CN208219666U - 一种抗变形的基坑支护结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种抗变形的基坑支护结构，包括多根竖直并列设于基坑四周的预应力混凝土管桩，相邻两根预应力混凝土管桩的桩顶之间通过冠梁连接，所述预应力混凝土管桩的顶部内径向固定有第一托板，第一托板的上方通过填芯混凝土固定有若干根主筋；所有主筋环绕预应力混凝土管桩的内壁均匀排列成一圈，并通过箍筋连接成一体；每根主筋均由竖直段和倾斜段相接而成，竖直段固定于预应力混凝土管桩内部，倾斜段固定于冠梁内部；倾斜段朝预应力混凝土管桩的桩壁向外侧倾斜，并于顶端向内侧弯折。本实用新型的能够在降低建筑能耗及建筑材料使用的情况下满足基坑变形稳定要求，施工机械产生的噪音及对环境污染非常小，施工绿色环保。

Description

一种抗变形的基坑支护结构

技术领域

本实用新型属于建筑工程技术领域，具体涉及一种抗变形的基坑支护结构。

背景技术

预应力混凝土管桩是在预制厂经过先张预应力、离心成型及高压蒸养等工艺生产而成的一种空心环形等截面预制混凝土构件，按混凝土强度等级分为预应力混凝土管桩(混凝土强度等级高于C50)和预应力高强混凝土管桩(混凝土强度等级高于C80)。预应力混凝土管桩的桩身强度高、单桩承载力高；由于预压应力的存在，故桩体具有良好的抗弯抗剪抗裂性能；具有良好的穿越土层的能力；成桩质量高；施工方便快捷，施工周期短；单位承载力造价比普通桩低等特点。因此，预应力混凝土管桩在工业与民用建筑、铁路、公路、桥梁、港口、码头等工程中得到了广泛的应用。

基坑支护是为保证地下结构施工及基坑周边环境的安全，对基坑侧壁及周边环境采用的支挡、加固与保护措施。在基坑支护工程中，支护桩截面形状及材料强度将影响支护结构的变形稳定性。控制基坑变形的主要因素是支护桩截面惯性矩和材料弹性模量，而增大截面惯性矩势必增加材料用量；增大弹性模量势必提高混凝土等级，因此导致施工成本过高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术中的上述问题，提供一种抗变形的基坑支护结构，能够在降低建筑能耗及建筑材料使用的情况下满足基坑变形稳定要求。

为实现上述实用新型目的，本实用新型采用了如下技术方案：

一种抗变形的基坑支护结构，包括多根竖直并列设于基坑四周的预应力混凝土管桩，相邻两根预应力混凝土管桩的桩顶之间通过冠梁连接，所述预应力混凝土管桩的顶部内径向固定有第一托板，第一托板的上方通过填芯混凝土固定有若干根主筋；所有主筋环绕预应力混凝土管桩的内壁均匀排列成一圈，并通过箍筋连接成一体；每根主筋均由竖直段和倾斜段相接而成，竖直段固定于预应力混凝土管桩内部，倾斜段固定于冠梁内部；倾斜段朝预应力混凝土管桩的桩壁向外侧倾斜，并于顶端向内侧弯折。

上述相邻两根预应力混凝土管桩之间的冠梁上均设有第一预应力锚索，第一预应力锚索的锚固段锚固在基坑外侧的土层中，其自由段固定在冠梁上。

上述预应力混凝土管桩的桩身之间通过腰梁连接。

上述相邻两根预应力混凝土管桩之间的腰梁上均设有第二预应力锚索，第二预应力锚索的锚固段锚固在基坑外侧的土层中，其自由段固定在腰梁上。

上述腰梁包括围檩、锚固件和抗滑块；所述围檩垂直于预应力混凝土管桩的桩身，预应力混凝土管桩内位于围檩标高处的下方径向固定有第二托板，第二托板的上方通过填芯混凝土将锚固件的一端与预应力混凝土管桩相固定，锚固件的另一端与围檩相固定；相邻两根预应力混凝土管桩之间均设有与预应力混凝土管桩的外壁相贴合的抗滑块，抗滑块固定在围檩上。

上述围檩和抗滑块均由钢制成；锚固件包括托架和化学锚栓，化学锚栓的一端植入预应力混凝土管桩中，另一端经过托架与围檩相固定；抗滑块的形状为三棱柱，三棱柱的一侧面与围檩相固定，另外两侧面分别与相邻两个预应力混凝土管桩的外壁相切。

上述围檩和抗滑块均由混凝土制成，并连成一体；锚固件为锚筋，锚筋的一端植入预应力混凝土管桩中，另一端植入围檩中；预应力混凝土管桩的桩壁部分嵌入抗滑块中，并与抗滑块相固定。

上述第一托板和第二托板均通过吊筋固定在预应力混凝土管桩内腔中的指定位置，吊筋的上端悬挂在预应力混凝土管桩的顶部，下端分别与第一托板和第二托板固接。

上述填芯混凝土的混凝土强度等级不低于冠梁的混凝土强度等级。

相比于现有技术，本实用新型的优势在于：

本实用新型提供的一种基坑支护结构，通过施工机械采用静压式、打入式等方式将预制好的预应力混凝土管桩在基坑四周沉入指定位置及深度，桩顶及桩身之间分别设置冠梁和腰梁，使桩与桩之间形成一个受力整体，预应力混凝土管桩的桩身强度高、单桩承载力高，由于预压应力的存在，预应力混凝土管桩具有较大的抗弯和抗拉能力。预应力锚索的预应力为主动加载可以改善工程结构的应力状态，预应力锚索能最大限度地利用岩土介质的内在强度和潜力，加强基坑支护的稳定性，有效控制基坑结构变形。因此，本实用新型的基坑支护结构具有良好的抗弯抗剪抗裂性能以及良好的穿越土层的能力，以承受基坑水平侧向压力，及桩身受弯产生挠曲变形，成桩质量高，施工方便快捷，施工周期短，单位承载力造价比普通桩低。

本实用新型的综合经济效益和社会效益十分明显，能够在降低建筑能耗及建筑材料使用的情况下满足基坑变形稳定要求，施工过程中，施工机械产生的噪音及对环境污染非常小，施工绿色环保。

附图说明

图1是本实用新型实施例1的正视结构图。

图2是本实用新型实施例1的侧视结构图。

图3是图1和图7中预应力混凝土管桩与冠梁连接处的局部放大图。

图4是图3去掉冠梁后的俯视图。

图5是图1中预应力混凝土管桩与腰梁连接处的局部放大图。

图6是图1中预应力混凝土管桩与腰梁连接处的俯视图。

图7是本实用新型实施例2的正视结构图。

图8是本实用新型实施例2的侧视结构图。

图9是图7中预应力混凝土管桩与腰梁连接处的局部放大图。

图10是图7中预应力混凝土管桩与腰梁连接处的俯视图。

附图标记：1.预应力混凝土管桩，2.冠梁，3.腰梁，31.围檩，32.锚固件321.托架，322.化学锚栓，323.锚筋，33.抗滑块，41.第一预应力锚索，42.第二预应力锚索，5.主筋，51.竖直段，52.倾斜段，6.箍筋，7.第一托板，8.吊筋，9.填芯混凝土，10.第二托板，11.基坑。

具体实施方式

以下结合实施例及其附图对本实用新型技术方案作进一步非限制性的详细说明。

实施例1

如图1至6所示，一种抗变形的基坑支护结构，包括多根竖直并列设于基坑四周的预应力混凝土管桩1，相邻两根预应力混凝土管桩1的桩顶之间通过冠梁2连接，桩身之间通过腰梁3连接；预应力混凝土管桩1的顶部内径向固定有第一托板7，第一托板7的上方通过填芯混凝土9固定有若干根主筋；所有主筋5环绕预应力混凝土管桩1的内壁均匀排列成一圈，并通过箍筋6焊接成一体；每根主筋5均由竖直段51和倾斜段52相接而成，竖直段51固定于预应力混凝土管桩1内部，倾斜段52固定于冠梁2内部；倾斜段52朝预应力混凝土管桩1的桩壁向外侧倾斜，并于顶端向内侧弯折，采用该结构的主筋可使预应力混凝土管桩与冠梁的连接更牢固；相邻两根预应力混凝土管桩1之间的冠梁上均设有第一预应力锚索41，第一预应力锚索41的锚固段锚固在基坑11外侧的土层中，其自由段固定在冠梁2上；相邻两根预应力混凝土管桩1之间的腰梁3上均设有第二预应力锚索42，第二预应力锚索42的锚固段锚固在基坑11外侧的土层中，其自由段固定在围檩31上。第一预应力锚索和第二预应力锚索利用岩土介质的内在强度和潜力，可加强基坑支护的稳定性，有效控制基坑结构变形。

腰梁3包括围檩31、锚固件32和抗滑块33；围檩31垂直于预应力混凝土管桩1的桩身，预应力混凝土管桩1内位于围檩标高处的下方径向固定有第二托板10；围檩31和抗滑块33均由钢制成；第二托板10的上方填充有用于固定锚固件32的填芯混凝土，锚固件32包括托架321和化学锚栓322；第二托板10的上方通过填芯混凝土9将化学锚栓322的一端固定在预应力混凝土管桩中，化学锚栓322的另一端经过托架321与围檩31相固定；托架321的上端面向第二预应力锚索42一侧倾斜，用于使第二预应力锚索与围檩的侧面相垂直，从而使两者连接更稳固；相邻两根预应力混凝土管桩1之间均设有一个与预应力混凝土管桩的外壁相贴合的抗滑块33，抗滑块33固定在围檩31上；抗滑块31的形状为三棱柱，三棱柱的一侧面与围檩31相固定，另外两侧面分别与相邻两根预应力混凝土管桩1的外壁相切，抗滑块用于平衡腰梁与桩间土，以及腰梁与预应力混凝土管桩之间的受力。

第一托板7和第二托板10均采用厚度为4～5mm的圆形钢板；第一托板7和第二托板10均通过吊筋8固定在预应力混凝土管桩1内腔中的指定位置；吊筋8的上端呈90°弯折，可悬挂在预应力混凝土管桩顶部，吊筋8的下端分别与第一托板7和第二托板10焊接。

填芯混凝土9的混凝土强度等级不低于冠梁2的混凝土强度等级。

本实用新型的一种抗变形的基坑支护结构，可设置多条腰梁；可单独只在冠梁或腰梁上设置一道预应力锚索，也可同时都在冠梁和腰梁上设置预应力锚索。

上述的一种抗变形的基坑支护结构的施工方法，包括如下步骤：

(1)测量定位：测量放线确定预应力混凝土管桩的桩位，并在桩位中心插入钢筋作为标记；

(2)吊桩、插桩：将预制好的预应力混凝土管桩对准桩位测量定位点进行插桩；

(3)压桩：随着沉桩深度的增加逐渐增加压桩压力，保持预应力混凝土管桩桩身垂直，当压桩压力达到预先规定值时，停止压桩；

(4)填芯混凝土施工：将吊筋的上端悬挂于预应力混凝土管桩的顶部，将第二托板水平置于预应力混凝土管桩内的腰梁标高处，并与吊筋相固定，在第二托板的上方浇筑填芯混凝土；将第一托板水平置于预应力混凝土管桩的顶部内侧，并与吊筋相固定，再将主筋环绕预应力混凝土管桩的内壁均匀排列成一圈，并通过箍筋焊接成一体后安装在第一托板的上方，然后在第一托板的上方浇筑填芯混凝土；

(5)第一预应力锚索施工：依次在相邻两根预应力混凝土管桩的桩顶之间的基坑土层中进行第一预应力锚索的成孔、放置和注浆；

(6)冠梁施工：搭建好冠梁钢筋后，浇筑混凝土建成冠梁；

(7)第一预应力锚索张拉：待冠梁的混凝土强度达到设计强度的70％后，对第一预应力锚索进行张拉，并将其自由段锁定在相邻两根预应力混凝土管桩之间的冠梁上；

(8)第二预应力锚索施工：当基坑挖至腰梁标高处时，依次在相邻两根预应力混凝土管桩的桩身之间的基坑土层中进行第二预应力锚索的成孔、放置和注浆；

(9)腰梁施工：将化学锚栓的一端植入预应力混凝土管桩的桩壁中，将托架固定在化学锚栓的另一端上，再将围檩固定在托架上方，然后依次在相邻预应力混凝土管桩之间的围檩上安装抗滑块，使抗滑块分别与相邻两根预应力混凝土管桩的外壁相贴合；

(10)第二预应力锚索张拉：对第二预应力锚索进行张拉，并将其自由段锁定在相邻两根预应力混凝土管桩之间的围檩上。

实施例2

如图3、4、7至10所示，一种抗变形的基坑支护结构，包括多根竖直并列设于基坑四周的预应力混凝土管桩1，相邻两根预应力混凝土管桩1的桩顶之间通过冠梁2连接，桩身之间通过腰梁3连接；预应力混凝土管桩1的顶部内径向固定有第一托板7，第一托板7的上方通过填芯混凝土9固定有若干根主筋；所有主筋5环绕预应力混凝土管桩1的内壁均匀排列成一圈，并通过箍筋6连接成一体；每根主筋5均由竖直段51和倾斜段52相接而成，竖直段51固定于预应力混凝土管桩1内部，倾斜段52固定于冠梁2内部；倾斜段52朝预应力混凝土管桩1的桩壁向外侧倾斜，并于上端向内侧弯折，采用该结构的主筋可使预应力混凝土管桩与冠梁的连接更牢固；相邻两根预应力混凝土管桩1之间的冠梁上均设有第一预应力锚索41，第一预应力锚索41的锚固段锚固在基坑11外侧的土层中，其自由段固定在冠梁2上；相邻两根预应力混凝土管桩1之间的腰梁3上均设有第二预应力锚索42，第二预应力锚索42的锚固段锚固在基坑11外侧的土层中，其自由段固定在围檩上。第一预应力锚索和第二预应力锚索利用岩土介质的内在强度和潜力，可加强基坑支护的稳定性，有效控制基坑结构变形。

腰梁3包括围檩31、锚固件32和抗滑块33；围檩31垂直于预应力混凝土管桩1的桩身，预应力混凝土管桩1内位于围檩标高处的下方径向固定有第二托板10；围檩31和抗滑块33均由混凝土制成，并连成一体；第二托板10的上方填充有用于固定锚固件32的填芯混凝土，锚固件32为锚筋323，锚筋323的一端植入预应力混凝土管桩1中，另一端植入围檩31中；相邻两根预应力混凝土管,1之间均设有与预应力混凝土管桩的外壁相贴合的抗滑块33，抗滑块33固定在围檩31上，预应力混凝土管桩1的桩壁部分嵌入抗滑块33中，并与抗滑块33相固定，抗滑块用于平衡腰梁与桩间土，以及腰梁与预应力混凝土管桩之间的受力。

第一托板7和第二托板10均采用厚度为4～5mm的圆形钢板；第一托板7和第二托板10均通过吊筋8固定在预应力混凝土管桩1内腔中的指定位置；吊筋8的上端呈90°弯折，可悬挂在预应力混凝土管桩顶部，吊筋8的下端分别与第一托板7和第二托板10焊接。

填芯混凝土9的混凝土强度等级不低于冠梁2的混凝土强度等级。

上述的一种抗变形的基坑支护结构的施工方法，包括如下步骤：

(1)测量定位：清除地表杂物，填平场地中坑洼，测量放线确定预应力混凝土管桩的桩位，并在桩位中心插入钢筋作为标记，并涂上油漆使标记明显，桩机就位之后重新复测桩位；

(2)桩机就位：按设计要求及工程需要配置压重，调平桩机平台，压桩前应认真检查桩机设备及起重工具，对桩机进行试运转，并检查运转情况；

(3)运输、堆放：

1)预应力混凝土管桩吊装采用两支点法或两头钗吊法，两吊点(两支点法)距离桩端为桩长的0.2倍，绳索与桩身水平夹角不小于45°；

2)预应力混凝土管桩运输过程中支点满足两支点法的位置(支点距离桩端0.2倍桩长处)，并垫以锲形掩木防止滚动，严禁层与层之间垫木与桩端的距离不等而造成错位；铁路运输时应符合《铁路装载加固规则要求》；汽车运输时，堆放层数不宜超过二层，如确有保证，可适当增加；

3)预应力混凝土管桩堆放场地应压实平整，并有排水措施，管桩堆放应按两支点法进行，最下层支点宜放在垫木上，且各支点应在同一水平面；堆放层数应根据管桩强度、地面承载力、垫木及堆垛稳定性等综合分析确定；管桩堆放层数不超过8层；

(4)管桩运至压桩点：将预应力混凝土管桩运至压桩点后，应检查其出厂合格证和主要质量指标，再进行外观检查，并将预应力混凝土管桩的两端清理干净，检查不合格的管桩应及时清退出场；

(5)吊桩、插桩：利用夹持油缸将预制好的预应力混凝土管桩对准桩位测量定位点进行插桩，压桩开始阶段应轻压，并认真检查管桩位置及方向，如有偏差应及时纠正，必要时要拔出重压；

(6)压桩：采用压桩机进行压桩，随着沉桩深度增加逐渐增加压桩压力，保持预应力混凝土管桩桩身垂直，整个压桩过程，要使压杆、桩帽、桩身尽量保持在同一轴线上，必要时应将桩架导杆方向按桩身方向调整，尽量不使管桩受到偏心压力，以免管桩受弯；压桩较难下沉时，检查桩架导杆有无倾斜偏心，桩身是否垂直；当压桩压力达到预先规定值时，停止压桩；

(7)填芯混凝土施工：将吊筋的上端悬挂于预应力混凝土管桩的顶部，将第二托板水平置于预应力混凝土管桩内的腰梁标高处，并与吊筋相固定，在第二托板的上方浇筑填芯混凝土；将第一托板水平置于预应力混凝土管桩的顶部内侧，并与吊筋相固定，再将主筋环绕预应力混凝土管桩的内壁均匀排列成一圈，并通过箍筋焊接成一体后安装在第一托板的上方，然后在第一托板的上方浇筑填芯混凝土；

(8)第一预应力锚索施工：依次在相邻两根预应力混凝土管桩的桩顶之间的基坑土层中进行第一预应力锚索的成孔、放置和注浆；

(9)冠梁施工：搭建好冠梁钢筋后，浇筑混凝土建成冠梁；

(10)第一预应力锚索张拉：待冠梁的混凝土强度达到设计强度的70％后，对第一预应力锚索进行张拉，并将其自由段锁定在相邻两根预应力混凝土管桩之间的冠梁上；

(11)第二预应力锚索施工：当基坑挖至腰梁标高处时，依次在相邻两根预应力混凝土管桩的桩身之间的基坑土层中进行第二预应力锚索的成孔、放置和注浆；

(12)腰梁施工：将锚筋的一端植入预应力混凝土管桩的桩壁内，另一端固定在围檩内；然后依次在相邻预应力混凝土管桩之间的围檩上浇筑混凝土建成抗滑块，并使抗滑块分别与相邻两根预应力混凝土管桩的外壁相贴合；

(13)第二预应力锚索张拉：对第二预应力锚索进行张拉，并将其自由段锁定在相邻两根预应力混凝土管桩之间的围檩上。

本实用新型的工作原理

基坑支护工程中，基坑支护结构要承受水平侧向压力，支护桩的桩身易受弯产生挠曲变形。预应力混凝土管桩桩身混凝土强度高，再加上使用高强度、低松弛率的预应力钢筋使桩身具有较高的有效压力，因此，预应力混凝土管桩具有较大的抗弯和抗拉能力；预应力锚索能最大限度地利用岩土介质的内在强度和潜力，加强基坑支护的稳定性，预应力锚索的预应力为主动加载可以改善工程结构的应力状态，可有效控制基坑结构变形。因此，本实用新型的基坑支护结构能很好的发挥其抗弯性能及保证基坑支护结构的稳定性。

本实用新型具体具有如下优点：

1.规格统一规范，质量可靠。预应力混凝土管桩在预制加工厂统一生产，管桩规格模数化，规范化，多样化，质量经过验收合格，安全可靠。

2.运输方便，可适应较长运距。管桩节长一般在13m以内，起吊时用特制的吊钩勾住管桩的两端就可方便地吊起来，吊装运输方便；桩身又有预压应力，保证运输及吊装过程中，管桩质量不被损坏。

3.施工速度快，便于组织施工。管桩规格多样化，搭配灵活，成桩长度可长可短，适用不同深度、不同桩径的桩型。施工过程中，施工机械少，施工人员要求不高，施工组织简单易行。

4.桩身强度高、成桩质量高、经济安全。管桩桩身强度高，可适用于多种地层，成桩率高，极少出现废桩或断桩等质量事故，相比钻孔灌注桩，单位承载力造价更低。

5.无噪音、无污染，施工绿色环保。施工过程中，施工机械产生的噪音及对环境污染非常小，施工绿色环保。

需要指出的是，上述实施例仅为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种抗变形的基坑支护结构，包括多根竖直并列设于基坑四周的预应力混凝土管桩，相邻两根预应力混凝土管桩的桩顶之间通过冠梁连接，其特征在于：所述预应力混凝土管桩的顶部内径向固定有第一托板，第一托板的上方通过填芯混凝土固定有若干根主筋；所有主筋环绕预应力混凝土管桩的内壁均匀排列成一圈，并通过箍筋连接成一体；每根主筋均由竖直段和倾斜段相接而成，竖直段固定于预应力混凝土管桩内部，倾斜段固定于冠梁内部；倾斜段朝预应力混凝土管桩的桩壁向外侧倾斜，并于顶端向内侧弯折。

2.根据权利要求1所述的一种抗变形的基坑支护结构，其特征在于：所述相邻两根预应力混凝土管桩之间的冠梁上均设有第一预应力锚索，第一预应力锚索的锚固段锚固在基坑外侧的土层中，其自由段固定在冠梁上。

3.根据权利要求1所述的一种抗变形的基坑支护结构，其特征在于：所述预应力混凝土管桩的桩身之间通过腰梁连接。

4.根据权利要求3所述的一种抗变形的基坑支护结构，其特征在于：所述相邻两根预应力混凝土管桩之间的腰梁上均设有第二预应力锚索，第二预应力锚索的锚固段锚固在基坑外侧的土层中，其自由段固定在腰梁上。

5.根据权利要求3所述的一种抗变形的基坑支护结构，其特征在于：所述腰梁包括围檩、锚固件和抗滑块；所述围檩垂直于预应力混凝土管桩的桩身，预应力混凝土管桩内位于围檩标高处的下方径向固定有第二托板，第二托板的上方通过填芯混凝土将锚固件的一端与预应力混凝土管桩相固定，锚固件的另一端与围檩相固定；相邻两根预应力混凝土管桩之间均设有与预应力混凝土管桩的外壁相贴合的抗滑块，抗滑块固定在围檩上。

6.根据权利要求5所述的一种抗变形的基坑支护结构，其特征在于：所述围檩和抗滑块均由钢制成；锚固件包括托架和化学锚栓，化学锚栓的一端植入预应力混凝土管桩中，另一端经过托架与围檩相固定；抗滑块的形状为三棱柱，三棱柱的一侧面与围檩相固定，另外两侧面分别与相邻两根预应力混凝土管桩的外壁相切。

7.根据权利要求5所述的一种抗变形的基坑支护结构，其特征在于：所述围檩和抗滑块均由混凝土制成，并连成一体；锚固件为锚筋，锚筋的一端植入预应力混凝土管桩中，另一端植入围檩中；预应力混凝土管桩的桩壁部分嵌入抗滑块中，并与抗滑块相固定。

8.根据权利要求5所述的一种抗变形的基坑支护结构，其特征在于：所述第一托板和第二托板均通过吊筋固定在预应力混凝土管桩内腔中的指定位置，吊筋的上端悬挂在预应力混凝土管桩的顶部，下端分别与第一托板和第二托板固接。

9.根据权利要求1所述的一种抗变形的基坑支护结构，其特征在于：所述填芯混凝土的混凝土强度等级不低于冠梁的混凝土强度等级。