CN108222011A - 一种空心支护桩中设置可回收预应力钢架的基坑支护方法 - Google Patents

Abstract

本发明属岩土工程技术领域，具体涉及一种空心支护桩中设置可回收预应力钢架的基坑支护方法。由钢支架、预应力钢索、转向支架组成的预应力钢支架与预制空心桩、围檩、支撑组成基坑支护体系。其中钢支架由中段的异形钢管及上下端的外侧钢板、内侧钢板、左右侧钢板、封口钢板、支座钢板、支座加强钢板、锚具支座钢板组成，钢支架背部为弧形，贴合预制空心桩空心部分。各转向支架按一定间距固定于钢支架之上，转向支架由转向块和可调节的转向支架组成，用于调节预应力钢索的折线线形。本发明能提供可调节的水平力用来平衡基坑外侧的压力，可减少基坑支护桩的配筋量，减小基坑支护变形，且预应力钢架可整体回收重复利用。

Description

一种空心支护桩中设置可回收预应力钢架的基坑支护方法

技术领域

本发明属岩土工程技术领域，具体涉及一种空心支护桩中设置可回收预应力钢架的基坑支护方法。

背景技术

板式支护体系是深基坑工程常用的一种施工方法，一般由支护挡墙和内支撑或锚杆组成，通过灌注桩排桩、SMW工法桩、地下连续墙、钢板桩等抗弯构件承担基坑周围土体侧压力，配合水泥土搅拌桩或旋喷桩等止水帷幕止水；

预制管桩、预制空心方桩作为承压工程桩大量用于土木工程领域桩基及基础工程，其在桩身强度、施工速度、节能环保等方面较灌注桩有明显的优势，但在基坑支护工程领域尚无广泛应用，预制桩在基坑工程中主要受限于以下几个方面：1.钢筋全部或部分采用预应力钢丝，抗弯受力时延性较差；2.配筋量较小，抗弯剪能力较差。部分采用预应力钢丝、部分采用普通钢筋的预制空心桩在岩土工程领域已有一定应用，此桩型较全预应力桩更适合作为基坑支护工程的抗弯构件承担基坑周围土体侧压力，但配筋量较大，且在控制基坑变形方面与传统支护形式相比并无优势；

预应力技术也普遍应用于土木工程领域中，利用预应力钢丝的超高强度，替代部分普通钢筋以减少结构用钢量、控制构件弯曲变形方面有明显的优势。

发明内容

本发明的目的在于提供一种空心支护桩中设置可回收预应力钢架的基坑支护方法；

本发明提出的空心支护桩中设置可回收预应力钢架的基坑支护方法，由预应力钢支架1、预制空心桩2、围檩3、支撑4组成基坑支护体系，其结构如图1所示；

其中，预应力钢支架1安装于预制空心桩2的空心部分中，预制空心桩2为预制混凝土管桩或空心方桩，配筋采用部分普通钢筋+部分预应力钢筋或者全部普通钢筋，沉桩施工采用整体打入或压入土体；围檩3位于预制空心桩2顶部，一般为钢筋混凝土现浇结构，施工时在相应位置预留与预制空心桩2空心部分相同直径的开孔，用于预应力钢支架1的吊装和回收，也可采用型钢及钢板等制成；支撑4采用钢结构或钢筋混凝土结构内支撑，也可采用锚杆体系，作为板式支护体系的墙顶支撑，与围檩3组合形成完整的支撑或锚杆体系；

预应力钢支架1由钢支架5、预应力钢索6、转向支架7组成，其结构如图2所示，放大图为图4、图5、图6；其中钢支架5由钢材焊接而成，预应力钢索6沿各转向支架7张拉，形成相应的折线形曲线，预应力钢索6张拉时在各转向支架位置提供水平方向分力，可帮助预制空心桩2抵抗基坑外部土体侧压力，并减小预制空心桩2的侧向变形；转向支架7也可采用可调节方式，可使预应力钢索6形成拟合抛物线或其它线形，从而为预制空心桩2提供不同分布形式的水平力；

转向支架7位于钢支架5侧面，沿一定间距分布，每个转向支架7由转向块8、转向块支架9组成，其中转向块8与钢索6接触一面为弧形表面；转向块支架9为钢材制成的可调节支架，可通过调节转向块支架9尺寸改变钢索6的曲线线形；

预应力锚具10用来对预应力钢索6的锚固端进行锚固，预应力锚具11用来对预应力钢索6的张拉端进行锚固；

钢支架5可采用整体式焊接或分段加工后再拼接成整体的结构形式；钢支架5中段为异形钢管12、上下端由外侧钢板13、内侧钢板14、左右侧钢板15、封口钢板16、支座钢板17、支座加强钢板18、锚具支座钢板19组成；其中异形钢管12外侧为弧形，外半径与预制空心桩2内半径相同，中段横截面为A-A剖面，见图8；钢支架5两端由外侧钢板13、内侧钢板14、左右侧钢板15形成封闭异形截面，形成的空腔比异形钢管12截面大，与异形钢管12交接处开口用于穿过预应力钢索6，封口钢板16用于封堵异形钢管12的开口，为预应力钢索6穿过时导向，此部位横截面为B-B剖面，见图9；支座钢板17支撑于支撑4中心标高位置，并加设支座加强钢板18，使预应力钢支架1的支座反力传递到围檩3及支撑4的中心，下支座部位横截面为C-C剖面，见图10，上支座部位横截面为D-D剖面，见图11；锚具支座钢板19用来支承预应力锚具10和预应力锚具11，钢板中按预应力钢索6数量开孔，开孔直径略大于预应力钢索6，用以穿过预应力钢索6并为预应力锚具10和预应力锚具11提供支承，此部位横截面为E-E剖面，见图12；

本发明的施工过程如下：

在预制空心桩2压入土体并达到设计标高后，开挖基坑表层土体达到围檩3底标高，浇筑或安装围檩3及支撑4，围檩中对应预制空心桩2空心部位预留相同直径的孔道；

将钢支架5组装完成，穿入预应力钢索6，在锚具支座钢板19以下安装下端锚固端预应力锚具10并将预应力钢索6下端锁死，预应力钢索6经过各转向支架7转向后从张拉端锚具支座钢板19的孔中穿出，安装上端张拉端预应力锚具11并将钢索6张紧，使钢索6不松动即可，仅作固定，不作高强张拉，避免钢支架5因预应力钢索6张拉而变形；

待围檩3达到设计强度后，将安装好钢索6的预应力钢支架4吊装入预制空心桩2内部，钢支架5位于基坑外侧方向，预应力钢索6及支座钢板17位于基坑内侧方向，支座钢板17中心标高与围檩3及支撑4的中心标高一致；从上端张拉预应力钢索6并由预应力锚具11锚固，张拉可直接达到设计拉力值，也可分期张拉，根据基坑开挖进度及开挖后的支护体变形监测结果确定每次张拉的拉力值；张拉达到预定设计拉力后，基坑可开挖至坑底，施工基础底板及周边传力带；

待基础底板及传力带施工完成后，支护桩在坑底部分得到可靠支撑，放松预应力锚具11，吊出预应力钢支架1，拆除支撑4并完成主体结构地下室施工及基坑回填；

由于拆除支撑4后，预制空心桩2受力方向会反转，桩顶变形朝向坑内，此工况下可吊出预应力钢支架1后，通过调节转向块支架9改变钢索6的曲线线形，并旋转180°后吊装入预制空心桩2内部，在支撑拆除前张拉预应力钢索6，为预制空心桩2顶部支座位置提供朝向基坑外侧的水平力，以减小此阶段预制空心桩2的内力及侧向变形；待基坑回填后放松预应力锚具11，吊出回收预应力钢支架4；此安装方式也可用于无支撑基坑支护体系，预制空心桩2上部为悬臂受力，预应力钢支架1可以为预制空心桩2顶部提供朝向基坑外侧的水平力，用以减小预制空心桩2的内力及侧向变形；

本发明的有益效果：

本发明的最大优点是采用可回收钢支架及高强钢绞线为基坑支护桩提供强度补充，减少基坑支护工程中大量普通钢筋材料的浪费，并且通过预应力技术提供变形补偿，减小基坑及周边环境变形；

附图说明：

图1为本发明的工作状态图；

图2为本发明的侧视图；

图3为本发明的下端部分放大图；

图4为本发明的中段部分放大图；

图5为本发明的上端部分放大图；

图6为钢支架5的下端结构详图；

图7为钢支架5的上端结构详图；

图8为本发明中段横截面A-A剖面图；

图9为本发明上、下端横截面B-B剖面图；

图10为本发明下支座位置横截面C-C剖面图；

图11为本发明上支座位置横截面D-D剖面图；

图12为本发明张拉端、锚固端横截面E-E剖面图；

图中标号：1为预应力钢支架，2为空心桩，3为围檩，4为支撑，5为钢支架，6为预应力钢索，7为转向支架，8为转向块，9为转向块支架，10为预应力锚具，11为预应力锚具，12为异形钢管，13为外侧钢板，14为内侧钢板，15为左右侧钢板，16为封口钢板，17为支座钢板，18为支座加强钢板，19为锚具支座钢板；

具体实施方式：

下面通过实施例进一步描述本发明；

实施例1，空心桩2采用边长为600mm的预制空心方桩，桩孔内半径为200mm；围檩3和支撑4采用钢筋混凝土截面，截面尺寸根据项目设计确定；钢支架5中段采用壁厚为16 mm的异形焊接钢管，截面宽度和高度分别为280mm、100mm；两端采用厚度为16mm的外侧钢板13、内侧钢板14、左右侧钢板15组合焊接，形成箱型截面，截面外围尺寸分别为280mm、170mm，其中外侧钢板13外半径为200mm，与桩孔贴合，内侧钢板14在支座加强钢板18处弯折，弯折点提供预应力钢索6转向支撑，左右侧钢板15在支座位置凸出，连接支座钢板17，形成能稳定传力的受力支座；支座钢板17厚度为16mm，支座加强钢板18厚度为10mm；在钢支架5的上下支座中间，按1m等间距排列转向支架7，转向支架7由转向块8和转向块支架9焊接而成，并与钢支架5焊接，转向块8为半径30mm的半圆形截面钢棒，转向块支架为20mm厚的钢板制成，通过调整转向块支架9钢板的尺寸，使预应力钢索6形成拟合抛物线的折线线形，可为空心桩2提供一个反向的均布水平作用力，用以平衡基坑外侧压力；预应力钢索6采用11根直径为15.24的高强预应力钢绞线，绕过转向支架7及上下支座位置处内侧钢板14的弯折点，穿出锚具支座钢板19，锚具支座钢板19为25mm厚钢板，开直径为20mm的孔，开孔数量与11，分双排开孔，一排5个空，一排6个孔，用于穿过11根钢绞线，交错布置，在锚具支座钢板外侧设置预应力锚具10和预应力锚具11，分别用于下端锚固端和上端张拉端的预应力钢索6的锚固；

参照图1~图12，本领域的技术人员均能顺利实施。

Claims (6)

1.一种空心支护桩中设置可回收预应力钢架的基坑支护方法，由预应力钢支架1、预制空心桩2、围檩3、支撑4组成基坑支护体系，其中预应力钢支架1可吊装入预制空心桩2空心内部，使用后可完整起吊回收，重复利用。

2.根据权利要求1所述的空心支护桩中设置可回收预应力钢架的基坑支护方法，其中预应力钢支架1由钢支架5、预应力钢索6、转向支架7组成，其特征在于利用钢支架5和转向支架7使预应力钢索6形成折线形曲线，在对预应力钢索6张拉时能在各转向支架7位置提供一定的水平力，可以平衡基坑外侧的压力，并减小预制空心桩2的侧向变形。

3.根据权利要求1所述的空心支护桩中设置可回收预应力钢架的基坑支护方法，通过调节的转向支架7的高度，可使预应力钢索6形成多种折线线形，从而为预制空心桩2提供不同分布形式的水平力，通过调整预应力钢索6的数量及张拉力，可为预制空心桩2提供不同大小的水平力。

4.根据权利要求1所述的预应力钢架1，其中钢支架5可采用整体式焊接或分段加工后再拼接成整体的结构形式，钢支架5中段为异形钢管12、上下端由外侧钢板13、内侧钢板14、左右侧钢板15、封口钢板16、支座钢板17、支座加强钢板18、锚具支座钢板19组成，其中异形钢管12外侧为弧形，外半径与预制空心桩2内半径相同，钢支架5两端由外侧钢板13、内侧钢板14、左右侧钢板15形成封闭异形截面，形成的空腔比异形钢管12截面大，与异形钢管12交接处开口用于穿过预应力钢索6，封口钢板16用于封堵异形钢管12的开口，以便于为穿预应力钢索6时导向，支座钢板17支撑于支撑4中心标高位置，并加设支座加强钢板18，使预应力钢支架1的支座反力传递到围檩3及支撑4的中心，锚具支座钢板19用来支承预应力锚具10和预应力锚具11，钢板中按预应力钢索6数量开孔，开孔直径略大于预应力钢索6，用以穿过预应力钢索6并为预应力锚具10和预应力锚具11提供支承。

5.根据权利要求1所述的空心支护桩中设置可回收预应力钢架的基坑支护方法，通过旋转预应力钢支架1的放置方向，并调节转向块支架9改变钢索6的曲线线形，可为预制空心桩2顶部支座位置提供朝向基坑外侧的水平力，以减小预制空心桩2的内力及侧向变形。

6.根据权利要求4所述的钢支架5，其特征在于异形钢管12、外侧钢板13、内侧钢板14、左右侧钢板15、支座钢板17、支座加强钢板18、锚具支座钢板19共同组成一根整体箱型截面钢柱，用以平衡预应力钢索6的张拉力，中段与上下端交接处侧面留出穿过预应力钢索6的开口，同时不削弱截面的受力性能。