一种在基坑内部保护既有建筑物的围护结构施工方法
技术领域
本发明涉及地下工程基坑支护技术领域,尤其涉及一种在基坑内部保护既有建筑物的围护结构施工方法。
背景技术
随着城市地下空间的开发利用和高层建筑的大量建设,越来越多的城市修建了地下公共空间,使得基坑工程大量涌现。由于种种条件限制,许多待建的地下空间范围内存在建筑物,且这些建筑物无法进行拆除或改迁。因此,亟需提供一种在基坑内部保护既有建筑物的围护结构施工方法,以保证在采用该施工方法开挖基坑时,既能在不影响对地下工程施工的情况下严格控制基坑内部建筑物的变形,又能减少建筑物的占地以增大地下空间的使用面积。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在基坑内部保护既有建筑物的围护结构施工方法,可以对建筑物或构筑物进行有效的保护,严格控制其变形;施工简单方便;有效增大地下空间的利用率;对地下空间的施工影响较小。
为实现上述目的,本发明所采取的技术方案是:
一种在基坑内部保护既有建筑物的围护结构施工方法,所述建筑物保护结构包括环绕在被保护的建筑物周边的若干根支护桩,若干根支护桩上从上到下依次水平设置有第一层锚索至第N层锚索,所述施工方法包括以下步骤:
步骤101、确定基坑开挖轮廓线,在被保护的建筑物周边沿预先设定的支护桩轮廓线打设若干根支护桩,支护桩轮廓线呈边数为偶数的正多边形或圆形,将支护桩轮廓线之外、基坑开挖轮廓线之内的区域作为基坑开挖区域;
步骤102、支护桩施工完成后,凿除桩头,施工支护桩上方的桩顶冠梁;
步骤103、在基坑开挖区域内向下开挖土方,开挖至当前层待施工锚索下方800mm~1000mm处;
步骤104、在支护桩的外壁上施工钢筋挂网喷射混凝土面层,钢筋挂网喷射混凝土面层的形状与支护桩轮廓线的形状一致;
S105、将当前层待施工锚索与钢筋挂网喷射混凝土面层连接,以通过当前层待施工锚索固定所有的支护桩;
步骤106、重复步骤103和步骤105直至开挖至基坑底标高,在基坑底标高以上、基坑开挖区域内施工地下空间结构。
作为本发明的进一步改进,当步骤101中的支护桩轮廓线呈边数为偶数的正多边形时,步骤104包括:
步骤1041、分别将位于同一条直线上的支护桩外壁上挂钢筋网并施工钢筋挂网喷射混凝土面层,钢筋挂网喷射混凝土面层也呈边数为偶数的正多边形,且与所有的支护桩密贴。
作为本发明的进一步改进,步骤105包括:
步骤1051、在支护桩间的钢筋挂网喷射混凝土面层中打设若干对钻孔,每对钻孔分别位于相对两侧的钢筋挂网喷射混凝土面层上,且每对钻孔的中心连线与该两侧的钢筋挂网喷射混凝土面层垂直,每钻一个孔即将待施工锚索穿进钻好的孔中;
步骤1052、在钢筋挂网喷射混凝土面层的外侧锚索位置处施工钢围檩,所述钢围檩包括两个上下设置的工字钢、以及位于两个工字钢内外两侧的连接板,位于内侧连接板的内侧与混凝土面层密贴,外侧和两个工字钢连接,两个工字钢均和外侧连接板连接;
两个工字钢之间设有供锚索通过的预设距离,每个连接板对应锚索位置均预留连接板孔洞,预留的连接板孔洞比锚索直径大200mm~300mm;
步骤1053、在连接板的外侧固定锚头承压板,逐个张拉锚索并通过锚具固定,将当前层的待施工锚索全部张拉完成;
其中,锚头承压板在锚索对应位置预留锚头承压板孔洞,锚头承压板孔洞比锚索直径大100mm~200mm。
作为本发明的进一步改进,所述步骤1041、步骤1051-步骤1053适用于被保护的建筑物无地下室的情况。
作为本发明的进一步改进,当步骤101中的支护桩轮廓线呈圆形时,步骤104包括:
步骤1042、将所有的支护桩外壁上施工钢筋挂网喷射混凝土面层,使得钢筋挂网喷射混凝土面层使得混凝土面层也呈圆形。
作为本发明的进一步改进,步骤105包括:
步骤1054、在每个支护桩外侧的凝土面层外侧施工设有若干个螺栓孔的槽钢,在螺栓孔内打设膨胀螺栓,使得膨胀螺栓穿过钢筋挂网喷射混凝土面层固定在支护桩上,从而将槽钢固定在钢筋挂网喷射混凝土面层上;
步骤1055、布设当前层待施工锚索;
步骤1056、在混凝土面层上施工张拉端头,张拉端头由两并列放置的工字钢组成,两工字钢之间存在一定的间隙,两个工字钢由连接板进行连接,连接板上对应锚索穿越的位置处预留连接板孔洞,在张拉端头一侧放置锚头承压板,锚头承压板在锚索穿越位置也预留锚头承压板孔洞;
步骤1057、在锚头承压板外侧对称张拉锚索,并用锚具固定,使当前层待施工锚索全部张拉完成。
作为本发明的进一步改进,所述步骤1042、步骤1054-步骤1057适用于被保护的建筑物无地下室的情况,也适用于被保护的建筑物有地下室的情况。
作为本发明的进一步改进,步骤104中钢筋挂网喷射混凝土面层的厚度为50mm~150mm。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于:
1、该施工采用支护桩加周边多道锚索的形式,可有效保护基坑内的建筑物,严格控制建筑物的变形,从而对其进行有效的保护。
2、采用支护桩的形式,支护桩可根据实际情况贴近建筑物进行打设,周边垂直开挖,可有效的减少占地,增大地下空间的使用面积。
3、采用支护桩加周边多道锚索的形式,在大的地下空间内不存在内支撑等结构,施工空间开敞,施工操作方便。
4、设计及施工简单,支护费用低。
5、施工人员在进行施工之前,可以先判断被保护的建筑物的保护形式,再根据保护形式选择施工方式,施工方式多样,适用范围广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施方式,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的附图。
图1显示了本发明应用的第一种基坑支护平面图,即在基坑中存在需要被保护的建筑物。
图2显示了本发明应用的第一种被保护建筑物的支护平面示意图。
图3显示了图2中A处的局部放大图。
图4显示了本发明应用的第一种被保护建筑物的支护剖面示意图。
图5显示了图4中B处的局部放大图。
图6显示了本发明锚索与支护桩连接的节点大样图。
图7显示了本发明应用的第二种被保护建筑物的支护平面示意图。
图8显示了本发明应用的第二种被保护建筑物的支护剖面示意图。
图9显示了图8中C处的局部放大图。
图10显示了本发明应用的第二种被保护建筑物的支护主视图。
图11显示了图10中D处的局部放大图。
图12显示了一种锚索环绕紧箍大样示意图。
图13显示了一种锚索环绕紧箍大样剖面示意图。
图14显示了一种锚索锚头大样示意图。
图15显示了一种锚索锚头大样剖面示意图。
其中:1-地面,2-基坑开挖轮廓线,3-基坑开挖区域,4-被保护的建筑物,5-基坑底标高,6-支护桩,7-桩顶冠梁,8-挡土墙,9-钢筋挂网喷射混凝土面层,10-锚索,11-钢围檩,12-锚头承压板,13-锚具,14-工字钢,15-连接板,16-连接板孔洞,17-锚头承压板孔洞,18-槽钢,19-膨胀螺栓,20-端头,41-地下室轮廓线。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面结合具体实施例对发明进行清楚、完整的描述,需要理解的是,术语“中心”、“竖向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
本发明实施例提供了一种在基坑内部保护既有建筑物的围护结构施工方法,该建筑物包括:房屋、古树、历史古迹等,该围护结构包括环绕在被保护的建筑物4周边的若干根支护桩6,若干根支护桩6上从上到下依次水平设置有第一层锚索至第N层锚索,如图1-图15所示,该施工方法包括以下步骤:
S101、确定基坑开挖轮廓线2,如图1所示;在被保护的建筑物4周边沿预先设定的支护桩轮廓线打设若干根支护桩6,支护桩轮廓线呈边数为偶数的正多边形或圆形,如图2和图7所示;将支护桩轮廓线之外、基坑开挖轮廓线2之内的区域作为基坑开挖区域3。
其中,基坑开挖轮廓线2处的支护方式可以采用放坡、土钉墙支护、支护桩6和锚索10联合支护等方案,本发明对此不作具体限定。
另外,施工人员可以根据当地的实际经验确定支护桩6的直径、支护桩6之间的距离、支护桩6在基坑底标高5下的长度。例如,如图2所示,当支护桩轮廓线为边长为15米的正六边形时且基坑开挖深度为10米时,支护桩6的直径为600~1000mm,任两个支护桩6之间的距离为1000~1800mm,支护桩6在基坑底标高5下的长度为4000~8000mm;或者,如图7所示,当支护桩轮廓线为直径为15米的圆形时,支护桩6的直径为600~1000mm,任两个支护桩6之间的距离为1000~1800mm,支护桩6在基坑底标高5下的长度为4000~8000mm。
S102、支护桩6施工完成后,凿除桩头,施工支护桩6上方的桩顶冠梁7,如图4、图5、图8-图10所示。之后,还可以在桩顶冠梁7上方施作挡土墙8,回填挡土墙8后土体,如图4所示;其中,桩顶冠梁7的标高可以为满足要求的任意值,为施工方便,可以将桩顶冠梁7的标高设置为与地面一致,如图8所示。
S103、为了方便锚索10的施工,在基坑开挖区域3内向下开挖土方,开挖至当前层待施工锚索10下方800mm~1000mm处。
其中,第一层待施工锚索10的位置可以在桩顶冠梁7的位置处,也可以在桩顶冠梁7以下,具体可以根据被保护的建筑物4的基础深度和形式确定。第二层锚索至第N层锚索的位置可以根据施工需要确定,在一种可能的实现方式中,可以通过设置任意两层锚索之间的距离来依次确定第二层待施工锚索10至第N层待施工锚索10的位置,具体两层锚索10之间的距离根据锚索10的张拉力和围住部分的土压力来确定,一般来说越向下土压力较大,间距也相对越小。
进一步地,为了方便施工人员的施工,在一种可能的实现方式中,施工人员可以预先标注出当前层待施工锚索10的中心线位置,并开挖至距离该中心线位置800mm~1000mm处。则在后续在施工当前层的锚索10时,保证每根锚索10的轴线与预先标注的中心线位置重合。
S104、如图2、图3、图7所示,在支护桩6的外壁上挂钢筋网并施工钢筋挂网喷射混凝土面层9,钢筋挂网喷射混凝土面层9的形状与支护桩轮廓线的形状一致。
其中,支护桩6上的挂钢筋网可以根据当地经验确定纵、横向钢筋间距,也可以采用商用成品的钢筋网片,钢筋挂网喷射混凝土面层9的厚度一般为50mm~150mm。
S105、将当前层待施工锚索10与钢筋挂网喷射混凝土面层9连接,以通过当前层待施工锚索10固定所有的支护桩6。
S106、重复S103和S105直至开挖至基坑底标高5,在基坑底标高5以上、基坑开挖区域3内施工地下空间结构。
本发明实施例提供的施工方法,适用于基坑工程中需要保护建筑物的情景。通过预先设置支护桩6,在开挖过程中,每当向下挖土一段距离后,即在支护桩6上施工钢筋挂网喷射混凝土面层9,增加一层锚索,提高支护桩6的支护强度,以方便施工人员继续在基坑开挖区域3中向下开挖。
该施工方法具有以下优点:1、该施工采用支护桩6加周边多道锚索10的形式,可有效保护基坑内的建筑物,严格控制建筑物的变形,从而对其进行有效的保护。2、采用支护桩6的形式,支护桩6可根据实际情况贴近建筑物进行打设,周边垂直开挖,可有效的减少占地,增大地下空间的使用面积。3、采用支护桩6加周边多道锚索10的形式,在大的地下空间内不存在内支撑等结构,施工空间开敞,施工操作方便。4、设计及施工简单,支护费用低。
其中,当S101中支护桩轮廓线的形状不同时,其施工方法也不同,根据S101中支护桩轮廓线的形状,本发明包括以下两种施工方式:
施工方式一、S101中的支护桩轮廓线呈边数为偶数的正多边形。
如图2-图6所示,则S104包括:S1041、分别将位于同一条直线上的支护柱外壁上挂钢筋网并喷射钢筋挂网喷射混凝土面层9,使得钢筋挂网喷射混凝土面层9也呈正多边形。
为了方便在支护桩6上固定第一层锚索至第N层锚索,上述S105包括:
S1051、在支护桩6间的钢筋挂网喷射混凝土面层9中打设若干对位于钻孔,每对钻孔分别位于相对两侧的钢筋挂网喷射混凝土面层9上,且每对钻孔的中心连线与该两侧的钢筋挂网喷射混凝土面层9垂直,如图2所示,且,每钻一个孔即将待施工锚索10穿进钻好的孔中;
钻孔可采用跟管钻进法工艺,钻孔的尺寸根据待施工锚索10的直径确定,一般情况下,钻孔的直径比待施工锚索10的直径大50~200mm;在施工好的钻孔中插入待施工锚索10,待施工锚索10的直径根据围护受力计算确定,例如:当围护受力为150KN时,待施工锚索10的直径为100~200mm,钢绞线尺寸为3φs15.2。
S1052、如图2-图6所示,在钢筋挂网喷射混凝土面层9的外侧锚索10位置处的上下两侧施工钢围檩11,钢围檩包括两个上下设置的工字钢14、以及位于两个工字钢14内外两侧的连接板15,位于内侧连接板15的内侧与混凝土面层9密贴,外侧和两个工字钢14连接,两个工字钢14均和外侧连接板15连接。
两个工字钢14之间设有供锚索10通过的预设距离,每个连接板15对应锚索10位置均预留连接板孔洞16,预留的连接板孔洞16比锚索10直径大200mm~300mm。
其中,钢围檩11作用是保证支护桩6的整体受力,钢围檩11通过内侧的连接板15与钢筋挂网喷射混凝土面层9密贴,保证了传力的连续性。
S1053、在连接板15的外侧固定锚头承压板12,在锚头承压板12外侧对称逐个张拉锚索10,并通过锚具13固定,将当前层的待施工锚索10全部张拉完成。
其中,锚头承压板12在锚索10对应位置预留锚头承压板孔洞17,锚头承压板孔洞17比锚索10直径大100mm~200mm。在张拉锚索10时,可以采用两端张拉、也可以一端固定,另一端张拉的方式。
后续,仅需继续重复步骤S103、S1041、以及S1051-S1053即可实现边施工边张拉每一层的待施工锚索10,即,喷射混凝土面层是随着外侧的开挖来进行施工的,即施工过程为在基坑开挖区域3内挖一部分土、施工一部分钢筋挂网喷射混凝土面层9,然后施工当前层的锚索;再在基坑开挖区域3内进行向下挖土、施工一部分钢筋挂网喷射混凝土面层9、施工下一层的锚索,如此反复,依次施工第一层锚索至第N层锚索。
施工方式二、S101中的支护桩轮廓线呈圆形。
如图7-图15所示,则S104还包括:S1042、将所有的支护桩6外壁上施工钢筋挂网喷射混凝土面层9,使得钢筋挂网喷射混凝土面层9也呈圆形,如图7所示。
为了方便在支护桩6上固定第一层锚索至第N层锚索,上述S105还包括:
S1054、如图12所示,在每个支护桩6外侧的凝土面层外侧施工设有若干个螺栓孔的槽钢18,在螺栓孔内打设膨胀螺栓19,使得膨胀螺栓19依次穿过钢筋挂网喷射混凝土面层9、钢筋网固定在支护桩6上,从而将槽钢18固定在钢筋挂网喷射混凝土面层9上,形成如图10-图12、图14和图15所示的结构。
其中,上述槽钢18的长度应根据待施工锚索10与支护桩6的受力面积确定,不宜太小,否则会使锚索10会直接接触支护桩6的桩侧混凝土,使混凝土被压碎;同时槽钢18的长度也不应过大,否则固定在槽钢18外表面上的锚索10将不是圆形,对锚索10受力及张拉均有一定的影响。具体长度应根据锚索10所围成的圆的直径来确定,一般情况下,槽钢18长度为300mm~500mm。
S1055、布设当前层待施工锚索10。如图15所示,该待施工锚索10可以包括沿竖直方向由上至下依次设置的若干根锚索10,每根锚索10依次穿过若干个槽钢18的外表面。
S1056、在钢筋挂网喷射混凝土面层9上施工张拉端头20,如图2所示;张拉端头20由两个并列放置的工字钢14组成,两个工字钢14之间设有供锚索10通过的预设距离,两个工字钢14由连接板15进行连接,连接板15上对应锚索10穿越的位置处预留连接板孔洞16,在张拉端头20一侧放置锚头承压板12,锚头承压板12在锚索10穿越位置也预留锚头承压板孔洞17,如图14和图15所示。
通常情况下,钢筋挂网喷射混凝土面层9形成的圆形周长大于单根待施工锚索10的长度,如图2所示,因此在任意一个固定的水平方向上,也需要将多根锚索10依次连接,以保证该水平方向上的多根锚索10相互连接后能够固定在所有钢筋挂网喷射混凝土面层9外壁上的槽钢18上,而张拉端头20用于连接任意相邻的两根锚索10的端部。
S1057、在锚头承压板12外侧对称张拉锚索10,并用锚具13固定,使当前层待施工锚索10全部张拉完成。
后续,仅需继续重复步骤S103、S1042、以及S1054-S1056即可实现边施工边张拉每一层的待施工锚索10,即,喷射混凝土面层是随着外侧的开挖来进行施工的,即施工过程为在基坑开挖区域3内挖一部分土、施工一部分钢筋挂网喷射混凝土面层9,然后施工当前层的锚索;再在基坑开挖区域3内进行向下挖土、施工一部分钢筋挂网喷射混凝土面层9、施工下一层的锚索,如此反复,依次施工第一层锚索至第N层锚索。
需要说明的是,被保护的建筑物4包括两种保护形式:一、被保护的建筑物4位于地面标高以上,且地面标高以下不存在需要保护的结构(即,不存在地下室),例如房屋;二、被保护的建筑物4位于地面标高以上,且地面标高以下存在被保护的建筑物4的基础或者井道(即,存在地下室),如水塔、古井等。
本发明实施例提供的施工方式一适用于被保护的建筑物4无地下室的情况,否则对向打孔会把地下室打穿;而施工方式二则适用于所有的情况,即,既适用于被保护的建筑物有地下室的情况,也适用于被保护的建筑物无地下室的情况,如图8中的被保护的建筑物4下方设置有地下室,在施工时可采取施工方式二的施工方式。
本发明实施例提供的施工方法,施工人员在进行施工之前,可以先判断被保护的建筑物4的保护形式,再根据保护形式选择施工方式,施工方式多样,适用范围广。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。