CN108842791A - 一种可卸荷桩锚多级支护结构及施工方法 - Google Patents

一种可卸荷桩锚多级支护结构及施工方法 Download PDF

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Abstract

一种可卸荷桩锚多级支护结构及施工方法，属于岩土工程锚固技术领域。可卸荷桩锚多级支护结构包括框架锚杆和桩锚组合结构；框架锚杆由框架和锚杆组成，锚杆通过锚具锚固在框架上；桩锚组合结构由锚杆、钻孔灌注桩、卸荷注浆承载钢管和冠梁组成，钻孔灌注桩底部浇筑扩大头，顶部浇筑冠梁，卸荷注浆承载钢管穿过冠梁上的预留通道打入稳定土体，锚杆穿过卸荷注浆承载钢管一端锚固在稳定土体中，另一端固定在冠梁上；框架锚杆下部的立柱浇筑在冠梁上。本发明可以充分利用卸荷注浆承载钢管和锚杆自由段在不稳定土体与桩之间的抬升作用卸荷，减小作用在桩身的土压力，解决了支护排桩的嵌固深度、直径和配筋以及与框架共同工作的锚杆长度的问题。

Description

一种可卸荷桩锚多级支护结构及施工方法
技术领域
本发明属于岩土工程锚固技术领域，具体涉及一种可卸荷桩锚多级支护结构，适用于边坡和基坑支护工程。
背景技术
近年来，随着经济的快速发展，我国的基础设施建设规模不断扩大，公路、铁路以及输油输气等管道工程不断扩大，产生大量支护工程，其中特殊地形条件下的工程比例也逐年增加，边坡工程是制约这些地区工程建设和正常营运的重要因素。目前，深基坑支护形式主要为排桩及桩锚结构，一般是通过调整桩体的直径、配筋、嵌固深度以及锚杆的长度来保证基坑边坡的稳定，未能充分利用稳定土层，也没有考虑减小桩身水平土压力来处理问题，存在桩径大、造价高和对周围环境影响较大等缺陷。如专利号为CN 205857201 U中所设计的自钻式微型桩锚杆支护体系，具有施工所需场地小，震动噪声小等优点，但由于微型桩直径较小，单独使用时支护能力相对较弱，不适宜高边坡和较大深度基坑的支护。而对于高边坡和深度基坑的支护，通常采用可卸荷支护结构，其结构形式主要为带卸荷台的重力式挡墙或扶壁式挡墙，如专利号为CN 207194006 U的装配式混凝土挡墙，通过卸荷板减小了作用在挡墙上的水平土压力，减小了挡土墙的厚度和配筋，但是这种挡墙卸荷板较宽，结构笨重，挡墙支护深度有限，且需要较好的地基承载力。因此，亟需一种可卸荷桩锚多级支护结构，用于支护高边坡或深基坑。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种可卸荷桩锚多级支护结构及施工方法，解决目前排桩支护的桩身尺寸、配筋较大和材料浪费的问题。
本发明是一种可卸荷桩锚多级支护结构及施工方法，可卸荷桩锚多级支护结构包括框架锚杆和桩锚组合结构；框架锚杆由框架1和锚杆2组成，框架1通过在坡面上浇筑垂直相交横梁6和立柱7而成，框架锚杆中的锚杆2一端锚固在稳定土层中，另一端穿过钢垫板利用锚具固定在边坡外表面框架1的横梁6与立柱7相交的节点上；桩锚组合结构由锚杆2、钻孔灌注桩3、卸荷注浆承载钢管4和冠梁5组成；卸荷注浆承载钢管4由第一类套管A、第二类套管B和圆环钢板8组成，第一类套管A是外表面带出浆孔9的钢管，第二类套管B周身无开孔，且其穿过第一类套管A并与它的一端垂直焊接在圆环钢板8上，向两类套管所形成的夹层之间压力注浆形成卸荷注浆承载钢管4；钻孔灌注桩3底端浇筑扩大头，顶端施作冠梁5，冠梁5上预留通道，卸荷注浆承载钢管4一端位于稳定土体中，另一端通过预留通道固定在冠梁5中；桩锚组合结构中的锚杆2一端锚固在稳定土层，另一端穿过第二类套管B利用锚具固定在冠梁5上；框架锚杆下部的立柱7浇筑在桩锚组合结构顶部冠梁5上，两者共同形成支护体系。
本发明的一种可卸荷桩锚多级支护结构的施工方法，其施工步骤为：
（1）制作卸荷注浆承载钢管4：根据工程设计要求确定卸荷注浆承载钢管4的尺寸及数量；预制第一类套管A与第二类套管B，在第一类套管A外表面开设圆形出浆孔9，将第一类套管A与第二类套管B的一端垂直焊接在圆环钢板8上；
（2）定位：根据工程设计要求，用测量工具定位锚杆2和钻孔灌注桩3的施设位置；
（3）施工第一级框架锚杆：按照设计坡度开挖第一级坡体，然后施工相应位置的锚杆2，并按设计要求支模浇筑框架1的横梁6和立柱7，待框架1的强度达到设计要求时，锚固锚杆2；
（4）施工钻孔灌注桩3：根据步骤（3）所提供的定位点，在定位点上通过人工挖孔或配套的机械设备钻孔，放入相应的钢筋笼，浇筑混凝土，浇筑过程中用振动机械不断进行振捣击实，确保桩身质量，在浇筑至与地表齐平时，停止作业；
（5）按照步骤（4）施工其余钻孔灌注桩3；
（6）施工冠梁5：在钻孔灌注桩3顶部，绑扎好钢筋骨架，浇筑混凝土形成冠梁5，冠梁5施工时在设计位置处预留与第一类套管A外径相同的通道；
（7）施工卸荷注浆承载钢管4：待冠梁5的强度达到设计强度时，根据工程设计要求，在步骤（6）中冠梁5预留的通道处选择合适的钻机按设计钻孔，卸荷注浆承载钢管4穿过冠梁5上预留的通道打入稳定土层，一端固定在稳定土体中，另一端利用砂浆锚固在冠梁5中，并向两类套管形成的夹层中压力注浆，待浆体达到设计强度时，施工锚杆2，锚杆2的钢筋穿过第二类套管B一端锚固在稳定土体中，另一端利用锚具锚固在冠梁5上；
（8）按照步骤（7）施工其余卸荷注浆承载钢管4。
本发明的有益效果：本发明一种可卸荷桩锚多级支护结构，结构简单，承载力高，实用性强，其优点在于：（1）、卸荷注浆承载钢管内压力注入的水泥浆，水泥浆从出浆孔流入到周围土体中，在钢管周围形成了一个注浆加固区，具有挤密、加固土体的作用，改善了原有的土质条件，加大了钢管对土体的支护范围。（2）、该支护结构可以充分利用稳定土层和锚杆自由段，通过卸荷注浆承载钢管的压力注浆，在钢管周围形成了一个注浆加固区，多根卸荷注浆承载钢管的注浆加固区相互搭接形成一个卸荷管棚，利用稳定土层和卸荷管棚的抬升作用逐级减载卸荷，减小了作用在桩身下部的水平土压力，从而减小了桩体的嵌固深度、直径和配筋，同时，通过减载卸荷作用，使土体的滑移面发生了改变，进而减小了与框架共同工作的锚杆的长度，减小了工程建设费用，加快了工程进度。（3）、钻孔灌注桩与卸荷注浆承载钢管的组合，形成了一个类似于“门式”的结构，既充分达到了减载卸荷作用，又增加了结构的稳定性。（4）、卸荷注浆承载钢管只需简单组合，施工效率较高，套管直径较小，施工机械轻便，对周边环境的影响小。（5）、该结构具有一级放坡的坡度大和放坡台阶宽度小的优点，可以用来支护坡度较大的边坡和有放坡限制区域的工程施工，减少了对原状坡体的扰动、扩大了工程的施工空间，有助于支护工作的进行。
附图说明
图1是本发明支护结构剖面图；图2是本发明支护结构的平面图；图3是本发明第一类套管A的示意图；图4是本发明第二类套管B的示意图；图5是本发明卸荷注浆承载钢管4与锚杆2的位置示意图；图6是圆环钢板8的示意图；图7是卸荷注浆承载钢管4在压力注浆之后所形成的卸荷管棚12示意图。附图标记说明：框架1、锚杆2、钻孔灌注桩3、卸荷注浆承载钢管4、冠梁5、横梁6、立柱7、圆环钢板8、出浆孔9、初始滑移面10、支护后滑移面11、卸荷管棚12、第一类套管A、第二类套管B。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明，所举实例只用于解释本发明，并非用于限制本发明。在本发明原则内，所做的修改、等同替换和改进都属于本发明的保护范围。
如图1～5所示，本发明一种可卸荷桩锚多级支护结构及施工方法，可卸荷桩锚多级支护结构包括框架锚杆和桩锚组合结构；框架锚杆由框架1和锚杆2组成，框架1通过在坡面上浇筑垂直相交横梁6和立柱7而成，框架锚杆中的锚杆2一端锚固在稳定土层中，另一端穿过钢垫板利用锚具固定在边坡外表面框架1的横梁6与立柱7相交的节点上；桩锚组合结构由锚杆2、钻孔灌注桩3、卸荷注浆承载钢管4和冠梁5组成；卸荷注浆承载钢管4由第一类套管A、第二类套管B和圆环钢板8组成，第一类套管A是外表面带出浆孔9的钢管，第二类套管B周身无开孔，且其穿过第一类套管A并与它的一端垂直焊接在圆环钢板8上，向两类套管所形成的夹层之间压力注浆形成卸荷注浆承载钢管4；钻孔灌注桩3底端浇筑扩大头，顶端施作冠梁5，冠梁5上预留通道，卸荷注浆承载钢管4一端位于稳定土体中，另一端通过预留通道固定在冠梁5中；桩锚组合结构中的锚杆2一端锚固在稳定土层，另一端穿过第二类套管B利用锚具固定在冠梁5上；框架锚杆下部的立柱7浇筑在桩锚组合结构顶部冠梁5上，两者共同形成支护体系。
如图1、图2所示，所述的钻孔灌注桩3的扩大头的直径大于钻孔灌注桩3。钻孔灌注桩3的扩大头的直径为钻孔灌注桩3直径的1.2～1.5倍，相邻钻孔灌注桩3之间通过顶部浇筑冠梁5连接；冠梁5上预留的通道直径与第一类套管A外径相等。
如图3所示，出浆孔9为圆形，其直径为8～12mm，沿卸荷注浆承载钢管4的第一类套管A表面呈梅花型布置。
如图3～图6所示，第一类套管A直径大于第二类套管B，第一类套管A和第二类套管B都是分节连接组成的；圆环钢板8的外径与第一类套管A的外径相等，内径与第二类套管B的内径相等。
如图1、图5所示，所述的桩锚组合结构的锚杆2位于土体中的自由段长度大于卸荷注浆承载钢管4的长度，且锚固段与卸荷注浆承载钢管4位于土体中的一端之间留有间距。锚杆2的锚固段与卸荷注浆承载钢管4位于土体中的一端之间的间距为15～20cm。
如图1～图7所示，一种可卸荷桩锚多级支护结构的施工方法，宜采用逆作法施工，其步骤为：
（1）制作卸荷注浆承载钢管4：根据工程设计要求确定卸荷注浆承载钢管4的尺寸及数量；预制第一类套管A与第二类套管B，在第一类套管A外表面开设圆形出浆孔9，将第一类套管A与第二类套管B的一端垂直焊接在圆环钢板8上；
（2）定位：根据工程设计要求，用测量工具定位锚杆2和钻孔灌注桩3的施设位置；
（3）施工第一级框架锚杆：按照设计坡度开挖第一级坡体，然后施工相应位置的锚杆2，并按设计要求支模浇筑框架1的横梁6和立柱7，待框架1的强度达到设计要求时，锚固锚杆2；
（4）施工钻孔灌注桩3：所述的钻孔灌注桩3的扩大头的直径为钻孔灌注桩3直径的1.2～1.5倍。根据步骤（2）所提供的定位点，在定位点上通过人工挖孔或配套的机械设备钻孔，放入相应的钢筋笼，浇筑混凝土，浇筑过程中用振动棒不断进行振捣及时，确保桩身质量，在浇筑至与地表齐平时，停止作业；
（5）按照步骤（4）施工其余钻孔灌注桩3；
（6）施工冠梁5：在钻孔灌注桩3顶部，绑扎好钢筋骨架，浇筑混凝土形成冠梁5，冠梁5施工时在设计位置处预留与第一类套管A外径相同的通道；
（7）施工卸荷注浆承载钢管4：待冠梁5的强度达到设计强度时，根据工程设计要求，选择合适的钻机在定位的点上钻孔，卸荷注浆承载钢管4穿过冠梁5上预留的通道打入稳定土层0.5～1.0m，在卸荷注浆承载钢管4的第一类套管A与第二类套管B形成的夹层之间进行压力注浆，待浆体达到设计强度时，将锚杆2穿过卸荷注浆承载钢管4打入设计位置，并将其锚固在冠梁5上；
（8）按照步骤（7）施工其余卸荷注浆承载钢管4。
本发明的工作原理为：（1）支挡原理：一级框架锚杆将坡体上受施工扰动的土体通过框架和锚杆系在稳定土体中，可以有效加固边坡土体，对边坡起到了支挡作用，增加了边坡的稳定性。（2）加固土体原理：卸荷注浆承载钢管打入稳定土层中，向卸荷注浆承载钢管中进行压力注浆，水泥浆通过出浆孔流入到卸荷注浆承载钢管周围的土体中，在钢管周围形成了一个注浆加固区，对钢管周围土体起到加固作用；同时，桩锚组合结构的锚杆的自由段穿过卸荷注浆承载钢管后，使得锚杆的自由段既能抗拉又能抗弯、抗压，充分参与了加固土体的工作。（3）卸荷原理：卸荷注浆承载钢管穿过冠梁中预留的孔一端打入稳定土体，一端锚固在钻孔灌注桩顶部的冠梁上，向卸荷注浆承载钢管的夹层中进行压力注浆，浆体通过出浆孔流入土层中，形成一个直径大于注浆钢管的“钢管混凝土”组合土柱结构，多个相互搭接的土柱组成了一个卸荷管棚12，充分利用了锚杆的自由段和稳定土体，在稳定土体与钻孔灌注桩之间形成抬升作用，承担上部土体传下来的部分荷载，如图1所示，通过减载卸荷作用，土体的近似滑动面由虚线部分10变化为实线部分11，减小了作用在桩体上的水平土压力，使与框架锚杆共同工作的锚杆的长度变短。

Claims (7)

1.一种可卸荷桩锚多级支护结构，包括框架锚杆和桩锚组合结构；其特征在于：框架锚杆由框架（1）和锚杆（2）组成，框架（1）通过在坡面上浇筑垂直相交横梁（6）和立柱（7）而成，框架锚杆中的锚杆（2）一端锚固在稳定土层中，另一端穿过钢垫板利用锚具固定在边坡外表面框架（1）的横梁（6）与立柱（7）相交的节点上；桩锚组合结构由锚杆（2）、钻孔灌注桩（3）、卸荷注浆承载钢管（4）和冠梁（5）组成；卸荷注浆承载钢管（4）由第一类套管（A）、第二类套管（B）和圆环钢板（8）组成，第一类套管（A）是外表面带出浆孔（9）的钢管，第二类套管（B）周身无开孔，且其穿过第一类套管（A）并与它的一端垂直焊接在圆环钢板（8）上，向两类套管所形成的夹层之间压力注浆形成卸荷注浆承载钢管（4）；钻孔灌注桩（3）底端浇筑扩大头，顶端施作冠梁（5），冠梁（5）上预留通道，卸荷注浆承载钢管（4）一端位于稳定土体中，另一端通过预留通道固定在冠梁（5）中；桩锚组合结构中的锚杆（2）一端锚固在稳定土层，另一端穿过第二类套管（B）利用锚具固定在冠梁（5）上；框架锚杆下部的立柱（7）浇筑在桩锚组合结构顶部冠梁（5）上，两者共同形成支护体系。
2.根据权利要求1所述的可卸荷桩锚多级支护结构，其特征在于：所述的钻孔灌注桩（3）的扩大头的直径大于钻孔灌注桩（3）。
3.根据权利要求1所述的可卸荷桩锚多级支护结构，其特征在于：所述的出浆孔（9）为圆形，其直径为8～12mm，且沿第一类套管（A）表面呈梅花型布置。
4.根据权利要求1所述的可卸荷桩锚多级支护结构，其特征在于：所述的第一类套管（A）直径大于第二类套管（B）的直径，第一类套管（A）和第二类套管（B）都是分节连接组成的；圆环钢板（8）的外径与第一类套管（A）的外径相等，内径与第二类套管（B）的内径相等。
5.根据权利要求1所述的可卸荷桩锚多级支护结构，其特征在于：所述的冠梁（5）上预留的通道直径与第一类套管（A）的外径相等。
6.根据权利要求1所述的可卸荷桩锚多级支护结构，其特征在于：所述的桩锚组合结构的锚杆（2）位于土体中的自由段长度大于卸荷注浆承载钢管（4）的长度，且锚固段与卸荷注浆承载钢管（4）位于土体中的一端之间留有间距。
7.一种可卸荷桩锚多级支护结构的施工方法，其特征在于，其施工步骤为：
（1）制作卸荷注浆承载钢管（4）：根据工程设计要求确定卸荷注浆承载钢管（4）的尺寸及数量；预制第一类套管（A）与第二类套管（B），在第一类套管（A）外表面开设圆形出浆孔（9），将第一类套管（A）与第二类套管（B）的一端垂直焊接在圆环钢板（8）上；
（2）定位：根据工程设计要求，用测量工具定位锚杆（2）和钻孔灌注桩（3）的施设位置；
（3）施工第一级框架锚杆：按照设计坡度开挖第一级坡体，然后施工相应位置的锚杆（2），并按设计要求支模浇筑框架（1）的横梁（6）和立柱（7），待框架（1）的强度达到设计要求时，锚固锚杆（2）；
（4）施工钻孔灌注桩（3）：根据步骤（3）所提供的定位点，在定位点上通过人工挖孔或配套的机械设备钻孔，放入相应的钢筋笼，浇筑混凝土，浇筑过程中用振动机械不断进行振捣击实，确保桩身质量，在浇筑至与地表齐平时，停止作业；
（5）按照步骤（4）施工其余钻孔灌注桩（3）；
（6）施工冠梁（5）：在钻孔灌注桩（3）顶部，绑扎好钢筋骨架，浇筑混凝土形成冠梁（5），冠梁（5）施工时在设计位置处预留与第一类套管（A）的外径相等的通道；
（7）施工卸荷注浆承载钢管（4）：待冠梁（5）的强度达到设计强度时，根据工程设计要求，在步骤（6）中冠梁（5）预留的通道处选择合适的钻机按设计钻孔，卸荷注浆承载钢管（4）穿过冠梁（5）上预留的通道打入稳定土层，一端固定在稳定土体中，另一端利用砂浆锚固在冠梁（5）中，并向两类套管形成的夹层中压力注浆，待浆体达到设计强度时，施工锚杆（2），锚杆（2）的钢筋穿过第二类套管（B）一端锚固在稳定土体中，另一端利用锚具锚固在冠梁（5）上；
（8）按照步骤（7）施工其余卸荷注浆承载钢管（4）。
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