CN104532853A - 型钢水泥土桩+易破除锚杆+自动监测预警的深基坑支护方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种型钢水泥土桩＋易破除锚杆＋自动监测预警的深基坑支护方法及***，步骤：A、在地基土内旋挖或反循环成孔；B、孔内搅拌：将土料填入钻孔并加水泥搅拌成水泥土；C、放置型钢：用履带式起重机将型钢吊入钻孔，形成型钢水泥土桩；D、施工易破除锚杆：逐排施工玻璃纤维锚杆并安装锚头；E、安装连梁：连梁通过锁紧锚头与型钢水泥土桩周嵌固连接；F、安装沉降等传感器；G、运行自动监测预警***：实时监测预警，实现锚杆的信息化施工。适用于砂砾或硬粘土地层、高地下水位地层、一般地层及弱、中风化基岩，施工简便；钢材及传感器回收，降低造价，无混凝土残留；实时监测与预警，确保基坑安全；适合于城市重要深基坑工程。

Description

型钢水泥土桩+易破除锚杆+自动监测预警的深基坑支护方法及***

技术领域

本发明涉及基坑支护术领域，尤其涉及一种型钢水泥土桩＋易破除锚杆＋自动监测预警的深基坑支护方法，同时还涉及一种型钢水泥土桩＋易破除锚杆＋自动监测预警的深基坑支护***。

背景技术

随着高层建筑的发展及城市地下空间的开发利用，基坑工程越来越多。基坑支护工程是一项关系到很多建筑工程的施工进度、安全的重要措施。完成复杂地质条件下的深大基坑往往要付出非常高昂代价和很长的时间，是“最难啃的骨头”之一。基坑支护又是一项临时性的措施工程，地下室完成后回填，支护的使命也就随之完成。但这短暂过程往往伴随大量埋藏于地下的永久障碍（如钻孔桩的钢筋混凝土、锚杆的钢筋钢绞线等），对未来可持续发展带来隐患。我国一些地区则更是做出基坑支护结构不能超出用地红线的硬性规定，直接限制了普通钢材、锚杆（索）的应用。随着国家对环境保护及资源节省的要求越来越高，实现基坑支护工程施工的绿色环保是大势所趋。

现有专利对型钢用于基坑支护的技术有所涉及。例如：

1、秦浩发明的一种深基坑内置型钢可拔式无筋灌注桩（ZL：CN201410007380），包括型钢和素混凝土，型钢可回收并重复利用，同时提高施工效率。不足之处在于采用素混凝土作为桩内回填料，其强度较高，在周边土体内遗留形成废弃混凝土，影响后续地下工程建设。

2、何世鸣发明的一种长螺旋旋喷搅拌水泥土型钢桩基坑止水支护方法（ZL：CN201210509637），利用长螺旋钻头成孔，就地旋喷搅拌原状土层与水泥浆，随后***型钢等形成具有一定强度及抗渗能力的水泥土型钢桩桩体。优点是能在一般土层中施工形成闭合连续的较高强度的桩墙体，型钢、锚杆或内支撑可回收重复利用。缺点在于成桩方法仅限应用于软硬适中的地层，对于流塑状软土、坚硬的粘土或砂砾地层以及风化岩层等均不适应。

3、何世鸣发明的人工挖孔水泥土型钢桩基坑支护方法（ZL：CN201210509644），即采用人工挖出圆柱形桩孔，吊入型钢后灌入水泥土浆液形成水泥土型钢桩，桩顶设置连梁，基坑较深时采用内支撑或可拆式锚杆进行复合支护，开挖时在基坑侧面挂网喷射混凝土。本发明的优点是适应北方地区较硬土层，型钢可回收，降价了成本。不足之处是人工挖孔方式不适应有地下水的情况，并且在部分省区已被禁止；另外采用向孔内灌入水泥土浆液的方法不利于施工效率的提升。

玻璃纤维锚杆（或玻璃钢锚杆）是一种由树脂和玻璃纤维复合而成的新型加固材料,具有强度高、质量轻、抗冲击等良好力学性能和耐腐蚀性能，其技术已趋于成熟。目前已成功应用于煤矿巷道、半煤岩巷道支护，边坡支护，岩面锚护等多个领域，但目前未检索到玻璃纤维锚杆应用于基坑支护工程的专利***息。其原因可能与玻璃纤维锚杆应用于基坑支护时缺乏行之有效的信息反馈方法与手段有关，造成这种新技术目前在基坑支护工程的应用非常谨慎。

监测是保证基坑及周边环境安全的必要手段。李仁民发明的一种基坑无线监测报警装置及其监测方法（ZL：CN201010580674）涉及基坑工程无线自动监测报警***的技术领域，但其监测预警没有具体的方法或软件处理***。其他如李思鼎发明的无线式基坑自动监测***（ZL：CN201420426854），肖金球发明的深基坑综合参数的无线监测预警***（ZL：CN201410318451），都侧重于无线传输方式的改进，而对于关键监测参数的低成本获取方法及数据处理与预警反馈很少涉及。另外，由于锚杆是保证基坑安全的关键可调因素，现有的专利对锚杆的动态调整信息化没有重点关注。

发明内容

本发明的目的就在于克服现有技术存在的缺点和不足，是在于提供了一种型钢水泥土桩＋易破除锚杆＋自动监测预警的深基坑支护方法，该方法能重复利用大量钢材，大大降价工程造价，避免残留难破除的废弃混凝土；实现基坑安全的实时监测与预警，确保施工过程的安全，实现基于锚杆即时监测与动态调整的信息化施工；成孔方法能适用于多种复杂地层。

本发明的另一个目的是在于提供了一种型钢水泥土桩＋易破除锚杆＋自动监测预警的深基坑支护***，结构简单，施工方便，工序衔接简单，尤其适合于较深、较大、周边环境复杂、安全性要求很高的基坑工程支护。

为了实现上述的目的，本发明采用以下技术措施：

为此，本发明提出的方法和***，综合水泥土可回收型钢支护和易破除锚杆的优点，改进成孔方法以扩大方法的适用地层，同时加入实时监测与预警平台，可以显著提高基坑的安全性，明显降低施工成本，减少对环境的影响，从而产生良好的经济和社会效益。

一种型钢水泥土桩＋易破除锚杆＋自动监测预警的深基坑支护方法，其步骤是：

A、钻机或反循环钻机成孔：

可采用旋挖钻机（任何一种均可）或反循环钻机，从地表上开始钻孔，在地基土中钻到设计深度，形成钻孔；

B、填充搅拌水泥土：

将钻孔开挖出来的土料重新填入钻孔内，并采用水泥土搅拌桩机（任何一种均可），在钻孔中就地搅拌，边搅拌边加入水泥 (水泥比例根据基坑深度、地层条件等由设计确定)，形成水泥土；

C、放置型钢：

采用履带式起重机（任何一种均可）将型钢吊入充填了水泥搅拌土的钻孔内，形成型钢水泥土桩，型钢水泥土桩之间部分搭接；

D、施工易破除锚杆：

基坑开挖深度到达锚杆设计深度时，在基坑侧壁的型钢水泥土桩之间进行钻孔，由上至下逐排施工玻璃纤维锚杆及安装应力传感器和锚头；

E、施工连梁：

在型钢水泥土搅拌土桩之间施工连梁，第一排连梁与型钢之间进行焊接或锁定装置进行连接，同时与第一排的锚头连接，第二排、第三排的连梁分别与第二排、第三排的锚头连接；

F、安装地表土电感静力水准仪、倾斜传感器及连接自动监测预警***。

在基坑周边地表安装电感静力水准仪，随着基坑开挖，在型钢水泥土桩外侧桩周上安装倾斜传感器，倾斜传感器按2-3m间距随基坑开挖深度增加而布设；

G、运行自动监测预警***：

将电感静力水准仪、倾斜传感器、应力传感器连接至数据自动采集仪，采集的数据由监测预警处理***进行实时处理，进行实时预警，为锚杆动态调整提供信息化反馈。

一种型钢水泥土桩＋易破除锚杆＋自动监测预警的深基坑支护***，它包括型钢水泥土桩包括型钢、水泥土、连梁，易破除锚杆包括玻璃纤维锚杆和锚头，自动监测预警***包括Whmonisys-3.0监测预警处理***、WhdataAcq数据自动采集仪、电感静力水准仪、应力传感器、倾斜传感器；其特征在于：自下而上，监测预警处理***与数据自动采集仪连接，数据自动采集仪分别与电感静力水准仪、应力传感器、倾斜传感器连接；电感静力水准仪与地表连接；应力传感器与玻璃纤维锚杆连接，玻璃纤维锚杆与锚头连接，锚头与连梁连接,第一连梁与型钢连接；倾斜传感器与桩周连接；桩周与水泥土连接，水泥土分别与型钢、钻孔和基坑侧壁连接。

工作机理：

型钢水泥土桩、连梁、易破除锚杆及自动监测预警***安装完成后，形成了稳定的基坑支护与预警***；基坑不断开挖过程中，基坑周边的土体和水产生侧向压力，使支护桩和锚杆产生变形；型钢水泥土桩起到悬臂支护和防渗墙的作用，连梁将型钢水泥土桩连接起来，增大整体支护能力，而与连梁相连的易破除锚杆为连梁及型钢水泥土桩提供拉力，阻止向基坑内的倾斜或移动，从而形成基坑整体支护***；分别安装于地表、型钢水泥土桩、玻璃纤维锚杆上的沉降、倾斜、应力传感器数据由数据自动采集仪实时采集，由监测预警处理***进行处理，及时判断基坑工作状态，并在出现异常数据时进行报警，提醒相关方及时采取调整玻璃纤维锚杆数量与长度等措施，从而最大程度地为基坑安全稳定提供物质和信息保障，同时基坑回填后型钢和传感器的回收，以及易破除锚杆的失效，提高了基坑支护***的可靠性、经济性和环保性。

本发明具有下列优点和积极效果：

①桩的成孔方法能适用于砂砾或硬粘土地层、高地下水位地层、一般地层及弱、中风化基岩，施工方便，结构简单，工序衔接简单，不需要特殊复杂的施工工艺；

②钢材及传感器回收，节约了大量资源，大大降价工程造价；支护完成后避免残留难破除的建筑垃圾；

③实现基坑安全的实时监测与预警，确保施工过程的安全，实现基于锚杆即时监测与调整的信息化施工；

④尤其适合于较深、较大、周边环境复杂、安全性要求很高的城市深基坑支护工程。

某采用本发明的基坑支护工程，基坑面积8000m ² ，最大深度20m，采用Q345 63b工字型钢，型钢长度为20-27m，采用5排GFRP玻璃纤维锚杆采用，直径28mm，设计抗拔力为20-30T，长15-20m。基坑工作过程中，监测的最大水平位移为35.6mm，最大沉降30.2mm，基坑施工过程中监测预警***对第2排的2根锚杆应力超出控制值进行了即时预警，现场通过及时增加临近的玻璃纤维锚杆长度3m和增设锚杆2根的措施后预警得到解除，整个施工过程中基坑保持了良好的稳定性，工程造价也比常规支护方法降低约20%。

本发明在武汉市的应用已经达到5个深基坑工程，工程造价分别为420万元、383万元、928万元、507万元、1216万元，根据业主方提供的技术经济比较数据，本发明为上述工程节省的工程造价分别约为83万元、79万元、240万元、123万元、321万元，累计节省费用为846万元。

附图说明

图1为一种型钢水泥土桩＋易破除锚杆＋自动监测预警***的平面示意图。

图2为一种型钢水泥土桩＋易破除锚杆＋自动监测预警***的立面示意图。

图中：

00—地表，01—地基土，02—基坑壁；03－钻孔；

10－型钢，11－水泥土，12－桩周，13－连梁包括第一连梁13a、第二连梁13b、第三连梁13c；

20－玻璃纤维锚杆包括第一玻璃纤维锚杆20a、第二玻璃纤维锚杆20b、第三玻璃纤维锚杆20c，21－锚头包括第一锚头21a、第二锚头21b、第三锚头21c；

30－自动监测预警处理***，31－数据自动采集仪，32－电感静力水准仪（满足精度的任何一种均可，市场均有购置），33－应力传感器包括第一应力传感器33a、第一应力传感器33b、第三应力传感器33c（满足精度的任何一种均可，市场均有购置），34－倾斜传感器包括第一倾斜传感器34a、第二倾斜传感器34b、第三倾斜传感器34c（满足精度的任何一种均可，市场均有购置）。

具体实施方式

实施例1：

本方法施工简单，利用旋挖或反循环钻机施工钻孔03后，将钻孔挖出的土回填后用水泥土搅拌桩机对进行孔内就地加入水泥搅拌，形成水泥土11，采用挖机将型钢10吊起放置于钻孔顶部并通过振动打入钻孔03内，接着采用钻机成孔施工玻璃纤维锚杆20，安装应力传感器33，然后将连梁13安装于型钢水泥土桩周12与锚头21之间，最后在基坑周边地表00上安装电感静力水准仪32，基坑开挖过程中在型钢水泥土桩周12上逐层安装模块化的倾斜传感器34，并将所有传感器与数据自动采集仪31连接，数据采集仪31与监测预警处理***30连接，即完成型钢水泥土桩＋易破除锚杆＋自动监测预警***。

一种型钢水泥土桩＋易破除锚杆＋自动监测预警的深基坑支护方法，其步骤是：

①  成孔及回填：

采用旋挖或反循环钻机，在地基土00上施工钻孔03，将挖出的地基土或其他土料回填到钻孔03内，钻孔03为水泥土11的填充及型钢10的安装提供了条件。

②  施工型钢水泥土桩：

采用水泥土搅拌桩机，在钻孔03中就地搅拌，边搅拌边加入水泥，在钻孔内形成水泥土11，采用履带式起重机将型钢10吊入充填了水泥土11的钻孔03内，形成型钢水泥土桩，所述的型钢水泥土桩包括型钢10及水泥土11，型钢水泥土桩之间部分搭接，形成的型钢水泥土桩为基坑开挖过程的侧向稳定和防渗发挥了重要作用。

③  施工易破除锚杆及连梁：

基坑开挖深度到锚杆设计深度时，在基坑侧壁02的相邻两根型钢水泥土桩14的水泥土11中间位置进行钻孔，施工玻璃纤维锚杆20（可根据工程需要增加排数,基坑回填后容易破除），并安装应力传感器33，然后在型钢水泥土桩的桩周12上安装连梁13，接下来采用锚头21将玻璃纤维锚杆20与连梁13紧固连接。连梁13有利于型钢水泥土桩之间形成整体支护，同时也将玻璃纤维锚杆20提供的拉力传递到型钢水泥土桩上，与型钢水泥土桩组成整体支护***。

⑥安装传感器及监测预警处理***：

在基坑周边地表00安装电感静力水准仪32，随着基坑开挖，在型钢水泥土桩周12上安装模块化的倾斜传感器34，倾斜传感器34按2m或2.5m或3m间距随基坑坑壁03开挖深度增加而逐层布设，传感器的安装为监测基坑的运行状态提供了基本数据。

⑦运行自动监测预警***：

将地表电感静力水准仪32、应力传感器33、与倾斜传感器34连接至数据自动采集仪31，采集的数据经由监测预警处理***30进行实时处理，实现实时预报预警。

自动监测预警***的运行为基坑施工过程的信息化提供了可能，为基坑安全状态的实时判断提供了依据。

实施例2：

根据图1、图2可知，一种型钢水泥土桩＋易破除锚杆＋自动监测预警的深基坑支护***，它由型钢水泥土桩包括型钢10及水泥土11、玻璃纤维锚杆20包括第一玻璃纤维锚杆20a、第二玻璃纤维锚杆20b、第三玻璃纤维锚杆20b、锚头21包括第一锚头21a、第二锚头21b、第三锚头21c、连梁13包括第一连梁13a、第二连梁13b、第三连梁13c、倾斜传感器34包括第一倾斜传感器34a、第二倾斜传感器34b、第三倾斜传感器34c、电感静力水准仪32、应力传感器33包括第一应力传感器33a、第二应力传感器33b、第三应力传感器33c、自动监测预警***30组成，其特征在于：自下而上，监测预警处理***30与数据自动采集仪31连接，数据自动采集仪31分别与电感静力水准仪32、应力传感器33、斜传感器34连接；电感静力水准仪32与地表00连接；应力传感器33与玻璃纤维锚杆20连接，玻璃纤维锚杆20与锚头21连接，锚头21与连梁13连接,连梁13与型钢10连接；倾斜传感器34与桩周12连接；桩周12与水泥土11连接，水泥土11分别与型钢10、钻孔03和基坑壁02连接。

所述的型钢水泥土桩包括型钢10及水泥土11，型钢水泥土桩之间通过水泥土11部分搭接。

根据图1可知，一种型钢水泥土桩＋易破除锚杆＋自动监测预警的深基坑支护***，自下而上，监测预警处理***30与数据自动采集仪31连接，数据自动采集仪31分别与电感静力水准仪32、第一玻璃纤维锚杆20a、第一倾斜传感器34a连接；电感静力水准仪32与地表00连接；第一应力传感器33a与第一玻璃纤维锚杆20a连接，第一玻璃纤维锚杆20a与第一锚头21a连接，锚头21与第一连梁13a 连接,第一连梁13a与型钢10连接；第一倾斜传感器34a与桩周12连接；桩周12与水泥土11连接，水泥土11分别与型钢10、钻孔03和基坑壁02连接；一种玻璃纤维锚杆20可以为三到六排，相应有连梁13为三到六圈，相应有应力传感器33为三到六排，相应有锚头21为三到六排，相应有倾斜传感器34为三到六排，连接关系相同。自下而上，监测预警处理***30与数据自动采集仪31连接，数据自动采集仪31分别与电感静力水准仪32、第二玻璃纤维锚杆20b、第二倾斜传感器34b连接；电感静力水准仪32与地表00连接；第二应力传感器33b与第二玻璃纤维锚杆20b连接，第二玻璃纤维锚杆20b与第二锚头21b连接，锚头21与第二连梁13b连接, 第二连梁13b与型钢10连接；第二倾斜传感器34b与桩周12连接；桩周12与水泥土11连接，水泥土11分别与型钢10、钻孔03和基坑壁02连接。自下而上，监测预警处理***30与数据自动采集仪31连接，数据自动采集仪31分别与电感静力水准仪32、第三玻璃纤维锚杆20c、第三倾斜传感器34c连接；电感静力水准仪32与地表00连接；第三应力传感器33c与第三玻璃纤维锚杆20c连接，第三玻璃纤维锚杆20c与第三锚头21c连接，锚头21与第三连梁13c连接, 第三连梁13c与型钢10连接；第三倾斜传感器34c与桩周12连接；桩周12与水泥土11连接，水泥土11分别与型钢10、钻孔03和基坑壁02连接。

Claims (2)

1.一种型钢水泥土桩＋易破除锚杆＋自动监测预警的深基坑支护方法，其步骤是：

A、成孔：采用旋挖钻机或反循环钻机，在地基土内钻进至设计深度，形成钻孔；

B、搅拌水泥土：将钻孔开挖出来的土料或其它土料重新填入孔内，采用水泥土搅拌桩机，在钻孔中就地搅拌，边搅拌边加入水泥，形成水泥土；

C、放置型钢：采用履带式起重机将型钢置入充填了水泥搅拌土的钻孔内，形成型钢水泥土桩，型钢水泥土桩之间搭接；

D、施工易破除锚杆：基坑开挖到锚杆设计深度时，在基坑侧壁的型钢水泥土桩之间进行钻孔，施工玻璃纤维锚杆，安装应力传感器，锚杆与连梁连接；

E、施工连梁：在型钢水泥土桩及锚头之间施工连梁，连梁与锚头及型钢水泥土桩周连接；

F、安装传感器：安装电感静力水准仪、倾斜传感器：在基坑周边地表安装电感静力水准仪，随着基坑开挖，在型钢水泥土桩外侧桩周上安装倾斜传感器，倾斜传感器按2-3m间距随基坑开挖深度增加而布设；

G、连接及运行自动监测预警***：将电感静力水准仪、倾斜传感器、应力传感器连接至数据自动采集仪，采集的数据由监测预警处理***进行实时处理，进行实时预警，为锚杆的动态调整提供信息化反馈。

2.权利要求1所述的一种型钢水泥土桩＋易破除锚杆＋自动监测预警的深基坑支护***，它包括型钢（10）、水泥土（11）、玻璃纤维锚杆（20）、锚头（21）、连梁（13）、斜传感器（34）、电感静力水准仪（32）、应力传感器（33）、数据自动采集仪（31）、自动监测预警***（30），其特征在于：自下而上，监测预警处理***（30）与数据自动采集仪（31）连接，数据自动采集仪（31）分别与电感静力水准仪（32）、应力传感器（33）、倾斜传感器（34）连接；电感静力水准仪（32）与地表（00）连接；应力传感器（33）与玻璃纤维锚杆（20）连接，玻璃纤维锚杆（20）与锚头（21）连接，锚头（21）与连梁（13）连接；倾斜传感器（34）与桩周（12）连接；桩周（12）与水泥土（11）连接，水泥土（11）分别与型钢（10）、钻孔（03）和基坑侧壁（02）连接。