CN113136875A - 一种基坑支护结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基坑支护结构，包括冠梁、排桩、钢板墙和拉结杆，冠梁与排桩相连，拉结杆的一端与冠梁相连，另一端穿过钢板墙并插入土体，钢板墙包括若干钢板，钢板的底部设置锥尖部，钢板的两侧设置企口，企口用于钢板的互相搭接与注浆，既能够有效起到止水作用，又能够使弧形钢板连成一体，形成钢板墙，当基坑周边土体有向坑内移动趋势时，波浪形钢板墙能够提供较大的反力，控制土体的变形，钢板上设置螺纹孔。本发明还公开了一种基坑支护结构的施工方法。对变形要求控制严格的基坑工程，采用本发明中的基坑支护结构，通过特殊结构形式的拉结杆将钢板墙与冠梁拉紧形成整体，提高土体刚度，能够有效控制基坑及基坑周边土体的变形。

Description

一种基坑支护结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及支护结构及其制法，具体为一种基坑支护结构及其施工方法。

背景技术

国内建设场地紧张，对城市地下空间工程的利用已步入高速发展阶段，这使得国内基坑工程的数量、开挖深度、基坑规模不断增加，与此同时，许多城市都在进行大规模的旧城改造，许多基坑工程位于繁华的建筑密集区域，这无疑增大了支护难度，提高了对基坑、支护结构及周边土体变形的要求，因对基坑支护不当、变形过大造成的坍塌事故不在少数。

大量的现场工程实测表明，相当一部分岩土工程中土体在工作荷载下处于小应变状态.近20年来，通过高精度室内试验和现场原位测试对土体的小应变行为进行了大量的研究，发现在小应变条件下土体刚度具有高度的非线性，即土体刚度会随着应变的增加急剧减小，因此控制土体变形，尤其是小应变区域的变形显得尤为重要。

申请号为CN202010615924.4的中国专利公开了一种基坑支护结构，支护桩、锚桩和拉杆一一对应布置，拉杆的一端与锚桩螺接，拉杆的另一端依次穿过挡板、支护桩以后螺接有锁紧螺母，支护桩夹持于挡板与锁紧螺母之间。但问题在于该支护结构不能够截流坑外地下水的内渗，同时锚桩对坑外土体的扰动不低，当锚桩受到向坑内的水平力时，容易产生较大的水平位移，导致坑边小应变区域内土体应变逐渐增大，其土体刚度随之急剧下降。

申请号为CN202011317573.9的中国专利公开了一种钢-砼组合的基坑支护结构，钢板桩自身形成防水结构，连接钢筋的一端固定在钢板桩上，连接钢筋的另一端穿过圈梁并伸入次梁内，牛腿支撑设置在次梁的下方，但问题在于：当坑边外侧土体有较大的向坑内移动的趋势时，仅能够依靠内支撑的水平支撑力作用，这与常见的内支撑与混凝土冠梁连接，控制变形的原理区别不大。

总的来说，现有的技术，没能充分考虑土体的小应变特性，忽略了小应变区域内土体刚度随应变的非线性变化特性，现有的支护手段虽在一定程度上能够起到控制坑外土体及围护结构水平位移的作用，但所采取的措施在一定程度上也加大了水平位移。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种能够有效控制变形、防止坑边土体产生较大位移、安全性高的基坑支护结构，本发明的另一目的是提供一种简单方便、节能环保的基坑支护结构的施工方法。

技术方案：本发明所述的一种基坑支护结构，包括冠梁、排桩、钢板墙和拉结杆，冠梁与排桩相连，拉结杆的一端与冠梁相连，另一端穿过钢板墙并插入土体，钢板墙包括若干钢板，钢板的底部设置锥尖部，能够利于弧形钢板插图土体，具体插入深度应根据实际工程中水文地质情况确定，从而起到止水帷幕的作用，对地下水截流，避免向坑内渗水，钢板的两侧设置企口，企口用于钢板的互相搭接与注浆，既能够有效起到止水作用，又能够使弧形钢板连成一体，形成钢板墙，钢板上设置螺纹孔，能够与拉结杆有效连接，从而减小整个结构的位移量。

进一步地，钢板墙为波浪形，钢板为弧形，当某一区域的弧形钢板受到水平向作用力时，周边弧形钢板能够共同持力，抵御外力作用。

进一步地，拉结杆包括杆体、大直径螺杆、扩张部和延伸部，杆体上远离冠梁的一端依次设置大直径螺杆、扩张部和延伸部。大直径螺杆与螺纹孔相匹配，有利于顺利螺旋插入土体，使整个支护结构整体受力，很大程度上起到较好的控制基坑围护结构及基坑周为土体变形的作用，从而保证了土体的刚度，确保了基坑工程的结构稳定性和安全性。

进一步地，扩张部包括扩张板和扩张顶杆，扩张顶杆的一端与杆体铰接，另一端与扩张板铰接。扩张板张开时，最大圆周面的直径大于螺纹孔的直径。延伸部上设置凹槽，扩张板的一端设置转轴，转轴通过凹槽与延伸部转动连接。通过旋转杆体，使扩张部依靠铰接及扩张顶杆发挥作用，从而将扩张板顶开，有效提高支护结构控制变形的能力。

进一步地，冠梁设置在基坑临界深度处，即最大反弯点处，该位置为基坑理论变形最大位置，应着重采取措施控制。

进一步地，拉结杆与冠梁朝向基坑一侧通过紧固螺母和垫圈固定连接，冠梁本身通过钢筋及混凝土作用于排桩固连在一起，使得冠梁、排桩在钢筋、混凝土作用下连接，冠梁、排桩、拉结杆、钢板墙能够较好地连接成整体，不仅能够减小基坑围护结构及基坑周边土体的变形，又能够在波浪形钢板墙的挤压作用下，提高周围土体的刚度，从而尽可能地避免了因小应变区域内土体应变增大土体刚度急剧下降的非线性变化的情况。

上述基坑支护结构的施工方法，包括以下步骤：

步骤一，在基坑边线处设置冠梁和排桩；

步骤二，根据用地红线位置，选择钢板的施工位置，将钢板依次垂直击入土体中，企口互相搭接并进行注浆，形成钢板墙；

步骤三，定位拉结杆位置，将拉结杆的扩张部、延伸部穿过钢板墙后，转动拉结杆，扩张部张开，大直径螺杆与螺纹孔固定连接；

步骤四，将紧固螺母、垫圈与穿过冠梁的拉结杆相连。

工作原理：每两个弧形的钢板通过企口连接，并通过对企口处注浆使得弧形钢板形成波浪形钢板墙，当某一区域的弧形钢板受到水平向作用力时，周围的弧形钢板能够协同作用，抵御外力，较少支护结构变形。弧形钢板底部为锥尖形，因此，能够较容易得插入土体，插入深度应根据水文地质条件确定，以达到弧形钢板作为止水帷幕的作用。

拉结杆穿过冠梁，插入土体，当延伸部与扩张部穿过弧形钢板后，大直径螺杆可通过螺纹与钢板墙有效连接，此时延伸部一部分插入底部土中，能够提供足够的反力以抵抗旋转时的扭力，同时在旋转时，因为扩张部与拉结杆产生相对运动，扩张部内的扩张顶杆能够铰接的作用下产生定向移动，从而将扩张板顶开，从而使得整个支护结构的安全稳定性进一步提高。

连接杆另一端通过垫圈、紧固螺母作用，使得连接杆与冠梁连接，冠梁与排桩在钢筋、混凝土作用下连接，冠梁、排桩、连接杆、弧形钢板形成的钢板墙能够较好地连接成整体，不仅能够减小基坑围护结构及基坑周边土体的变形，又能够在弧形钢板的挤压作用下，提高周围土体的刚度，从而尽可能避免了因小应变区域内土体应变增大土体刚度急剧下降的非线性变化的情况。

有益效果：本发明和现有技术相比，具有如下显著性特点：

1、对变形要求控制严格的基坑工程，采用本发明中的基坑支护结构，通过特殊结构形式的拉结杆将钢板墙与冠梁拉紧形成整体，提高土体刚度，能够有效控制基坑及基坑周边土体的变形；

2、钢板通过企口，两两相接，并在企口处注浆处理，使钢板形成整体作用的波浪状的钢板墙，当基坑周边土体有向坑内移动趋势时，波浪形钢板墙能够提供较大的反力，控制土体的变形；

3、拉结杆杆身焊接大直径螺杆，大直径螺杆通过与弧形钢板的螺纹孔螺旋连接，使整个支护结构成为一体，同时在螺旋时，扩张部内的扩张顶杆在旋转作用下，能够将扩张板顶起来，增大阻力，进一步提高支护结构对变形的控制，延伸部能够预先部分插入土中，避免因扩张部与拉结杆同步转动而无法撑开扩张部；

4、待基坑工程完成后，可通过反向转动拉结杆，将扩张板恢复原位置，同时大直径螺杆与螺纹孔分离，从而拔出拉结杆，可以重复使用，若部分结构出现损坏，如扩张板、扩张顶杆损坏，可单独更换该结构，重新通过焊接等方式固定连接即可，既尽可能节约资源成本，又保证了拉结杆的稳固。

附图说明

图1是本发明的剖视图；

图2是本发明的立体图；

图3是本发明钢板墙3的结构示意图；

图4是本发明钢板墙3的俯视图；

图5是本发明拉结杆4的结构示意图；

图6是本发明扩张板431张开时的结构示意图；

图7是本发明扩张部43的局部放大图；

图8是本发明转轴433与凹槽441的连接示意图。

具体实施方式

如图1～2，基坑支护结构包括冠梁1、排桩2、钢板墙3和拉结杆4，钢板墙3的插入深度应根据实际工程的水文地质条件确定，冠梁1所在竖向平面与钢板墙3所在竖向平面之间的距离应根据工程用地红线与基坑边线距离及周边环境具体情况确定。优选地，冠梁1设置在基坑临界深度处，即最大反弯点处，该位置为基坑理论变形最大位置，应着重采取措施控制。拉结杆4、冠梁1及排桩2的相对位置中，拉结杆4应避开排桩2插入冠梁1位置。拉结杆4与冠梁1朝向基坑一侧通过紧固螺母5和垫圈6固定连接，冠梁1本身通过钢筋及混凝土作用于排桩2固连在一起，使得冠梁1、排桩2在钢筋、混凝土作用下连接，冠梁1、排桩2、多个拉结杆4、钢板墙3能够较好地连接成整体，不仅能够减小基坑围护结构及基坑周边土体的变形，又能够在波浪形钢板墙3的挤压作用下，提高周围土体的刚度，从而尽可能地避免了因小应变区域内土体应变增大土体刚度急剧下降的非线性变化的情况。

如图3～4，钢板墙3由若干钢板31搭接形成。钢板墙3为波浪形，当某一区域的弧形钢板31收到水平向作用力时，周边弧形钢板31能够共同持力，抵御外力作用，既能够增大支护反力，又能够阻隔坑外地下水。钢板31为弧形，弧度优选为180度(即半圆)，钢板31直径1m，对于基坑的阳角、阴角或土质较差处，可改用多个小直径钢板31。钢板31的两侧设有用于钢板31的互相搭接与注浆的企口33，既能够有效起到止水作用，又能够使弧形钢板31连成一体，形成钢板墙3。注浆液采用水泥浆液，水泥选用P.O 42.5级普通硅酸盐水泥，待注浆固结体强度达到设计强度的70％时，可施工拉结杆4。钢板31的底部为锥尖部，能够利于弧形钢板31插图土体，具体插入深度应根据实际工程中水文地质情况确定，从而起到止水帷幕的作用，对地下水截流，避免向坑内渗水。钢板31上有螺纹孔34，以便于拉结杆4与钢板31有效连接，从而减小整个结构的位移量。

如图5，拉结杆4包括杆体41、大直径螺杆42、扩张部43和延伸部44，杆体41上远离冠梁1的一端依次设置大直径螺杆42、扩张部43和延伸部44。大直径螺杆42与螺纹孔34相匹配，有利于顺利螺旋插入土体，使整个支护结构整体受力，很大程度上起到较好的控制基坑围护结构及基坑周为土体变形的作用，从而保证了土体的刚度，确保了基坑工程的结构稳定性和安全性。拉结杆4的数量与钢板31上的螺纹孔34的数量相同。延伸部44远离扩张部43的一端也是锥尖形，便于更好地插入土体。

如图6～7，扩张部43包括扩张板431和扩张顶杆432，扩张顶杆432的一端与杆体41铰接，另一端与扩张板431铰接。扩张板431张开时，最大圆周面的直径大于螺纹孔34的直径。延伸部44上设置凹槽441，扩张板431的一端设置转轴433，转轴433通过凹槽441与延伸部44转动连接。通过旋转杆体41，使扩张部43依靠铰接及扩张顶杆432发挥作用，从而将扩张板431顶开，抵在钢板31上，有效提高支护结构控制变形的能力。扩张板431的形状为等腰梯形，靠近转轴433一侧的板边短，靠近大直径螺杆42一侧的板边长。

如图8，扩张板431的底部有转轴433，延伸部44表面开有凹槽441，转轴433卡接在凹槽441中，能够相对自由固定方向转动，即铰接，有利于扩张板431的展开。

上述基坑支护结构的施工方法，包括以下步骤：

步骤一，在基坑边线处施工，设置1个冠梁1和排桩2；

步骤二，根据用地红线位置，选择钢板31的施工位置，将钢板31依次垂直击入土体中，企口33互相搭接并进行注浆，形成钢板墙3；

步骤三，定位多个拉结杆4位置，拉结杆4与钢板墙3、排桩2均互相垂直，将拉结杆4的扩张部43、延伸部44穿过钢板墙3后，转动拉结杆4，扩张部43张开，大直径螺杆42与螺纹孔34固定连接；

步骤四，将紧固螺母5、垫圈6与穿过冠梁1的拉结杆4相连。

基坑工程完成后，可通过与安装时反方向转动拉结杆4，扩张板431恢复到最初位置，大直径螺杆42与螺纹孔34拆开，可将拉结杆4退出回收；同时将钢板41逐个拔出并及时注浆，加固周围土体。回收后的拉结杆4，可单独对其有一定损坏的扩张顶杆432、扩张板431、杆体41进行维修或更换，再通过焊接等方式固定连接即可尽，可能节约资源。

Claims (10)

1.一种基坑支护结构，其特征在于：包括冠梁(1)、排桩(2)、钢板墙(3)和拉结杆(4)，所述冠梁(1)与排桩(2)相连，所述拉结杆(4)的一端与冠梁(1)相连，另一端穿过钢板墙(3)并插入土体，所述钢板墙(3)包括若干钢板(31)，所述钢板(31)的底部设置锥尖部(32)，所述钢板(31)的两侧设置企口(33)，所述企口(33)用于钢板(31)的互相搭接与注浆，所述钢板(31)上设置螺纹孔(34)。

2.根据权利要求1所述的一种基坑支护结构，其特征在于：所述钢板墙(3)为波浪形，所述钢板(31)为弧形。

3.根据权利要求1所述的一种基坑支护结构，其特征在于：所述拉结杆(4)包括杆体(41)、大直径螺杆(42)、扩张部(43)和延伸部(44)，所述杆体(41)上远离冠梁(1)的一端依次设置大直径螺杆(42)、扩张部(43)和延伸部(44)。

4.根据权利要求3所述的一种基坑支护结构，其特征在于：所述大直径螺杆(42)与螺纹孔(34)相匹配。

5.根据权利要求3所述的一种基坑支护结构，其特征在于：所述扩张部(43)包括扩张板(431)和扩张顶杆(432)，所述扩张顶杆(432)的一端与杆体(41)铰接，另一端与扩张板(431)铰接。

6.根据权利要求5所述的一种基坑支护结构，其特征在于：所述扩张板(431)张开时，最大圆周面的直径大于螺纹孔(34)的直径。

7.根据权利要求5所述的一种基坑支护结构，其特征在于：所述延伸部(44)上设置凹槽(441)，所述扩张板(431)的一端设置转轴(433)，所述转轴(433)通过凹槽(441)与延伸部(44)转动连接。

8.根据权利要求1所述的一种基坑支护结构，其特征在于：所述冠梁(1)设置在基坑临界深度处。

9.根据权利要求1所述的一种基坑支护结构，其特征在于：所述拉结杆(4)与冠梁(1)通过紧固螺母(5)和垫圈(6)固定连接。

10.根据权利要求1～9任一所述的一种基坑支护结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，在基坑边线处设置冠梁(1)和排桩(2)；

步骤二，将钢板(31)依次垂直击入土体中，企口(33)互相搭接并进行注浆，形成钢板墙(3)；

步骤三，将拉结杆(4)的扩张部(43)、延伸部(44)穿过钢板墙(3)后，转动拉结杆(4)，扩张部(43)张开，大直径螺杆(42)与螺纹孔(34)固定连接；

步骤四，将紧固螺母(5)、垫圈(6)与穿过冠梁(1)的拉结杆(4)相连。

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