CN216973379U - 一种地下硐室拱脚梁下地基加固结构 - Google Patents

一种地下硐室拱脚梁下地基加固结构 Download PDF

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张建国
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姜伟丹
杨富翔
胡奇凡
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Abstract

本实用新型提供一种地下硐室的拱脚梁下地基加固结构,包括钢管桩、混凝土梁结构、连接钢筋、锚杆、锚板;混凝土梁结构设置于地下硐室拱脚底部,钢管桩自混凝土梁结构底面延伸进入地层,锚杆自混凝土梁结构侧面延伸进入地层,锚板预埋于混凝土梁结构的底部内角处。本实用新型能够在有限狭窄的既有空间完成地基加固,并满足工程需要。

Description

一种地下硐室拱脚梁下地基加固结构
技术领域
本实用新型属于在有限狭窄的地下硐室内地基加固结构,尤其涉及城市轨道交通工程采用暗挖法修建的地下硐室拱脚梁下地基加固结构及其施工方法。
背景技术
随着城市轨道交通的快速发展,地下结构修建的方法也逐步发展。暗挖拱盖法因施工速度快、工序转换少而被岩质地层广泛使用。但是拱盖法对拱脚梁处地基要求高,需要拱脚梁位于坚硬、地基承载力高的基岩上。对于地基承载力较弱的强风化岩、中风化岩等作为拱脚梁基础时暗挖拱盖法几乎不能施作。因此在有限狭窄的地下施工空间内,研究一种可行的拱脚梁地基加固结构及施工方法具有重要意义。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术中不足和缺陷,提供一种适用于暗挖地下硐室的拱脚梁下地基加固结构及其施工方法,在有限狭窄的既有空间完成地基加固,并满足工程需要。
本实用新型提供了如下的技术方案:
一种地下硐室的拱脚梁下地基加固结构,包括钢管桩、混凝土梁结构、连接钢筋、锚杆、锚板;混凝土梁结构设置于拱脚底部,钢管桩自混凝土梁结构底面延伸进入地层,锚杆自混凝土梁结构侧面延伸进入地层,锚板预埋于混凝土梁结构的底部内角处。
其中,所述混凝土梁结构为在地下硐室两侧单独浇筑的钢筋混凝土梁,为构成地下硐室的结构性混凝土;混凝土梁结构顶部为斜面。
其中,所述混凝土梁结构至少在角部底面和侧面上设有内部钢筋骨架;所述钢管桩和锚杆分别与钢筋骨架焊接连接;所述钢管桩和锚杆内分别具有注浆混凝土。
进一步,所述钢管桩与混凝土梁结构内钢筋骨架主筋通过连接钢筋帮焊进行有效焊接,连接钢筋沿钢管桩焊接长度不下于500mm。
其中,所述钢管桩打设角度与混凝土梁结构斜面呈10°以内夹角,钢管桩不少于两排,排间距0.3-0.8m。
其中,钢管桩具有中空的管壁,管壁内中央沿轴设有若干起固定和支撑作用的内组件,内组件包括与管壁同轴设置的固定环和沿所述固定环外圈布置的定位支撑件,管壁内还沿平行于轴向的方向设有二次注浆管和至少一个纵向钢筋,所述二次注浆管和纵向钢筋均固定布置于所述固定环外圈并由定位支撑件间隔。
进一步,所述固定环、定位支撑件、二次注浆管和纵向钢筋相互焊接连接;所述定位支撑件呈矩形框形;所述钢管桩的管壁上设有若干第一出浆孔,沿钢管桩轴向均布并沿径向交错布置;所述二次注浆管的侧壁上设有若干第二出浆孔,沿二次注浆管轴向均布并沿径向交错布置;二次注浆管的第二出浆孔上覆盖有隔离塑胶带。
其中,所述锚杆采用热轧钢焊管,锚杆沿混凝土梁结构的侧面不少于两排,排间距0.5m~1.0m,排内水平间隔0.5m~1.0m,排间交错布置。
其中,所述锚板预埋于混凝土梁结构的底部内角处,沿混凝土梁结构通长设置,锚板通过自带的锚筋与混凝土梁结构的钢筋骨架焊接连接。
本实用新型还提供了上述地下硐室的拱脚梁下地基加固结构的施工方法,包括下述步骤:
步骤一,确定施工参数及设备:根据地下硐室结构、尺寸及所处周围地层情况,确定加固结构的施工参数及设备;
步骤二,打设锚杆:安装侧墙锚杆并注浆;
步骤三,打设钢管桩:采用钢管桩施工设备进行钻孔并安装管壁,在管壁内安装由内组件、二次注浆管和纵向钢筋相互焊接形成的钢筋笼,然后依次进行一次注浆和二次注浆;
步骤四,设置混凝土梁结构的钢筋骨架和锚板,并将钢筋骨架分别与钢管桩、锚杆、锚板焊接固定;
步骤五,浇筑混凝土梁结构。
其中,
所述步骤二中,设计注浆压力0.5~1.0MPa,打设侧墙锚杆时不能损坏既有硐室的初支结构;
所述步骤三中,具体包括:整理施工地坪,钢管桩施工设备进场,现场钻孔并安装管壁,在管壁内安装由内组件、二次注浆管和纵向钢筋相互焊接形成的钢筋笼,然后依次进行一次注浆和二次注浆;检验钢管桩成桩质量。
所述步骤四中,具体包括:设置混凝土梁结构的钢筋骨架和锚板,清理拱脚基底,清理混凝土梁结构所在的拱脚梁基底,露出基岩,进行基底验槽;浇筑拱脚梁底部垫层,将连接钢筋与钢管桩外部焊接,绑扎钢筋骨架;将连接钢筋与钢筋骨架焊接,将锚杆与钢筋骨架,固定锚板;
所述步骤五中,具体包括:架设混凝土梁结构模板,浇筑混凝土梁结构混凝土,待混凝土梁结构混凝土达到设计强度70%后拆模。
与现有技术相比,本实用新型具有的优点和积极效果是:
1、本实用新型提出了利用既有地下硐室、在有限空间内地基加固的方法,本方法无需扩挖硐室,不产生额外工程,节约了造价与工期。
2、本实用新型通过斜向打设钢管桩和锚杆,不仅优化结构受力,而且进一步降低了施工机械对施工空间需求。
3、本实用新型通过将钢管桩、锚杆、钢筋骨架连接成一个整体,提高了整体稳定性;预留锚板,为后续下部开挖提供有利条件。
4、本实用新型通过钢管桩内优化的结构设计以及二次注浆,提高了钢管桩的支撑强度,有效提高了加固结构整体的支撑和稳定作用。
5、本实用新型的加固结构组成简单,能够在本阶段拱盖施工过程中提供足够的支撑。
附图说明
图1为本实用新型地下硐室(车站部分)拱脚梁下地基加固横断面图;
图2为本实用新型地下硐室(过渡区间部分)拱脚梁下地基加固横断面图;
图3为本实用新型地下硐室(行车区间部分)拱脚梁下地基加固横断面图;
图4为本实用新型地下硐室拱脚梁下地基加固局部平面示意图;
图5为本实用新型地下硐室拱脚梁下地基加固局部断面示意图;
图6为钢管桩垂直于轴向断面示意图;
图7为钢管桩平行于轴向断面示意图;
图8为钢管桩外部结构示意图;
图9为二次注浆管垂直于轴向断面示意图;
图10为锚板与下方结构的连接示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的技术方案作进一步说明。显然,所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式,都属于本实用新型所保护的范围。
结合图1-4所示,本实用新型地下硐室的拱脚梁下地基加固结构包括钢管桩1、混凝土梁结构2、连接钢筋3、锚杆4、锚板5。适用于本实用新型的地下硐室可利用有限狭窄的既有地下硐室,不产生额外工程,节约造价和工期。既有硐室空间一般净高不小于4.5米,净宽不小于4m。
混凝土梁结构2设置于拱脚底部,可以为在地下硐室两侧另行单独浇筑的钢筋混凝土梁,也可以在局部因特殊原因无法单独浇筑时,利用构成地下硐室的结构性混凝土作为混凝土梁结构2。混凝土梁结构2至少在角部底面和侧面上设有内部钢筋骨架21。混凝土梁结构2顶部为斜面,能够使角部浇筑结构受力稳定,同时节省占用空间。
钢管桩1自混凝土梁结构2底面延伸进入地层。长度根据地质条件确定,一般情况下需要下端深入基岩(微风化岩)1.0m以上,上端深入混凝土梁结构2内并与钢筋骨架 21焊接连接。具体的,钢管桩1上端深入混凝土梁结构2内0.3m以上,与混凝土梁结构2内钢筋骨架21主筋通过连接钢筋3帮焊进行有效焊接,连接钢筋3沿钢管桩1焊接长度不下于500mm,连接钢筋3直径可为φ22。钢管桩1打设角度原则上与混凝土梁结构2斜面垂直,为避免打设困难可偏离斜面垂线5°~10°。钢管桩1与混凝土梁结构 2通过连接钢筋3连接成整体,共同发挥作用。为充分发挥钢管桩1、混凝土梁结构2 与地层共同受力作用,钢管桩1一般不少于两排,排间距可以选择0.3-0.8m。
钢管桩1具有中空的管壁11,管壁11内中央沿轴设有若干起固定和支撑作用的内组件,内组件包括与管壁11同轴设置的固定环12和沿所述固定环12外圈布置的定位支撑件13,管壁11内还沿平行于轴向的方向设有二次注浆管15和至少一个纵向钢筋 14,所述二次注浆管15和纵向钢筋14均固定布置于所述固定环12外圈并由定位支撑件13间隔。所述固定环12、定位支撑件13、二次注浆管15和纵向钢筋14可以相互焊接连接。所述定位支撑件13可以呈矩形框形,能够更好的提供支撑并降低对注浆的影响。所述钢管桩1的管壁11上设有若干第一出浆孔16,沿钢管桩1轴向均布并沿径向交错布置,用于钢管桩1内的一次不封闭注浆。所述二次注浆管15的侧壁上设有若干第二出浆孔17,沿二次注浆管15轴向均布并沿径向交错布置,用于钢管桩1内的二次封闭注浆;二次注浆管15的第二出浆孔17上还覆盖有隔离塑胶带18,用于在一次注浆时避免浆料进入二次注浆管15内并堵塞第二出浆孔17,在二次注浆时可以在注浆压力下正常出浆。作为一种具体的实施例,钢管桩1的管壁11采用直径为159mm、壁厚8mm 的无缝钢管,管壁11管端封闭,管身开φ10mm第一出浆孔16,竖向错开300mm,为充分保证受力效果,钢管桩1内设置三根φ18mm纵向钢筋14、一根φ32mm二次注浆管15,二次注浆管15管端封闭,管身开φ4mm第二出浆孔17,竖向错开150mm。注浆材料可以采用普硅425水泥,优选的还可以掺入一定量的减水剂或微膨胀剂,一次注浆水泥浆水灰比为0.5:1~0.75:1,二次注浆水泥浆水灰比为1:1。采用一次不封闭、二次封闭的分步注浆有利于水泥充分填充钢管桩1内,提高钢管桩1的支撑强度。
锚杆4自混凝土梁结构2侧面延伸进入地层。长度根据地质条件确定,一般情况下可以外侧端深入地层2m以上,内侧端深入混凝土梁结构2内并与钢筋骨架21焊接连接。作为一种具体的实施例,锚杆4长5m,外侧端深入地层4.5m,内侧端深入混凝土梁结构2内0.5m。锚杆4通过焊接与混凝土梁结构2焊接连接形成一个整体,并连同钢管桩 1共同形成稳固的整体,与地层共同承担上部结构传递的荷载。锚杆4为中空结构,内部也设有注浆水泥,也可以通过锚杆4侧壁上设置的出浆孔进行注浆。具体的,锚杆4 可以采用φ42热轧钢焊管,壁厚3.5mm,Q345B钢;注浆水泥采用普通水泥浆,水泥采用#42.5级普通硅酸盐水泥,水灰比1:1,设计注浆压力(终压值)约0.5~1.0MPa。锚杆4沿混凝土梁结构2的侧面一般不少于两排,排间距0.5m~1.0m,排内水平间隔 0.5m~1.0m,排间交错布置呈梅花形。
锚板5预埋于混凝土梁结构2的底部内角处,沿混凝土梁结构2通长设置,锚板5 通过自带的锚筋与混凝土梁结构2的钢筋骨架21焊接连接,牢固结合在一起。锚板5 用于在地下硐室后续施工开挖时,与下部的格栅6或者其他钢筋焊接连接,从而使下部施工开挖的支护面与混凝土梁结构2牢固连接,为后续施工提供有利条件。
本实用新型地下硐室的拱脚梁下地基加固结构的施工方法如下:
步骤一,确定施工参数及设备:根据地下硐室结构、尺寸及所处周围地层情况,确定加固结构各部分(钢管桩1、混凝土梁结构2、连接钢筋3、锚杆4、锚板5)的尺寸和排布方式等相关参数,并结合当前成熟设备情况,确定设备选型。加固结构各部分尺寸和排布方式等参数的确定可以采用现有诸多常规工程设计的方法进行模拟计算,例如通过结合MIDAS计算机建模,把控施工过程的沉降、变形、应力等情况并进行验算,从而获取目标参数。施工过程中也可以实时监控测量相关参数,以保证模型的准确性以及工程安全。
步骤二,打设锚杆4:安装侧墙锚杆4并注浆,设计注浆压力(终压值)约0.5~1.0MPa,注意打设侧墙锚杆4时不得损坏既有硐室的初支结构。
步骤三,打设钢管桩1:整理施工地坪,钢管桩1施工设备进场,现场钻孔并安装管壁11,在管壁11内安装由内组件、二次注浆管15和纵向钢筋14相互焊接形成的钢筋笼,然后依次进行一次注浆和二次注浆。检验钢管桩1成桩质量。
步骤四,设置混凝土梁结构2的钢筋骨架21和锚板5:清理拱脚基底,清理混凝土梁结构2所在的拱脚梁基底,露出基岩,组织各方进行基底验槽;浇筑拱脚梁底部垫层,将连接钢筋3与钢管桩1外部焊接,绑扎钢筋骨架21;将连接钢筋3与钢筋骨架21焊接,将锚杆4与钢筋骨架21,固定锚板5。
步骤五,浇筑混凝土梁结构2:架设混凝土梁结构2模板,浇筑混凝土梁结构2混凝土,待混凝土梁结构2混凝土达到设计强度70%后拆模。
本实用新型的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内,可轻易想到的到变化或替换,都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此,本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种地下硐室的拱脚梁下地基加固结构,包括钢管桩(1)、混凝土梁结构(2)、连接钢筋(3)、锚杆(4)、锚板(5);混凝土梁结构(2)设置于地下硐室拱脚底部,钢管桩(1)自混凝土梁结构(2)底面延伸进入地层,锚杆(4)自混凝土梁结构(2)侧面延伸进入地层,锚板(5)预埋于混凝土梁结构(2)的底部内角处。
2.根据权利要求1所述的地下硐室的拱脚梁下地基加固结构,其特征在于,所述混凝土梁结构(2)为在地下硐室两侧单独浇筑的钢筋混凝土梁,为构成地下硐室的结构性混凝土;混凝土梁结构(2)顶部为斜面。
3.根据权利要求1所述的地下硐室的拱脚梁下地基加固结构,其特征在于,所述混凝土梁结构(2)至少在角部底面和侧面上设有内部钢筋骨架(21);所述钢管桩(1)和锚杆(4)分别与钢筋骨架(21)焊接连接;所述钢管桩(1)和锚杆(4)内分别具有注浆混凝土。
4.根据权利要求3所述的地下硐室的拱脚梁下地基加固结构,其特征在于,所述钢管桩(1)与混凝土梁结构(2)内钢筋骨架(21)主筋通过连接钢筋(3)帮焊进行有效焊接,连接钢筋(3)沿钢管桩(1)焊接长度不下于500mm。
5.根据权利要求1所述的地下硐室的拱脚梁下地基加固结构,其特征在于,所述钢管桩(1)打设角度与混凝土梁结构(2)斜面呈10°以内夹角,钢管桩(1)不少于两排,排间距0.3-0.8m。
6.根据权利要求1所述的地下硐室的拱脚梁下地基加固结构,其特征在于,钢管桩(1)具有中空的管壁(11),管壁(11)内中央沿轴设有若干起固定和支撑作用的内组件,内组件包括与管壁(11)同轴设置的固定环(12)和沿所述固定环(12)外圈布置的定位支撑件(13),管壁(11)内还沿平行于轴向的方向设有二次注浆管(15)和至少一个纵向钢筋(14),所述二次注浆管(15)和纵向钢筋(14)均固定布置于所述固定环(12)外圈并由定位支撑件(13)间隔。
7.根据权利要求6所述的地下硐室的拱脚梁下地基加固结构,其特征在于,所述固定环(12)、定位支撑件(13)、二次注浆管(15)和纵向钢筋(14)相互焊接连接;所述定位支撑件(13)呈矩形框形;所述钢管桩(1)的管壁(11)上设有若干第一出浆孔(16),沿钢管桩(1)轴向均布并沿径向交错布置;所述二次注浆管(15)的侧壁上设有若干第二出浆孔(17),沿二次注浆管(15)轴向均布并沿径向交错布置;二次注浆管(15)的第二出浆孔(17)上覆盖有隔离塑胶带(18)。
8.根据权利要求1所述的地下硐室的拱脚梁下地基加固结构,其特征在于,所述锚杆(4)采用热轧钢焊管,锚杆(4)沿混凝土梁结构(2)的侧面不少于两排,排间距0.5m~1.0m,排内水平间隔0.5m~1.0m,排间交错布置;
所述锚板(5)预埋于混凝土梁结构(2)的底部内角处,沿混凝土梁结构(2)通长设置,锚板(5)通过自带的锚筋与混凝土梁结构(2)的钢筋骨架(21)焊接连接。
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