CN109695249B - 一种人字形基坑支护结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种人字形基坑支护结构，直立桩垂直分布于待开挖基坑边沿，冠梁浇筑在直立桩桩顶，在直立桩腰部安装腰梁托座；腰梁托座包括锁紧瓦、锁紧螺栓、腰梁卡台、紧固压板，压板紧固螺栓，锁紧瓦由前部支座瓦和后部固定瓦组合，锁紧瓦边沿对称开设螺栓安装孔，将锁紧瓦固定在直立桩上；腰梁卡台由焊接在前部支座瓦上的一对直角梯形肋板，直角梯形肋板顶部开设螺栓安装孔；紧固压板上开设有一对螺栓安装孔，紧固螺栓依次穿过紧固压板上螺栓安装孔和腰梁卡台上螺栓安装孔，将腰梁紧固在腰梁卡台上。腰梁固定在腰梁卡台上，桩身下部分插入坑内底部土体深处。这种基坑支护结构简单、紧奏，整体性强，可靠性高，自稳性好、占用空间很小。

Description

一种人字形基坑支护结构
技术领域
本发明属于基坑支护结构技术领域，更具体涉及一种基坑支护结构，它适用于大面积深基坑支护工程，保证基坑施工过程中的安全与稳定。
背景技术
近年来，为了满足国家发展需要和人民对高水平生活的追求，高层、超高层建筑、城市轨道交通工程、地下商场、停车场等地下工程迅速增多，随之而来基坑的深度越来越深，面积越来越大；同时在沿海地区的地基土为软土，含水量高，承载力低，为了保证基坑开挖过程中的稳定，基坑围护结构需要承受很大的侧向土压力。传统的深基坑支护结构可分为悬臂支护结构、桩(墙)加内撑支护结构和桩(墙)加锚拉式支护结构。然而，悬臂支护结构主要适用于对变形要求较低的浅基坑工程中；桩(墙)撑支护结构适用于规则的长条形基坑中；桩(墙)锚支护结构主要是用于砂性土和硬黏土基坑工程中。对于开挖面积大以及形状不规则的深基坑，无法使用内撑或者使用水平支撑工程量大，存在着支撑造价高、施工工期长、土方开挖不便、拆除成本高的缺点；同时在软土地区，地基土含水量高，强度低，且建筑红线很的近复杂环境下的基坑工程中，预应力锚索的可靠性低，风险大，降低了基坑工程的安全性。
现有技术中授权公布号为CN108166506A的中国专利文件公开了一种基坑支护结构，该结构包括成成基坑侧壁的护板、固定于基坑底部的底板与护板的支撑构件，该结构将支护结构设计为装配式结构，具有安装和拆卸方面的特点。但是该结构需要在基坑开挖完成后才能施做，不能及时支撑基坑侧壁土体，因此不适用于深基坑工程中；同时斜撑底部端头连接于坑底护板，承载力依赖于底板材料抗压强度，强度较小，整体稳定性较差。
现有技术中授权公布号为CN108385692A的中国专利文件公开了一种剪力键深基坑支护系统，该系统包括支护桩、拉力机构和推力机构，该装置考虑了利用剪力键替换内支撑，从而达到节省基坑内部空间的目的，但是该结构腰梁施工较为复杂，与支护桩之间的连接方式不合理，且不能重复利用。
现有技术中授权公布号为CN107740419的中国专利文件公开了一种基坑支护方法和倾斜桩，该支护结构的倾斜桩通过冠梁与支护桩刚性连接，不能充分发挥倾斜桩的抗压承载力大优势，不能最大化节约坑内施工空间，同时也不能有效减小支护桩的最大弯矩。
发明内容
针对以上现有技术的不足，本发明的目的是在于提供了一种人字形基坑支护结构，这种结构简单、紧凑，整体性强，可靠性高，自稳性好、占用空间很小，主要用于开挖面积大的深基坑工程中，为基坑内作业提供了充足的空间，同时装配式构件也便于安装和拆卸，降低了施工成本。
为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：
一种人字形基坑支护结构，包括直立桩、冠梁、腰梁托座、腰梁、斜桩、桩顶活络头。其特征在于：直立桩垂直分布于待开挖基坑边沿，冠梁浇筑在直立桩桩顶，共同承受基坑外土压，在直立桩腰部安装腰梁托座；所述的腰梁托座为预制装配式构件，腰梁托座包括锁紧瓦、锁紧螺栓、腰梁卡台、紧固压板，压板紧固螺栓，所述的锁紧瓦由前部支座瓦和后部固定瓦组合而成，锁紧瓦边沿对称开设螺栓安装孔，供锁紧螺栓穿过，从而将锁紧瓦固定在直立桩上；腰梁卡台由焊接在前部支座瓦上的一对直角梯形肋板构成，直角梯形肋板顶部开设螺栓安装孔；紧固压板上开设有一对螺栓安装孔，紧固螺栓依次穿过紧固压板上螺栓安装孔和腰梁卡台上螺栓安装孔，将腰梁紧固在腰梁卡台上。腰梁为预制构件，腰梁固定在腰梁卡台上，与腰梁托座形成整体。所述的斜桩布置于基坑内侧，桩身下部插入坑内底部土体深处约0.5～1.5倍基坑开挖深度，从而产生承载力，形成支护结构的内撑力，桩顶通过焊接活络头与腰梁连接，并通过活络头施加预应力，作用于腰梁。
所述的直立桩采用直径为0.8～1.2m的钻孔灌注桩或者预制钢筋混土桩或者钢管桩，间距取1.5～2.5倍桩径；
作为本发明的进一步改进，所述的锁紧瓦上对称开设供锁紧螺栓穿过的螺栓安装孔。
所述的锁紧瓦由前部支座瓦和后部固定瓦组合而成，其中后部固定瓦由上下两部分构成，占用空间小，方便施工。
所述的锁紧瓦由半圆环形钢制材料或钢筋混凝土材料或其他高强度材料制成，内侧直径与直立桩直径一致，内侧表面粗糙，用于增大所述锁紧瓦与直立桩之间的摩擦系数。
所述的紧固压板通过压板紧固螺栓将所述腰梁紧固在要腰梁卡台内，限制腰梁的位移，承担腰梁传递的剪力。
通过采用上述技术方案，主要解决了以下技术问题和难点：锁紧瓦由三块半圆弧形板组成，包括一块前部支座瓦和两块后部固定瓦，前部支座瓦上焊接腰梁卡台，将腰梁上的荷载传递给直立桩，后部固定瓦由两块半圆弧形板构成，体积小，节省材料；整个锁紧瓦为预制装配式构件，结构简单，便于现场安装，且可重复利用，同时在保证不破坏直立桩的前提下承担腰梁上的竖直向分力。
所述的腰梁为预制构件，可根据基坑工况选择仅在所述直立桩桩身第一位置，即距离桩顶1/3～1/2倍基坑开挖深度位置布置第一腰梁，或分别在所述直立桩桩身第一位置，即距离桩顶1/3～1/2倍基坑开挖深度，以及桩身第二位置，即距离桩顶1/2～2/3倍基坑开挖深度处分别布置第一腰梁和第二腰梁。进一步的，根据所述直立桩布设几何尺寸和位置，沿所述预制腰梁轴线方向将横截面分段间隔设计为矩形截面和直角梯形截面形式，所述矩形截面段沿轴线方向长度为一倍所述直立桩直径，固定于所述腰梁托座的卡台内，便于与所述腰梁托座的连接，所述梯形截面段沿轴线方向长度为一倍直立桩直径，底边为斜边，底边可以与斜桩轴线垂直相交，以利于腰梁与斜桩之间荷载的传递。所述第一腰梁梯形截面底边为斜边，其中第一腰梁梯形横截面底边与水平方向呈θ，且θ等于θ1角，取值范围10°～45°，第二腰梁梯形横截面底边与水平方向呈θ，且θ等于θ2角，取值范围10°～45°。
作为本发明的进一步改进，所述的在基坑内侧布置斜桩，桩身下部插入坑内底部土体深处约0.5～1.5倍基坑开挖深度，依靠桩侧阻力和桩端阻力提供反力，形成支撑结构的内撑力；桩顶连接活络头，通过活络头作用在腰梁上，从而限制直立桩的侧向变形，改善直立桩内力分布情况。
所述的斜桩为钢管桩，直径为400mm～800mm，同时采用强度等级为C15、C20或C30的混凝土进行灌注，从而增加了钢管桩的强度、刚度和稳定性。
作为本发明的进一步改进，所述的斜桩可设置第一斜桩和第二斜桩，第一斜桩和第二斜桩分别位于相邻直立桩桩间中点位置，水平面投影不在同个位置，间隔排列。进一步的，所述的第一斜桩桩顶千斤顶作用于第一腰梁，与竖直方向的夹角θ等于θ1，取值范围10°～45°；所述的第二斜桩桩顶千斤顶作用于第二腰梁，与竖直方向的夹角θ等于θ2，取值范围10°～45°。
所述的活络头选用明挖基坑刚支撑支护结构活络头，活络头底部焊接在斜桩上，顶部支撑在腰梁上，由于活络头可以在一定范围内调节长短，从而在施工过程中可以实时在腰梁和斜桩之间施加预应力。
通过采用上述技术方案，将直立桩、冠梁、腰梁托座、腰梁、斜桩和活络头形成了整体，其中斜桩利用插入坑底土层深处桩身产生承载力，并通过桩顶活络头向腰梁施加预应力，共同承担基坑侧壁土压力，控制基坑变形，保证了基坑施工过程中的安全。
在一个实例中，所述腰梁和斜桩只包括第一腰梁和第一斜桩，所述斜桩与竖直方向之间的夹角θ等于θ1，取值范围10°～45°，且桩顶位于第一腰梁位置。
在一个实例中，所述腰梁包括第一腰梁位置41和第二腰梁42，斜桩50包括第一斜桩和第二斜桩，其中第一斜桩与竖直方向的夹角θ等于第一夹角θ1，取值范围10°～45°，且桩顶位于第一腰梁位置；第二斜桩与竖直方向的夹角θ等于第二夹角θ2，取值范围10°～45°，且桩顶位于第二腰梁位置，其中θ1等于θ2。
在一个实例中，所述腰梁包括第一腰梁位置和第二腰梁，斜桩包括第一斜桩和第二斜桩，其中第一斜桩与竖直方向的夹角θ等于第一夹角θ1，取值范围10°～45°，且桩顶位于第一腰梁位置；第二斜桩与竖直方向的夹角θ等于第二夹角θ2，且桩顶位于第二腰梁位置，取值范围10°～45°，且θ1小于θ2。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：
通过采用上述技术方案，基坑支护结构通过人字形支护结构代替传统的排桩+外锚支护形式和排桩+内撑支护形式，提高支护结构整体刚度和稳定性，同时改善直立桩的内力分布情况，数值模型实验显示，斜桩作用下，直立桩内最大弯矩Mmax人字形＜Mmax悬臂，在保证直立桩桩身最大弯矩为定值的情况下，可以减小直立桩的桩径和纵向配筋率，节约了成本20％以上；其次利用装配式腰梁结构，方便支护结构的安装和拆除，结构受力更加合理，从而能够更好的使用软土地区面积超大的深基坑工程中。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1a为一种单排斜桩基坑支护结构示意图
图1b为一种单排斜桩基坑支护结构示意图；
图2为一种单排斜桩基坑支护组件的爆炸示意图；
图3a和图3b为图1b中A处放大图；
图4为图2中B处放大图；
图5为一种紧固压板和压板紧固螺栓结构示意图；
图6为一种腰梁托座处直立桩横截面示意图；
图7a和图7b为一种双排斜桩基坑支护结构示意图；
图8a和图8b为另一种双排斜桩基坑支护结构示意图；
其中：10－直立桩、20－冠梁、30－腰梁托座、31－锁紧瓦、311－前部支座瓦、312－后部固定瓦、313－螺栓安装孔、32－锁紧螺栓、33－腰梁卡台、331－螺栓安装孔、34－紧固压板、341－螺栓安装孔、35－压板紧固螺栓、40－腰梁、41－第一腰梁、42－第二腰梁、50－倾斜桩、51－第一斜桩、52－第二斜桩、60－活络头(普通)。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图和具体实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1：
根据图1a、图1b、图2、图3a、图3b、图4、图5、图6可知，一种人字形基坑支护结构，主要包括直立桩10、冠梁20、腰梁托座30、锁紧瓦31、前部支座瓦311、后部固定瓦312、螺栓安装孔313、锁紧螺栓32、腰梁卡台33、螺栓安装孔331、紧固压板34、螺栓安装孔341、压板紧固螺栓35、腰梁40、斜桩50、活络头60。其特征在于：直立桩10垂直分布于待开挖基坑边沿，桩顶通过浇筑冠梁相接，共同承受基坑外土压，在直立桩10腰部安装腰梁托座30。所述的腰梁托座30为预制装配式构件，腰梁托座30包括锁紧瓦31、锁紧螺栓32、腰梁卡台33、紧固压板34和压板紧固螺栓35，所述的锁紧瓦31由前部支座瓦311和后部固定瓦312组合而成，锁紧瓦31边沿对称开设螺栓安装孔313，供锁紧螺栓32穿过，从而将锁紧瓦31固定在直立桩10上；腰梁卡台33由焊接在前部支座瓦311上的一对直角梯形肋板构成，直角梯形肋板顶部开设螺栓安装孔331；紧固压板34上开设有一对螺栓安装孔341，压板紧固螺栓35依次穿过紧固压板34上螺栓安装孔341和腰梁卡台上螺栓安装孔331，将腰梁40紧固在腰梁卡台33上。腰梁40为预制装配式构件，腰梁40固定在腰梁卡台33上，与腰梁托座30形成整体，腰梁40沿轴线方向将横截面分段间隔设计为矩形截面和直角梯形截面形式，梯形截面底边为斜边，其中梯形横截面底边与水平方向呈θ等于θ1角，θ1取值范围10°～45°；其中矩形截面段处于腰梁卡台33内，以便于腰梁40装入腰梁卡台33内，梯形截面段位于相邻直立桩10之间段，以便于腰梁40底边可以与斜桩50轴线垂直相交，利于腰梁40与斜桩50之间荷载的传递。所述斜桩50布置于基坑内侧，与竖直方向之间的夹角θ等于θ1，θ1取值范围10°～45°，桩身下部分插入坑底土体，桩顶焊接活络头60，并通过活络头60施加预应力，支撑在腰梁40上。
所述的直立桩10采用直径为0.80m或1m或1.2m的钻孔灌注桩或者预制钢筋混土桩或者钢管桩，间距取1.5或2或2.5倍桩径；
作为本发明的进一步改进，所述的锁紧瓦31上对称开设螺栓安装孔313，供锁紧螺栓32穿过的，从而将锁紧瓦31紧固在所述直立桩10上。
所述的锁紧瓦31由前部支座瓦311和后部固定瓦312组合而成，其中后部固定瓦312由上下两部分构成，占用空间小，方便施工。
所述的锁紧瓦31由半圆环形钢制材料或钢筋混凝土材料或其他高强度材料制成，内侧直径与直立桩10直径一致，内侧表面粗糙，用于增大所述锁紧瓦31与直立桩10之间的摩擦系数。
所述的紧固压板34通过压板紧固螺栓35将所述腰梁40紧固在要腰梁卡台33内，限制腰梁40的位移，承担腰梁40传递的剪力。
所述的腰梁40仅包括第一腰梁41，为预制构件，根据基坑工况选择仅在所述直立桩10桩身第一位置，即距离桩顶1/3或1/2倍基坑开挖深度位置布置第一腰梁41。进一步的，根据所述直立桩10布设几何尺寸和位置，沿所述预制腰梁40轴线方向将横截面分段间隔设计为矩形截面和直角梯形截面形式，其中矩形截面段沿轴线方向长度为一倍所述直立桩10直径，固定于所述腰梁托座30的卡台33内，便于与所述腰梁托座30连接，其中梯形截面段沿轴线方向长度为一倍直立桩10直径，底边为斜边，底边可以与斜桩50轴线垂直相交，以利于腰梁与斜桩之间荷载的传递。沿所述第一腰梁41轴线梯形截面段底边为斜边，其中第一腰梁41梯形横截面段底边与水平方向呈θ，且θ等于θ1角，取值范围10°～45°。
所述斜桩50只包括第一斜桩51，布置于相邻直立桩10桩间中点位置，第一斜桩51与竖直方向之间的夹角θ等于θ1，取值范围10°～45°，且桩顶位于第一腰梁41位置.
所述第一斜桩51为钢管桩，直径为300mm～600mm，同时采用强度等级为C15、C20或C30的混凝土进行灌注，从而增加了钢管桩的强度、刚度和稳定性。
所述的活络头60选用明挖基坑刚支撑支护结构活络头，活络头底部焊接在斜桩上，顶部支撑在第一腰梁40上，由于活络头60可以在一定范围内调节长短，从而在施工过程中可以实时在第一腰梁41和第一斜桩51之间施加预应力。
通过以上技术措施，开挖深度10m以内的基坑，在基坑内部施做单层斜桩，通过快速安装装配式构件腰梁托座30和腰梁40，并与直立桩10、斜桩50和活络头60形成了整体结构，支挡基坑侧壁土体，保证了开挖过程中的安全和稳定性。
实施例2：
根据图7a和图7b可知，一种人字形基坑支护结构，主要包括直立桩10、冠梁20、腰梁托座30、锁紧瓦31、前部支座瓦311、后部固定瓦312、螺栓安装孔313、锁紧螺栓32、腰梁卡台33、螺栓安装孔331、紧固压板34、螺栓安装孔341、压板紧固螺栓35、第一腰梁41、第二腰梁42、第一斜桩51、第二斜桩52、活络头60。其特征在于：直立桩10垂直分布于待开挖基坑边沿，桩顶通过浇筑冠梁相接，共同承受基坑外土压，第一腰梁位置和第二腰梁位置分别安装腰梁托座30。
所述的腰梁托座30为预制装配式构件，腰梁托座30包括锁紧瓦31、锁紧螺栓32、腰梁卡台33、紧固压板34和压板紧固螺栓35，所述的锁紧瓦31由前部支座瓦311和后部固定瓦312组合而成，锁紧瓦31边沿对称开设螺栓安装孔313，供锁紧螺栓32穿过，从而将锁紧瓦31固定在直立桩10上；腰梁卡台33由焊接在前部支座瓦311上的一对直角梯形肋板构成，直角梯形肋板顶部开设螺栓安装孔331；紧固压板34上开设有一对螺栓安装孔341，压板紧固螺栓35依次穿过紧固压板34上螺栓安装孔341和腰梁卡台上螺栓安装孔331，将所述第一腰梁41和第二腰梁42分别紧固在第一腰梁位置和第二腰梁位置的腰梁卡台33内。第一腰梁41和第二腰梁42为预制装配式构件，第一腰梁41和第二腰梁42分别固定在第一腰梁位置和第二腰梁位置的腰梁卡台33上，与腰梁托座30形成整体，第一腰梁41和第二腰梁42横截面形状分段不连续，包括矩形和直角梯形，梯形截面底边为斜边，其中第一腰梁41梯形横截面底边与水平方向呈θ等于θ1角，且取值范围10°～45°，第二腰梁42梯形横截面底边与水平方向呈θ等于θ2角，且θ1等于θ2，且取值范围10°～45°；第一腰梁41和第二腰梁42的矩形截面段处于腰梁卡台33内，以便于第一腰梁41和第二腰梁42装入腰梁卡台33内，梯形截面段位于相邻直立桩10之间段，以便于腰梁40底边可以与斜桩50轴线垂直相交，利于腰梁40与斜桩50之间荷载的传递。所述第一斜桩51和第二斜桩52布置于基坑内侧，与竖直方向之间的夹角分别为θ1和θ2，且θ1等于θ2，取值范围10°～45°，桩身下部分插入坑底土体，桩顶焊接活络头60，并通过活络头60施加预应力，分别支撑在第一腰梁41和第二腰梁42上。
所述的直立桩10采用直径为0.80m或1m或1.2m的钻孔灌注桩或者预制钢筋混土桩或者钢管桩，间距取1.5或2或2.5倍桩径；
作为本发明的进一步改进，所述的锁紧瓦31上对称开设螺栓安装孔313，供锁紧螺栓32穿过的，从而将锁紧瓦31紧固在所述直立桩10上。
所述的锁紧瓦31由前部支座瓦311和后部固定瓦312组合而成，其中后部固定瓦312由上下两部分构成，占用空间小，方便施工。
所述的锁紧瓦31由半圆环形钢制材料或钢筋混凝土材料或其他高强度材料制成，内侧直径与直立桩10直径一致，内侧表面粗糙，用于增大所述锁紧瓦31与直立桩之间的摩擦系数。
所述的紧固压板34通过压板紧固螺栓35将所述腰梁40紧固在要腰梁卡台33内，限制腰梁40的位移，承担腰梁40传递的剪力。
所述的腰梁40包括第一腰梁位置41和第二腰梁42，所述第一腰梁位置41和第二腰梁42均为预制构件，根据基坑工况选择在所述直立桩10桩身第一位置，即距离桩顶1/3倍基坑开挖深度位置布置第一腰梁41，在所述直立桩10第二位置，即距离桩顶距离桩顶1/2或2/3倍基坑开挖深度处布置第二腰梁42。进一步的，根据所述直立桩10布设几何尺寸和位置，沿所述预制腰梁40轴线方向，包括第一腰梁41和第二腰梁42，分段间隔设计为矩形截面和直角梯形截面形式，其中矩形截面段沿轴线方向长度为一倍所述直立桩10直径，固定于所述腰梁托座30的卡台33内，便于与所述腰梁托座30连接，其中梯形截面段沿轴线方向长度为一倍直立桩10直径，底边为斜边，底边可以与斜桩50轴线垂直相交，以利于腰梁40与斜桩50之间荷载的传递。沿所述第一腰梁41和第二腰梁42轴线梯形截面处底边为斜边，其中第一腰梁41梯形横截面底边与水平方向呈θ，且θ等于θ1角，第二腰梁42梯形横截面底边与水平方向呈θ，且θ等于θ2角，其中θ1＝θ2，取值范围10°～45°
所述斜桩50包括第一斜桩51和第二斜桩52，分别位于相邻直立桩10桩间中点位置，水平面投影不在同个位置，间隔排列。进一步的，第一斜桩51与竖直方向之间的夹角θ等于θ1，取值范围10°～45°，且桩顶位于第一腰梁41位置，第一斜桩51与竖直方向之间的夹角θ等于θ2，取值范围10°～45°，且桩顶位于第一腰梁42位置，其中θ1＝θ2。
所述第一斜桩51和第二斜桩52为钢管桩，直径为300mm～600mm，同时采用强度等级为C15、C20或C30的混凝土进行灌注，从而增加了钢管桩的强度、刚度和稳定性。
通过以上技术措施，开挖深度10～20m的基坑，在基坑内部施做双层斜桩。通过快速安装装配式构件腰梁托座30、腰梁40，并与直立桩10、斜桩50和活络头60形成整体结构，支挡基坑侧壁土体，保证了开挖过程中的安全和稳定性。
实施例3：
根据图8a和图8b可知，一种人字形基坑支护结构，主要包括直立桩10、冠梁20、腰梁托座30、锁紧瓦31、前部支座瓦311、后部固定瓦312、螺栓安装孔313、锁紧螺栓32、腰梁卡台33、螺栓安装孔331、紧固压板34、螺栓安装孔341、压板紧固螺栓35、腰梁40、斜桩50、活络头60。其特征在于：直立桩10垂直分布于待开挖基坑边沿，桩顶通过浇筑冠梁相接，共同承受基坑外土压，第一腰梁位置和第二腰梁位置分别安装腰梁托座30。
所述的腰梁托座30为预制装配式构件，腰梁托座30包括锁紧瓦31、锁紧螺栓32、腰梁卡台33、紧固压板34和压板紧固螺栓35，所述的锁紧瓦31由前部支座瓦311和后部固定瓦312组合而成，锁紧瓦31边沿对称开设螺栓安装孔313，供锁紧螺栓32穿过，从而将锁紧瓦31固定在直立桩10上；腰梁卡台33由焊接在前部支座瓦311上的一对直角梯形肋板构成，直角梯形肋板顶部开设螺栓安装孔331；紧固压板34上开设有一对螺栓安装孔341，压板紧固螺栓35依次穿过紧固压板34上螺栓安装孔341和腰梁卡台上螺栓安装孔331，将所述第一腰梁41和第二腰梁42分别紧固在第一腰梁位置和第二腰梁位置的腰梁卡台33内。
第一腰梁41和第二腰梁42为预制装配式构件，第一腰梁41和第二腰梁42分别固定在，腰梁卡台33上，与腰梁托座30形成整体，第一腰梁41和第二腰梁42横截面形状分段不连续，包括矩形和直角梯形，梯形截面底边为斜边，其中第一腰梁41梯形横截面底边与水平方向呈θ等于θ1角，且取值范围10°～45°，第二腰梁42梯形横截面底边与水平方向呈θ等于θ2角，且θ1小于θ2，且取值范围10°～45°；
第一腰梁41和第二腰梁42的矩形截面段处于腰梁卡台33内，以便于第一腰梁41和第二腰梁42装入腰梁卡台33内，梯形截面段位于相邻直立桩10之间段，以便于腰梁40底边可以与斜桩50轴线垂直相交，利于腰梁40与斜桩50之间荷载的传递。所述第一斜桩51和第二斜桩52布置于基坑内侧，与竖直方向之间的夹角分别为θ1和θ2，且θ1等于θ2，取值范围10°～45°，桩身下部分插入坑底土体，桩顶焊接活络头60，并通过活络头60施加预应力，分别作用于第一腰梁41和第二腰梁42上。
所述的直立桩10采用直径为0.80m或1m或1.2m的钻孔灌注桩或者预制钢筋混土桩或者钢管桩，间距取1.5或2或2.5倍桩径；
作为本发明的进一步改进，所述的锁紧瓦31上对称开设螺栓安装孔313，供锁紧螺栓32穿过的，从而将锁紧瓦31紧固在所述直立桩10上。
所述的锁紧瓦31由前部支座瓦311和后部固定瓦312组合而成，其中后部固定瓦312由上下两部分构成，占用空间小，方便施工。
所述的锁紧瓦31由半圆环形钢制材料或钢筋混凝土材料或其他高强度材料制成，内侧直径与直立桩10直径一致，内侧表面粗糙，用于增大所述锁紧瓦31与直立桩之间的摩擦系数。
所述的紧固压板34通过压板紧固螺栓35将所述腰梁40紧固在要腰梁卡台33内，限制腰梁40的位移，承担腰梁40传递的剪力。
所述的腰梁40包括第一腰梁位置41和第二腰梁42，所述第一腰梁位置41和第二腰梁42均为预制构件，根据基坑工况选择在所述直立桩10桩身第一位置，即距离桩顶1/3倍基坑开挖深度位置布置第一腰梁41，在所述直立桩10第二位置，即距离桩顶距离桩顶1/2或2/3倍基坑开挖深度处布置第二腰梁42。进一步的，根据所述直立桩10布设几何尺寸和位置，沿所述预制腰梁40轴线方向，包括第一腰梁41和第二腰梁42，将横截面分段间隔设计为矩形截面和直角梯形截面形式，其中矩形截面段沿轴线方向长度为一倍所述直立桩10直径，固定于所述腰梁托座30的卡台33内，便于与所述腰梁托座30连接，其中梯形截面段沿轴线方向长度为一倍直立桩10直径，底边为斜边，底边可以与斜桩50轴线垂直相交，以利于腰梁40与斜桩50之间荷载的传递。沿所述第一腰梁41和第二腰梁42轴线梯形截面处底边为斜边，其中第一腰梁41梯形横截面底边与水平方向呈θ，且θ等于θ1角，取值范围10°～45°，第二腰梁42梯形横截面底边与水平方向呈θ，且θ等于θ2角，取值范围10°～45°，其中θ1小于θ2。
所述斜桩50包括第一斜桩51和第二斜桩52，分别位于相邻直立桩10桩间中点位置，水平面投影不在同个位置，间隔排列。进一步的，第一斜桩51与竖直方向之间的夹角θ等于θ1，取值范围10°～45°，且桩顶位于第一腰梁41位置，第一斜桩51与竖直方向之间的夹角θ等于θ2，取值范围10°～45°，且桩顶位于第一腰梁42位置，其中θ1小于θ2。
所述第一斜桩51和第二斜桩52为钢管桩，直径为300mm～600mm，同时采用强度等级为C15、C20或C30的混凝土进行灌注，从而增加了钢管桩的强度、刚度和稳定性。
通过以上技术措施，开挖深度10～20m的基坑，在基坑内部施做双斜桩，通过快速安装装配式构件腰梁托座30、腰梁40，并与直立桩10、斜桩50和活络头60形成整体结构，同时，根据基坑开挖深度、地层特征和周围环境，调整坑内第一斜桩51和第二斜桩52与竖直方向的夹角，支挡基坑侧壁土体，保证了开挖过程中的安全和稳定性。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (6)

1. 一种人字形基坑支护结构，包括直立桩（10）、冠梁（20）、腰梁托座（30）、腰梁（40）、斜桩（50）、桩顶活络头（60），其特征在于：直立桩（10）垂直分布于开挖基坑边沿，冠梁（20）浇筑在直立桩（10）桩顶，在直立桩（10）腰部安装腰梁托座（30）；腰梁托座（30）包括锁紧瓦（31）、锁紧螺栓（32）、腰梁卡台（33）、紧固压板（34）和压板紧固螺栓（35），锁紧瓦（31）通过锁紧螺栓（32）固定在直立桩（10）上，紧固压板（34）通过压板紧固螺栓（35）固定在腰梁卡台（33）上；所述的锁紧瓦（31）由前部支座瓦（311）和后部固定瓦（312）组合而成，前部支座瓦（311）和后部固定瓦（312）边沿对称开设螺栓安装孔（313）；腰梁卡台（33）焊接在前部支座瓦（311）上的一对直角梯形肋板，直角梯形肋板顶部开螺栓安装孔（331）；紧固压板（34）上开设有一对螺栓安装孔（341），压板紧固螺栓（35）依次穿过腰梁卡台上螺栓安装孔（331）和紧固压板上的螺栓安装孔（341），将腰梁（40）固定在腰梁卡台（33）上；斜桩（50）下部插入坑内底部土体深处，桩顶通过活络头（60）与腰梁（40）连接；所述的直立桩（10）采用直径为0.8~1.2 m的钻孔灌注桩或预制钢筋混土桩或钢管桩，间距取2~2.5倍桩径；所述的锁紧瓦（31）由半圆环形钢制材料或钢筋混凝土材料或高强度材料制成的前部支座瓦（311）和后部固定瓦（312）组合而成，内侧直径与直立桩（10）直径一致。
2.根据权利要求1所述的一种人字形基坑支护结构，其特征在于：所述的腰梁卡台（33）由一对焊接在所述的前部支座瓦（311）上的直角梯形肋板构成，直角梯形肋板顶部开设螺栓安装孔（331）。
3.根据权利要求1所述的一种人字形基坑支护结构，其特征在于：所述的紧固压板（34）通过压板紧固螺栓（35）将腰梁（40）固定在腰梁卡台（33）上。
4.根据权利要求1所述的一种人字形基坑支护结构，其特征在于：所述的腰梁（40）包括第一腰梁（41）和第二腰梁（42），沿所述第一腰梁（41）和第二腰梁（42）轴线方向将横截面分段间隔设计为矩形截面和直角梯形截面，其中矩形截面段沿轴线方向长度为一倍所述直立桩（10）直径，矩形截面处用于将所述腰梁（40）固定于所述腰梁托座（30）的卡台（33）内，梯形截面底边为斜边，其中第一腰梁（41）梯形横截面底边与水平方向呈θ，且θ等于θ1角，取值范围10°~45°，第二腰梁（42）梯形横截面底边与水平方向呈θ，θ等于θ2角，取值范围10°~45°，其中矩形截面与腰梁托座（30）连接，梯形截面底边与斜桩（50）轴线垂直相交。
5.根据权利要求1所述的一种人字形基坑支护结构，其特征在于：所述的斜桩（50）设置第一斜桩（51）和第二斜桩（52），分别位于相邻直立桩（10）桩间，水平面投影不在同个位置，间隔排列；所述的第一斜桩（51）与竖直方向之间的夹角为θ1，取值范围10°~45°，所述的第二斜桩（52）与竖直方向之间的夹角为θ2，取值范围10°~45°。
6.根据权利要求1所述的一种人字形基坑支护结构，其特征在于：所述的桩顶活络头（60）为钢支撑活络头，桩顶活络头（60）底部焊接在斜桩（50）桩顶，桩顶活络头（60）顶部支撑在腰梁（40）直角梯形截面段底部斜面上。
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