CN108824449A - 带有地下水平支撑的支护体系及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种带有地下水平支撑的支护体系及其施工方法，通过将水平推进装置及前端带有刀盘的端管预设在立柱上，经预设桩孔下降至对应基坑底部的高位度置，利用水平推进装置驱动端管朝向另一侧立柱顶进形成可供逐节安装钢管管节的空间，从而在未开挖基坑的情况下，于钢管完成安装后在土体中形成水平支撑，解决了先挖基坑后设置水平支撑施工方式难以对基坑变形起到有效控制的技术问题，达到大幅提高基坑支护体系的刚度，有效减小基坑开挖完成时的基坑底部变形和基坑支护体系的位移，有效提高基坑支护体系的安全性能等目的。

Description

带有地下水平支撑的支护体系及其施工方法

技术领域

本发明涉及建筑施工技术领域，具体来说涉及支护体系及其施工方法，特别是指带有地下水平支撑的支护体系及其施工方法。

背景技术

在高层建筑物设计施工中，一般需要开挖深基坑，深基坑不仅可提高土地的空间利用率，同时也为高层建筑物的抗震、抗风等提供稳固的基础。随着城市建设用地日趋紧张，地下空间的开发快速发展，基坑工程开挖也越来越深。

值得注意的是，基坑开挖时，由于坑内开挖卸荷，造成围护结构在内外压力差作用下产生位移，进而引起围护外侧土体的变形，造成基坑外土体或建筑物沉降与移动，且基坑围护结构的变形随着基坑开挖深度的增加也会增加。此外，深基坑工程由于开挖周期长，基坑暴露时间长，也会导致基坑围护结构变形的进一步增加，因此，基坑变形控制难度很大，施工控制成本较高。

发明内容

鉴于上述情况，本发明提供一种带有地下水平支撑的支护体系及其施工方法，通过将水平推进装置及前端带有刀盘的端管预设在立柱上，经预设桩孔下降至对应基坑底部的高位度置，利用水平推进装置驱动端管朝向另一侧立柱顶进形成可供逐节安装钢管管节的空间，从而在未开挖基坑的情况下，于钢管完成安装后在土体中形成水平支撑，解决了先挖基坑后设置水平支撑施工方式难以对基坑变形起到有效控制的技术问题，达到实现有效控制基坑变形并降低施工控制成本等目的。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是提供一种带有地下水平支撑的支护体系，所述支护体系的区域由二排桩孔界定形成，其特征在于，所述支护体系包括：若干立柱，令一所述立柱插置于一所述桩孔中，所述若干立柱包括设于其中一排桩孔的第一立柱以及设于另一排桩孔的第二立柱；定义设于位置对应的二桩孔中的第一立柱与第二立柱为一竖向支撑组；水平推进装置，包括若干推进设备分别设于各所述第一立柱的相同高度位置上；所述水平推进装置还包括设于桩孔外部的动力设备与所述若干推进设备动力连接；若干钢管，各所述钢管对应连接于一所述竖向支撑组之间；各所述钢管包括多节管节承接构成，所述钢管的一端与所述推进设备可拆缷地连接，所述钢管的另一端安装有可拆卸的端管；所述端管通过推进设备循环推进、收缩以顶进所述端管前端的刀盘切削土体，并在所述端管与所述推进设备之间形成供逐节安装所述管节的空间，以在所述第一立柱与所述第二立柱之间形成所述钢管。

本发明的支护体系实施例中，所述第一立柱在相同高度位置上分别设有定位卡槽，所述推进设备通过所述定位卡槽固设于所述第一立柱的相同高度位置。

本发明的支护体系实施例中，所述推进设备的下方设有托板，所述托板的顶部截图呈凹形弧面，以形成所述钢管的管节及所述端管的临时支撑结构。

本发明的支护体系实施例中，所述钢管的管节的一端成形为插口，另一端成形为承口；令所述管节与所述管节之间、所述管节与所述端管之间以及所述管节与所述推进设备之间皆采用匹配的承口与插口实现可拆卸地定位组接。

本发明的支护体系实施例中，所述体系还包括注浆设备，其中：所述钢管的各节管节上开设有圆孔；所述注浆设备设于所述桩孔外部并通过注浆管与所述钢管的内部连通；令所述注浆设备对所述钢管内部注入浆液，所述浆液经所述钢管的圆孔流出至所述钢管表面与周围土体之间，所述浆液包覆在钢管外周面形成固结层。

另外，本发明还提供一种带有地下水平支撑的支护体系施工方法，所述方法在未开挖的基坑中进行，所述方法的步骤包括：

水平支撑预安装步骤：提供若干立柱；在部分立柱相同的高度位置上安装水平推进装置及前端带有刀盘的端管；定义安装有水平推进装置及端管的立柱为第一立柱，其他立柱为第二立柱；

桩孔形成步骤：在基坑预设区域的相对两侧钻孔形成二排桩孔；

立柱下放步骤：在每一桩孔内下放一立柱，且所述第一立柱被下放于其中一排桩孔内，所述第二立柱被下放于另一排桩孔内；

水平支撑推进步骤：驱动水平推进装置推进所述端管和所述钢管的管节朝向所述第二立柱顶进，所述端管通过水平推进装置循环推进、收缩以顶进所述端管前端的刀盘切削土体，并在所述端管与所述水平推进装置之间形成供逐节安装所述管节的空间，直到钢管的末端与所述第二立柱接触后停止推进，令所述钢管并排形成在二排桩孔之间并构成水平支撑。

本发明支护体系施工方法的实施例中，所述方法还包括注浆加固步骤；其中：

所述水平支撑预安装步骤：所述钢管是表面布置有圆孔；

所述注浆加固步骤：关闭所述水平推进装置后，通过注浆设备将浆液注入到所述钢管内部，使浆液通过钢管表面的圆孔流入钢管周围土体中。

进一步地，本发明支护体系施工方法的实施例中，所述注浆加固步骤中的所述注浆设备设于所述桩孔外部，并通过注浆管与所述钢管内部连通以进行注浆；所述注浆设备在达到设计注浆量后关闭；待注入浆液达到规定龄期后，完成支护体系施工。

进一步地，本发明支护体系施工方法的实施例中，所述水平支撑预安装步骤中，所述水平推进装置通过固设于所述立柱上的定位卡槽以固定安装于所述立柱上；所述钢管的管节及所述端管通过安装于所述水平推进装置下方的托板获得临时支撑，以和所述水平推进装置拆卸连接。

更进一步地，本发明支护体系施工方法的实施例中，所述水平支撑推进步骤中的所述水平推进装置包括推进设备、动力设备及动力管线，所述推进设备通过所述定位卡槽固设于所述立柱上，所述动力设备设于所述桩孔外部并通过所述动力管线动力连接所述推进设备，以令推进设备驱动所述钢管推进。

本发明由于采用了以上技术方案，使其具有以下有益效果：

本发明通过前述带有地下水平支撑的支护体系及其施工方法，可以在基坑未开挖的情况下，在地下通过推进前端带有刀盘的端管以将钢管管节逐节安装于第一立柱与第二立柱之间形成水平支撑，并在水平支撑与基坑周边的竖向支撑围护连接后，一起形成完整的基坑支护体系，从而大幅提高基坑支护体系的刚度，有效减小基坑开挖完成时的基坑底部变形和基坑支护体系的位移，有效提高基坑支护体系的安全性能。

本发明的这些和其它目的、特点和优势，通过下述的详细说明和权利要求得以充分体现，并可通过所附权利要求中特地指出的手段、装置和它们的组合得以实现。

附图说明

图1为本发明实施例中基坑两侧立柱下放完毕的纵断面示意图。

图2为本发明实施例中立柱、水平推进装置及端管未顶进前的横断面示意图。

图3为本发明实施例中托板和钢管的纵断面示意图。

图4为本发明实施例中立柱、水平推进装置及钢管和端管未顶进、水平推进装置收缩时的横断面示意图。

图5为本发明实施例中立柱、水平推进装置及圆管和端管顶进完成、水平推进装置未缩回的横断面示意图。

图6为本发明实施例中立柱、水平推进装置及圆管和端管顶进完成、水平推进装置缩回的横断面示意图。

图7为本发明实施例中下一节钢管下放完毕、水平推进装置与钢管未顶紧前的横断面示意图。

图8为本发明实施例中下一节钢管下放完毕、水平推进装置与钢管顶紧后的横断面示意图。

图9为本发明实施例中支护体系施工完成后的横断面示意图。

图10为本发明实施例中水平推进装置顶进钢管过程中的纵断面示意图。

图11为本发明实施例中水平推进装置顶进钢管完毕的纵断面示意图。

图12为本发明实施例中注浆设备对钢管注浆完毕的纵断面示意图。

附图标记与部件的对应关系如下：

桩孔10；立柱20；竖向支撑组200；第一立柱201；第二立柱202；定位卡槽21；托板22；水平推进装置30；推进设备31；动力设备32；动力管线33；螺栓34；钢管40；圆孔41；固结层42；端管50；刀盘51；刀盘动力电缆52；注浆设备60；注浆管61。

具体实施方式

在这里将公开本发明的详细的具体实施方案。然而应当理解，所公开的实施方案仅仅是本发明的典型例子，并且本发明可以通过多种备选形式来实施。因此，这里所公开的具体结构和功能细节不是限制性的，仅是以权利要求为原则，作为向本领域技术人员说明不同实施方式的代表性原则。

为利于对本发明的了解，以下结合附图及实施例进行说明。

请参阅图1至图12，本发明提供一种带有地下水平支撑的支护体系及其施工方法。其中，所述支护体系包括界定形成所述基坑施工区域的二排桩孔10、设置于桩孔10内部的立柱20、水平推进装置30、钢管40及注浆设备60，以及通过桩孔10对钢管40内部注浆的注浆设备60。

如图1、图9所示，所述支护体系在对应基坑预设区域的相对两侧钻孔形成二排桩孔10。各所述桩孔10内部竖向插置有一所述立柱20，所述立柱20为型钢，具体可为H型钢，用以作为竖直围护的受力结构。

于本发明实施例中，如图1所示，所述立柱20的侧面上设有定位卡槽21和托板22，所述定位卡槽21用以固定安装所述水平推进装置30；如图3所示，所述托板22在施工过程中作为提供所述钢管40及所述端管50临时安置的支撑结构，所述托板22为顶部截面呈凹形弧面的支撑结构，所述凹形弧面的直径较佳与所述端管50和所述钢管40的直径一致或略大，以让端管50和钢管40正好放置于所述凹形弧面上并获得定位效果，方便端管50和钢管40在被水平推进装置30推进前的定位和衔接。其中，所述定位卡槽21和所述托板22设于立柱20侧面的高度位置具体可以根据基坑开挖深度确定，较佳位于基坑底板以下1公尺左右。

其中，由于所述钢管40将由基坑一侧的立柱20顶进到另一侧的立柱20，以此形成一个完整的支护体系；因此，本发明支护体系只有设于一侧桩孔10的立柱20需要焊接安装所述水平推进装置30及钢管40，另一侧桩孔10中的立柱20则不需要。是以，定义设于其中一排桩孔10的立柱20为第一立柱201，设于另一排桩孔10的立柱20为第二立柱202，且设于位置对应的二桩孔10中的第一立柱201与第二立柱202为一竖向支撑组200。

如图1及图5至图8所示，所述水平推进装置30用以对钢管40提供水平顶进力量，以将钢管40从第一立柱201顶进到第二立柱202。如图1、图11所示，所述水平推进装置30包括若干推进设备31分别设于各所述第一立柱201的相同高度位置上；所述水平推进装置30还包括设于桩孔10外部的动力设备32通过动力管线33与所述若干推进设备31动力连接。于本发明实施例中，立柱20的长度约为基坑深度的1.5至2倍，所述推进设备31较佳设于立柱20的中部或者中部偏下的位置上；此外，如图1所示，所述推进设备31通过螺栓34固定设置于所述定位卡槽21上。

如图4至图8，所述钢管40是由一节节的管节组接构成，且管节与管节之间、管节与端管50之间以及管节与推进设备31之间皆采用匹配的承口与插口实现定位组接。具体地，各所述管节的一端成形为插口，另一端成形为承口，承口端的口径局部放大形成内径比插口端的外径略大，借此，在安装连接时，通过将插口端插入承口端实现管端之间的连接。如图5所示，所述推进设备31成形有插口与管节的承口组接，所述端管50成形有承口与管节的插口组接。

如图2、图4及图5所示，所述端管50的前端设有刀盘51，用以顶进时切削前方土体，且所述刀盘51转动切削土体的动力由从所述动力设备32引出的刀盘动力电缆52提供；所述端管50的后端按施工进程与所述推进设备31或所述钢管40组接。于本发明实施例中，所述钢管40上还开设有圆孔41；所述注浆设备60设于所述桩孔10外部并通过注浆管51与所述钢管40的大径端401内部连通；令所述注浆设备60对所述钢管40内部注入浆液，浆液经管内土体间的缝隙流动，再经所述钢管40的圆孔41流出至所述钢管40表面与周围土体之间，所述浆液经包覆在钢管40外周面并固化后形成一固结层42，从而有效提高了本发明水平支撑的整体刚度及其使用时的安全性能。

以上说明了本发明带有地下水平支撑的支护体系的具体结构形态，以下请以图1配合参阅图2至图12，说明本发明在未开挖的基坑中进行带有地下水平支撑的支护体系施工方法。本发明的支护体系施工方法步骤包括水平支撑预安装步骤、桩孔形成步骤、立柱下放步骤及水平支撑推进步骤。其中：

所述水平支撑预安装步骤：如图1所示，提供若干立柱20；在部分立柱20相同的高度位置上安装水平推进装置30及端管50；定义安装有水平推进装置30及端管50的立柱20为第一立柱201，其他立柱20为第二立柱202。在此步骤中，所述水平推进装置30的推进设备31通过固设于所述立柱20上的定位卡槽21，固定安装于所述立柱20上，所述端管50可被推进地安置于所述托板22的凹形弧面上并与所述水平推进装置30之间通过承口/插口结构组接，以便于后续推进作业；所述水平推进装置30的推进设备31并通过在底部设置螺栓34，以固定连接于所述立柱20上。

所述桩孔形成步骤：如图1所示，在基坑预设区域的相对两侧钻孔形成二排桩孔10。在此步骤中，所述桩孔10按照设计规定，采用成槽机在规定位置成槽钻孔。

所述立柱下放步骤：如图1所示，在每一桩孔10内下放一立柱20，且所述第一立柱201被下放于其中一排桩孔10内，所述第二立柱202被下放于另一排桩孔10内。

所述水平支撑推进步骤：如图4至图8所示，驱动水平推进装置30推进所述端管50和所述钢管40的管节朝向所述第二立柱202顶进，直到钢管40的末端与所述第二立柱202接触后停止推进，令所述钢管40并排形成在二排桩孔10之间并构成水平支撑。在此步骤中，所述水平推进装置30包括推进设备31、动力设备32及动力管线33，所述推进设备31通过所述定位卡槽21固设于所述立柱20上，所述动力设备32设于所述桩孔10外部并通过所述动力管线33动力连接所述推进设备31，以令推进设备31驱动所述钢管40推进。

于本发明的施工方法实施例中，如图2至图8所示，所述推进设备31可以在动力设备32的控制下进行收缩和伸长，所述推进设备31收缩和伸长量较佳等于或者略大于钢管40的一节管节长度，以便于将所述管节下放至推进设备31与钢管40之间进行连接。钢管40的一节管节的具体下放和顶进过程说明如下：

(1)如图2将端管50安装于推进设备31上，通过动力管线33控制推进设备31顶进端管50，推进过程中，刀盘51旋转切削土体；当顶进长度达到一个钢管40管节长度时，控制所述推进设备31收缩，从而在推进设备31末端与端管50的承口之间形成一段间距，下放第一节管节至所述间距内，接着再控制推进设备31推进，使第一节管节的承口与推进设备31的插口连接且第一节管节的插口与端管50的承口连接，形成如图4的状态。

(2)如图5所示，当推进设备31的顶进长度达到一个钢管40管节长度时，再次控制所述推进设备31收缩，从而如图6所示，在第一节管节的承口与推进设备31的插口之间形成一段间距；如图7所示，下放第二节管节至所述间距内，再控制推进设备31推进，使第二下放管节的承口与推进设备31的插口连接且第二下放管节的插口与第一下放管节的承口连接，形成如图8的状态。

(3)借此，通过循环顶进推进设备31、收缩推进设备31、下放管节、再顶进推进设备31、再收缩推进设备31的施工流程，直到端管50顶进达到设有第二立柱202的桩孔10内；接著，通过起吊设备将端管50从桩孔10吊出，使第一节管节与第二立柱202之间形成可再推进的空间；接著，通过再在第一立柱201的桩孔10内下放最后一节管节，控制推进设备31推进钢管40(第一节至最后一节管节构成)直到第一节管节与第二立柱202接触时停止推进，完成所有顶进工作。

较佳地，本发明带有地下水平支撑的支护体系施工方法还包括注浆加固步骤；其中，如图4至图8所示，在所述水平支撑预安装步骤中，所述钢管40的各管节表面分别布置有圆孔41。如图10、图11所示，本发明通过推进设备31循环推进/收缩地顶进端管50切削土体，以逐节安装管节从而在第一立柱201与第二立柱202之间形成所述钢管40；如图12所示，完成钢管40的安装后，在所述注浆加固步骤中，关闭所述水平推进装置30，通过注浆设备60将浆液注入到所述钢管40内部，使浆液通过钢管40表面的圆孔41流入钢管40周围土体中，待浆体固化后形成包覆在钢管40外部周围的固结层42，实现对钢管40内部和周围土体进行加固的目的。

更具体地，在注浆加固步骤中，所述注浆设备60设于所述桩孔10外部，并通过注浆管61与所述钢管40内部连通以进行注浆；所述注浆设备60在达到设计注浆量后关闭；待注入浆液达到规定龄期后，完成支护体系施工。

综上，本发明通过前述技术方案，实现一种带有地下水平支撑的支护体系及其施工方法，在未开挖基坑的情况下，即能在土体中形成水平支撑，不仅解决了先挖基坑后设置水平支撑施工方式难以对基坑变形起到有效控制的技术问题，同时达到有效控制基坑变形等效果。

以上结合附图及实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种带有地下水平支撑的支护体系，所述支护体系的区域由二排桩孔界定形成，其特征在于，所述支护体系包括：

若干立柱，令一所述立柱插置于一所述桩孔中，所述若干立柱包括设于其中一排桩孔的第一立柱以及设于另一排桩孔的第二立柱；定义设于位置对应的二桩孔中的第一立柱与第二立柱为一竖向支撑组；

水平推进装置，包括若干推进设备分别设于各所述第一立柱的相同高度位置上；所述水平推进装置还包括设于桩孔外部的动力设备与所述若干推进设备动力连接；

若干钢管，各所述钢管对应连接于一所述竖向支撑组之间；各所述钢管包括多节管节承接构成，所述钢管的一端与所述推进设备可拆缷地连接，所述钢管的另一端安装有可拆卸的端管；所述端管通过推进设备循环推进、收缩以顶进所述端管前端的刀盘切削土体，并在所述端管与所述推进设备之间形成供逐节安装所述管节的空间，以在所述第一立柱与所述第二立柱之间形成所述钢管。

2.根据权利要求1所述的带有地下水平支撑的支护体系，其特征在于：

所述第一立柱在相同高度位置上分别设有定位卡槽，所述推进设备通过所述定位卡槽固设于所述第一立柱的相同高度位置。

3.根据权利要求1或2所述的带有地下水平支撑的支护体系，其特征在于：

所述推进设备的下方设有托板，所述托板的顶部截图呈凹形弧面，以形成所述钢管的管节及所述端管的临时支撑结构。

4.根据权利要求1所述的带有地下水平支撑的支护体系，其特征在于：

所述钢管的管节的一端成形为插口，另一端成形为承口；令所述管节与所述管节之间、所述管节与所述端管之间以及所述管节与所述推进设备之间皆采用匹配的承口与插口实现可拆卸地定位组接。

5.根据权利要求1所述的带有地下水平支撑的支护体系，其特征在于，所述体系还包括注浆设备，其中：

所述钢管的各节管节上开设有圆孔；

所述注浆设备设于所述桩孔外部并通过注浆管与所述钢管的内部连通；

令所述注浆设备对所述钢管内部注入浆液，所述浆液经所述钢管的圆孔流出至所述钢管表面与周围土体之间，所述浆液包覆在钢管外周面形成固结层。

6.一种带有地下水平支撑的支护体系施工方法，其特征在于，所述方法在未开挖的基坑中进行，所述方法的步骤包括：

水平支撑预安装步骤：提供若干立柱；在部分立柱相同的高度位置上安装水平推进装置及前端带有刀盘的端管；定义安装有水平推进装置及端管的立柱为第一立柱，其他立柱为第二立柱；

桩孔形成步骤：在基坑预设区域的相对两侧钻孔形成二排桩孔；

立柱下放步骤：在每一桩孔内下放一立柱，且所述第一立柱被下放于其中一排桩孔内，所述第二立柱被下放于另一排桩孔内；

水平支撑推进步骤：驱动水平推进装置推进所述端管和所述钢管的管节朝向所述第二立柱顶进，所述端管通过水平推进装置循环推进、收缩以顶进所述端管前端的刀盘切削土体，并在所述端管与所述水平推进装置之间形成供逐节安装所述管节的空间，直到钢管的末端与所述第二立柱接触后停止推进，令所述钢管并排形成在二排桩孔之间并构成水平支撑。

7.根据权利要求6所述的带有地下水平支撑的支护体系施工方法，其特征在于，所述方法还包括注浆加固步骤；其中：

所述水平支撑预安装步骤：所述钢管是表面布置有圆孔；

所述注浆加固步骤：关闭所述水平推进装置后，通过注浆设备将浆液注入到所述钢管内部，使浆液通过钢管表面的圆孔流入钢管周围土体中。

8.根据权利要求7所述的带有地下水平支撑的支护体系施工方法，其特征在于：

所述注浆加固步骤中，所述注浆设备设于所述桩孔外部，并通过注浆管与所述钢管内部连通以进行注浆；所述注浆设备在达到设计注浆量后关闭；待注入浆液达到规定龄期后，完成支护体系施工。

9.根据权利要求6或7所述的带有地下水平支撑的支护体系施工方法，其特征在于：

所述水平支撑预安装步骤中，所述水平推进装置通过固设于所述立柱上的定位卡槽以固定安装于所述立柱上；所述钢管的管节及所述端管通过安装于所述水平推进装置下方的托板获得临时支撑，以和所述水平推进装置拆卸连接。

10.根据权利要求9所述的带有地下水平支撑的支护体系施工方法，其特征在于：

所述水平支撑推进步骤中，所述水平推进装置包括推进设备、动力设备及动力管线，所述推进设备通过所述定位卡槽固设于所述立柱上，所述动力设备设于所述桩孔外部并通过所述动力管线动力连接所述推进设备，以令推进设备驱动所述钢管推进。