CN112081118A - 一种桩锚支护基坑增深加固支护结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种桩锚支护基坑增深加固支护结构及其施工方法，该加固支护结构包括原桩锚支护体系中的原支护桩（1）、腰梁（3）和原预应力锚索，以及新增长支护桩（2）、新增预应力锚索（4）和新设冠梁（5）；新增长支护桩（2）在原支护桩（1）桩间布设，新增长支护桩（2）贯穿整个基坑新的开挖深度，其顶部与原支护桩（1）的顶部平齐并通过新设冠梁（5）浇筑连接为一体；新增预应力锚索（4）在新旧两种桩的桩间分布且其外端固定在腰梁（3）上。本发明采用“原支护桩桩间***长支护桩＋预应力锚索”的加固方式，通过腰梁、锚索、新设冠梁的连接，与原支护结构形成统一整体，能够有效增大围护结构的整体刚度和协同变形能力，加强围护结构承载力。

Description

一种桩锚支护基坑增深加固支护结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及基坑工程支护加固技术领域，尤其涉及一种桩锚支护基坑增深加固支护结构及其施工方法。

背景技术

随着经济与城市化的快速发展，可供建筑用地越来越少，为满足人们生活、工作空间的各种需求，城市地下空间的利用和开发成为越来越多人关注的热点。基坑开挖规模与深度越来越大，随之而来的是基坑支护的难度与周边环境的复杂情况的增加。当基坑支护结构本已或将要施工完成，但是由于设计规划的修改，例如地下室增层设计等，致使基坑需在原设计基础上增深开挖。

而基坑增深开挖引起的基坑内力值会超过最初基坑支护方案的内力值设计值，必将导致原有基坑支护设计不能满足支护强度要求，对于基坑的整体安全稳定性影响巨大。这就使得现有基坑面临两种选择：一种是放弃现有基坑重新进行支护设计，再或者在原有支护基础上进行设计加强。对于建设单位来说，基坑安全和经济效益是主要考虑的方面。显然，现有基坑支护结构如果废弃，将会造成大量资源浪费，加大工程成本，但是如果能利用已有基坑支护结构进行设计加强，与此同时，合理设计改造，减小造价成本，必然为工程取得良好效益。因此，在原有支护结构上进行支护结构的设计加强并保证施工过程中基坑安全与稳定，具有重要价值。

在现有技术中，针对原支护方式为桩锚支护的基坑全部增深开挖后的支护结构加固方式，主要为锚索增层加固方式，即：当原设计中支护桩与预应力锚索在施工完毕后，再在合适位置增设一层预应力锚索的加固方法。其中，传统桩锚支护体系主要包含：支护桩、锚索、腰梁、冠梁等。支护桩竖直打入基坑侧壁土层；冠梁与支护桩在桩顶处浇筑在一起；预应力锚索穿过腰梁打入土层，腰梁沿基坑侧壁设置，使锚索与支护桩、冠梁形成可以协同变形的整体。

上述锚索增层加固方式虽然可以在一定程度上弥补由于基坑加深开挖造成的原支护桩嵌固深度不足而带来的原支护体系载力不足的情况，但是其有以下几个方面缺点：

（1）增设锚索的作用在于加强支护桩桩身与坑壁土体的连接强度，通过支护桩来间接限制坑壁土体的位移，可以减少支护桩底部嵌固端的位移过大，弥补其承载力减弱的问题，但仍未在根本上解决原支护桩嵌固深度不足的问题，在某些工况中，比如当基坑加深开挖深度较大、基坑侧向土压力较大时，此种加固方法很容易失效，给施工造成极大的安全隐患。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种加固效果更好的桩锚支护基坑增深加固支护结构及其施工方法，以解决桩锚支护体系由于基坑增深开挖导致的支护强度不足的问题。

为解决上述问题，本发明所述的一种桩锚支护基坑增深加固支护结构，包括原桩锚支护体系中的原支护桩、设在所述原支护桩上的腰梁和外端固定在所述腰梁上的原预应力锚索，以及新增长支护桩、新增预应力锚索和新设冠梁；所述新增长支护桩在所述原支护桩桩间布设且两者保持在同一平面，所述新增长支护桩贯穿整个基坑新的开挖深度，其顶部与所述原支护桩的顶部平齐并通过所述新设冠梁浇筑连接为一体；所述新增预应力锚索在所述原支护桩和所述新增长支护桩两种桩的桩间分布且其外端固定在所述腰梁上。

优选的，所述新增长支护桩的桩径等于或者大于所述原支护桩的桩径。

优选的，所述新增长支护桩间隔一根或者两根或者更多所述原支护桩布设。

本发明还相应提供了一种桩锚支护基坑增深加固支护结构的施工方法，该施工方法包括：

破除原桩锚支护体系中的原冠梁，并且在破除过程中尽量避免打断原支护桩的主筋；

按要求内插实施新增长支护桩；

在所有所述新增长支护桩实施完毕后，完成新增预应力锚索的施工以及新设冠梁的浇筑，在浇筑过程中尽量顺直所述原支护桩的主筋并就近原则锚固浇筑于所述新设冠梁中。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明采用“原支护桩桩间***长支护桩＋预应力锚索”的加固方式，新增长支护桩贯穿整个基坑开挖深度，通过腰梁、新设冠梁的连接，与原支护结构形成统一整体，能够有效增大围护结构的整体刚度和协同变形能力，加强围护结构承载力。并且本发明加固形式通过数值模拟与现场试验、监测证明基坑变形控制效果较好。2、本发明利用已有基坑支护结构进行设计加强，进行合理的设计改造和施工，减小造价成本，为工程取得良好效益。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例提供的加固支护结构的示意图。

图2为本发明实施例提供的桩间分布的俯视图。

图3为本发明实施例提供的预应力锚索施工剖面图。

图中：1—原支护桩，2—新增长支护桩，3—腰梁，4—新增预应力锚索，5—新设冠梁。

具体实施方式

首先需要特别说明的是，虽然长短桩支护体系是现有技术中公知的，但这是一种基坑支护方式，而本发明所提出的是一种桩锚支护基坑增深加固支护结构，是一种基坑支护的加固方式，区别就在于前提是增深开挖、加固结构，应用原支护桩桩间***长支护桩，前提不同涉及领域就不同。

参考图1和图2，本发明实施例提供了一种桩锚支护基坑增深加固支护结构，主要包括原桩锚支护体系中的原支护桩1、设在原支护桩1上的腰梁3和外端固定在腰梁3上的原预应力锚索，以及新增长支护桩2、新增预应力锚索4和新设冠梁5。

新增长支护桩2在原支护桩1桩间布设，两者内侧平齐且保持在同一平面，新增长支护桩2贯穿整个基坑新的开挖深度，其顶部与原支护桩1的顶部平齐并通过新设冠梁5浇筑连接为一体。其中，新增长支护桩2与原支护桩1保持在同一平面，不会对基坑开挖工作面造成影响。

新增预应力锚索4在原支护桩1和新增长支护桩2两种桩的桩间分布且其外端固定在腰梁3上。在实际应用中，预应力锚索锚索具体布置形式、间距和数量以及施加荷载视工程具体要求。

新增长支护桩2的桩径等于或者大于原支护桩1的桩径。在实际应用中，新增长支护桩2在满足足够的嵌固深度的同时可按设计增大截面尺寸以加强桩身刚度。

新增长支护桩2间隔一根或者两根或者更多原支护桩1布设。在实际应用中，根据基坑实际情况，综合考虑基坑安全与经济效益，选择不同的布置间距，例如：可以选择间隔一根原支护桩布置或间隔两根原支护桩进行布置，在承载力较薄弱处可视情况适当加大密度。图1中示出的是“每隔两根原支护桩增设一根长支护桩”情况。

基于上述实施例公开的加固支护结构，本发明实施例相应提供了一种施工方法，该施工方法主要包括如下步骤：

1、破除原桩锚支护体系中的原冠梁，并且在破除过程中尽量避免打断原支护桩1的主筋。

2、按要求内插实施新增长支护桩2。

3、在所有新增长支护桩2实施完毕后，完成新增预应力锚索4的施工以及新设冠梁5的浇筑，在浇筑过程中尽量顺直原支护桩1的主筋并就近原则锚固浇筑于新设冠梁5中。

其中，除了上文指出并强调的内容，关于步骤2中新增长支护桩2、步骤3中新增预应力锚索4以及新设冠梁5三者的施工工艺本身参考现有技术即可。不过，为便于本领域技术人员理解本方案内容，以下仍给出详细实施内容。

在上述步骤2中，新增长支护桩2的实施可以参考以下内容：

①成孔工艺及技术要求

（1）成孔可采用泥浆护壁机械成孔；

（2）开钻前应充分做好准备工作，成孔施工应一次不间断完成，不得无故停钻；成孔与灌注间隔时间不应超过24小时；

（3）开孔时应控制钻进速度，防止孔内坍塌和孔斜；

（4）桩位偏差≤50mm，垂直度偏差＜1%，桩底沉渣厚度≤200mm；

②钢筋笼制作

（1）钢筋笼外形尺寸应符合设计要求，其允许偏差如下：

主筋间距：±10mm 箍筋间距：±20mm

钢筋笼直径：±10mm 钢筋笼总长：±100mm

钢筋笼保护层：±20mm

（2）钢筋笼主筋可采用搭接焊连接，采用搭接焊时，搭接长度单面焊，焊缝长度不小于10倍钢筋直径，双面焊焊缝长度不小于5倍钢筋直径，钢筋笼内加强筋与主筋采用焊接连接方式，箍筋与主筋采用绑扎或点焊连接；

（3）钢筋笼宜整段制作，在起吊、运输、安装中应采取措施防治变形，吊点部位应设置外箍或内箍加强钢筋，分段沉放时，纵筋的连接采用焊接，要特别注意焊接质量，同一截面上接头数量不得大于50%，相邻接头间距为35d且不小于500mm；钢筋笼放置方向与设计方向一致。

③桩身砼浇注

（1）钻孔桩达到孔底设计标高时，及时验收，验收合格后应及时浇灌桩身砼；

（2）砼配合比应通过计算或试配确定；

（3）使用材料应具有质量证明书和经检验合格后方可使用；

（4）拌制砼时应按配合比严格计量；

（5）桩身砼浇灌应采用导管法灌注，砼必须具有良好的和易性和流动性，坍落度一般为180~220mm，砼应连续一次灌注完毕，并保证密实度；

（6）浇筑导管应埋入砼表面，严禁导管提出砼面，严格控制导管拆卸时间，砼浇注要连续进行，导管底部应固定振动器，将桩身混凝土捣实，边灌边振。在浇注砼同时，应有专门人员记录导管埋深和导管内外砼面高差，以便及时提升和拆卸导管。

（7）冠梁施工前，应将桩顶浮浆凿除清理干净，桩顶以上出露的钢筋长度符合锚固要求。

在上述步骤3中，新增预应力锚索4的实施可以参考以下内容：

①预应力锚索成孔

预应力锚索采用机械成孔，锚孔倾斜角为水平向12-20°，锚孔成孔需采用跟管钻进施工工艺以防止孔内坍塌；考虑沉渣的影响，为确保锚索深度，实际钻孔深度要大于设计深度0.50m。锚孔成孔后必须清理锚孔内的沉渣，力求清理干净。

②预应力锚索设置

预应力锚索杆体在使用前应平直、除锈、除油，并严格按设计尺寸下料；预应力锚索放入锚孔前尽可能对孔内残存及扰动的废土进行清除；预应力锚索连同注浆管放入锚孔中应沿锚孔中心线放入，避免孔壁土体扰动坍塌，若孔壁土体坍塌应拔出锚索清除坍塌土体；预应力锚索放入锚孔后应及时封堵、注浆。

③预应力锚索注浆

注浆体应严格按设计要求配制，不得随意变动。注浆时，注浆管应插至距孔底50-100mm，注浆压力达到0.60MPa，稳压2分钟，且直到浆液从孔口溢出为止，否则应进行补浆。灌浆后，浆体强度未达到设计要求前，锚索不得受到扰动。

④预应力锚索张拉、锁定

当浆体强度达到设计强度85％后，进行张拉锁定，张拉锁定无异常后，不得切除外露的预应力筋，以便于后期进行补力张拉。

实际案例

兰州某增深开挖基坑工程，本工程采取了桩锚支护体系，由于后期设计变更（地下室增层），经讨论，要对原支护结构进行加固设计，遂采用现有技术中常用的“锚索增层加固设计”，但是基坑的变形控制是考验支护结构是否有效的重要指标，该加固方式并未取得理想的效果：使用此种加固方法后，基坑土体水平位移、竖向位移、支护桩深层土***移等基坑变形指标均不符合要求，可见此种加固方案对某些基坑开挖较深且基坑侧向土压力较大的情况下并不适用。

所以，立足于基坑的实际情况（基坑开挖较深且基坑侧向土压力较大），探究到出现问题的本质是原支护桩嵌固深度不足，研究后采用可以提供更大承载力的加固方案，即本发明“原支护桩桩间***长支护桩＋预应力锚索”的加固方案：前期首先经过严谨的数值模拟分析，结果显示基坑变形指标均符合基坑相关规范的要求，指标在安全范围内。后期进行了现场试验即现场施工，并配合基坑变形的现场监测，通过监测数据进一步验证此种加固方式的加固效果，并与前期模拟结果对比，得出的结论为；此种“原支护桩桩间***长支护桩＋预应力锚索”的加固结构可以很好地控制基坑变形，可以为桩锚支护基坑的增深加固提供强有力保证。

以上对本发明所提供的技术方案进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (4)

1.一种桩锚支护基坑增深加固支护结构，其特征在于，该加固支护结构包括原桩锚支护体系中的原支护桩（1）、设在所述原支护桩（1）上的腰梁（3）和外端固定在所述腰梁（3）上的原预应力锚索，以及新增长支护桩（2）、新增预应力锚索（4）和新设冠梁（5）；所述新增长支护桩（2）在所述原支护桩（1）桩间布设且两者保持在同一平面，所述新增长支护桩（2）贯穿整个基坑新的开挖深度，其顶部与所述原支护桩（1）的顶部平齐并通过所述新设冠梁（5）浇筑连接为一体；所述新增预应力锚索（4）在所述原支护桩（1）和所述新增长支护桩（2）两种桩的桩间分布且其外端固定在所述腰梁（3）上。

2.如权利要求1所述的加固支护结构，其特征在于，所述新增长支护桩（2）的桩径等于或者大于所述原支护桩（1）的桩径。

3.如权利要求1所述的加固支护结构，其特征在于，所述新增长支护桩（2）间隔一根或者两根或者更多所述原支护桩（1）布设。

4.一种权利要求1所述的桩锚支护基坑增深加固支护结构的施工方法，其特征在于，该施工方法包括：

破除原桩锚支护体系中的原冠梁，并且在破除过程中尽量避免打断原支护桩（1）的主筋；

按要求内插实施新增长支护桩（2）；

在所有所述新增长支护桩（2）实施完毕后，完成新增预应力锚索（4）的施工以及新设冠梁（5）的浇筑，在浇筑过程中尽量顺直所述原支护桩（1）的主筋并就近原则锚固浇筑于所述新设冠梁（5）中。

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