失效，继而发生基坑坍塌事故。

(4)土钉属于被动支护技术，即只有基坑发生变形，土钉才开始被动受力发挥作用。而预应力锚杆属于主动支护技术，即对锚杆施加预应力后，能在基坑侧壁下一定范围土体内产生压应力区，使土体处于主动受压状态，基坑侧壁变形大大减小。由于土钉需要基坑产生变形才能发挥作用，而预应力锚杆的目的在于减小甚至消除基坑变形，由此导致土钉和预应力锚杆的受力不协调，二者的承载力不能同时得到充分发挥。往往导致的现象是预应力锚杆先受力失效破坏，随后土钉由于无法单独支撑基坑稳定继而失效破坏。

发明内容

本发明的目的在于提供一种全新的基坑复合土钉支护结构。基于上述原因，本发明提供了一种基坑复合土钉支护结构，能很好地实现锚杆和土钉协同工作，同步共同发挥各自承载力，保证基坑的整体稳定与安全。

本发明的一种基坑复合土钉支护结构，有固定在基坑壁土钉钻孔中的土钉，固定在基坑壁锚杆钻孔中的锚杆，在基坑壁的表面铺设钢筋网喷射混凝土构成的挡土面层；土钉在一层中为间隔设置，锚杆在另一层中为间隔设置；在土钉钉头下方和钢筋网之间安装有钉下承载结构，钉下承载结构包括设置在钢筋网上的两根并列的槽钢、放置在两根并列的槽钢中间上面的垫板，将两根并列槽钢连为整体的连接钢筋，垫板中部带有连接孔；土钉钉头穿过垫板的连接孔，土钉钉头为螺杆并配有螺母，土钉施加有其轴向拉力标准值20—30％的微预应力，并由螺母将土钉锁定在钉下承载结构上；在锚头下方和钢筋网之间安装有锚下承载结构，锚下承载结构包括设置在钢筋网上的两根并列的槽钢，放置在两根并列的槽钢中间上面的垫板，将两根并列的槽钢连接为整体的水平缀板，每根槽钢翼缘之间设置的加劲肋，置于垫板上的斜垫板，斜垫板、垫板中部带有连接孔；锚头穿过斜垫板、垫板的连接孔，锚头为螺杆并配有螺母，锚杆施加有其轴向拉力标准值50％的低预应力，并用螺母将锚杆锁定在锚下承载结构上。

优选每层土钉在同一层按一定间距设置，每层锚杆在同一层按一定间距设置，土钉、锚杆在竖向按层交错布置。

所述土钉由杆体及钉头焊接构成，杆体由钢筋或空心钢管制成。

本发明所述的一种基坑复合土钉支护结构，最好是锚下承载结构中的槽钢翼缘内填充有混凝土并与挡土面层的混凝土连为一体，钉下承载结构中的槽钢翼缘内填充有混凝土并与挡土面层的混凝土连为一体，更能发挥整体稳定支护的协同作用。

所述钉下承载结构之间的槽钢在水平方向通长连接，或者断开在水平方向或垂直方向单独安装。

所述锚下承载结构之间的槽钢在水平方向通长连接，或者断开在水平方向或垂直方向单独安装。

最好在每根槽钢翼缘之间设置加劲肋，防止槽钢翼缘悬空端较大的变形，进一步增加稳定性。

本发明的一种基坑复合土钉支护结构特点是，土钉支护结构和锚杆支护结构都设置了承载结构，分为钉下承载结构和锚下承载结构：

A.钉下承载结构包含两根并列的槽钢、放置在两根并列的槽钢中间上面的垫板、将两根并列槽钢连为整体的连接钢筋。垫板中部带有连接孔，土钉钉头穿过垫板的连接孔。其中土钉由杆体和钉头组成，杆体为钢筋或空心钢管，钉头为螺杆并配有螺母。钉下承载结构之间的槽钢水平通长连接或断开单独安装；

B.锚下承载结构包含两根并列的槽钢、放置在两根并列的槽钢中间上面的垫板、将两根并列槽钢连接为整体的水平缀板、在每根槽钢翼缘之间设置的加劲肋、在垫板上安装的斜垫板。锚下承载结构之间的槽钢水平通长连接或断开单独安装。

所述锚头当杆体由钢筋制成时，锚头由螺丝杆和螺母制成；当杆体由钢绞线制成时，锚头由卡具制成。螺母和卡具是平行的两个概念，统称为锚具。

所述混凝土面层的下端安装泄水孔。

一种基坑复合土钉支护方法，分为土钉支护施工过程和锚杆支护施工过程：

A.土钉支护施工过程：基坑向下开挖l-2米深，采用钻孔机朝迎土面斜向下钻孔；在钻孔中放入土钉，然后向钻孔中灌浆；在基坑壁的表面铺设面层钢筋网；喷射混凝土至覆盖面层钢筋网；在土钉钉头下方和钢筋网之间安装钉下承载结构，当钻孔中的灌浆达到设计强度75％以上后，对土钉施加其轴向拉力标准值20—30％微预应力，并用螺母锁定；喷射混凝土面层形成挡土面层，完成一层土钉支护；

B.锚杆支护施工过程：基坑向下开挖2-3米深,采用钻孔机朝迎土面斜向下钻孔；在孔中放入锚杆，然后向孔中灌浆；在基坑壁的表面铺设面层钢筋网；喷射混凝土至覆盖面层钢筋网，在锚杆锚头下方和钢筋网之间安装锚下承载结构，当钻孔中的灌浆达到设计强度75％以上后，对锚杆施加其轴向拉力标准值50％的低预应力，并用螺母锁定；喷射混凝土面层形成挡土面层，完成一层锚杆支护；

C.重复上述土钉支护施工过程或锚杆支护施工过程，直至基坑底部，完成整个基坑支护施工。

所述锚下承载结构和钉下承载结构中的槽钢翼缘内填充混凝土并与挡土面层的混凝土连为一体，更能发挥整体稳定支护的协同作用。

所述钉下承载结构之间的槽钢在水平方向通长连接，或者断开在水平方向或垂直方向单独安装。

所述锚下承载结构之间的槽钢在水平方向通长连接，或者断开在水平方向或垂直方向单独安装。

所述土钉支护施工过程和锚杆支护施工过程，可以按层交错施工；也可以任意施工一层或两层以上土钉支护施工过程，再施工一层或两层以上锚杆支护施工过程，还可交替施工。优选交错施工。这样形成的基坑复合土钉支护结构，就构成了一层或两层以上土钉间隔设置和另一层或两层以上锚杆间隔设置，沿上下交替分布。这更有利根据不同的地理条件实施不同协同稳定的支护结构。所述土钉最好由杆体及钉头焊接构成，杆体由钢筋或空心钢管制成。

本方法中对土钉施加其轴向拉力标准值20—30％的微预应力，张拉后用螺母将土钉锁定在钉下承载结构上；对锚杆施加锚杆轴向拉力标准值50％的低预应力，张拉后用螺母将锚杆锁定在锚下承载结构上。这样就可以形成本发明所述的一种基坑复合土钉支护结构为微预应力土钉支护结构与低预应力锚杆支护结构分层分布，相互协同形成稳定了预应力支护体系。

本发明的基坑复合土钉支护结构及方法特点是：(1)在土钉钉头与面层钢筋网连接处安装一钉下承载结构，同时在土钉端部安装螺杆螺母结构，可实现对土钉施加预应力，在对土钉施加其轴向拉力标准值20—30％的微预应力，同时在土钉端部安装螺母对土钉进行锁定，形成微预应力土钉，实现微预应力土钉的主动支护；(2)通过安装钉下承载结构加强土钉钉头连接，防止钉头因“刺穿”破坏而失效；(3)在锚头部安装一锚下承载结构，在翼缘表面焊接有水平缀板，在翼缘内侧设置有加劲肋，不仅具有较好的刚度和抗压性能，防止锚杆在锚头发生冲切破坏，而且能有效将锚杆的拉力通过喷射混凝土面层传递到基坑侧壁土体中；(4)通过对土钉施加其轴向拉力标准值20—30％的微预应力，对锚杆施加锚杆轴向拉力标准值50％的低预应力，以此来协调锚杆与土钉同步、充分发挥各自承载力和协同作用，实现最佳支护效果，大大提高基坑安全稳定性；(5)通过对锚下承载结构中的槽钢翼缘内填充混凝土并与挡土面层的混凝土连为一体，对钉下承载结构中的槽钢翼缘内填充混凝土并与挡土面层的混凝土连为一体，更能发挥整体稳定支护的协同作用。

一种基坑复合土钉支护结构及方法，具体可以包括以下步骤：

1、从地面向下开挖1-2米；

2、朝迎土面斜向下用机械钻孔，孔径为100-150mm；

3、在孔中放入土钉，并将其对中，然后向孔中灌浆；根据岩土体的参数情况，注浆可采用常压注浆或压力注浆；

4、在基坑侧壁表面水平和垂直方向铺设钢筋网，并将其与基坑壁保持约30—50mm左右的距离；

5、喷射混凝土至覆盖面层钢筋网，在土钉钉头部位安装钉下承载结构，保证土钉钉头伸出钉下承载结构的长度满足预应力张拉施工要求；

6、采用机械扳手或液压千斤顶对土钉施加微预应力，并用螺母锁定；

7、在基坑侧壁上喷射混凝土形成挡土面层，完成一层土钉支护施工；

8、重复上述1、施工过程，直至锚杆施工标高(向下开挖2-3米)；

9、朝迎土面斜向下用机械钻孔，孔径为100-150mm；

10、在锚杆自由段包裹塑料自由段套管，并按1-2m安装定位支架后放入钻孔，然后向钻孔中灌浆；根据岩土体的参数情况，注浆可采用常压注浆或压力注浆；

11、在基坑侧壁表面水平和垂直方向铺设钢筋网，并将其与基坑壁保持约30-50mm左右的距离；

12、喷射混凝土至覆盖面层钢筋网，在锚头部安装锚下承载结构，保证锚头部伸出锚下承载结构的长度满足预应力张拉施工要求；

13、采用液压千斤顶对锚杆施加低预应力，并用螺母或卡具锁定；

14、在基坑侧壁上喷射混凝土形成挡土面层，完成一层锚杆支护施工；

15、重复上述步骤1-7土钉施工过程或9-14锚杆施工过程，直至基底，完成整个基坑支护施工。

上述方法中的钉下承载结构由槽钢、垫板、上翼缘和下翼缘两端焊接的连接钢筋构成，一般情况下型钢为6号至8号间选用。

上述方法中的锚下承载结构由槽钢、垫板、上翼缘和下翼缘两端焊接的连接缀板、竖向加劲肋、斜垫板构成，一般情况下型钢为10号至18号间选用。

上述方法中的钉下承载结构和锚下承载结构排列方式为横向安装或竖向安装，横向安装时槽钢可以通长连接或单独安装，竖向安装时采用单独安装。钉下承载结构单独安装时其长度可取0.5-0.8m。锚下承载结构单独安装时其长度可取1.0-1.5m。

上述方法中土钉由杆体及钉头焊接构成，杆体由钢筋或空心钢管制成，钉头由螺丝杆及螺母制成。

上述方法中锚杆由杆体及锚头构成，当杆体由钢筋制成时，锚头由螺丝杆和螺母制成；当杆体由钢绞线制成时，锚头带有卡具，螺母和卡具统称锚具。

上述方法中土钉和锚杆采用全长范围内注浆。

上述结构及方法中的土钉和锚杆可以成矩形排列或梅花状交叉排列；

上述方法中土钉受力一般较小，其轴向拉力标准值的20％-30％，相对于锚杆预应力很小，故称为微预应力；

上述方法中锚杆受力相对较大，国家规范规定锚杆预应力锁定值宜取锚杆轴向拉力标准值的75％-90％，本发明专利为使锚杆与土钉更好地同步发挥作用，将锚杆预应力降低到约锚杆轴向拉力标准值的50％，故称为低预应力。

本发明提出的基坑复合土钉支护结构是基于传统土钉与锚杆联合支护技术存在四个突出的严重问题和致命缺陷：(1)无法对土钉杆体施加预应力,土钉只能被动受力，由此导致基坑地表竖向沉降和水平变形都很大，容易导致基坑周边管网或建筑物开裂；(2)土钉杆体一般采用与横向加强筋焊接连接或采用井字架钢筋焊接连接，连接处非常薄弱，容易产生混凝土“刺穿”破坏，导致土钉承载力失效；(3)锚杆一般采用腹板紧贴面层的槽钢制成，刚度较差，容易出现屈曲破坏，且锚头容易在腹板产生冲切破坏而失效；(4)土钉被动受力与锚杆主动受力相矛盾，二者不能同步工作，一般情况是锚杆先受力发挥承载力作用，基坑变形较大后土钉才开始被动支护受力，因此不能充分发挥锚杆和土钉各自的承载力，容易出现锚杆先受拉破坏，土钉后受拉失效的工程事故。

本发明相比传统土钉与锚杆联合支护技术具有以下显著优点：(1)通过在土钉钉头部位安装钉下承载结构，采用螺母锁定土钉，解决了传统土钉无法施加预应力的问题，通过对土钉施加预应力实现了土钉的主动支护，降低基坑变形；(2)安装的钉下承载结构有效解决了钉头拉力的传递，防止在混凝土中产生“刺穿”破坏；(3)通过在锚头部安装锚下承载结构，解决了槽钢屈曲破坏和锚头冲切破坏的问题；(4)通过对土钉施加约土钉轴向拉力标准值的20％-30％的微预应力，对锚杆施加锚杆轴向拉力标准值50％的低预应力，使低预应力锚杆与微预应力土钉能同步、协调、充分发挥各自承载力，显著提高基坑安全稳定性；(5)通过对锚下承载结构中的槽钢翼缘内填充混凝土并与挡土面层的混凝土连为一体，对钉下承载结构中的槽钢翼缘内填充混凝土并与挡土面层的混凝土连为一体，更能发挥整体稳定支护的协同作用。

附图说明

图1为本发明第一层土钉护壁结构的示意图。

图2为本发明第二层锚杆护壁结构的示意图。

图3为利用本发明的整体护壁结构的示意图。

图4为土钉与钉下承载结构节点的示意图。

图5为锚杆与锚下承载结构节点的示意图。

图6为钉下承载结构的示意图。

图7为图6的A-A剖面图。

图8为锚下承载结构示意图。

图9为图8的B-B剖面图。

图10为已有技术中土钉钉头与钢筋网之间焊接节点的示意图。

图11为图10的C-C剖面图。

图1-图9中，1是混凝土面层，2是钢筋网，3是泄水孔，4是土钉钻孔，5是土钉灌浆体，6是土钉，7是锚杆钻孔，8是锚杆灌浆体，9是锚杆自由段套管，10是锚杆，11是钉下承载结构槽钢，12是螺母，13是钉下承载结构垫板，14是钉下承载结构下翼缘连接钢筋，15是锚下承载结构槽钢，16是锚下承载结构槽钢上翼缘缀板，17是锚下承载结构垫板，18是卡具或螺母，19是加劲肋，20是锚下承载结构下翼缘缀板，21是钉下承载结构垫板孔，22是钉下承载结构上翼缘连接钢筋，23是锚下承载结构垫板孔。

图10-图11中，24是土钉，25是井字型钢筋架，26是钢筋网。

具体实施方式

本发明提出的一种基坑复合土钉支护结构，有固定在基坑壁土钉钻孔4中的土钉6，固定在基坑壁锚杆钻孔7中的锚杆10，在基坑壁的表面铺设钢筋网2喷射混凝土并构成的挡土面层；土钉在一层中为间隔设置，锚杆在另一层中为间隔设置；在土钉钉头下方和钢筋网2之间安装有钉下承载结构，钉下承载结构包括设置在钢筋网2上的两根并列的槽钢11、放置在两根并列的槽钢中间上面的垫板13，两根并列的槽钢11之间用下翼缘连接钢筋14和上翼缘连接钢筋22连接为整体，垫板13中部带有连接孔21；土钉钉头穿过垫板的连接孔21，土钉钉头为螺杆并配有螺母；在锚头下方和钢筋网2之间安装有锚下承载结构，锚下承载结构包括两根并列的槽钢15、放置在两根并列的槽钢中间上面的垫板17，两根并列的槽钢之间用下翼缘缀板20和上翼缘缀板16连接为整体，每根槽钢翼缘之间设置加劲肋19，斜垫板置于垫板17之上，斜垫板、垫板中部带有连接孔；锚头穿过斜垫板的连接孔、垫板的连接孔23，锚头为螺杆并配有螺母，土钉6由杆体及钉头焊接构成，锚杆10的自由段包裹自由段套管9，锚下承载结构和钉下承载结构中的槽钢翼缘内填充有混凝土并与挡土面层的混凝土连为一体，土钉施加有其轴向拉力标准值20—30％的微预应力，并由螺母12将土钉锁定在钉下承载结构上；锚杆施加有锚杆轴向拉力标准值约50％的低预应力，并用螺母18将锚杆锁定在锚下承载结构上，形成微预应力土钉支护结构与低预应力锚杆支护结构分层分布，所述混凝土面层1的下端安装泄水孔3。见图1-图9，其中图3为本发明整体护壁结构的示意图。

本发明的一种基坑复合土钉支护方法，首先从地面向下开挖1.5米，采用钻孔机朝迎土面斜向下钻孔4；在钻孔4中放入土钉6，然后向钻孔4中灌浆；在基坑壁的表面铺设面层钢筋网2，并将其与基坑壁保持约30—50mm左右的距离；喷射混凝土至覆盖面层钢筋网2，在土钉钉头处安装钉下承载结构，钉下承载结构由槽钢、垫板、上翼缘和下翼缘两端焊接的连接钢筋构成，钉下承载结构可以水平通长连接或断开单独安装；当钻孔4中的灌浆达到设计强度75％以上后，对土钉6施加微预应力，并用螺母12锁定；喷射混凝土面层1形成挡土面层，完成一层土钉支护施工过程；重复上述开挖施工过程，直至锚杆施工标高进行锚杆施工，也就是再向下开挖2.5米；采用钻孔机朝迎土面斜向下钻孔7；在锚杆10的自由段长度范围内安装自由段套管9，然后将锚杆10对中放入钻孔7中；向钻孔7中灌浆；在基坑壁的表面铺设面层钢筋网2，并将其与基坑壁保持约30-50mm左右的距离；喷射混凝土至覆盖面层钢筋网2，在锚头部安装锚下承载结构，锚下承载结构包含两根并列的槽钢、放置在两根并列的槽钢中间上面的垫板、将两根并列槽钢连接为整体的水平缀板、在每根槽钢翼缘之间设置的加劲肋、安装在垫板之上的斜垫板，斜垫板、垫板中部带有连接孔；锚下承载结构可以水平通长连接或断开单独安装；当钻孔7中灌浆达到设计强度75％以上后，对锚杆10施加预应力，并用锚具螺母18锁定；喷射混凝土面层1，完成一层锚杆支护施工过程；重复上述土钉或锚杆施工过程，直至基坑底部完成整个基坑支护施工。

上述方法中的钉下承载结构由两根槽钢焊接而成，槽钢型号可选用[6—[8，两根槽钢由水平连接筋焊接，水平连接筋距离两端约100mm，采用直径14-22mm的二级螺纹钢筋或宽度为20-30mm厚6-10mm的钢板。钉下承载结构可以在同一层土钉高程处通长连接，也可断开单独安装，单独安装时，钉下承载结构长度可取0.5-0.8m。

上述方法中的锚下承载结构由两根槽钢焊接而成，槽钢型号可选用[10—[18，两根槽钢由缀板焊接，缀板距离两端约150mm，采用宽度30-50mm厚10-20mm的钢板，槽钢腹板内焊接加劲肋，加劲肋采用直径22-32mm的二级螺纹钢筋。锚下承载结构可以在同一层锚杆高程处通长连接，也可断开单独安装，单独安装时，锚下承载结构长度可取0.8-1.2m。

本方法的具体施工步骤是：(1)沿基槽开挖边线内缘开挖适于护壁施工方便深度的基槽，在基槽侧壁纵向距地面标高下一定深度处(如1.5米或1米或2米或1.2米或1.8米等)，采用钻孔机斜向下与水平面成10°-20°钻孔4，孔径为110-150mm，(2)在钻孔4里面对中放入土钉6，土钉杆体可采用直径为16-25mm的二级钢筋或直径48mm左右壁厚3-8mm的空心钢管，钉头螺杆直径按与土钉杆体等强度原则配置，并用塑料薄膜包裹钉头螺杆以便后期安装螺母12，然后在钻孔4内灌注水泥浆或水泥砂浆；(3)在基坑侧壁上绑扎钢筋网2，钢筋采用直径6.5或8mm的一级光圆钢筋，水平和竖向间距为100-250mm；(4)喷射混凝土至覆盖面层钢筋网2，在土钉钉头处安装钉下承载结构；(5)待钻孔4内的灌浆达到设计强度的75％以上后，采用千斤顶或机械扳手对土钉施加微预应力，预应力大小可为土钉轴向拉力标准值的20％-30％；(6)喷射混凝土面层1，混凝土标号为C20—C30，厚度100-150mm，完成一层土钉支护施工。(7)重复上述土钉施工向下开挖工序至锚杆施工标高的深度(如2.5米或2米或3米或2.3米或2.7米等)；(8)采用钻孔机斜向下与水平成10°-30°钻孔7，孔径为110-150mm；(9)在钻孔7里面对中放入安装好自由段套管9的锚杆10，锚杆可采用多根直径为22-25mm的二级钢筋或直径12.7-15.2mm的钢绞线，采用钢筋时在头部按等强度原则焊接螺丝杆，并用塑料薄膜包裹锚头螺丝杆以便后期安装螺母；如果采用钢绞线时，用塑料薄膜包裹锚头钢绞线以便后期安装锚具(卡具)，然后在钻孔7内灌注水泥浆或水泥砂浆；(10)在基坑侧壁上绑扎钢筋网2，钢筋采用直径6.5或8mm的一级光圆钢筋，水平和竖向间距为100-250mm；(11)喷射混凝土至覆盖面层钢筋网，在锚头部处安装锚下承载结构；(12)待钻孔7内的灌浆达到设计强度的75％以上后，采用液压千斤顶对锚杆施加低预应力，预应力大小可为锚杆轴向拉力标准值的50％，并用锚具固定；(13)喷射混凝土面层1，混凝土标号为C20—C30，厚度100-150mm，完成一层锚杆支护施工过程；(14)重复上述土钉支护或锚杆支护的施工过程，完成下面各层护壁，直至基底，完成整个基坑支护施工。可以是一层一层接替重复土钉施工过程或锚杆施工过程，也可以是类似如附图的图3所示任意施工一层或两层以上土钉支护施工过程，再施工一层或两层以上锚杆支护施工过程，这样交替施工过程。

以上仅是本发明的范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，或任何变换本发明中所述钉下承载结构、锚下承载结构的安装方式或安装形式，或变换土钉和锚杆的布置方式，或采用其它方法对土钉施加微预应力，或采用其它方法对锚杆施加低预应力，均落在本发明权利保护范围之内。

本发明的一个实施例是某基坑工程，深度15m，土钉竖向间距1.5m，水平间距为1.5m，土钉设计在第1、6、7、8排；锚杆水平间距和竖向间距为2.0m，锚杆设计在第2、3、4、5排。施工时，首先在该区域内沿基坑开挖边线内开挖深2m的基槽，在基槽侧壁纵向距地面标高下1.5m处钻孔4，钻孔倾角与水平面成夹角15°，直径为25mm土钉6对中放入钻孔4中，采用0.5MPa常压在钻孔4中灌注M25水泥浆，在基坑壁上绑扎钢筋网，其规格是直径为6.5mm，水平和竖向间距为200mm，钢筋网与基坑侧壁土体距离保持30mm左右，然后喷射混凝土至刚好覆盖钢筋网，喷射混凝土标号为C20，再安装钉下承载结构。钉下承载结构有2根6.5号槽钢，放置在两根并列的槽钢中间上面的垫板，两根并列的槽钢之间连接有钢筋，垫板中部带有连接孔；土钉钉头穿过垫板的连接孔，土钉钉头为螺杆并配有螺母。2根6.5号槽钢的长度为0.6m，水平安装，待土钉水泥浆强度达到15MPa、面层钢筋混凝土强度达到10MPa时，采用小型千斤顶对土钉施加30kN预应力并用螺母锁定，然后再喷射混凝土至设计厚度100mm，即完成了第一层土钉支护施工过程。再向下开挖2.0m，在侧壁纵向距离地面标高3.5m处钻孔7，钻孔倾角与水平面成夹角15°，采用两根直径12.7mm的钢绞线制作锚杆10，将其对中放入钻孔7中，采用0.5MPa常压在钻孔7中灌注M25水泥浆，形成锚杆，在基坑壁上绑扎钢筋网，其规格是直径为6.5mm，水平和竖向间距为200mm，钢筋网与基坑侧壁土体距离保持30mm左右，然后喷射混凝土至刚好覆盖钢筋网，喷射混凝土标号为C20，再安装锚下承载结构。在锚头下方和钢筋网之间安装有锚下承载结构，锚下承载结构包含两根并列的槽钢、放置在两根并列的槽钢中间上面的垫板，两根并列的槽钢之间用水平缀板连接为整体，每根槽钢翼缘之间设置加劲肋，还有斜垫板置于垫板之上，斜垫板、垫板中部带有连接孔；锚头穿过斜垫板、垫板的连接孔，锚下承载结构的两根并列的槽钢，采用2根18号槽钢组成，其长度为1.2m，水平安装。待锚杆水泥浆强度达到15MPa、面层钢筋混凝土强度达到10MPa时，采用千斤顶对锚杆施加100kN预应力并用卡具锁定，然后再喷射混凝土至设计厚度100mm，即完成了第二层锚杆支护施工过程。重复上述施工工序的锚杆支护施工过程或土钉支护施工过程，完成下面各层锚杆支护施工过程和土钉支护施工过程，锚杆和土钉在竖向上按梅花形交错布置，直至基底，构成整个复合土钉支护体系。

本发明的一个对比授权发明专利是“基坑边坡平锚喷网支护方法”，专利号是95119432.1，该专利技术的特征是：钻孔采用洛阳铲人工作业；锚杆孔成水平分布方式布置；锚头用井字型钢筋(如图10和图11所示)与钢筋网焊成一体。与该专利技术相比，本专利技术具有以下创新及优点：(1)采用机械钻孔，施工效率高，成孔质量好；(2)土钉与水平面成一定夹角，施工更方便，可直接在孔口灌浆，方便易行，且灌浆更饱满；(3)在土钉钉头处安装钉下承载结构，比井字型钢筋能更好地传递分担钉头拉力，并且避免了钉头在面层混凝土中产生“刺穿”破坏；(4)本发明安装的钉下承载结构有效解决了采用井字型钢筋与钢筋网焊接一体而无法施加预应力的技术难题，可对土钉施加微预应力；(5)结合采用预应力锚杆进行支护，并对锚杆施加低预应力，并和施加微预应力的土钉同步且充分发挥各自承载力，可显著减小基坑侧壁的水平变形和竖向沉降，提高基坑的安全稳定性。

Claims (10)

1.一种基坑复合土钉支护结构，有固定在基坑壁土钉钻孔(4)中的土钉(6)，固定在基坑壁锚杆钻孔(7)中的锚杆(10)，在基坑壁的表面铺设钢筋网(2)喷射混凝土构成的挡土面层；其特征在于：土钉在一层中为间隔设置，锚杆在另一层中为间隔设置；在土钉钉头下方和钢筋网(2)之间安装有钉下承载结构，钉下承载结构包括设置在钢筋网(2)上的两根并列的槽钢(11)、放置在两根并列的槽钢中间上面的垫板(13)，将两根并列的槽钢连接为整体的连接钢筋，垫板(13)中部带有连接孔(21)；土钉钉头穿过垫板的连接孔(21)，土钉钉头为螺杆并配有螺母(12)，土钉施加有其轴向拉力标准值20—30％的微预应力，并由螺母(12)将土钉锁定在钉下承载结构上；在锚头下方和钢筋网之间(2)安装有锚下承载结构，锚下承载结构包括两根并列的槽钢(15)，放置在两根并列的槽钢中间上面的垫板(17)，将两根并列的槽钢连接为整体的水平缀板，每根槽钢翼缘之间设置的加劲肋(19)，置于垫板(17)上的斜垫板，斜垫板、垫板中部带有连接孔；锚头穿过斜垫板、垫板的连接孔，锚头为螺杆并配有螺母(18)，锚杆施加有其轴向拉力标准值50％的低预应力，并用螺母(18)将锚杆锁定在锚下承载结构上。

2.如权利要求1所述的一种基坑复合土钉支护结构，其特征在于：每层土钉在同一层按一定间距设置，每层锚杆在同一层按一定间距设置，土钉、锚杆在竖向按层交错布置。

3.如权利要求1所述的一种基坑复合土钉支护结构，其特征在于：土钉由杆体及钉头焊接构成，杆体由钢筋或空心钢管制成。

4.如权利要求1-3中任一项所述的一种基坑复合土钉支护结构，其特征在于：锚下承载结构和钉下承载结构中的槽钢翼缘内填充有混凝土并与挡土面层的混凝土连为一体。

5.如权利要求1所述的一种基坑复合土钉支护结构，其特征在于：每根槽钢翼缘之间设置加劲肋。

6.如权利要求1所述的一种基坑复合土钉支护结构，其特征在于：一层或两层以上土钉间隔设置和另一层或两层以上锚杆间隔设置，沿上下交替分布。

7.一种权利要求1所述的基坑复合土钉支护结构的支护方法，分为土钉支护施工过程和锚杆支护施工过程：

A.土钉支护施工过程：基坑向下开挖l-2米深，采用钻孔机朝迎土面斜向下钻孔；在钻孔(4)中放入土钉(6)，然后向孔中灌浆；在基坑壁的表面铺设面层钢筋网(2)；喷射混凝土至覆盖面层钢筋网(2)；在土钉钉头下方和钢筋网之间安装钉下承载结构；当钻孔中的灌浆达到设计强度75％以上后，对土钉施加其轴向拉力标准值20—30％微预应力，并用螺母锁定；喷射混凝土面层(1)形成挡土面层完成一层土钉支护；

B.锚杆支护施工过程：基坑向下开挖2-3米深，采用钻孔机朝迎土面斜向下钻孔；在钻孔(7)中放入锚杆(10)，然后向孔中灌浆；在基坑壁的表面铺设面层钢筋网(2)；喷射混凝土至覆盖面层钢筋网(2)，在锚杆锚头下方和钢筋网之间安装锚下承载结构；当钻孔中的灌浆达到设计强度75％以上后，对锚杆施加其轴向拉力标准值50％的低预应力，并用螺母锁定；喷射混凝土面层(1)形成挡土面层，完成一层锚杆支护；

C.重复上述土钉支护施工过程或锚杆支护施工过程，直至基坑底部，完成整个基坑支护施工。

8.如权利要求7所述的基坑复合土钉支护结构的支护方法，其特征在于：锚下承载结构和钉下承载结构中的槽钢翼缘内填充混凝土并与挡土面层的混凝土连为一体。

9.如权利要求7所述的基坑复合土钉支护结构的支护方法，其特征在于：钉下承载结构之间的槽钢在水平方向通长连接，或者断开在水平方向或垂直方向单独安装。

10.如权利要求7所述的基坑复合土钉支护结构的支护方法，其特征在于：锚下承载结构之间的槽钢在水平方向通长连接，或者断开在水平方向或垂直方向单独安装。