CN110374111A - 一种放坡与钢管桩锚协同支护体系 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种放坡与钢管桩锚协同支护体系，该支护体系包括护栏、钢花管、50mm厚混凝土、打入式地锚、插筋、冠梁、预应力锚索、100mm厚混凝土、钢管桩、基坑内主体结构、污水管、监测点和降水井。本发明能够有效控制杂填土、粉土及粉质黏土、中粗砂等地层中的深基坑竖向变形及水平位移，有效的减少了土方开挖工程量，大大的降低了工程造价。整个支护体系从自然地坪到基坑底面，具体依次包括放坡段和桩锚段。在放坡开挖的基础上在坡脚位置增加竖向桩锚支护结构，缩小基坑放坡范围。从而解决深基坑支护仅采用基坑放坡的支护方式所带来的土方工程量大、造价高的问题。
Description
技术领域
本发明涉及深基坑支护领域，尤其是一种放坡与钢管桩锚协同支护体系。
背景技术
超过一定深度的土方开挖与基坑支护本身是一项危险性较大的分部分项工程，随着基坑开挖深度的不断增加，相应的对支护结构稳定性和安全性要求也越来越高、基坑开挖土方工程量和成本也随之增加。即如何在保证基坑安全稳定的前提下，减少基坑开挖土方工程量，降低基坑开挖和支护的工程造价。因此合理的支护体系选型就显得尤为重要。
支护结构选型要考虑诸多因素，例如基坑深度、土的性状及地下水条件、基坑周边环境对基坑变形的承受能力及支护结构失效的后果、主体地下结构和基础形式及施工方法、基坑平面尺寸及形状、支护结构施工工艺的可行性、经济指标、环保性能和施工工期等等因素，采用一种放坡与钢管桩锚协同支护体系是将两种不同的支护体系进行一个有效组合的形式。
在大型的基坑开挖和支护工程中，在满足自然放坡要求的情况下，采用放坡开挖方式本身技术简单，安全性较高，但是土方工程量较大，对环境影响较大且相应的工程造价较高，而采用放坡与钢管桩锚协同支护体系可以有效的较少土方开挖工程量，保证基坑安全和稳定。
发明内容
本发明提供一种放坡与钢管桩锚协同支护体系，整个支护体系从自然地坪到基坑底面，具体依次包括放坡段和桩锚段。在放坡开挖的基础上在坡脚位置增加竖向桩锚支护结构，缩小基坑放坡范围。从而解决深基坑支护仅采用基坑放坡的支护方式所带来的土方工程量大、造价高的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种放坡与钢管桩锚协同支护体系，该支护体系包括护栏1、钢花管2、50mm厚混凝土3、打入式地锚4、插筋5、冠梁6、预应力锚索7、100mm厚混凝土8、钢管桩9、基坑内主体结构10、污水管11、监测点12和降水井13。
护栏1设置在为基坑外部周围的临边防护性设施；基坑的放坡段采用多级分坡结构，钢花管2对多级分坡结构的坡面主动土压力区进行注浆，以增强多级分坡结构的主动土压力区的土体强度和整体性；
分级的坡面喷射的50mm混凝土3，防止分级坡面可能被雨水冲刷；喷射的50mm厚混凝土3中设有焊接有钢筋网与插筋结构；
打入式地锚4为多级分坡结构的坡面钢筋网片的连接结构，以增加钢筋网片与多级分坡结构的坡面及坡顶的整体附着力。插筋5与打入式地锚4的作用一致，均是为了提高钢筋网片与多级分坡结构的坡面附着力，增强钢筋网片稳定性。
冠梁6作用是将钢管桩9形成的排桩连接成为一个整体，同时为预应力锚索张拉提供一个张拉固定台座。
预应力锚索7将冠梁6及腰梁承载的侧压力传递给地层，预应力锚索7是一个传力构件；
基坑内主体结构10设置在基坑的底部中间，污水管11埋设在基坑内主体结构10底部两侧；钢管桩9形成的排桩为基坑内主体结构10的围护结构，承受土体及水的侧压力；基坑内设置有多个监测点12；降水井13设置在基坑***底部用于基坑降水；钢管桩9上喷射100mm厚混凝土8。
基坑开挖放坡，利用钢花管2为对坡面的主动土压力区进行注浆，编制并铺设φ6.5mm间距200mm*200mm的钢筋网片，同时将打入式地锚4及插筋与钢筋网片进行连接，并对坡面喷射50mm厚混凝土，放坡段支护完成。在坡脚位置打竖向的钢管桩9，钢管桩9与冠梁、腰梁连接形成一个整体，并与预应力锚索7共同形成一个二元基坑围护结构，并且钢管桩外侧焊接φ8mm间距为200x200mm钢筋网片，立面喷射100mm厚混凝土。
根据支护体系从上到下依次包括放坡段支护和桩锚段支护。
放坡段支护：放坡开挖后，对坡面进行锚喷支护。具体步骤：依土的性状和放坡系数放坡，编制并在坡面布置φ6mm间距200*200mm的钢筋网片，喷射50mm厚混凝土3。放坡段采用分级放坡，即边坡分为两个不同的坡度，上级边坡坡度为1：1，下级边坡坡度为1：1.2，两级放坡高度分别为3m和4m，并在一级边坡与二级边坡交界处设置一个平台，宽度为2m。
桩锚段支护：钢管桩9通过与冠梁、腰梁连接形成一个整体，并与预应力锚索7共同形成一个二元基坑围护结构，一方面通过钢管桩9来承受基坑开挖卸荷所产生的土压力和水压力，并将土压力和水压力传递给冠梁及腰梁；另一方面通过预应力锚索7将冠梁及腰梁的侧压力传递给地层，并通过对预应力锚索施加预应力，来增加预应力锚索与土体的摩擦力，增加预应力锚索7与周围注浆土体的握裹力，进而增加支护结构体系整体的强度，刚度、稳定性，保证基坑安全。
桩锚段支护的具体步骤为：打入钢管桩并采用二次劈裂压力注浆，锚索钻机成孔、穿钢绞线并进行注浆，绑扎冠梁钢筋并浇筑混凝土，安装腰梁，对预应力钢绞线进行预应力张拉、安装锚具，然后制作安装φ8mm间距200x200mm钢筋网片并与钢管桩9进行焊接、喷射100mm厚混凝土8，最后完成桩锚支护体系。
上述钢管桩9采用φ152mm的无缝钢管，壁厚5.5mm，间距0.4m，桩顶设置400mm*450mm冠梁，混凝土标号为C30。无缝钢管内灌注水泥浆，强度不低于M20。桩基外立面喷射100mm厚混凝土护壁，内挂φ8mm间距为200x200mm的钢筋网片。
上述二次劈裂压力注浆工艺，指在钢管桩入土部分每隔1.5m左右设置一个出浆孔，通过二次劈裂压力注浆，把浆液均匀的注入地层中，浆液以填充、渗透、挤密等方式赶走土颗粒间隙、水分、和空气后占据其中位置，经过人工控制一段时间后，将原来松散的土颗粒胶结成一个强度大、防水性好、化学稳定的结石体，进而增强土体的整体强度和土体的侧向抗力，保证基坑安全稳定。
上述预应力锚索7分别设置在冠梁及腰梁处，各预应力锚索7之间的间距设为2m，包括预应力钢绞线23、台座17、双拼槽钢18和锚具。预应力锚索7一端与冠梁、腰梁连接，另一端锚固在土体内的预应力钢绞线23上。在冠梁浇筑前用锚索钻机打φ120锚孔22并穿预应力钢绞线23，并且在冠梁内预留套管，预应力钢绞线23穿预留套管后甩出冠梁长1m，然后在冠梁外侧安装双拼槽钢18，用张拉工具对预应力钢绞线23进行张拉施加预应力，外侧用锚具将预应力锚索7固定在张拉台座21上。双拼槽钢18与锚具之间加承压钢板20做垫片。腰梁处的预应力锚索做法与冠梁处做法相同。
冠梁为钢筋混凝土结构，在钢管桩顶部上下位置处分别绑扎第一φ18钢筋14和第二φ18钢筋16，第一φ18mm钢筋14与第一φ18mm钢筋14之间通过φ10@200箍筋15进行连接，然后与钢管桩9浇筑成一个整体，冠梁上部标高与基坑二级台阶平齐。
腰梁中，钢管桩预应力锚杆锁定区域采用20a双拼槽钢，与冠梁间距2m。
本基坑支护体系适用于土质成分杂乱，工程性质较差的人工堆积土层，尤其以砂质粉土、粉质黏土等土质类型为代表。
本发明有益效果是能够有效控制杂填土、粉土及粉质黏土、中粗砂等地层中的深基坑竖向变形及水平位移，有效的减少了土方开挖工程量，大大的降低了工程造价。
附图说明
图1为基坑支护剖面图。
图2为冠梁配筋图。
图3为钢管桩冠梁锚头大样。
图4为钢管桩腰梁锚头大样。
图中：1、护栏，2、钢花管，3、50mm厚混凝土，4、打入式地锚，5、插筋,6、冠梁，7、预应力锚索，8100mm厚混凝土，9、微型桩，10、基坑内主体结构，11、污水管，12、监测点，13、降水井14、第一φ18mm钢筋，15、φ10@200箍筋，16、第二φ18mm钢筋，17、台座，18、双拼槽钢，20、承压钢板，21、张拉台座，22、φ120锚孔，23、预应力钢绞线。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
一种放坡与钢管桩锚协同支护体系，该支护体系包括护栏1、钢花管2、50mm厚混凝土3、打入式地锚4、插筋5、冠梁6、预应力锚索7、100mm厚混凝土8、钢管桩9、基坑内主体结构10、基坑内污水管11、监测点12和降水井13。
护栏1设置在为基坑外部周围的临边防护性设施；基坑的放坡段采用多级分坡结构，钢花管2对多级分坡结构的坡面主动土压力区进行注浆，以增强多级分坡结构的主动土压力区的土体强度和整体性；
分级的坡面喷射的50mm混凝土面层3，防止分级坡面可能被雨水冲刷；喷射的50mm厚混凝土3中设有焊接有钢筋网与插筋结构；
打入式地锚4为多级分坡结构的坡面钢筋网片的连接结构，以增加钢筋网片与多级分坡结构的坡面及坡顶的整体附着力。插筋5与打入式地锚4的作用一致，均是为了提高钢筋网片与多级分坡结构的坡面附着力，增强钢筋网片稳定性。
冠梁6作用是将钢管桩9形成的排桩连接成为一个整体，同时为预应力锚索张拉提供一个张拉固定台座。
预应力锚索7将冠梁6及腰梁承载的侧压力传递给地层，预应力锚索7是一个传力构件；
钢管桩9形成的排桩为基坑内主体结构10的围护结构，承受土体及水的侧压力；基坑内设置有多个监测点12；降水井13设置在基坑***底部用于基坑降水；钢管桩9上喷射100mm厚混凝土8；
基坑开挖放坡，利用钢花管2为对坡面的主动土压力区进行注浆，编制并铺设φ6.5间距200*200mm的钢筋网片，同时将打入式地锚4及插筋与钢筋网片进行连接，并对坡面喷射50mm厚混凝土，放坡段支护完成。在坡脚位置打竖向钢管桩，钢管桩与冠梁、腰梁连接形成一个整体，并与预应力锚索共同形成一个二元基坑围护结构，并且钢管桩外侧焊接φ8mm间距为200x200mm钢筋网片，立面喷射100mm厚混凝土。
根据支护体系从上到下依次包括放坡段支护和桩锚段支护。
放坡段支护：放坡开挖后，对坡面进行锚喷支护。具体步骤：依土的性状和放坡系数放坡，编制并在坡面布置φ6mm间距200*200mm的钢筋网片，喷射50mm厚混凝土3。同时，放坡段采用分级放坡，即边坡分为两个不同的坡度，上级边坡坡度为1：1，下级边坡坡度为1：1.2，两级放坡高度分别为3m和4m。并在一级边坡与二级边坡交界处设置一个平台，宽度为2m。
桩锚段支护：钢管桩9通过与冠梁、腰梁连接形成一个整体，并与预应力锚索7共同形成一个二元基坑围护结构，一方面通过钢管桩9来承受基坑开挖卸荷所产生的土压力和水压力，并将土压力和水压力传递给冠梁及腰梁；另一方面通过预应力锚索7将冠梁及腰梁的侧压力传递给地层，并通过对预应力锚索施加预应力，来增加预应力锚索与土体的摩擦力，增加预应力锚索7与周围注浆土体的握裹力，进而增加支护结构体系整体的强度，刚度、稳定性，保证基坑安全。
桩锚段支护的具体步骤为：打入钢管桩并采用二次劈裂压力注浆，锚索钻机成孔、穿钢绞线并进行注浆，绑扎冠梁钢筋并浇筑混凝土，安装腰梁，对预应力钢绞线进行预应力张拉、安装锚具，然后制作安装φ8mm间距200x200mm钢筋网片并与钢管桩9进行焊接、喷射100mm厚混凝土8，最后完成桩锚支护体系。
上述钢管桩9采用φ152mm的无缝钢管，壁厚5.5mm，间距0.4m，桩顶设置400mm*450mm冠梁，混凝土标号为C30。无缝钢管内灌注水泥浆，强度不低于M20。桩基外立面喷射100mm厚混凝土护壁，内挂φ8mm间距为200x200mm的钢筋网片。
上述二次劈裂压力注浆工艺，指在钢管桩入土部分每隔1.5m左右设置一个出浆孔，通过二次劈裂压力注浆，把浆液均匀的注入地层中，浆液以填充、渗透、挤密等方式赶走土颗粒间隙、水分、和空气后占据其中位置，经过人工控制一段时间后，将原来松散的土颗粒胶结成一个强度大、防水性好、化学稳定的结石体，进而增强土体的整体强度和土体的侧向抗力，保证基坑安全稳定。
上述预应力锚索7分别在冠梁及腰梁位置设置，间距2m，包括预应力钢绞线23、台座17、双拼槽钢18和锚具。预应力锚索7一端与冠梁、腰梁连接，另一端锚固在土体内的预应力钢绞线23上。在冠梁浇筑前用锚索钻机打φ120锚孔22并穿预应力钢绞线23，并且在冠梁内预留套管，预应力钢绞线23穿预留套管后甩出冠梁长1m，然后在冠梁外侧安装双拼槽钢18，用张拉工具对预应力钢绞线23进行张拉施加预应力，外侧用锚具将预应力锚索7固定在张拉台座21上。双拼槽钢18与锚具之间加承压钢板20做垫片。腰梁处的预应力锚索做法与冠梁处做法相同。
冠梁为钢筋混凝土结构，在钢管桩顶部上下位置处分别绑扎第一φ18钢筋14和第二φ18钢筋16，第一φ18mm钢筋14与第一φ18mm钢筋14之间通过φ10@200箍筋15进行连接，然后与钢管桩9浇筑成一个整体，冠梁上部标高与基坑二级台阶平齐。
腰梁中，钢管桩预应力锚杆锁定区域采用20a双拼槽钢，与冠梁间距2m。
本基坑支护体系适用于土质成分杂乱，工程性质较差的人工堆积土层，尤其以砂质粉土、粉质黏土等土质类型为代表。
【实施例1】
北京新机场临空经济区市政交通配套工程大礼路综合管廊工程(第六标段)，基坑南侧为正在建设的廊涿城际高铁，北侧为荒地，满足自然放坡要求，但是为减少土方工程开挖工程量，降低工程总体造价，保证基坑安全，在放坡的二步台阶的位置增加一排钢管桩锚协同支护。具体操作：
1、放坡开挖，利用钢花管对坡面主动土压力区进行注浆，编制并铺设φ6.5间距200*200mm的钢筋网片，同时打入式地锚和插筋与钢筋网片连接，以增加钢筋网片与坡面及坡顶的整体附着力，并对坡面喷射混凝土。
1、测量放线定桩位，打钢管桩并进行二次劈裂压力注浆。
2、编制冠梁钢筋并浇筑混凝土，冠梁截面为400mm*450mm，冠梁外立面间隔1.2米设置一个预留套管以便穿预应力钢绞线。
3、预应力锚索施工：测量放线定孔位→开孔钻至锚索设计深度，制作钢绞线→清孔并安装锚索→搅拌水泥浆→注射水泥浆养护至设计强度→安装锚索腰梁→锚索张拉及锚定。
4、钢绞线穿预留套管后甩出冠梁长1m。然后在冠梁外侧安装双拼槽钢，用张拉工具对钢绞线进行张拉施加预应力，外侧用锚具对钢绞线进行一个锚定。
5、钢管桩外侧焊接φ8间距200x200mm钢筋网片，立面喷射100mm厚混凝土。完成。
Claims (7)
1.一种放坡与钢管桩锚协同支护体系，其特征在于：该支护体系包括护栏(1)、钢花管(2)、50mm厚混凝土(3)、打入式地锚(4)、插筋(5)、冠梁(6)、预应力锚索(7)、100mm厚混凝土(8)、钢管桩(9)、基坑内主体结构(10)、污水管(11)、监测点(12)和降水井(13)；
护栏(1)设置在为基坑外部周围的临边防护性设施；基坑的放坡段采用多级分坡结构，钢花管(2)对多级分坡结构的坡面主动土压力区进行注浆；
分级的坡面喷射的50mm厚混凝土(3)；喷射的50mm厚混凝土(3)中设有焊接有钢筋网与插筋结构；
打入式地锚(4)为多级分坡结构的坡面钢筋网片的连接结构，插筋(5)与打入式地锚(4)的作用一致，均是为了提高钢筋网片与多级分坡结构的坡面附着力；
冠梁(6)将钢管桩(9)形成的排桩连接成为一个整体，同时为预应力锚索张拉提供一个张拉固定台座；
预应力锚索(7)将冠梁(6)及腰梁承载的侧压力传递给地层，预应力锚索(7)是一个传力构件；
基坑内主体结构(10)设置在基坑的底部中间，污水管(11)埋设在基坑内主体结构(10)底部两侧；钢管桩(9)形成的排桩为基坑内主体结构(10)的围护结构，承受土体及水的侧压力；基坑内设置有多个监测点(12)；降水井(13)设置在基坑***底部用于基坑降水；钢管桩(9)上喷射100mm厚混凝土(8)。
2.根据权利要求1所述的一种放坡与钢管桩锚协同支护体系，其特征在于：放坡段采用分级放坡，即边坡分为两个不同的坡度，上级边坡坡度为1：1，下级边坡坡度为1：1.2，两级放坡高度分别为3m和4m，并在一级边坡与二级边坡交界处设置一个平台，宽度为2m。
3.根据权利要求1所述的一种放坡与钢管桩锚协同支护体系，其特征在于：桩锚段支护中，钢管桩(9)通过与冠梁、腰梁连接形成一个整体，并与预应力锚索(7)共同形成一个二元基坑围护结构，一方面通过钢管桩(9)来承受基坑开挖卸荷所产生的土压力和水压力，并将土压力和水压力传递给冠梁及腰梁；另一方面通过预应力锚索(7)将冠梁及腰梁的侧压力传递给地层，并通过对预应力锚索施加预应力，来增加预应力锚索与土体的摩擦力，增加预应力锚索(7)与周围注浆土体的握裹力，进而增加支护结构体系整体的强度，刚度、稳定性。
4.根据权利要求3所述的一种放坡与钢管桩锚协同支护体系，其特征在于：钢管桩(9)采用φ152mm的无缝钢管，壁厚5.5mm，间距0.4m，桩顶设置400mm*450mm冠梁，混凝土标号为C30；无缝钢管内灌注水泥浆，强度不低于M20；桩基外立面喷射100mm厚混凝土护壁，内挂φ8mm间距为200x200mm的钢筋网片。
5.根据权利要求1所述的一种放坡与钢管桩锚协同支护体系，其特征在于：预应力锚索(7)分别设置在冠梁及腰梁处，各预应力锚索(7)之间的间距设为2m，包括预应力钢绞线(23)、台座(17)、双拼槽钢(18)和锚具；预应力锚索(7)一端与冠梁、腰梁连接，另一端锚固在土体内的预应力钢绞线(23)上；在冠梁浇筑前用锚索钻机打φ120锚孔(22)并穿预应力钢绞线(23)，并且在冠梁内预留套管，预应力钢绞线(23)穿预留套管后甩出冠梁长1m，然后在冠梁外侧安装双拼槽钢(18)，用张拉工具对预应力钢绞线(23)进行张拉施加预应力，外侧用锚具将预应力锚索(7)固定在张拉台座(21)上；双拼槽钢(18)与锚具之间加承压钢板(20)做垫片；腰梁处的预应力锚索做法与冠梁处做法相同。
6.根据权利要求1所述的一种放坡与钢管桩锚协同支护体系，其特征在于：冠梁为钢筋混凝土结构，在钢管桩顶部上下位置处分别绑扎第一φ18钢筋(14)和第二φ18钢筋(16)，第一φ18mm钢筋(14)与第一φ18mm钢筋(14)之间通过φ10@200箍筋(15)进行连接，然后与钢管桩(9)浇筑成一个整体，冠梁上部标高与基坑二级台阶平齐。
7.根据权利要求1所述的一种放坡与钢管桩锚协同支护体系，其特征在于：腰梁中，钢管桩预应力锚杆锁定区域采用双拼槽钢(18)，与冠梁间距2m。
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