CN109706941A - 一种基坑复合支护技术的施工方法和锚固装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基坑复合支护技术的施工方法和锚固装置，锚固装置包括螺旋锚头、接头、锚杆、锚索以及锚具，接头的前端与螺旋锚头后端螺接，接头的后端通过榫卯结构与锚杆连接；所述的锚索前端穿过锚杆和接头与锚具连接，锚具放置在螺旋锚头内腔中，接头内孔的直径小于锚具的外径。本发明将上述锚索螺旋锚锚固装置与钢梁以及喷锚支护组合形成复合支护体系，工作时基坑侧壁土压力按喷锚面层→钢梁→锚索→螺旋锚头的传递路径将荷载扩散到深层土体中，以达到稳定基坑的目的。本发明以螺旋锚头作为锚固体，无需注浆，在旋入后即可提供承载力且回收后对临近地下空间影响小，可有效节约工期、可靠性高；本发明施工时无需成桩，可直接开挖，减少工期，对施工机械要求降低，节约成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种基坑支护技术，特别涉及一种基坑复合支护技术的施工方法和锚固装置。
背景技术
目前，土钉墙支护和桩锚组合支护技术都已在基坑支护工程中被广泛应用。单一土钉墙支护因难以控制结构的变形和周边建筑的沉降，仅适用于开挖深度较浅、地下水位以上或经降水的且能实现临时自稳的非软土基坑。桩锚组合支护技术因具有控制土体变形能力强、不受地下水影响、占用空间小等优点，大量应用于大深度开挖、土体条件差、周边环境复杂的基坑工程，但其现有计算理论研究滞后于工程实践，整体设计往往趋于保守，因而存在工程造价高的问题。此外，土钉、锚杆（索）在注浆后一般需要养护7天以上才能形成锚固体，在此期间，则不能提供可靠的锚固力，因而基坑不能连续进行开挖，导致工期延长。再者，锚固体具有较长的长度，一般无法进行回收，这也将成为今后周边地下空间开发的障碍。因此，对于两种支护技术适用范围的中间地带，如工程条件较复杂、开挖深度较深（如8米到15米）的深基坑工程，如何在保证支护结构可靠性的同时，又能兼顾工期、工程造价、环保等其他方面的要求，是目前此类深基坑工程实践对新型支护技术的要求。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种结构简单，操作方便，锚杆和锚索可回收，可靠性强，节省工期的基坑复合支护技术的施工方法和锚固装置。
本发明采用的技术方案是：一种基坑复合支护技术的锚固装置，包括螺旋锚头、接头、锚杆、锚索以及锚具，接头的前端与螺旋锚头后端螺接，接头的后端通过榫卯结构与锚杆连接；所述的锚索前端穿过锚杆和接头与锚具连接，锚具放置在螺旋锚头内腔中，接头内孔的直径小于锚具的外径。
上述的基坑复合支护技术的锚固装置中，所述的卯榫结构包括设置在接头后端的榫槽及设置在锚杆前端的榫头，榫槽沿着锚杆的轴线设置，榫头插装在榫槽内。
上述的基坑复合支护技术的锚固装置中，接头的外径与螺旋锚头的外径相同，接头的内径小于螺旋锚头的内径。
上述的基坑复合支护技术的锚固装置中，所述的锚杆包括若干第一锚杆及一个第二锚杆，第一锚杆的前端和后端分别设有能够相互配合的外螺纹和内螺纹，多个第一锚杆连接后前端与第二锚杆的后端螺接；第二锚杆的前端设有榫头。
一种利用上述基坑复合支护技术的锚固装置的基坑复合支护技术的施工方法，包括如下步骤：
1）边坡开挖
根据图纸确定开挖边线，基坑采用机分层开挖，挖土分层厚度与锚索螺旋锚竖向间距一致；
2） 边坡修整
坡面修整确保平整度；
3）旋入锚索螺旋锚：
①将锚索一端固定在锚具上，然后将锚具放置在螺旋锚头内腔中；
②将接头与螺旋锚头螺接；
③将锚索穿过锚杆，然后使锚杆上的榫头对准接头上的榫槽，使接头和锚杆卡接；
④将锚杆和钻机连接，然后进行螺旋锚头旋入施工，将螺旋锚头旋到设计位置；
⑤ 向锚杆施加拉力，使得榫头退出榫槽，再将锚杆从土体内部拔出；
⑥ 将塑料保护管套在孔口处，保证后续施工中的水泥浆不流入孔中；
4）施工坡面喷锚支护
在坡面上架设钢筋网，钢筋网高出坡顶，架设钢筋网后，在坡顶和坡面喷射混凝土；
5）架设钢梁
施工时，首先按设计位置钻螺栓孔并安装牛腿支架，然后将加工好的成品钢梁安装在支架上；
6）锚索预应力张拉
在钢梁上锚索孔位处焊接锚头承压板，张拉前对锚索进行预紧，使锚索的钢绞线顺直并清除非弹性变形；张拉锚索时，对锚索进行分级张拉，并使最后一级荷载达到锚索设计抗拔力的1.05-1.10倍，然后进行锚索锁定，切除多余锚索并涂防锈漆。
上述基坑复合支护技术的施工方法中，步骤1）中，挖土分层厚度与锚索螺旋锚竖向间距一致，第一次开挖深度在锚索螺旋锚孔位下50cm处，以确保施工工作面；坡面预留50mm-100mm进行边坡修坡。
上述基坑复合支护技术的施工方法中，步骤2）施工过程中，进行放线定位，并标记出锚索螺旋锚孔位。
上述基坑复合支护技术的施工方法中，步骤4）中，钢筋网的所用钢筋的直径不小于6mm，相邻两钢筋之间的间距不大于250mm，钢筋搭接长度大于35d且不小于300mm,且不少于三点绑扎，d为钢筋直径。
上述基坑复合支护技术的施工方法中，步骤4）中，单层钢筋网时喷射混凝土面板厚度不小于80mm，双层钢筋网时喷射混凝土面板厚度不小于150mm。
上述基坑复合支护技术的施工方法中，步骤5）中，钢梁采用双拼工字钢或槽钢焊接而成；焊接处，双拼工字钢或槽钢的两侧翼缘板各焊接一块连接盖板，连接盖板满焊焊接于双拼工字钢或槽钢的翼缘板上。
本发明的工作原理如下：
本发明提供的可回收锚索螺旋锚锚固装置由螺旋锚头、接头、锚杆、锚索以及锚具组成，以螺旋锚头作为锚固体，提供抗拔承载力，并通过锚索施加预应力。本发明将锚索螺旋锚锚固装置与钢梁以及喷锚支护组合形成复合支护体系，工作时基坑侧壁的土压力先作用于喷锚面层上，而后传递到钢梁上，接着以集中力的形式作用于锚索上，最后通过锚索传递到螺旋锚头上，并与螺旋锚头的抗拔承载力形成平衡，从而将荷载扩散到深层土体中，以达到稳定基坑的目的。本发明的施工采用“开挖—支护—继续开挖”的分层循环作业形式，实际施工时，“旋入锚索螺旋锚”和“施工坡面喷锚支护”两道工序可根据工程现场情况调换施工顺序。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1）节约工期。本发明以螺旋锚头作为锚固体，在旋入之后即可提供承载力，相比土钉和锚杆、锚索需在注浆养护后才能提供承载力而言，可有效减少工期。
2）可靠性高。本发明的螺旋锚头承载力主要通过挤压周围土体而形成，其可靠性要高于通过摩阻力提供承载力的土钉和锚杆（索）。
3）适用性强。相较于土钉墙支护技术，本发明由锚索施加预应力，属于主动支护技术，可适用于工程条件更复杂、开挖深度更深的基坑工程。
4）成本低。相较于桩锚组合支护技术，对工程条件较复杂、开挖深度较深、周边环境较复杂的基坑工程，本发明由于无需成桩，无需注浆，可直接开挖，节约工期，对施工机械的要求减少，降低了施工成本。
5）生态环保。本发明所使用锚头、接头、锚杆、锚索、钢梁均可拆卸、制作简单、运输方便，现场可根据实际要求灵活组装；除锚头、接头外，其余构件均可回收再利用，进一步降低了施工成本；回收后留在土体内部的锚头、接头部分相较于土钉、锚杆（索）较长的锚固体而言，可视为一个点状构件，对周围临近地下空间的开发基本没有影响。
附图说明
图1为本发明的锚索螺旋锚锚固装置的分解结构示意图。
图2是本发明的锚索螺旋锚锚固装置的接头的结构示意图。
图中：1、螺旋锚头 2、接头3、锚杆4、榫槽5、榫头6、锚索7、锚具
图3为边坡开挖工序图。
图4为锚索螺旋锚锚固装置与钻机组装工序图。
图5为锚索螺旋锚旋入施工工序图。
图6为锚杆退杆工序图。
图7为坡面喷锚支护施工工序图。
图8为钢梁架设工序主视图。
图9为钢梁架设工序侧视图。
图10为锚索预应力张拉工序图。
图11为施工完成时坡面结构图。
图中：8钻机，9钢筋网，10混凝土，11塑料保护管，13钢梁，14锚头承压板，15连接盖板，16锁具，17双拼工字钢，18牛腿支架，19预紧螺栓，20千斤顶，21油泵。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
如图1、2所示，本发明的基坑复合支护技术的锚固装置，包括螺旋锚头1、接头2、锚杆3、锚索6以及锚具7，接头2的前端与螺旋锚头1后端螺接，接头2的后端通过榫卯结构与锚杆3连接。所述的卯榫结构包括设置在接头2后端的榫槽4及设置在锚杆3前端的榫头5，榫槽4沿着锚杆3的轴线设置，榫头5插装在榫槽4内，锚杆3回收时，只需对锚杆3施加拉力，即可将锚杆3和接头2分离。所述的锚杆3包括若干第一锚杆及一个第二锚杆，第一锚杆的前端和后端分别设有能够相互配合的外螺纹和内螺纹，多个第一锚杆连接后前端与第二锚杆的后端螺接；第二锚杆的前端设有榫头。所述的锚索6前端穿过锚杆3和接头2与锚具7连接，锚具7放置在螺旋锚头1的内腔中，接头2内孔的直径小于锚具7的外径。接头2的外径与螺旋锚头1的外径相同，接头2的内径小于螺旋锚头1的内径。
如图3-11所示：
本发明的基坑复合支护技术的施工方法，其工艺流程如下：
边坡开挖→边坡修整→旋入锚索螺旋锚→施工坡面喷锚支护→架设钢梁→锚索预应力张拉→继续开挖。
具体施工过程如下：
一、边坡开挖
根据图纸确定开挖边线，基坑采用分层开挖，挖土分层厚度与锚索螺旋锚竖向间距一致，第一次开挖深度在锚索螺旋锚孔位下50cm处，以确保施工工作面。坡面预留50mm-100mm进行边坡修坡。
二、边坡修整
坡面修整确保平整度。此工序中进行放线定位，严格控制好坡度比，并标记出锚索螺旋锚孔位。
三、旋入锚索螺旋锚
①将锚索6的一端固定在锚具7上，然后将锚具7放置在螺旋锚头1的内腔中；
②将接头2与螺旋锚头1螺接；
③将锚杆3穿过锚索，然后使锚杆3上的榫头5对准接头2上的榫槽4，使接头2和锚杆3卡接；
④将锚杆3和钻机8连接，然后进行螺旋锚头旋入施工，将螺旋锚头旋到设计位置；
⑤ 向锚杆3施加拉力，使得榫头5退出榫槽4，再将锚杆3从土体内部拔出；
⑥ 将塑料保护管11套在孔口处，保证后续坡面喷锚施工中的水泥浆不流入孔中。
四、施工坡面喷锚支护
在坡面上架设钢筋网9，钢筋网9高出坡顶，架设钢筋网9后，在坡顶和坡面喷射混凝土。
钢筋网的钢筋直径不小于6mm，钢筋间距不大于250mm，钢筋搭接长度大于35d（d为钢筋直径）且不小于300mm,并不少于三点绑扎。钢架网与坡面之间放置混凝土垫块，保证钢筋保护层厚度不小于25mm。
喷射的混凝土10，其强度等级不低于C20。单层钢筋网时，喷射混凝土面板厚度不小于80mm，双层钢筋网时，喷射混凝土面板厚度不小于150mm。
五、架设钢梁
施工时，首先按设计位置钻螺栓孔并安装牛腿支架18，然后将加工好的成品钢梁13安装在支架上。
钢梁13采用双拼工字钢17或槽钢焊接而成；焊接处，双拼工字钢17或槽钢的两侧翼缘板各焊接一块连接盖板15，连接盖板15满焊焊接于双拼工字钢17或槽钢的翼缘板上。
六、锚索预应力张拉
在钢梁13上锚索孔位处焊接锚头承压板14，张拉前对锚索6进行预紧，使锚索6的钢绞线顺直并清除非弹性变形。张拉时采用千斤顶20和油泵21对锚索6进行分级张拉，并使最后一级荷载达到锚索6设计抗拔力的1.05-1.10倍，然后进行锚索6锁定，切除多余锚索并涂防锈漆。
本发明的工作原理：
本发明的锚索螺旋锚锚固装置由螺旋锚头1、接头2、锚杆3、锚索6以及锚具7组成，以螺旋锚头1作为锚固体，并通过锚索6施加预应力。本发明的锚索螺旋锚锚固装置与钢梁以及喷锚支护组合形成复合支护体系，工作时基坑侧壁的土压力先作用于喷锚面层上，而后传递到钢梁13上，接着以集中力的形式作用于锚索6上，最后通过锚索6传递到螺旋锚头1上，并与螺旋锚头1的抗拔承载力形成平衡，从而将荷载扩散到深层土体中，以达到稳定基坑的目的。本发明的施工采用“开挖—支护—继续开挖”的分层循环作业形式，实际施工时，“旋入锚索螺旋锚”和“施工坡面喷锚支护”两道工序可根据工程现场情况调换施工顺序。
Claims (10)
1.一种基坑复合支护技术的锚固装置，其特征是：包括螺旋锚头、接头、锚杆、锚索以及锚具，接头的前端与螺旋锚头后端螺接，接头的后端通过榫卯结构与锚杆连接；所述的锚索前端穿过锚杆和接头与锚具连接，锚具放置在螺旋锚头内腔中，接头内孔的直径小于锚具的外径。
2.根据权利要求1所述的基坑复合支护技术的锚固装置，其特征是：所述的卯榫结构包括设置在接头后端的榫槽及设置在锚杆前端的榫头，榫槽沿着锚杆的轴线设置，榫头插装在榫槽内。
3.根据权利要求1所述的基坑复合支护技术的锚固装置，其特征是：接头的外径与螺旋锚头的外径相同，接头的内径小于螺旋锚头的内径。
4.根据权利要求1所述的基坑复合支护技术的锚固装置，其特征是：所述的锚杆包括若干第一锚杆及一个第二锚杆，第一锚杆的前端和后端分别设有能够相互配合的外螺纹和内螺纹，多个第一锚杆连接后前端与第二锚杆的后端螺接；第二锚杆的前端设有榫头。
5.一种利用权利要求1-4中任一权利要求所述的基坑复合支护技术的锚固装置的基坑复合支护技术的施工方法，包括如下步骤：
1）边坡开挖
根据图纸确定开挖边线，基坑采用机分层开挖，挖土分层厚度与锚索螺旋锚竖向间距一致；
2） 边坡修整
坡面修整确保平整度；
3）旋入锚索螺旋锚：
①将锚索一端固定在锚具上，然后将锚具放置在螺旋锚头内腔中；
②将接头与螺旋锚头螺接；
③将锚索穿过锚杆，然后使锚杆上的榫头对准接头上的榫槽，使接头和锚杆卡接；
④将锚杆和钻机连接，然后进行螺旋锚头旋入施工，将螺旋锚头旋到设计位置；
⑤ 向锚杆施加拉力，使得榫头退出榫槽，再将锚杆从土体内部拔出；
⑥ 将塑料保护管套在孔口处，保证后续坡面喷锚施工中的水泥浆不流入孔中；
4）施工坡面喷锚支护
在坡面上架设钢筋网，钢筋网高出坡顶，架设钢筋网后，在坡顶和坡面喷射混凝土；
5）架设钢梁
施工时，首先按设计位置钻螺栓孔并安装牛腿支架，然后将加工好的成品钢梁安装在支架上；
6）锚索预应力张拉
在钢梁上锚索孔位处焊接锚头承压板，张拉前对锚索进行预紧，使锚索的钢绞线顺直并清除非弹性变形；张拉锚索时，对锚索进行分级张拉，并使最后一级荷载达到锚索设计抗拔力的1.05-1.10倍，然后进行锚索锁定，切除多余锚索并涂防锈漆。
6.根据权利要求5所述的基坑复合支护技术的施工方法，步骤1）中，挖土分层厚度与锚索螺旋锚竖向间距一致，第一次开挖深度在锚索螺旋锚孔位下50cm处，以确保施工工作面；坡面预留50mm-100mm进行边坡修坡。
7.根据权利要求5所述的锚索螺旋锚锚固装置的施工方法，步骤2）施工过程中，进行放线定位，并标记出锚索螺旋锚孔位。
8.根据权利要求5所述的基坑复合支护技术的施工方法，步骤4）中，钢筋网的所用钢筋的直径不小于6mm，相邻两钢筋之间的间距不大于250mm，钢筋搭接长度大于35d且不小于300mm,且不少于三点绑扎，d为钢筋直径。
9.根据权利要求5所述的基坑复合支护技术的施工方法，步骤4）中，单层钢筋网时喷射混凝土面板厚度不小于80mm，双层钢筋网时喷射混凝土面板厚度不小于150mm。
10.根据权利要求5所述的基坑复合支护技术的施工方法，步骤5）中，钢梁采用双拼工字钢或槽钢焊接而成；焊接处，双拼工字钢或槽钢的两侧翼缘板各焊接一块连接盖板，连接盖板满焊焊接于双拼工字钢或槽钢的翼缘板上。
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