CN106759376A - 用于临近既有地下结构的基坑桩锚支护体系及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于临近既有地下结构的基坑桩锚支护体系及其施工方法，所述的支护体系包括前排钢管桩、后排钢管桩、后排竖向预应力锚杆、前排桩冠梁、后排桩冠梁、横向连接钢筋、前排锚具、后排锚具、垫块、斜铁、前排预应力锚杆和腰梁。本发明依靠后排钢管桩内设置的竖向预应力锚杆，可大幅度减小地下空间的占用，充分利用建筑红线以内有限的地面和空间。本发明的竖向预应力锚杆锚固于稳定地层，可以大大节省后排钢管桩用量，同时提供良好锚固力，前排预应力锚杆锚固与稳定岩层，同时增加整体结构抗倾覆性。本发明后排竖向预应力锚杆与设置在前排钢管桩的预应力锚杆有效地增大了支护结构的抗倾覆安全系数，降低了施工成本，缩短了施工工期。

Description

用于临近既有地下结构的基坑桩锚支护体系及其施工方法

技术领域

本发明属于土木工程基坑支护技术领域，具体涉及一种用于临近既有地下结构的基坑桩锚支护体系及其施工方法。

背景技术

近年来，随着城市建设进程的加快，土地资源日益紧张，地面、地下可利用空间越来越少，很多拟建建筑见缝插针，被迫在既有建筑旁并且距离既有建筑很近处进行修建，所以在充分利用土地的同时亦引发以下诸多问题：

1、由于新开工的建筑基坑紧邻既有建筑，导致新建建筑基坑的边坡支护方法很难选取，既不能采取放坡开挖，又不能使用土钉墙支护、桩锚支护。

2、如果采取传统的桩(墙)锚支护，由于坑后土体空间的限制(因既有建筑基础的限制，或临近建筑物有地下室，坑后土体宽度有限)，所以锚杆角度较大，支护效果较差，并且有的基坑根本无法施工锚杆。此种情况下，采用内支撑虽然方案上可行，但其实施成本较高，工序繁杂、施工工期较长，对土方开挖和结构主体施工影响严重。

3、有些基坑施工环境为上方具有较厚杂填土，同时又临近既有地下结构，如采用传统桩锚支护结构，则需增大桩长度，施工成本过大，同时锚索又无法锚固于稳定地层。

发明内容

为了解决上述传统的桩(墙)锚支护受坑后土体宽度有限，锚索角度大，支护效果不佳，并且有的基坑根本无法施工锚索，造成基坑变形过大或施工困难或无法锚定等问题，本发明要找到一种既能克服外界空间的限制，又具有较好的支护效果、且工程材料消耗相对较小、施工成本相对较低、施工工期相对较短、技术经济性相对较高的用于临近既有地下结构的基坑桩锚支护体系及其施工方法。

本发明的技术方案为：用于临近既有地下结构的基坑桩锚支护体系，包括前排钢管桩、后排钢管桩、后排竖向预应力锚杆、前排桩冠梁、后排桩冠梁、横向连接钢筋、前排锚具、后排锚具、垫块、斜铁、前排预应力锚杆和腰梁；

所述的前排钢管桩有多根、设置在基坑坑壁处，所述的后排钢管桩有多根、设置在基坑坑壁与既有地下结构之间，所述的后排钢管桩与前排钢管桩的连线相互平行；

所述的前排钢管桩顶部均与前排桩冠梁连接，所述的后排钢管桩顶部均与后排桩冠梁连接，所述的前排桩冠梁与后排桩冠梁通过横向连接钢筋连接；所述的前排钢管桩腰部均与腰梁连接；

所述的前排预应力锚杆安装在相邻的两根前排钢管桩之间的腰梁上，前排预应力锚杆的外端与前排锚具固定，在前排锚具与腰梁之间设置斜铁和垫块，前排预应力锚杆的内端插入基坑坑壁内，前排预应力锚杆的轴线与水平面之间具有15°～25°的夹角；

所述的后排竖向预应力锚杆通过后排钢管桩顶部插入基坑坑壁内，后排竖向预应力锚杆的外端与后排锚具固定。

进一步地，所述的前排预应力锚杆的轴线与后排竖向预应力锚杆的轴线不在同一个平面内。

进一步地，所述的后排钢管桩与前排钢管桩沿基坑坑壁水平方向交叉设置。

进一步地，所述的后排钢管桩沿基坑坑壁水平方向的位置位于两个前排钢管桩之间的中心位置。

进一步地，所述的前排预应力锚杆安装在两个前排钢管桩之间的中心位置的腰梁上。

进一步地，所述的后排钢管桩长度为1～2m，后排钢管桩连线与前排钢管桩连线的距离大于1.5m。

进一步地，所述的前排桩冠梁与后排桩冠梁均采用槽钢，槽钢开口向下，槽钢宽度为前排钢管桩直径的110％。

进一步地，所述的后排竖向预应力锚杆与前排预应力锚杆的杆体材料为钢绞线、钢筋或钢丝束。

用于临近既有地下结构的基坑桩锚支护体系的施工方法，包括以下步骤：

A、施工前准备

清理场地，挖除表面松动土层，对桩孔进行测量定位、放样。前后排桩位呈梅花形布置，所述的后排钢管桩桩位沿基坑坑壁水平方向的位置位于两个前排钢管桩桩位之间的中心位置，前后排桩间距不小于1.5m。

B、钢管桩施工

按照步骤A确定好的桩位施做前排钢管桩和后排钢管桩：架设桩机安装桩机移动到位、吊桩、插桩、锤击下沉、接桩、锤击至设计深度、沉桩完成、钢管桩内灌注混凝土。

C、安装前排桩冠梁

前排桩冠梁采用槽钢，槽钢开口向下，槽钢宽度为前排钢管桩直径的110％。

D、安装后排竖向预应力锚杆

后排竖向预应力锚杆的杆体材料为钢绞线、钢筋或钢丝束，后排竖向预应力锚杆注浆完毕安装后排桩冠梁，后排桩冠梁采用槽钢，所用槽钢顶部预制用于后排竖向预应力锚杆穿过的孔洞，槽钢开口向下，槽钢宽度为后排钢管桩直径的110％，待后排竖向预应力锚杆注浆养护至设计强度对后排竖向预应力锚杆进行张拉锁定。

E、连接前后排冠梁

前排桩冠梁和后排桩冠梁间采用横向连接钢筋焊接连接，横向连接钢筋沿基坑坑壁水平方向呈W形分布。

F、开挖基坑

待具备基坑开挖条件后沿前排钢管桩竖向进行基坑开挖，开挖至锚杆设计深度下方，进行前排预应力锚杆及腰梁的施工；所述前排预应力锚杆在设计深度应偏离相邻两个前排钢管桩桩间的中心位置18-22cm，避免与后排竖向预应力锚杆交叉破坏后排竖向预应力锚杆的注浆。

G、结束

待步骤F中安设的前排预应力锚杆养护至设计强度，继续向下开挖基坑至设计深度。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明依靠后排钢管桩内设置的竖向预应力锚杆，可大幅度减小地下空间的占用，充分利用建筑红线以内有限的地面和空间，发挥投资效益，适用于周围紧邻的既有建筑物和重要交通道路。当附近有重要建筑物或管线时，可通过增大钢管桩截面直径或增加预应力锚杆数量或增加预应力锚杆锚固长度确保基坑不出现位移过大的情况。

2、本发明适用于基坑紧邻既有建筑物结构，且既有建筑物下方常常伴有地下结构，同时基坑土质条件差，上层以杂填土为主，下层为风化岩层，竖向预应力锚杆锚固于稳定地层，可以大大节省后排钢管桩用量，同时提供良好锚固力，前排钢管桩的预应力锚杆锚固与稳定岩层，即可以提供锚固力，同时增加整体结构抗倾覆性。

3、本发明后排竖向预应力锚杆与设置在前排钢管桩的预应力锚杆有效地增大了支护结构的抗倾覆安全系数，并且可适当减小前排桩的嵌固深度及后排竖向预应力锚杆的锚固长度，降低了施工成本，缩短了施工工期。

4、本发明采用钢管桩、锚杆组合支护，其后排采用短钢管桩形式，节省了大量钢材，比采用灌注桩降低成本，有效的降低了工程的造价、比采用灌注桩施工工期短，取得了显著的经济成效。钢管桩结合锚杆支护保证基坑不会出现大的沉降和滑坡。

5、本发明采用钢管桩代替灌注桩进行支护，解决灌注桩设备占用场地、污染环境的特点，施工便捷，工艺简单，可有效提高工效，质量可控，基坑工程风险大幅降低。

6、本发明采用槽钢冠梁，通过将横向连接钢筋焊接在前后冠梁之上，取代了传统的钢筋混凝土冠梁，避免了钢筋混凝土的养护时间，有效提高了施工进度。

7、本发明充分利用发挥预应力锚索可张拉优势，控制变形，增强支护效果。

附图说明

图1为本发明立面结构示意图。

图2为本发明设置在前排钢管桩的预应力锚杆施工位置示意图。

图3为本发明平面结构示意图。

图4为本发明前排钢管桩与后排钢管桩连接示意图。

图5为本发明锚索内置于后排钢管桩内示意图

图6为为本发明预应力锚杆立体结构示意图。

图中：1、前排钢管桩，2、后排钢管桩，3、后排竖向预应力锚杆，4、前排桩冠梁，5、后排桩冠梁，6、横向连接钢筋，7、前排锚具，8、垫块，9、斜铁，10、前排预应力锚杆，11、腰梁，12、后排锚具。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步地说明。如图1-6所示用于临近既有地下结构的基坑桩锚支护体系，包括前排钢管桩1、后排钢管桩2、后排竖向预应力锚杆3、前排桩冠梁4、后排桩冠梁5、横向连接钢筋6、前排锚具7、后排锚具12、垫块8、斜铁9、前排预应力锚杆10和腰梁11；

所述的前排钢管桩1有多根、设置在基坑坑壁处，所述的后排钢管桩2有多根、设置在基坑坑壁与既有地下结构之间，所述的后排钢管桩2与前排钢管桩1的连线相互平行；

所述的前排钢管桩1顶部均与前排桩冠梁4连接，所述的后排钢管桩2顶部均与后排桩冠梁5连接，所述的前排桩冠梁4与后排桩冠梁5通过横向连接钢筋6连接；所述的前排钢管桩1腰部均与腰梁11连接；

所述的前排预应力锚杆10安装在相邻的两根前排钢管桩1之间的腰梁11上，前排预应力锚杆10的外端与前排锚具7固定，在前排锚具7与腰梁11之间设置斜铁9和垫块8，前排预应力锚杆10的内端插入基坑坑壁内，前排预应力锚杆10的轴线与水平面之间具有15°～25°的夹角；

所述的后排竖向预应力锚杆3通过后排钢管桩2顶部插入基坑坑壁内，后排竖向预应力锚杆3的外端与后排锚具12固定。

进一步地，所述的前排预应力锚杆10的轴线与后排竖向预应力锚杆3的轴线不在同一个平面内。

进一步地，所述的后排钢管桩2与前排钢管桩1沿基坑坑壁水平方向交叉设置。

进一步地，所述的后排钢管桩2沿基坑坑壁水平方向的位置位于两个前排钢管桩1之间的中心位置。

进一步地，所述的前排预应力锚杆10安装在两个前排钢管桩1之间的中心位置的腰梁11上。

进一步地，所述的后排钢管桩2长度为1～2m，后排钢管桩2连线与前排钢管桩1连线的距离大于1.5m。

进一步地，所述的前排桩冠梁4与后排桩冠梁5均采用槽钢，槽钢开口向下，槽钢宽度为前排钢管桩1直径的110％。

进一步地，所述的后排竖向预应力锚杆3与前排预应力锚杆10的杆体材料为钢绞线、钢筋或钢丝束。

用于临近既有地下结构的基坑桩锚支护体系的施工方法，包括以下步骤：

A、施工前准备

清理场地，挖除表面松动土层，对桩孔进行测量定位、放样。前后排桩位呈梅花形布置，所述的后排钢管桩2桩位沿基坑坑壁水平方向的位置位于两个前排钢管桩1桩位之间的中心位置，前后排桩间距不小于1.5m。

B、钢管桩施工

按照步骤A确定好的桩位施做前排钢管桩1和后排钢管桩2：架设桩机安装桩机移动到位、吊桩、插桩、锤击下沉、接桩、锤击至设计深度、沉桩完成、钢管桩内灌注混凝土。

C、安装前排桩冠梁4

前排桩冠梁4采用槽钢，槽钢开口向下，槽钢宽度为前排钢管桩1直径的110％。

D、安装后排竖向预应力锚杆3

后排竖向预应力锚杆3的杆体材料为钢绞线、钢筋或钢丝束，后排竖向预应力锚杆3注浆完毕安装后排桩冠梁5，后排桩冠梁5采用槽钢，所用槽钢顶部预制用于后排竖向预应力锚杆3穿过的孔洞，槽钢开口向下，槽钢宽度为后排钢管桩2直径的110％，待后排竖向预应力锚杆3注浆养护至设计强度对后排竖向预应力锚杆3进行张拉锁定。

E、连接前后排冠梁

前排桩冠梁4与后排桩冠梁5间采用横向连接钢筋6焊接连接，横向连接钢筋6沿基坑坑壁水平方向呈W形分布。

F、开挖基坑

待具备基坑开挖条件后沿前排钢管桩1竖向进行基坑开挖，开挖至锚杆设计深度下方，进行前排预应力锚杆10及腰梁11的施工；所述前排预应力锚杆10在设计深度应偏离相邻两个前排钢管桩1桩间的中心位置18-22cm，避免与后排竖向预应力锚杆3交叉破坏后排竖向预应力锚杆3的注浆。

G、结束

待步骤F中安设的前排预应力锚杆10养护至设计强度，继续向下开挖基坑至设计深度。

工程实例：

对地质条件相对较差的深基坑工程，通常采用桩锚支护体系，本例基坑深11m，采用钢管桩单根总长15m、桩径0.219m、桩间距0.8m，基坑紧邻居民楼，且有两层地下室结构，地下土体上层以杂填土为主，下层为风化石英岩，如图1所示。

平整和清理场地，测量定位放线；标出桩心位置，并用石灰撒圈标出桩径大小和位置；标出打桩顺序和桩机开行路线，并在桩机开行部位上铺垫碎石。

充分做好施工前准备工作，先施做前排钢管桩1，再施做后排钢管桩2，前后排钢管桩采用跳槽施工。钢管桩的施工顺序是：桩机安装—桩机移动就位—吊桩—插桩—锤击下沉—接桩—锤击至设计深度—内切钢管桩—沉桩完成钢管桩内灌注混凝土，之后架设前后排钢管桩冠梁。为防止桩头在锤击时损坏，打桩前，要在桩头顶部放置特制桩帽，其上直接经受锤击应力的部位，放置硬木制减震垫块。

待后排钢管桩2内混凝土养护到指定强度，施工后排钢管桩2内后排竖向预应力锚杆3，测量定位—标出后排竖向预应力锚杆3杆施工位置—钻孔—锚索制作—锚索安装—锚固注浆—锚索张拉施加预应力—封孔注浆，如图5所示。

之后将横向连接钢筋6焊接于前后排冠梁之上，焊接位置位于冠梁槽钢与钢管桩圆弧切点的外侧，增大焊接面积，以提高焊接强度，如图4所示。

待具备基坑开挖条件后，沿桩边分层开挖基坑至设计深度，每次开挖3米后，架设前排钢管桩1的腰梁11，之后施工在前排钢管桩1的前排预应力锚杆10，测量定位—标出前排预应力锚杆10施工位置—钻孔—锚索制作—锚索安装—锚固注浆—锚索张拉施加预应力—封孔注浆。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不出以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何细微修改、等同替换和改进，均应包括在本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (9)

1.用于临近既有地下结构的基坑桩锚支护体系，其特征在于：包括前排钢管桩(1)、后排钢管桩(2)、后排竖向预应力锚杆(3)、前排桩冠梁(4)、后排桩冠梁(5)、横向连接钢筋(6)、前排锚具(7)、后排锚具(12)、垫块(8)、斜铁(9)、前排预应力锚杆(10)和腰梁(11)；

所述的前排钢管桩(1)有多根、设置在基坑坑壁处，所述的后排钢管桩(2)有多根、设置在基坑坑壁与既有地下结构之间，所述的后排钢管桩(2)与前排钢管桩(1)的连线相互平行；

所述的前排钢管桩(1)顶部均与前排桩冠梁(4)连接，所述的后排钢管桩(2)顶部均与后排桩冠梁(5)连接，所述的前排桩冠梁(4)与后排桩冠梁(5)通过横向连接钢筋(6)连接；所述的前排钢管桩(1)腰部均与腰梁(11)连接；

所述的前排预应力锚杆(10)安装在相邻的两根前排钢管桩(1)之间的腰梁(11)上，前排预应力锚杆(10)的外端与前排锚具(7)固定，在前排锚具(7)与腰梁(11)之间设置斜铁(9)和垫块(8)，前排预应力锚杆(10)的内端插入基坑坑壁内，前排预应力锚杆(10)的轴线与水平面之间具有15°～25°的夹角；

所述的后排竖向预应力锚杆(3)通过后排钢管桩(2)顶部插入基坑坑壁内，后排竖向预应力锚杆(3)的外端与后排锚具(12)固定。

2.根据权利要求1所述的用于临近既有地下结构的基坑桩锚支护体系，其特征在于：所述的前排预应力锚杆(10)的轴线与后排竖向预应力锚杆(3)的轴线不在同一个平面内。

3.根据权利要求1所述的用于临近既有地下结构的基坑桩锚支护体系，其特征在于：所述的后排钢管桩(2)与前排钢管桩(1)沿基坑坑壁水平方向交叉设置。

4.根据权利要求1所述的用于临近既有地下结构的基坑桩锚支护体系，其特征在于：所述的后排钢管桩(2)沿基坑坑壁水平方向的位置位于两个前排钢管桩(1)之间的中心位置。

5.根据权利要求1所述的用于临近既有地下结构的基坑桩锚支护体系，其特征在于：所述的前排预应力锚杆(10)安装在两个前排钢管桩(1)之间的中心位置的腰梁(11)上。

6.根据权利要求1所述的用于临近既有地下结构的基坑桩锚支护体系，其特征在于：所述的后排钢管桩(2)长度为1～2m，后排钢管桩(2)连线与前排钢管桩(1)连线的距离大于1.5m。

7.根据权利要求1所述的用于临近既有地下结构的基坑桩锚支护体系，其特征在于：所述的前排桩冠梁(4)与后排桩冠梁(5)均采用槽钢，槽钢开口向下，槽钢宽度为前排钢管桩(1)直径的110％。

8.根据权利要求1所述的用于临近既有地下结构的基坑桩锚支护体系，其特征在于：所述的后排竖向预应力锚杆(3)与前排预应力锚杆(10)的杆体材料为钢绞线、钢筋或钢丝束。

9.用于临近既有地下结构的基坑桩锚支护体系的施工方法，其特征在于：包括以下步骤：

A、施工前准备

清理场地，挖除表面松动土层，对桩孔进行测量定位、放样；前后排桩位呈梅花形布置，所述的后排钢管桩(2)桩位沿基坑坑壁水平方向的位置位于两个前排钢管桩(1)桩位之间的中心位置，前后排桩间距不小于1.5m；

B、钢管桩施工

按照步骤A确定好的桩位施做前排钢管桩(1)和后排钢管桩(2)：架设桩机安装桩机移动到位、吊桩、插桩、锤击下沉、接桩、锤击至设计深度、沉桩完成、钢管桩内灌注混凝土；

C、安装前排桩冠梁(4)

前排桩冠梁(4)采用槽钢，槽钢开口向下，槽钢宽度为前排钢管桩(1)直径的110％；

D、安装后排竖向预应力锚杆(3)

后排竖向预应力锚杆(3)的杆体材料为钢绞线、钢筋或钢丝束，后排竖向预应力锚杆(3)注浆完毕安装后排桩冠梁(5)，后排桩冠梁(5)采用槽钢，所用槽钢顶部预制用于后排竖向预应力锚杆(3)穿过的孔洞，槽钢开口向下，槽钢宽度为后排钢管桩(2)直径的110％，待后排竖向预应力锚杆(3)注浆养护至设计强度对后排竖向预应力锚杆(3)进行张拉锁定；

E、连接前后排冠梁

前排桩冠梁(4)与后排桩冠梁(5)间采用横向连接钢筋(6)焊接连接，横向连接钢筋(6)沿基坑坑壁水平方向呈W形分布；

F、开挖基坑

待具备基坑开挖条件后沿前排钢管桩(1)竖向进行基坑开挖，开挖至锚杆设计深度下方，进行前排预应力锚杆(10)及腰梁(11)的施工；所述前排预应力锚杆(10)在设计深度应偏离相邻两个前排钢管桩(1)桩间的中心位置18-22cm，避免与后排竖向预应力锚杆(3)交叉破坏后排竖向预应力锚杆(3)的注浆；

G、结束

待步骤F中安设的前排预应力锚杆(10)养护至设计强度，继续向下开挖基坑至设计深度。