CN102535477B - 正在开挖基坑支护锚索切断的安全施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种正在开挖基坑支护锚索切断的安全施工方法，该方法首先测定土体的各项物理力学参数，在已建好基坑的围护桩旁边施工一排钻孔灌注桩；施工人工挖孔桩；确定每层锚索锚固圈梁的位置和尺寸，施工顶部围檩圈梁；开挖新基坑土方；将锚具固定于锚索穿出圈梁并远离人工挖孔桩的一端，浇注第二道圈梁，待圈梁达到设计强度后继续开挖，挖出第一道锚索；切断第一道锚索，回收切断的锚索并回收锚具，第一道锚索挖出结束；新基坑侧继续开挖至第二道锚索位置，后浇注第二道圈梁，重复上述步骤，直到最后一道锚索挖出停止。本发明可有效保证开挖基坑的施工安全，并回收锚索和夹具以循环利用，降低了工程造价。

Description

正在开挖基坑支护锚索切断的安全施工方法

技术领域

本发明涉及的是一种地下建筑工程技术领域中的施工技术，具体是一种正在开挖中的基坑支护锚索切断的安全施工方法。

背景技术

在深基坑开挖施工中采用预应力锚索作为挡土结构物的支撑，具有节省基坑内部空间、确保开挖作业面、开挖施工效率高、节省支撑费用等优点。因此自上世纪九十年代初起，在我国城市建筑深基坑中得到了广泛的应用。在广州、北京、武汉等大城市中，每年有成千吨钢材通过基坑支护锚索被埋于地下。当基坑边上进行新基坑或其它地下工程施工时，需要将既有基坑的锚索挖出或切断。这时为了确保正在开挖施工中的基坑的安全，需要将位于施工中基坑内的锚索切断挖出，并在相应人工挖孔桩位置重新锚固支护锚索。

通过对现有的技术文献检索发现，虽然已有大量关于基坑可回收锚索的专利文献，如中国发明专利申请号200410027469.0，发明名称：土木工程的可回收锚索，以及发明专利申请号200910197095.X，发明名称：可回收软土支护预应力锚索及其施工方法，另外还有发明专利申请号201020138405.9，发明名称：U型锚头可回收预应力锚索。但这些专利的内容大多集中于在基坑开挖前安装时如何锚固，以及基坑回填结束后如何回收，并没有针对施工中基坑的锚索切断挖出然后锚固的技术手段与方案。对于正在进行开挖施工的深基坑，将其支护锚索挖出或切断是很危险的。因此，需要重新锚固以确保施工安全。

发明内容

本发明的目的就在于针对上述缺陷，提供一种将既有基坑锚索挖出后再锚固的施工方法，克服上述技术背景所缺乏的如何妥善处理正在开挖的基坑内锚索以保证基坑施工安全的技术手段与方案的问题。

本发明是通过以下技术方案实现的，包括如下步骤：

第一步，现场水文地质勘测，取土钻孔，划分土层，确定工程影响范围内各土层的顶板和底板深度，确定地下水分布。同时取天然原状土的试样，通过室内试验测定土体的各项物理力学参数。

所述的通过室内试验测定土体的各项物理力学参数，整理成土工试验成果表。参数包括：各层土体的压缩模量Es，孔隙比e，天然重度γ，泊松比μ，粘聚力c，摩擦角

所述的现场钻孔取土，主要采用薄壁取土器在施工现场从地面至桩的设计深度取土，取土量根据试件量确定，以每层土不少于三个试件为宜。

所述的室内试验包括：单向压缩试验，密度试验，剪切试验，三轴压缩试验。

所述的单向压缩试验是指：通过室内单向压缩试验仪测得各土层的压缩模量Es。

所述的密度试验是指：通过环刀法等密度试验方法测得各土层的湿密度ρ，并计算相应的天然重度γ；通过烘干法测出各土层土体含水率w和单位土壤烘干后土颗粒干重m_s，然后结合湿密度ρ和水的密度ρ_w可求得孔隙比：

$e=\frac{{\mathrm{wm}}_s}{{\mathrm{\ρ}}_w-{\mathrm{wm}}_s}\·\mathrm{\ρ}$

所述的剪切实验是指：通过不固结不排水试验确定土体的黏聚力c。

所述的三轴压缩试验是指：通过三轴仪测定土体的静止侧压力系数K₀，然后根据泊松比μ与静止侧压力系数K₀的关系：

$\mathrm{\μ}=\frac{K_0}{1+K_0}$

计算出泊松比μ；通过三轴试验做出不同围压下土的应力莫尔圆，求出土的摩擦角

第二步，施工钻孔灌注桩：在已建好基坑的围护桩旁边施工一排钻孔灌注桩。桩施工时应注意避开锚索位置，桩的尺寸、间距与桩深按有限元方法计算确定。

所述有限元方法为，根据室内土工试验表内的各项土体参数，并预先假设出钻孔灌注桩尺寸、间距和桩深，然后利用有限元软件模拟基坑开挖，从而计算得到满足开挖安全的钻孔灌注桩尺寸、间距和桩深的一种方法。具体步骤如下：

①几何建模，根据设计图纸，将包括既有基坑和新建基坑在内的一定范围内的土体进行几何建模。

土体范围取值的确定：

a.水平范围的确定：水平方向分别取基坑的两条边方向为X、Y方向，模型土体水平范围取包括两个基坑在内并从基坑边沿分别沿X、Y方向向外两倍基坑长度的范围。

b.深度范围的确定：取较高基坑表面为土体顶面，较深基坑坑底向下1.5倍其基坑深度为土体底面。

②土体参数取值，按照步骤一中的室内试验参数取值。取值参数包括各层土体的压缩模量Es，孔隙比e，天然重度γ，泊松比μ，粘聚力c，摩擦角

③假设出一种钻孔灌注桩的尺寸、间距和桩深和分布，尺寸一般取直径为600～1800mm范围内；间距则一般取300mm以上；桩深一般取1.5倍基坑深度，当基坑下土层有地基加固措施或者持力岩层等时，则取到加固层或持力岩层以上即可；布置分布形式的时候应注意避开锚索位置，通常钻孔灌注桩外径应离锚索一倍桩径以上，以防止钻孔施工时对锚索产生影响。

④根据③中灌注桩参数，利用有限元软件模拟计算新建基坑在该种情况下的开挖，如果满足开挖安全度要求，则停止计算；若不满足开挖安全度要求，则重新假设灌注桩参数，通常加大桩径或减小间距，然后继续模拟计算，直至安全度满足为止。此时可得出满足开挖安全度的钻孔灌注桩参数。

第三步，施工人工挖孔桩，即当钻孔灌注桩达到设计强度后，选择锚具，并在拟建基坑和在建基坑的围护桩之间施工一排人工挖孔桩，确定人工挖孔桩平面位置和参数。

所述的人工挖孔桩平面位置按以下方法确定：取两侧围护桩中心连线的垂线与锚索相交点为人工挖孔桩的中心位置。

所述的人工挖孔桩参数是指：人工挖孔桩桩径和桩深。具体按以下方法取值：

直径在800～1200mm内取值，取值时保证桩与桩之间间隔300mm以上；桩深取1.2倍拟建基坑设计深度和1.2倍最后一层锚索埋深之间的较大值，当基坑下土层有地基加固措施或者持力岩层等时，则取到加固层或持力岩层以上即可。

人工挖孔桩具体施工步骤如下：

①进行土体开挖直至第一层锚索下20cm处，露出第一层锚索。当挖至离第一层锚索还有35mm的时候应降低施工速度，避免施工过快挖断锚索。

②将锚具夹在第一层锚索中部并固定好。

③重复第①～②步，直至挖至桩设计深度，并把所有锚具固定好。

④吊装钢筋笼，吊装完毕后撤出施工人员和施工器械，进行混凝土浇筑施工，完成人工挖孔桩施工。

第四步，确定每层锚索锚固圈梁的位置和尺寸，施工顶部围檩圈梁。

所述的锚固圈梁是指：在拟建基坑侧的钻孔灌注桩上浇筑圈梁，作为锚索剪断后的端头锚固端。其中，在拟建基坑侧钻孔灌注桩顶部施工顶部围檩圈梁，以提高钻孔灌注桩的整体性。锚索采用膨胀型锚栓锚固。

所述的锚固圈梁位置是指：以每层锚索在拟建基坑侧钻孔灌注桩处的位置作为此层锚索的锚固圈梁中心的位置。其中，顶部围檩圈梁的位置为拟建基坑侧钻孔灌注桩上端头处。

所述的锚固圈梁的尺寸是指：每层锚索锚固圈梁的梁宽和梁高，具体按以下步骤确定：

①确定锚索的有效锚固深度。

所述的锚索的有效锚固深度满足以下公式：

h_ef＝5d

其中，h_ef为锚索的有效锚固深度；d为单根锚索的最大直径，根据在建基坑的锚索设计方案取值。

②确定锚索锚固圈梁的梁高和梁宽。

所述的锚固圈梁的梁高按满足以下公式：

h＝1.5h_ef

其中，h为锚固圈梁的梁高。

所述的锚固圈梁的梁宽满足以下公式：

b＝1.2h_ef

其中，b为锚固圈梁的梁宽。

为保证顶部围檩圈梁发挥整体性作用，顶部围檩圈梁取其余圈梁尺寸中最大的作为其尺寸。

所述的施工顶部围檩圈梁是指：分别在新建基坑围护桩与既有基坑围护桩的顶部凿击砼，露出砼内钢筋。将围檩圈梁的钢筋笼焊接固定于桩顶凿击的钢筋上，并固定好锚索、连接装置。

第五步，新基坑土方开挖。土方开挖的施工方法为：竖向分层，纵向分块。在竖向上按照钢支撑设计位置上下分多层进行开挖，分层标高为每层钢支撑下0.5～0.8m。

新基坑侧第一层土方开挖：按照基坑土方开挖方案进行。当开挖深度至固定锚索的第二道圈梁的底部5cm处，露出第一道锚索。

第六步，将锚具固定于锚索穿出圈梁并远离人工挖孔桩的一端，为第二道圈梁支模，浇注第二道圈梁，养护两周，待圈梁达到设计强度后继续开挖，挖出第一道锚索。

第七步，切断第一道锚索，回收切断的锚索并回收锚具。第一道锚索挖出结束。

第八步，新基坑侧继续开挖至第二道锚索位置，后浇注第二道圈梁，重复上述第五～七步，第二道锚索挖出结束。

第九步，重复步骤五至步骤八，直到最后一道锚索挖出停止。

第十步，施工结束，基坑底板与内部结构回填。

与现有技术相比，本发明是将开挖施工中的基坑内锚索切断回收并重新锚固于基坑侧人工挖孔桩位置的施工方法，可有效保证开挖基坑的施工安全，并回收锚索和夹具以循环利用，是一种经济且高效的工法。

附图说明

图1为应用本发明的锚索布置平面图；

图2为应用本发明的锚索布置纵断面图；

图3为应用本发明的锚索切断后纵断面图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的适用范围不限于下述的实施例。

实施例某地下工程开挖基坑的设计深度为14m，拟采用钻孔灌注桩围护结构。拟建基坑一侧8.5m处为另一在建基坑的围护桩，在建基坑设计深度10m，其靠近拟建基坑一侧采用桩锚结构支护，锚索设置3道，水平间距1.5m，竖向间距为3.0m、3.0m、3.0m，锚索长度15m，伸入拟建基坑范围内6m。两基坑平面布置均为矩形，在建基坑长180m，宽157m，拟建基坑长66m，宽25m，相邻边相互影响长度为50m。拟采用将正在开挖基坑内的支护锚束切断的安全施工方法，本实施例中没有详细说明的部分，按照发明内容描述的技术方案进行操作，发明内容中也没有说明的部分，采用本领城常规操作进行。

本实施例具体施工步骤简述如下：

第一步，通过现场钻孔取土对拟建基坑开挖区域进行土层划分，同时获取施工现场土样进行室内常规土工试验，获得土层的分层信息及物理力学参数。具体分层信息和各土层物理力学参数如下：地面至地下24m范围内土体划分为5层：第一层为素填土，土层的压缩模量Es＝3.40MPa，孔隙比e＝0.80，天然重度γ＝17.934kN/m³，泊松比v＝0.3，粘聚力C＝20kPa，摩擦角φ＝15°，底板标高为-1.2m，层厚1.2m；第二层为粉质粘土，土层的压缩模量Es＝4.60MPa，孔隙比e＝0.87，天然重度γ＝18.228kN/m³，泊松比v＝0.32，粘聚力C＝20kPa，摩擦角φ＝15°，底板标高为-3.3m，层厚2.1m；第三层为砂质粘土，土层的压缩模量Es＝3.76MPa，孔隙比e＝0.93，天然重度γ＝17.542kN/m³，泊松比v＝0.29，粘聚力C＝19kPa，摩擦角φ＝20°，底板标高为-10m，层厚6.7m；第四层为全风化花岗岩，土层的压缩模量Es＝4.38MPa，孔隙比e＝0.75，天然重度γ＝18.228kN/m³，泊松比v＝0.26，粘聚力C＝22kPa，摩擦角φ＝24°，底板标高为-17.6m，层厚7.6m；第五层为强风化花岗岩，土层的压缩模量Es＝4.38MPa，孔隙比e＝0.70，天然重度γ＝18.424kN/m³，泊松比v＝0.25，粘聚力C＝22kPa，摩擦角φ＝25°，底板标高为-24m，层厚6.4m。

第二步，在已建好基坑的围护桩与拟建基坑围护桩的中间施工一排钻孔灌注桩。

具体步骤如下：

①根据设计图纸，确定建模范围，然后进行几何建模。土体建模范围为：长×宽×高＝410m×346m×21m。

②确定土体参数。按照第一步中室内试验获得的参数取值。

③通过有限元计算确定，本实例中钻孔桩直径为1.2m，桩与桩之间间隔为300mm，深度为21m，桩的分布如附图1所示。

第三步，施工人工挖孔桩。

调查在建基坑锚索设计方案确定锚索分布，确定人工挖孔桩的桩径，桩深和间距。本实例中人工挖孔桩桩径取1000mm，桩深取16.8m，间距为1500mm。人工挖孔桩开挖完成后，在锚索上将锚具固定好，吊装钢筋笼，吊装完毕后撤出施工人员和施工器械，进行混凝土浇筑施工，完成人工挖孔桩施工。

第四步，确定每层锚索锚固圈梁的位置和尺寸，施工顶部围檩圈梁。

①确定锚索的有效锚固深度。本实例共有3道锚索，单根锚索的最大直径为80mm，锚索的有效锚固深度为400mm。

②确定锚索锚固圈梁的梁高和梁宽。本实例需要浇筑4道圈梁(含顶部围檩圈梁)。圈梁尺寸为600mm×480mm。采用钢绞线规格为15.24的M15-N锚具，锚固方法为一端固定于开挖基坑围护桩各层圈梁上，另一端埋在相邻基坑土体中。两端锚头采用圆台体型夹具。图2为应用的锚索布置纵断面图。

施工顶部围檩圈梁：分别在新建基坑围护桩与既有基坑围护桩的顶部凿击砼，露出砼内钢筋。将围檩圈梁的钢筋笼焊接固定于桩顶凿击的钢筋上，并固定好锚索及连接装置。然后支模浇注圈梁，本实例中按照由两侧到中间的顺序，上下共分三层进行浇注。

第五步，开挖新基坑侧第一层土方。开挖深度至5.35m，，露出第一道锚索。

第六步，将锚索两端用夹具固定住，为第二道圈梁支模，浇注第二道圈梁，养护二周后继续开挖，挖出第一道锚索。图3为应用的锚索切断后纵断面图。

第七步，切断第一道锚索，回收切断的锚索并回收锚具，第一道锚索挖出结束。挖出的锚具大部分符合工程中的使用要求，本实例中将之循环利用，以节省工程费用。

第八步，新基坑侧第二层土方开挖。继续土方开挖，开挖深度至8.35m处，此时露出第二道锚索。重复上述第六～七步，第二道锚索挖出结束。

第九步，重复五～七步，此时开挖深度为11.35m，直至最后一道锚索(本实例为第三道)挖出。锚索施工结束。

第十步，清理基坑底部，对基坑底板与内部结构进行回填施工。本工程实例采用沙质粘土，分层回填与夯实。回填结束后，完成施工。

本实施例将既有基坑锚索挖出后再锚固，克服如何妥善处理正在开挖的基坑内锚索以保证基坑施工安全的问题，可有效保证开挖基坑的施工安全，并回收锚索和夹具以循环利用，降低了工程造价。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种正在开挖基坑支护锚索切断的安全施工方法，其特征在于包括如下步骤：

第一步，现场水文地质勘测，取土钻孔，划分土层，确定工程影响范围内各土层的顶板和底板深度，确定地下水分布，同时取天然原状土的试样，通过室内试验测定土体的各项物理力学参数；

第二步，施工钻孔灌注桩：在已建好基坑的围护桩旁边施工一排钻孔灌注桩，桩施工时避开锚索位置，桩的尺寸、间距与桩深按有限元方法并根据第一步得到的参数计算确定；

第三步，施工人工挖孔桩，即当钻孔灌注桩达到设计强度后，选择锚具，并在拟建基坑和在建基坑的围护桩之间施工一排人工挖孔桩，确定人工挖孔桩平面位置和参数；

第三步中，人工挖孔桩具体施工步骤如下：

①进行土体开挖直至第一层锚索下20cm处，露出第一层锚索，当挖至离第一层锚索还有35mm的时候降低施工速度，避免施工过快挖断锚索；

②将锚具夹在第一层锚索中部并固定好；

③重复第①～②步，直至挖至桩设计深度，并把所有锚具固定好；

④吊装钢筋笼，吊装完毕后撤出施工人员和施工器械，进行混凝土浇筑施工，完成人工挖孔桩施工；

第四步，确定每层锚索锚固圈梁的位置和尺寸，施工顶部围檩圈梁；

第五步，新基坑土方开挖，土方开挖的施工方法为：竖向分层，纵向分块；在竖向上按照钢支撑设计位置上下分多层进行开挖；

第六步，将锚具固定于锚索穿出圈梁并远离人工挖孔桩的一端，为第二道圈梁支模，浇注第二道圈梁，养护两周，待圈梁达到设计强度后继续开挖，挖出第一道锚索；

第七步，切断第一道锚索，回收切断的锚索并回收锚具，第一道锚索挖出结束；

第八步，新基坑侧继续开挖至第二道锚索位置，后浇注第二道圈梁，重复上述第五～七步，第二道锚索挖出结束；

第九步，重复步骤五至步骤八，直到最后一道锚索挖出停止；

第十步，施工结束，基坑底板与内部结构回填。

2.根据权利要求1所述的正在开挖基坑支护锚索切断的安全施工方法，其特征在于：第二步中，所述有限元方法为，根据室内土工试验表内的各项土体参数，并预先假设出钻孔灌注桩尺寸、间距和桩深，然后利用有限元软件模拟基坑开挖，从而计算得到满足开挖安全的钻孔灌注桩尺寸、间距和桩深的一种方法。

3.根据权利要求1所述的正在开挖基坑支护锚索切断的安全施工方法，其特征在于：第三步中，所述的人工挖孔桩平面位置按以下方法确定：取两侧围护桩中心连线的垂线与锚索相交点为人工挖孔桩的中心位置。

4.根据权利要求1或3所述的正在开挖基坑支护锚索切断的安全施工方法，其特征在于：第三步中，所述的人工挖孔桩参数是指人工挖孔桩桩径和桩深，具体按以下方法取值：

直径在800～1200mm内取值，取值时保证桩与桩之间间隔300mm以上；桩深取1.2倍拟建基坑设计深度和1.2倍最后一层锚索埋深之间的较大值，当基坑下土层有地基加固措施或者持力岩层时，则取到加固层或持力岩层以上。

5.根据权利要求1所述的正在开挖基坑支护锚索切断的安全施工方法，其特征在于：第四步中，所述的锚固圈梁是指：在拟建基坑侧的钻孔灌注桩上浇筑圈梁，作为锚索剪断后的端头锚固端，其中，在拟建基坑侧钻孔灌注桩顶部施工顶部围檩圈梁，以提高钻孔灌注桩的整体性，锚索采用膨胀型锚栓锚固。

6.根据权利要求1或5所述的正在开挖基坑支护锚索切断的安全施工方法，其特征在于：所述的施工顶部围檩圈梁是指：分别在新建基坑围护桩与既有基坑围护桩的顶部凿击砼，露出砼内钢筋，将围檩圈梁的钢筋笼焊接固定于桩顶凿击的钢筋上，并固定好锚索、连接装置。

7.根据权利要求1或5所述的正在开挖基坑支护锚索切断的安全施工方法，其特征在于：第四步中，所述的锚固圈梁位置是指：以每层锚索在拟建基坑侧钻孔灌注桩处的位置作为此层锚索的锚固圈梁中心的位置，其中，顶部围檩圈梁的位置为拟建基坑侧钻孔灌注桩上端头处。

8.根据权利要求1或5所述的正在开挖基坑支护锚索切断的安全施工方法，其特征在于：第四步中，所述的锚固圈梁的尺寸是指：每层锚索锚固圈梁的梁宽和梁高，具体按以下步骤确定：

①确定锚索的有效锚固深度

所述的锚索的有效锚固深度满足以下公式：

h_ef=5d

其中，h_ef为锚索的有效锚固深度；d为单根锚索的最大直径，根据在建基坑的锚索设计方案取值；

②确定锚索锚固圈梁的梁高和梁宽

所述的锚固圈梁的梁高按满足以下公式：

h=1.5h_ef

其中，h为锚固圈梁的梁高；

所述的锚固圈梁的梁宽满足以下公式：

b=1.2h_ef

其中，b为锚固圈梁的梁宽；顶部围檩圈梁取其余圈梁尺寸中最大的作为其尺寸。

9.根据权利要求1所述的正在开挖基坑支护锚索切断的安全施工方法，其特征在于：第五步中，所述新基坑侧第一层土方开挖按照基坑土方开挖方案进行，当开挖深度至固定锚索的第二道圈梁的底部5cm处，露出第一道锚索；所述分层标高为每层钢支撑下0.5～0.8m。

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