CN217378925U - 一种带有卸荷管棚的桩锚组合支护结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带有卸荷管棚的桩锚组合支护结构，属于岩土工程支挡技术领域。支护结构包括支护桩、预应力锚杆和卸荷管棚结构；支护桩沿基坑坑壁建造，相邻支护桩之间建造有混凝土面层；预应力锚杆设于基坑坑壁上部且位于支护桩两侧，锚杆的锚固段深入土层内，锚杆的自由端通过锚具固定于锚杆腰梁上；卸荷管棚结构设于基坑坑壁的中部，卸荷管棚结构包括注浆钢管和管棚腰梁；注浆钢管沿基坑坑壁打入土层内；注浆钢管延基坑坑壁竖直方向密集布设有两排，两排注浆钢管交错布设，注浆钢管内浇筑有混凝土；所述管棚腰梁水平固定于支护桩上，管棚腰梁包括两排且分别对应两排注浆钢管，两排管棚腰梁之间连接有缀板。

Description

一种带有卸荷管棚的桩锚组合支护结构

技术领域

本实用新型属于岩土工程支挡技术领域，具体涉及一种带有卸荷管棚的桩锚组合支护结构，适用于深基坑支护工程。

背景技术

进入21世纪以来，向高空与地下发展成为基础设施建设的重要方向，随之产生了大量深基坑支护工程。目前，西北地区针对深基坑支护工程常用的支护手段主要为桩-锚支护与预应力锚杆复合土钉墙支护方法。这两种支护手段施工技术成熟，安全性高，能够有效控制基坑变形。然而，预应力锚杆锚固段往往需要深入基坑破裂面以外一定深度，非常容易受临近建筑物基础的影响或穿越建筑红线；另外，基坑支护一般为临时性工程，这两种常用的支护方法造价较高，经济性较差。

因此，带有卸荷平台的深基坑支挡结构应运而生。如中国专利CN 112323816 A的卸荷式组合支挡结构在土层一定深度设置卸荷板，并通过支护桩或地下连续墙与卸荷板支撑桩传递卸荷板上部竖向土压力，有效减小了卸荷管棚以下支护桩或地下连续墙受到的侧向土压力；但该支护结构的卸荷板施工时需将上部土体开挖再回填，不能很好地满足实际工程的需求。中国专利CN 108842792 A的一种分层内抬升卸荷式地拉锚杆通过设置具有一定抗弯刚度的预应力锚杆组成卸荷平台，将锚杆位于坡面处的一端采用钢绞线抬升并通过顶部定滑轮改变钢绞线传力方向，从而锚固在地表稳定土层中，达到卸荷的目的。但根据牛顿第三定律（作用力与反作用力），该结构坡顶或基坑顶部的定滑轮虽然改变了钢绞线的方向，但同时也给附加土层施加方向了一个方向向下，大小相差不多的作用力，并未有效起到卸荷作用；另外，构成卸荷平台的锚杆布置稀疏，无法在锚杆间形成有效的“土拱效应”，并且其抗弯刚度较小，卸荷作用不明显，另外此种抬升式卸荷锚杆制作复杂，施工繁琐，从而不能很好地满足经济性的要求。

实用新型内容

本实用新型提供了一种带有卸荷管棚的桩锚组合支护结构，该结构能够形成有效的卸荷平台，减小卸荷管棚下部土体的竖向土压力及支护桩受到的侧向土压力，进而减小支护桩的嵌固深度及内力与变形；同时，使得卸荷管棚上部土体的破裂面向基坑内移动，降低桩身上部锚杆长度，避免受临近建筑物基础影响或穿越建筑红线。该结构施工方便快捷，符合经济环保特征的，适用于多种环境下的深基坑支护工程。

为此，本实用新型采用如下技术方案：

一种带有卸荷管棚的桩锚组合支护结构，所述支护结构包括支护桩、预应力锚杆和卸荷管棚结构；

所述支护桩沿基坑坑壁建造，相邻支护桩之间建造有混凝土面层；

所述预应力锚杆设于基坑坑壁上部且位于支护桩两侧，锚杆的锚固段深入土层内，锚杆的自由端通过锚具固定于锚杆腰梁上；

所述卸荷管棚结构设于基坑坑壁的中部，卸荷管棚结构包括注浆钢管和管棚腰梁；注浆钢管沿基坑坑壁打入土层内，注浆钢管与水平面的夹角为5～15°，注浆钢管头端通过管棚腰梁固定于基坑坑壁上；注浆钢管延基坑坑壁竖直方向密集布设有两排，两排注浆钢管交错布设，注浆钢管内浇筑有混凝土；所述管棚腰梁水平固定于支护桩上，管棚腰梁包括两排且分别对应两排注浆钢管，两排管棚腰梁之间连接有缀板。

进一步地，所述注浆钢管管壁上开设圆形出浆孔与菱形出浆孔，圆形出浆孔沿注浆钢管的长度方向成排布设，菱形出浆孔也沿注浆钢管的长度方向成排布设，注浆钢管尾留有未开孔的止浆段；菱形出浆孔至少包括两列且并排设置；注浆钢管头端还开设有外螺纹。

进一步地，所述注浆钢管的直径为80-180mm，圆形出浆孔的直径为10-15mm，菱形出浆孔的长对称轴为20-30mm，短对称轴为10-15mm。

进一步地，所述两排注浆钢管包括上排注浆钢管和下排注浆钢管，上排注浆钢管的菱形出浆孔朝下、下排注浆钢管的菱形出浆孔朝上。

进一步地，上下两层注浆钢管的层间距离不大于0.5m，同一层注浆钢管的间距为其直径的3-5倍。

进一步地，所述管棚腰梁为Q235槽钢，腹板高度需满足注浆钢管孔开孔要求，腹板与翼缘的厚度需满足变形与承载力的要求。

进一步地，所述管棚腰梁上注浆钢管孔的直径大于注浆钢管直径20-30mm。

进一步地，还包括锚杆腰梁，锚杆腰梁上开设有与锚杆安装位置一一对应的锚杆安装孔，锚杆腰梁固定于支护桩上。

进一步地，还包括锚固板，锚固板固定于支护桩上，管棚腰梁通过锚固板固定于支护桩上。

进一步地，所述支护桩为带有桩底扩大头的钻孔灌注桩，扩大头为桩身直径的1.2~1.5倍。

本实用新型的工作原理为：

1.卸荷原理：卸荷管棚由两层密集排布的注浆钢管组成，同一层注浆钢管间距为钢管直径的3-5倍，钢管间土体可以形成有效的土拱效应，从而将上部竖向土压力全部传递至注浆钢管上；同时，注浆钢管的一端固定在稳定土层，另一端铰接于管棚腰梁上，相当于“简支梁”，从而将不稳定土层的部分自重应力传递至远离基坑坑壁的稳定土层，进而有效减小了卸荷管棚下部土体的竖向土压力及支护桩承受的侧向土压力。

2.土层加固原理：对注浆钢管高压注浆时，浆液从出浆孔流出，对周围土体挤压、劈裂、填充孔隙，有效提高了注浆钢管周围的土体强度；同时，注浆钢管上特制的菱形出浆孔与常规圆形出浆孔相比，高压注浆后其出浆压力更大，出浆浆液截面更为尖锐，极大地提高了浆液对土体的劈裂作用，有效增强了浆液挤入土体的深度和范围，并且上下两注浆钢管层间距较小，可以达到层间土体全范围注浆加固的作用，在两注浆钢管层间形成强度较高的水泥土，使得两注浆钢管层可以联合作用，一定程度上具备了与混凝土板类似的“上层钢管受压，下层钢管受拉”的受力特征，进而极大地提高了卸荷管棚的承载力与刚度，达到卸荷的目的。

3.支挡作用：基坑开挖后，土体不再处于静力平衡状态，支护桩的存在可以将基坑深度范围内土体的不平衡侧土压力传递至基坑底面以下土层处；桩身上部预应力锚杆给支护桩提供了一个支点，改变了支护桩悬臂的受力状态；基坑中部深度的卸荷管棚同时可以起到排布密集的土钉的作用，将不稳定土层的水平土压力传递至稳定土层，同时给予支护桩一个支点，减小其变形与内力，三者联合起到支挡作用，保证基坑的变形与稳定性。

本实用新型的有益效果在于：

1.本实用新型受力明确，施工方便快捷，可以有效提高基坑的稳定性并控制变形，施工成本经济性高，可适用于黏性土、弱胶结砂土及破碎软岩等土层，适用范围广；

2.在基坑中部设置两层布设密集的高压注浆钢管，可在注浆钢管间形成有效的“土拱效应”，将上部土体的自重应力传递至注浆钢管上；注浆钢管的尾端固定于稳定土层，头端与基坑壁上的管棚腰梁连接，注浆钢管上特制的菱形出浆孔有效提高浆液对土体的劈裂作用，增加了水泥浆液挤入层间土层的深度与范围，极大提高了土体强度，形成具有较高抗弯刚度的卸荷管棚，从而降低卸荷管棚下部不稳定区域土体的竖向土压力以及对支护结构的侧向土压力，进而可以减小桩身内力与变形及嵌固端深度；

3.卸荷管棚的存在给上部土层提供了竖向支撑作用，使得上部土层破裂面向基坑内偏移，从而有效减小了上部预应力锚杆自由段的长度；

4.卸荷管棚同时也可以起到排布密集的土钉的作用，约束滑裂面以内不稳定土体的水平位移并给予支护桩一个支点，减小其变形与内力；

5.卸荷管棚的构件均为预制构件，施工方便快捷，轻型机械即可满足施工要求，有助于降低施工要求和施工条件；对周围环境影响小，并且部分构件可以回收再利用，具有经济、绿色、环保的特点。

附图说明

图1为本实用新型桩锚组合支护结构的主视图；

图2为本实用新型桩锚组合支护结构的剖面图；

图3为注浆钢管与管棚腰梁的连接示意图；

图4为注浆钢管的正视图；

图5为注浆钢管的剖面图；

图6为管棚腰梁的结构示意图；

图7为锚固板的结构示意图；

图8为锚固板与支护桩的连接示意图；

图9为高压注浆之后两层注浆钢管横截面示意图；

图中：支护桩1，预应力锚杆2，锚杆腰梁3，混凝土面层4，钢筋网片5，注浆钢管6，圆形出浆孔7，菱形出浆孔8，管棚腰梁9，注浆钢管孔10，螺母11，螺栓孔12，缀板13，锚固板14，钢筋15。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步说明，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限制本实用新型。在本实用新型原则内，所做的修改、等同替换和改进都属于本实用新型的保护范围。

如图1和2所示，本实用新型涉及一种带有卸荷管棚的桩锚组合支护结构，桩锚组合支护结构包括桩锚组合结构和卸荷管棚，桩锚组合结构由支护桩1、预应力锚杆2与混凝土面层4组成。

预应力锚杆2设置在基坑坑壁上部，其锚固段固定在稳定土层，自由段的一端与锚固段相连，另一端利用锚具锚固在锚杆腰梁3上；喷射混凝土面层4由布设的双向钢筋网片5与喷射混凝土组成，设置在支护桩1之间。卸荷管棚由布置较为密集并伸入基坑坑壁的两层注浆钢管6组成，注浆钢管6与水平线夹角为5-15度，一端开丝，穿过管棚腰梁9上的注浆钢管孔10与螺母11连接，另一端伸入稳定土层中，再对其高压注浆形成。上下两层注浆钢管6错位布置。管棚腰梁9为带有螺栓孔12与注浆钢管孔10的槽钢，紧贴基坑坑壁横向放置，两层管棚腰梁9采用缀板13连接，管棚腰梁9的两端分别与锚固板14采用螺栓连接。锚固板14为带有螺栓孔的钢板，与支护桩1上植入的钢筋15焊接固定。管棚腰梁9从而间接地固定在支护桩1上。

如图1和2所示，支护桩1为带有桩底扩大头的钻孔灌注桩，扩大头为桩身直径的1.2~1.5倍。

如图1所示，预应力锚杆2位于支护桩1两侧，通过锚具锚固在由双拼工字型钢组成的锚杆腰梁3上，可根据基坑实际情况增加或减小预应力锚杆2的数量。

如图3～5所示，注浆钢管6选用直径80-180mm，壁厚4-8mm的无缝钢管，为大直径注浆钢管6，其一端开丝长度需满足利用螺母11能够与管棚腰梁9固定的要求。从距离开丝300mm处开始全长设置圆形出浆孔7与菱形出浆孔8，钢管尾留300mm的止浆段，圆形出浆孔7与菱形出浆孔8均沿注浆钢管6的长度方向设置；圆形出浆孔7的直径为10-15mm，孔距为300mm，菱形出浆孔8的长对称轴为20-30mm，沿钢管长度方向布置，短对称轴为10-15mm，孔距为300mm。两种出浆孔沿钢管周长均匀分布，菱形出浆孔8需至少布置2列。上层注浆钢管6的菱形出浆孔8朝下放置，下层注浆钢管6的菱形出浆孔8朝上放置。上下两层注浆钢管6的层间距离不大于0.5m，同一层注浆钢管6间距为其直径的3-5倍。

如图6所示，管棚腰梁9选用Q235槽钢，腹板高度需满足注浆钢管孔10开孔要求，腹板与翼缘的厚度需满足变形与承载力的要求。在槽钢的两端腹板上设置螺栓孔12，螺栓孔12的数量需满足管棚腰梁9与锚固板14连接的承载力要求，且至少设置两行两列。根据注浆钢管6的数量，在槽钢腹板中上部设置注浆钢管孔10，其孔径较注浆钢管6直径大20-30mm；根据缀板13的数量、缀板13与管棚腰梁9之间的角度，在槽钢腹板下部设置两行两列螺栓孔。槽钢腹板所有开孔的孔距均需大于20mm或螺栓直径。

如图7、8所示，锚固板14选用Q235钢板，其厚度需满足承载力要求，两端螺栓孔数量和排列需与管棚腰梁9匹配。在锚固板14中部与植入桩体的钢筋15焊接，钢筋15直径及焊缝强度需满足承载力要求，且钢筋15至少布置两行两列。

Claims (10)

1.一种带有卸荷管棚的桩锚组合支护结构，其特征在于，所述桩锚组合支护结构包括支护桩（1）、预应力锚杆（2）和卸荷管棚结构；

所述支护桩（1）沿基坑坑壁建造，相邻支护桩（1）之间建造有混凝土面层（4）；

所述预应力锚杆（2）设于基坑坑壁上部且位于支护桩（1）两侧，锚杆的锚固段深入土层内，锚杆的自由端通过锚具固定于锚杆腰梁上；

所述卸荷管棚结构设于基坑坑壁的中部，卸荷管棚结构包括注浆钢管（6）和管棚腰梁（9）；注浆钢管（6）沿基坑坑壁打入土层内，注浆钢管（6）与水平面的夹角为5～15°，注浆钢管（6）头端通过管棚腰梁（9）固定于基坑坑壁上；注浆钢管（6）延基坑坑壁竖直方向密集布设有两排，两排注浆钢管（6）交错布设，注浆钢管（6）内浇筑有混凝土；所述管棚腰梁（9）水平固定于支护桩（1）上，管棚腰梁（9）包括两排且分别对应两排注浆钢管（6），两排管棚腰梁（9）之间连接有缀板（13）。

2.根据权利要求1所述的带有卸荷管棚的桩锚组合支护结构，其特征在于，所述注浆钢管（6）管壁上开设圆形出浆孔（7）与菱形出浆孔（8），圆形出浆孔（7）沿注浆钢管（6）的长度方向成排布设，菱形出浆孔（8）也沿注浆钢管（6）的长度方向成排布设，注浆钢管（6）尾留有未开孔的止浆段；菱形出浆孔（8）至少包括两列且并排设置；注浆钢管（6）头端还开设有外螺纹。

3.根据权利要求2所述的带有卸荷管棚的桩锚组合支护结构，其特征在于，所述注浆钢管（6）的直径为80-180mm，圆形出浆孔（7）的直径为10-15mm，菱形出浆孔（8）的长对称轴为20-30mm，短对称轴为10-15mm。

4.根据权利要求3所述的带有卸荷管棚的桩锚组合支护结构，其特征在于，所述两排注浆钢管（6）包括上排注浆钢管（6）和下排注浆钢管（6），上排注浆钢管（6）的菱形出浆孔（8）朝下、下排注浆钢管（6）的菱形出浆孔（8）朝上。

5.根据权利要求4所述的带有卸荷管棚的桩锚组合支护结构，其特征在于，上下两排注浆钢管（6）的层间距离不大于0.5m，同一层注浆钢管（6）的间距为其直径的3-5倍。

6.根据权利要求1所述的带有卸荷管棚的桩锚组合支护结构，其特征在于，所述管棚腰梁（9）为Q235槽钢，腹板高度需满足注浆钢管孔（10）开孔要求，腹板与翼缘的厚度需满足变形与承载力的要求。

7.根据权利要求6所述的带有卸荷管棚的桩锚组合支护结构，其特征在于，所述管棚腰梁（9）上注浆钢管孔（10）的直径大于注浆钢管（6）直径20-30mm。

8.根据权利要求1所述的带有卸荷管棚的桩锚组合支护结构，其特征在于，还包括锚杆腰梁（3），锚杆腰梁（3）上开设有与锚杆安装位置一一对应的锚杆安装孔，锚杆腰梁（3）固定于支护桩上。

9.根据权利要求1所述的带有卸荷管棚的桩锚组合支护结构，其特征在于，还包括锚固板，锚固板（14）固定于支护桩（1）上，管棚腰梁（9）通过锚固板（14）固定于支护桩（1）上。

10.根据权利要求1所述的带有卸荷管棚的桩锚组合支护结构，其特征在于，所述支护桩（1）为带有桩底扩大头的钻孔灌注桩，扩大头为桩身直径的1.2~1.5倍。

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