CN115652942A - 一种基于预应力空心方桩的基坑支护组合结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及建筑基坑支护技术领域，具体涉及一种基于预应力空心方桩的基坑支护组合结构及其施工方法。包括预应力空心方桩，预应力空心方桩的两端均垂直设置冠梁；所述预应力空心方桩包括短节预应力空心方桩和长节预应力空心方桩；所述冠梁包括第一冠梁和第二冠梁，第一冠梁垂直固定短节预应力空心方桩的一端，在短节预应力空心方桩的另一端固定安装长节预应力空心方桩的一端，长节预应力空心方桩的另一端垂直设置第二冠梁；所述第一冠梁与短节预应力空心方桩通过第一连接结构连接；所述长节预应力空心方桩与第二冠梁通过第二连接结构连接；所述短节预应力空心方桩与长节预应力空心方桩通过第三连接结构连接。结构简单，设计合理。

Description

一种基于预应力空心方桩的基坑支护组合结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及建筑基坑支护技术领域，具体涉及一种基于预应力空心方桩的基坑支护组合结构及其施工方法。

背景技术

当前城市轨道交通施工中，基坑支护形式主要采用内支撑结构，常用的内支撑构件主要是钢支撑和混凝土梁，混凝土梁作为第一层横向支撑结构，与冠梁一起浇筑形成一个整体，整体稳定性比较好，目前采用的比较多，但是施工工期长、现场场地受限不便于施工、成本造价高、污染环境、由于是现场浇筑外界影响因素多，质量不能保证等。对于深基坑第一层横向支撑采用钢支撑，其整体稳定性差，在工程应用中出现过失稳破坏情况；因此，第一层支撑结构是影响基坑整体稳定性的关键。

针对现有基坑支护中存在的不足，本发明提供的一种基于预应力空心方桩的基坑支护组合结构及其施工方法，不仅可有效解决混凝土梁存在的施工工期长、拆装困难、成本造价高、污染环境、质量不能保证等问题，还弥补了钢支撑构件整体稳定性差的缺陷；而且该装置还可以循环利用、节能环保。

发明内容

针对上述的不足，本发明提供了一种基于预应力空心方桩的基坑支护组合结构及其施工方法。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种基于预应力空心方桩的基坑支护组合结构及其施工方法，包括预应力空心方桩，预应力空心方桩的两端均垂直设置冠梁；所述预应力空心方桩包括短节预应力空心方桩和长节预应力空心方桩；

所述冠梁包括第一冠梁和第二冠梁，第一冠梁垂直固定短节预应力空心方桩的一端，在短节预应力空心方桩的另一端固定安装长节预应力空心方桩的一端，长节预应力空心方桩的另一端垂直设置第二冠梁；

所述第一冠梁与短节预应力空心方桩通过第一连接结构连接；

所述长节预应力空心方桩与第二冠梁通过第二连接结构连接；

所述短节预应力空心方桩与长节预应力空心方桩通过第三连接结构连接。

作为优化，所述第一连接结构包括第一预埋锚板和第一预应力端板，第一锚板设置在所述第一冠梁上，第一预应力端板设置在短节预应力空心方桩上，在第一预埋锚板上垂直设置第一刚性套管；在第一预应力端板上设置有与第一刚性套管相配合的第一安装孔，第一刚性套管固定安装在第一安装孔中。

作为优化，所述第二连接结构包括设置在所述第二冠梁上的第二预埋锚板，在第二预埋锚板上设置若干锁片，在锁片上垂直设置第三刚性套管，在长节预应力空心方桩上设置第四预应力端板，在第四预应力钢板上设置施加预应力用辅助机构；在第四预应力端板上设置有与第三刚性套管相配合的第二安装孔，第三刚性套管固定安装在第二安装孔中。

作为优化，所述第三连接结构包括连接在短节预应力空心方桩上的第二预应力端板和设置在长节预应力空心方桩上的第三预应力端板，在第三预应力端板上垂直设置第二刚性套管，在第二预应力端板上设置与第二刚性套管连接的第三安装孔。

作为优化，在所述冠梁内设置预埋构件，预埋构件包括设置在冠梁内的预埋锚板，在预埋锚板上垂直设置若干预埋锚筋；所述预埋构件与短节预应力空心方桩固定连接；所述预埋锚筋与预埋锚板采用穿孔塞焊连接，所述预埋锚筋与预埋锚板采用穿孔塞焊连接，所述预埋锚筋与所述冠梁的主筋、箍筋采用焊接方式连接；所述预埋锚筋长度为其直径的13-16倍。

作为优化，刚性套管包括第一刚性套管、第二刚性套管和第三刚性套管，刚性套管与所述预埋锚板焊接连接；刚性套管外径比所述预应力空心方桩桩内径小2cm；刚性套管壁厚大于20mm；刚性套管与预应力空心方桩内壁搭接长度大于空心方桩桩内径的2倍。

作为优化，所述第三刚性套管长度为第一冠梁、第二冠梁之间的净长度与所述两节预应力空心方桩桩长之和的差值，所述第三刚性套管与预应力空心方桩的搭接长度大于空心方桩桩内径的2倍。

作为优化，所述预应力用辅助机构包括垂直设置在第四预应力端板上的支撑板，在第四预应力端板和支撑板之间连接有若干肋板。

一种基于预应力空心方桩的基坑支护组合结构的施工方法的步骤，

S1：进行冠梁施工，冠梁经钢筋笼绑扎时，将预埋构件根据图纸要求固定在指定位置，预埋锚筋、钢筋笼的主筋和箍筋通过焊接连成整体；然后进行支模、浇筑混凝土；

S2：将横向基坑支护构件进行组装，所述冠梁拆模后，将预埋锚板表面清理干净，将第一刚性套管焊接在第一冠梁的第一预埋锚板上，然后安装短节预应力空心方桩，并将预应力空心方桩的第一预应力端板焊接在第一冠梁的第一预埋锚板上。

S3：将短节预应力空心方桩与长节预应力空心方桩通过第二刚性套管连接在一起，将第三刚性套管穿设在长节预应力空心方桩另一端，并将短节预应力空心方桩与长节预应力空心方桩相近的第一预应力端板和第二预应力端板焊接在一起；

S4：将长节预应力空心方桩的第三刚性套管焊接在第二冠梁上的第二预埋锚板上；

S5：在第二冠梁与长节预应力空心方桩搭接位置，水平对称安装两个千斤顶，同时对空心方桩施加预应力，达到设计值后，将锁片紧密的插入所述长节预应力空心方桩上的第四预应力端板与所述第二冠梁上所述的第二预埋锚板的空隙中，并将锁片与第四预应力端板、锁片与锁片、锁片与第二冠梁上第二预埋锚板通过焊接连成整体，然后拆卸千斤顶。

本发明的有益效果是：本发明提供的一种基于预应力空心方桩的基坑支护组合结构及其施工方法，不仅混凝土梁存在的施工工期短、拆装方便、成本造价低、绿色环保、质量能保证，还弥补了钢支撑构件整体稳定性差的缺陷；该组合结构用于基坑支护体系中相比传统钢支撑梁，可与冠梁形成有效整体，大大提高了基坑支护体系的整体刚度及稳定性，安全性更高。结构简单，设计合理；

附图说明

图1为本发明的基于预应力空心方桩的基坑支护组合结构的结构示意图；

图2为本发明的第一冠梁与短节预应力空心方桩的连接结构的结构示意图；

图3为本发明的短节预应力空心方桩与长节预应力空心方桩连接结构的结构示意图；

图4为本发明的第二冠梁与长节预应力空心方桩的连接结构的结构示意图；

图5为本发明的预埋锚筋在预埋锚板上的布置平面图；

图6为本发明的预埋锚筋与冠梁主筋、箍筋连接结构示意图；

图7为本发明的预埋锚筋与预埋锚板穿孔塞焊结构示意图；

图8为本发明的施加预应力用辅助机构结构示意图。

其中，100、冠梁，101、第一冠梁，102、第二冠梁，200、预应力空心方桩，201、短节预应力空心方桩，202、长节预应力空心方桩，211、第一预应力端板，212、第二预应力端板，213、第三预应力端板，214、第四预应力端板，220、施加预应力用辅助机构，221、肋板，222、支撑板，301、锁片，400、预埋锚板，401、第一预埋锚板，402、第二预埋锚板，410、预埋锚筋，500、刚性套管，501、第一刚性套管，502、第二刚性套管，503、第三刚性套管。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1-8所示的一种基于预应力空心方桩200的基坑支护组合结构及其施工方法，包括预应力空心方桩200，预应力空心方桩200的两端均垂直设置冠梁100；所述预应力空心方桩200包括短节预应力空心方桩201和长节预应力空心方桩202；

所述冠梁100包括第一冠梁101和第二冠梁102，第一冠梁101垂直固定短节预应力空心方桩201的一端，在短节预应力空心方桩201的另一端固定安装长节预应力空心方桩202的一端，长节预应力空心方桩202的另一端垂直设置第二冠梁102；

所述第一冠梁101与短节预应力空心方桩201通过第一连接结构连接；

所述长节预应力空心方桩202与第二冠梁102通过第二连接结构连接；

所述短节预应力空心方桩201与长节预应力空心方桩202通过第三连接结构连接。

根据第一冠梁101、第二冠梁102之间的净距与所述两节预应力空心方桩200长之和的差值，确定第三刚性套管503的长度，且与空心方桩的搭接长度不小于空心方桩桩径的2倍。

在本实施例中，所述第一连接结构包括第一预埋锚板401和第一预应力端板211，第一锚板设置在所述第一冠梁101上，第一预应力端板211设置在短节预应力空心方桩201上，在第一预埋锚板401上垂直设置第一刚性套管501。在第一预应力端板211上设置有与第一刚性套管501相配合的第一安装孔，第一刚性套管501固定安装在第一安装孔中。所述第一刚性套管501与第一预埋锚板401通过焊接连接，第一刚性套管501的外径比短节预应力空心方桩201的内径小2cm；第一刚性套管501壁厚不小于20mm；所述第一刚性套管501与短节预应力空心方桩201内壁搭接长度不小于短节预应力空心方桩201桩径的2倍；且第一刚性套管501的外壁与短节预应力空心方桩201的一端内壁涂抹硫磺胶泥，用于将第一刚性套管501与所述短节预应力空心方桩201固定连接；刚性套管500包括第一刚性套管501、第二刚性套管502和第三刚性套管503，刚性套管500与所述预埋锚板400通过焊接连接；刚性套管500外径比所述预应力空心方桩200内径小2cm；刚性套管500壁厚不小于20mm；刚性套管500与预应力空心方桩200内壁搭接长度不小于预应力空心方桩桩径的2倍。本发明中胶凝材料选用的是硫磺胶泥，其他具有相同性能和用途的胶凝材料也可替代硫磺胶泥；短节预应力空心方桩201一端的第一预应力端板211与第一预埋锚板401通过焊接连接。短节预应力空心方桩201与第一冠梁101形成有效刚性体；

短节预应力空心方桩201与长节预应力空心方桩202由刚性套管500固定连接的，刚性套管500及预应力空心方桩200的规格都是一样的，采用的胶凝材料及连接方式也都是一样的，有特殊说明的除外；

第二刚性套管502与所述短节预应力空心方桩201、长节预应力空心方桩202搭接长度都不小于空心方桩桩径的2倍；短节预应力空心方桩201远离第一冠梁101一端的第一预应力端板211和长节预应力空心方桩202一端的第三预应力端板213通过焊接连接。本发明选用不等长的预应力空心方桩200作为横向支撑构件，其目的是，避免横向支撑最大弯矩作用在接头处。

在本实施例中，所述第二连接结构包括设置在所述第二冠梁102上的第二预埋锚板402，在第二预埋锚板402上设置若干锁片301，在锁片301上垂直设置第三刚性套管503，在长节预应力空心方桩202上设置第四预应力端板214，在第四预应力端板214上设置施加预应力用辅助机构220；在第四预应力端板214上设置有与第三刚性套管503相配合的第二安装孔，第三刚性套管503固定安装在第二安装孔中。锁片301：用于固定长节预应力空心方桩202；预应力空心方桩200为立方体形，也可选用其他形式的桩型；使用时，短节预应力空心方桩201一端与第一冠梁101的预埋构件固定连接；长节预应力空心方桩202与第二冠梁102通过第三刚性套管503、锁片301进行连接；将施加预应力用辅助机构220对称焊接在长节预应力空心方桩202的第四预应力端板214上，在所述施加预应力用辅助机构220及第二冠梁102之间对称安装两个千斤顶，千斤顶底座贴在第二冠梁102的侧壁上，伸缩杆端部顶在所述施加预应力用辅助机构220的支撑板222上，然后同时对两个千斤顶加压，给空心方桩施加预应力，达到设计值后，锁住千斤顶；

锁片301紧密插入长节预应力空心方桩202另一端预应力端板与所述第二冠梁102上的预埋锚板400空隙中，且锁片301与第四预应力端板214、锁片301与锁片301、锁片301与第二冠梁102上第二预埋锚板402通过焊接连成整体，然后拆卸千斤顶，本发明中施加预应力机构采用的是千斤顶，其他具有相同功能的驱动装置可替代千斤顶。

在本实施例中，所述第三连接结构包括连接在短节预应力空心方桩201上的第二预应力端板212和设置在长节预应力空心方桩202上的第三预应力端板213，在第三预应力端板213上垂直设置第二刚性套管502，在第二预应力端板上设置与第二刚性套管212连接的第三安装孔。

在本实施例中，在所述冠梁100内设置预埋构件，预埋构件包括设置在冠梁100内的预埋锚板400，在预埋锚板400上垂直设置若干预埋锚筋410；所述预埋构件与短节预应力空心方桩201固定连接。预埋锚筋410与预埋锚板400采用穿孔塞焊连接，使预埋锚筋410与预埋锚板400形成整体，在外力作用下，连接处不易脱焊；所述预埋锚筋410与所述第一冠梁101的主筋和箍筋采用焊接方式连接；预埋锚筋410长度取其直径的15倍，预埋锚筋410与第一冠梁101的主筋、箍筋形成整体，从而锚固构件与第一冠梁101形成整体，增加其稳固性。

在本实施例中，所述预应力用辅助机构包括垂直设置在第四预应力端板214上的支撑板222，在第四预应力端板214和支撑板222之间连接有若干肋板221。

一种基于预应力空心方桩的基坑支护组合结构的施工步骤，

S1：进行冠梁100施工，冠梁100经钢筋笼绑扎时，将预埋构件根据图纸要求固定在指定位置，预埋锚筋410、钢筋笼的主筋和箍筋通过焊接连成整体；然后进行支模、浇筑混凝土；预埋构件埋设位置必须按图纸要求施工，埋设在两侧冠梁100上的预埋构件应是完全对称的，其偏差值应满足设计图纸及相关规范要求。

S2：将横向基坑支护构件进行组装，所述冠梁100拆模后，将预埋锚板400表面清理干净，将第一刚性套管501焊接在第一冠梁101的第一预埋锚板401上，然后安装短节预应力空心方桩201，并将预应力空心方桩200的第一预应力端板211焊接在第一冠梁101的第一预埋锚板401上。

S3：将短节预应力空心方桩201与长节预应力空心方桩202通过第二刚性套管502连接在一起，将第三刚性套管503穿设在长节预应力空心方桩202另一端，并将短节预应力空心方桩201与长节预应力空心方桩202相近的第一预应力端板211和第二预应力端板212焊接在一起；

S4：将长节预应力空心方桩202的第三刚性套管503焊接在第二冠梁102上的第二预埋锚板402上；

S5：在第二冠梁102与长节预应力空心方桩202搭接位置，水平对称安装两个千斤顶，同时对空心方桩施加预应力，达到设计值后，将锁片301紧密的插入所述长节预应力空心方桩202上的第四预应力端板214与所述第二冠梁102上所述的第二预埋锚板402的空隙中，并将锁片301与第四预应力端板214、锁片301与锁片301、锁片301与第二冠梁102上第二预埋锚板402通过焊接连成整体，然后拆卸千斤顶。

工作原理：本发明提供的一种基于预应力空心方桩200的基坑支护组合结构及其施工方法，先进行冠梁100施工，冠梁100经钢筋笼绑扎时，将预埋构件根据图纸要求固定在指定位置，预埋锚筋410、钢筋笼的主筋和箍筋通过焊接连成整体；然后进行支模、浇筑混凝土；

再将横向基坑支护构件进行组装，所述冠梁100拆模后，将预埋锚板400表面清理干净，将第一刚性套管501焊接在第一冠梁101的第一预埋锚板401上，然后安装短节预应力空心方桩201，并将预应力空心方桩200的第一预应力端板211焊接在第一冠梁101的第一预埋锚板401上。

然后将短节预应力空心方桩201与长节预应力空心方桩202通过第二刚性套管502连接在一起，将第三刚性套管503穿设在长节预应力空心方桩202另一端，并将短节预应力空心方桩201与长节预应力空心方桩202相近的第一预应力端板211和第二预应力端板212焊接在一起；

然后将长节预应力空心方桩202的第三刚性套管503焊接在第二冠梁102上的第二预埋锚板402上；

再然后在第二冠梁102与长节预应力空心方桩202搭接位置，水平对称安装两个千斤顶，同时对空心方桩施加预应力，达到设计值后，将锁片301紧密的插入所述长节预应力空心方桩202上的第四预应力端板214与所述第二冠梁102上所述的第二预埋锚板402的空隙中，并将锁片301与第四预应力端板214、锁片301与锁片301、锁片301与第二冠梁102上第二预埋锚板402通过焊接连成整体，然后拆卸千斤顶。

上述具体实施方式仅是本发明的具体个案，本发明的专利保护范围包括但不限于上述具体实施方式的产品形态和式样，任何符合本发明权利要求书且任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应落入本发明的专利保护范围。

Claims (9)

1.一种基于预应力空心方桩的基坑支护组合结构，其特征在于：包括预应力空心方桩，预应力空心方桩的两端均垂直设置冠梁；所述预应力空心方桩包括短节预应力空心方桩和长节预应力空心方桩；

所述冠梁包括第一冠梁和第二冠梁，第一冠梁垂直固定短节预应力空心方桩的一端，在短节预应力空心方桩的另一端固定安装长节预应力空心方桩的一端，长节预应力空心方桩的另一端垂直设置第二冠梁；

所述第一冠梁与短节预应力空心方桩通过第一连接结构连接；

所述长节预应力空心方桩与第二冠梁通过第二连接结构连接；

所述短节预应力空心方桩与长节预应力空心方桩通过第三连接结构连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于预应力空心方桩的基坑支护组合结构，其特征在于：所述第一连接结构包括第一预埋锚板和第一预应力端板，第一锚板设置在所述第一冠梁上，第一预应力端板设置在短节预应力空心方桩上，在第一预埋锚板上垂直设置第一刚性套管；在第一预应力端板上设置有与第一刚性套管相配合的第一安装孔，第一刚性套管固定安装在第一安装孔中。

3.根据权利要求1所述的一种基于预应力空心方桩的基坑支护组合结构，其特征在于：所述第二连接结构包括设置在所述第二冠梁上的第二预埋锚板，在第二预埋锚板上设置若干锁片，在锁片上垂直设置第三刚性套管，在长节预应力空心方桩上设置第四预应力端板，在第四预应力钢板上设置施加预应力用辅助机构；在第四预应力端板上设置有与第三刚性套管相配合的第二安装孔，第三刚性套管固定安装在第二安装孔中。

4.根据权利要求1所述的一种基于预应力空心方桩的基坑支护组合结构，其特征在于：所述第三连接结构包括连接在短节预应力空心方桩上的第二预应力端板和设置在长节预应力空心方桩上的第三预应力端板，在第三预应力端板上垂直设置第二刚性套管，在第二预应力端板上设置与第二刚性套管连接的第三安装孔。

5.根据权利要求1所述的一种基于预应力空心方桩的基坑支护组合结构，其特征在于：在所述冠梁内设置预埋构件，预埋构件包括设置在冠梁内的预埋锚板，在预埋锚板上垂直设置若干预埋锚筋；所述预埋构件与短节预应力空心方桩固定连接；所述预埋锚筋与预埋锚板采用穿孔塞焊连接，所述预埋锚筋与所述冠梁的主筋、箍筋采用焊接方式连接；所述预埋锚筋长度为其直径的13-16倍。

6.根据权利要求5所述的一种基于预应力空心方桩的基坑支护组合结构，其特征在于：刚性套管包括第一刚性套管、第二刚性套管和第三刚性套管，刚性套管与所述预埋锚板焊接连接；刚性套管外径比所述预应力空心方桩桩内径小2cm；刚性套管壁厚大于20mm；刚性套管与预应力空心方桩内壁搭接长度大于空心方桩桩内径的2倍。

7.根据权利要求6所述的一种基于预应力空心方桩的基坑支护组合结构，其特征在于：所述第三刚性套管长度为第一冠梁、第二冠梁之间的净长度与所述两节预应力空心方桩桩长之和的差值，所述第三刚性套管与预应力空心方桩的搭接长度大于空心方桩桩内径的2倍。

8.根据权利要求4所述的一种基于预应力空心方桩的基坑支护组合结构，其特征在于：所述预应力用辅助机构包括垂直设置在第四预应力端板上的支撑板，在第四预应力端板和支撑板之间连接有若干肋板。

9.一种基于预应力空心方桩的基坑支护组合的施工方法，其特征在于，步骤包括：

S1：进行冠梁施工，冠梁经钢筋笼绑扎时，将预埋构件根据图纸要求固定在指定位置，预埋锚筋、钢筋笼的主筋和箍筋通过焊接连成整体；然后进行支模、浇筑混凝土；

S2：将横向基坑支护构件进行组装，所述冠梁拆模后，将预埋锚板表面清理干净，将第一刚性套管焊接在第一冠梁的第一预埋锚板上，然后安装短节预应力空心方桩，并将预应力空心方桩的第一预应力端板焊接在第一冠梁的第一预埋锚板上。

S3：将短节预应力空心方桩与长节预应力空心方桩通过第二刚性套管连接在一起，将第三刚性套管穿设在长节预应力空心方桩另一端，并将短节预应力空心方桩与长节预应力空心方桩相近的第一预应力端板和第二预应力端板焊接在一起；

S4：将长节预应力空心方桩的第三刚性套管焊接在第二冠梁上的第二预埋锚板上；

S5：在第二冠梁与长节预应力空心方桩搭接位置，水平对称安装两个千斤顶，同时对空心方桩施加预应力，达到设计值后，将锁片紧密的插入所述长节预应力空心方桩上的第四预应力端板与所述第二冠梁上所述的第二预埋锚板的空隙中，并将锁片与第四预应力端板、锁片与锁片、锁片与第二冠梁上第二预埋锚板通过焊接连成整体，然后拆卸千斤顶。

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