基坑支护体系及其施工方法

摘要

本发明公开了基坑支护体系及其施工方法，该基坑支护体系包括设置于基坑坡面上的平面支撑体系、以及作用于基坑坡体内部的锚固支撑体系，所述平面支撑体系与所述锚固支撑体系固定连接，所述平面支撑体系和/或所述锚固支撑体系上还设置有预紧张拉体系，所述预紧张拉体系包括：预紧件，对所述平面支撑体系和/或所述锚固支撑体系进行预紧施力；张拉装置，对所述预紧件进行张拉预紧；调节组件，监测所述平面支撑体系和/或所述锚固支撑体系受力情况并调节对应位置预紧件的张拉预紧程度。本发明具有能够调节整体支护体系受力强度的效果，能够及时适应不同外部荷载，达到可靠的支撑效果，且结构简单，成本较低，适合推广应用。

说明书

技术领域

本发明涉及岩土工程支护技术领域，尤其涉及基坑支护体系及其施工方法。

背景技术

目前，针对基坑开挖工程，支护结构的形式主要包括内支撑结构、拉锚结构、排桩支护、地下连续墙支护、以及逆作拱墙等多种形式，其中较为常见的包括：

内支撑结构是在基坑开挖的内部，在两侧基坑壁之间架设一道或多道钢管或混凝土的支撑结构，以防止基坑发生过大变形或坍塌。当基坑开挖面积较大时，支撑结构中部往往会架设立柱，以防止支撑结构长细比过大发生失稳破坏。然而，这种支护方式往往会占据基坑内部大量空间，妨碍基坑内部的正常出土；而且，当内部架设立柱过多时，拟建建筑物不得不预留较多的孔道，导致建筑物防水体系遭到破坏。

另一种支护型式为拉锚结构，即岩土体锚固技术。该技术是在需要加固的岩土体中通过钻孔或直接挤入锚固杆体(钢筋或钢绞线)，从而达到提高岩土体自身承载力，减小岩土体变形的目的。通常在变形要求严格、地质条件差的情况下，通过钻孔、注浆、张拉等工艺制作的预应力锚固技术可以满足要求。预应力锚杆可以预先对土体进行压缩，是一种主动支护结构。然而，锚固技术也存在一定的缺点，锚杆具有一定的嵌入深度，因此在基坑周边空间较为狭小时将无法使用；并且，当邻近结构施工产生扰动时，锚杆易发生破坏，减小其支护效果；当锚固技术应用在软土地层中，由于锚杆杆体与软土层间极限摩阻力较小，为获得更大的锚固力不得不将锚杆长度加长，最终导致成本增加。

针对较大型的基坑，往往采用地下连续墙和国内有的技术中提到的“鱼腹梁结构”，该结构对基坑围檩结构施加预应力，从而对支挡结构提供约束。

但是上述几种支护结构虽然能够对基坑边坡起到一定的支护效果，但是在边坡受力发生较大变化时，缺少相对的适应和变化的能力，比如沉降、膨胀土遇水等特殊情况，此时既有的边坡防护受力结构不一定能够满足突然加大的受力荷载，特别对于施加预应力的相关构造，甚至会导致预应力构件的断裂，存在较大安全隐患。如果在支护结构设计时将这些可能出现的高荷载进行考虑，则又会明显提高支护结构的成本。

发明内容

为了解决现有技术中的支护结构对基坑边坡荷载突然变化难以有效适应的缺陷，本发明提出基坑支护体系。

本发明采用的技术方案是，基坑支护体系，包括设置于基坑坡面上的平面支撑体系、以及作用于基坑坡体内部的锚固支撑体系，所述平面支撑体系与所述锚固支撑体系固定连接，所述平面支撑体系和/或所述锚固支撑体系上还设置有预紧张拉体系，所述预紧张拉体系包括：预紧件，对所述平面支撑体系和/或所述锚固支撑体系进行预紧施力；张拉装置，对所述预紧件进行张拉预紧；调节组件，监测所述平面支撑体系和/或所述锚固支撑体系受力情况并调节对应位置预紧件的张拉预紧程度。

优选的，所述调节组件包括用于检测所述平面支撑体系、所述锚固支撑体系和预紧件多个位置受力情况的传感器组件、调节部分或全部预紧件的张拉预紧程度的执行组件，所述传感器组件根据检测到的当前环境值判断是否需要启动执行组件，若是则控制执行组件调节对应位置的预紧件的张拉预紧程度，直至传感器组件根据检测到的修正后的环境值判断所述执行组件停止。

优选的，所述平面支撑体系和/或所述锚固支撑体系上固定有多个在季肯边坡平面内分散布置的固定点，所述执行组件包括设置于所述固定点处的安装座、安装所述预紧件的安装件、以及用于调节所述安装件在安装座上位置的调节动力件。

优选的，所述安装件为中空且两端开口的套筒，所述安装件的两端开口均为弧形的喇叭口。

优选的，所述调节动力件包括液压千斤顶和控制电路，所述液压千斤顶通过控制电路与传感器组件电性连接，所述液压千斤顶固定安装于所述安装座上，所述安装座上还开设有供所述安装件滑动的限位槽，所述液压千斤顶的移动端与安装件固定连接。

优选的，所述预紧件为钢绞线且在平面支撑体系上呈网状布置，所述张拉装置包括钢绞线固定器和千斤顶组件。

优选的，所述平面支撑体系包括水平铺设于基坑坡面上的水平支撑组件和竖直铺设于基坑坡面上的竖直支撑组件，且水平支撑组件和竖直支撑组件呈上下两层分布并固定连接。

优选的，所述水平支撑组件和竖直支撑组件均包括多根间隔均匀排布的工字钢。

优选的，所述平面支撑体系与基坑坡面之间还设置有柔性防渗层和束缚层，所述束缚层包括多个横向束缚带和竖向束缚带，且锚固支撑体系依次穿过平面支撑体系、横向束缚带和竖向束缚带的交点、柔性防渗层并插入基坑边坡内。

本发明还提出了一种基坑支护体系的施工方法，包括如下步骤：

步骤一，边坡开挖后延坡面铺设柔性防渗层；

步骤二，在柔性防渗层上铺设束缚层；

步骤三，在束缚层上铺设竖直支撑组件；

步骤四，在竖直支撑组件上安装部分感应器组件，再铺设水平支撑组件，并将水平支撑组件与竖直支撑组件焊接固定；

步骤五，进行锚固支撑体系施工，并在锚固支撑体系与水平支撑组件连接处安装部分感应器组件；

步骤六，安装预紧张拉体系。

与现有技术相比，本发明将具有以下有益效果：

1、能够调节整体支护体系受力强度的效果，能够及时适应不同外部荷载，达到可靠的支撑效果，且结构简单，成本较低，适合推广应用；

2、采用柔性防渗层和束缚层能够减弱水体对边坡的作用力，如膨胀土等产生的形变会被柔性防渗层和束缚层部分抵消，从而降低了膨胀作用对坡面支护体系的进一步破坏；

3、采用分散布置的固定点来对预紧件进行多点控制，使得每一根钢绞线的受力情况均可以得到精确的调节，并在调节动力件的带动下对目标区域内进行有效的受力调节，当然也可以控制多段钢绞线同时调节从而形成局部加强的受力网体系，以应对局部应力的变化；

4、设置安装件为两端喇叭口的套筒，从而钢绞线穿出后进行调节时能够减少与受力点之间的摩擦，防止磨损断裂，延长使用寿命。

附图说明

下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明，其中：

图1是本实施例的正视图；

图2是本实施例的剖视图；

图3是安装座和安装件的连接示意图；

图4是安装件的剖面示意图。

1、平面支撑体系；2、水平支撑组件；3、竖直支撑组件；4、锚固支撑体系；5、柔性防渗层；6、横向束缚带；7、竖向束缚带；8、边坡；9、钢绞线；10、安装件；11、安装座；12、限位槽；13、液压千斤顶。

具体实施方式

一种基坑支护体系，如图1-4所示，包括设置于基坑坡面上的平面支撑体系1、以及作用于基坑坡体内部的锚固支撑体系4，所述平面支撑体系1与所述锚固支撑体系4固定连接，所述平面支撑体系1和/或所述锚固支撑体系4上还设置有预紧张拉体系，所述预紧张拉体系包括：

预紧件，对所述平面支撑体系1和/或所述锚固支撑体系4进行预紧施力；

张拉装置，对所述预紧件进行张拉预紧；

调节组件，监测所述平面支撑体系1和/或所述锚固支撑体系4受力情况并调节对应位置预紧件的张拉预紧程度。

具体的说，如图1-4所示，平面支撑体系1包括水平铺设于基坑坡面上的水平支撑组件2和竖直铺设于基坑坡面上的竖直支撑组件3，且水平支撑组件2和竖直支撑组件3呈上下两层分布并固定连接，水平支撑组件2和竖直支撑组件3均包括多根间隔均匀排布的工字钢，在本实施例中，竖直支撑组件3设置于水平支撑组件2的下方，且竖直支撑组件3的排布间距小于水平支撑组件2的排布间距，实际施工时竖直支撑组件3的工字钢和水平支撑组件2的工字钢连接点处均采用焊接的方式形成固定。

如图1-4所示，预紧件为钢绞线9且在平面支撑体系1上呈网状布置，所述张拉装置包括钢绞线9固定器和千斤顶组件。调节组件包括用于检测所述平面支撑体系1、所述锚固支撑体系4和预紧件多个位置受力情况的传感器组件、调节部分或全部预紧件的张拉预紧程度的执行组件，所述传感器组件根据检测到的当前环境值判断是否需要启动执行组件，若是则控制执行组件调节对应位置的预紧件的张拉预紧程度，直至传感器组件根据检测到的修正后的环境值判断所述执行组件停止。

如图1-4所示，平面支撑体系1和/或所述锚固支撑体系4上固定有多个在季肯边坡8平面内分散布置的固定点，所述执行组件包括设置于所述固定点处的安装座11、安装所述预紧件的安装件10、以及用于调节所述安装件10在安装座11上位置的调节动力件。

如图3-4所示，所述安装件10为中空且两端开口的套筒，所述安装件10的两端开口均为弧形的喇叭口；调节动力件包括液压千斤顶13和控制电路，所述液压千斤顶13通过控制电路与传感器组件电性连接，所述液压千斤顶13固定安装于所述安装座11上，所述安装座11上还开设有供所述安装件10滑动的限位槽12，所述液压千斤顶13的移动端与安装件10固定连接；。

在本实施例中，如图1-4所示，固定点即为水平支撑组件2和竖直支撑组件3固定连接点，安装座11为焊接固定于工字钢上的金属底座，液压千斤顶13通过螺栓固定在安装座11上，同时安装座11上还开设有限位槽12，液压千斤顶13的顶出移动端与套筒固定连接，当液压千斤顶13启动顶出时，即可带动套筒在限位槽12中滑动，进而达到对钢绞线9进一步张拉的效果，而且由于固定点设置有很多，使得局部区域的多根钢绞线9可以同时进行调节，形成一个局部受力加强网格，而不仅仅受限于钢绞线9两端的千斤顶组件。

同时，套筒的两端开口均为喇叭的弧状设置，从而即使一根钢绞线9不在一根直线上，其具有多个受力点，但是由于弧线的设计能够很好的进行方向上的过渡，从而能够有效减少钢绞线9在套筒内的磨损，提高钢绞线9的使用寿命。

另一方面，为了进一步抵消基坑边坡8产生形变带来的应力变化，在基坑边坡8土体上还铺设有柔性防渗层5和束缚层，所述束缚层包括多个横向束缚带6和竖向束缚带7，且锚固支撑体系4依次穿过平面支撑体系1、横向束缚带6和竖向束缚带7的交点、柔性防渗层5并插入基坑边坡8内，通过锚固支撑体系4将整个支护体系连接成立体上的一体。

柔性防渗层5采用柔性土工布，且叠加铺设多层，具体层数以实际土层情况而定；横向束缚带6和竖向束缚带7均采用多根钢筋制备形成，且柔性防渗层5上还可以铺设一层钢筋网片，达到加固的效果。锚固支撑体系4则采用常规的锚杆即可，也可以根据实际支撑受力需求采用钢锚杆或现浇注浆锚杆，且所有锚杆的端部均与横向支撑组件或竖向支撑组件形成有效的受力连接，最好采用焊接固定的方式，或采用张拉抵紧的方式。

感应器组件包括多个压力传感器，其安装于整个体系的多个位置，张拉装置中钢绞线9的两端通过钢绞线9固定器固定，再通过千斤顶组件中的千斤顶实现张拉预紧，而该千斤顶端部则放置有压力传感器，用于测定张拉预紧的受力情况；同时，液压千斤顶13与套筒之间也放置有压力传感器，用于测定钢绞线9调节时施加的作用力大小；当然也可以安装于其他需要收集压力值的位置，如水平支撑组件2与柔性防渗层5之间，或者水平支撑组件2与束缚带之间；感应器组件也可以包括其他用于测量应力变化的应力传感器，并且上述各种传感器均通过控制电路与控制系统连接，控制系统则也通过控制电路与每一个液压千斤顶13连接，通过预先设定控制系统中各个位置的安全应力值，当实际测到的应力值发生变化时，则与该设定的安全设定值进行比较，当二者差值超出一定范围，如5-10%时，即可通过控制系统控制应力变化区域周边的所有钢绞线9进行张拉调整，直至测定的应力值回复至安全值范围内及停止液压千斤顶13。

本实施例中还公开了上述基坑支护体系的施工方法，包括如下步骤：

步骤一，边坡8开挖后延坡面铺设柔性防渗层5；

步骤二，在柔性防渗层5上铺设束缚层；

步骤三，在束缚层上铺设竖直支撑组件3；

步骤四，在竖直支撑组件3上安装部分感应器组件，再铺设水平支撑组件2，并将水平支撑组件2与竖直支撑组件3焊接固定；

步骤五，进行锚固支撑体系4施工，并在锚固支撑体系4与水平支撑组件2连接处安装部分感应器组件；

步骤六，安装预紧张拉体系。

当然在边坡8开挖的过程中一般均采用层层开挖的形式，而步骤二到步骤六也可以根据不同开挖层而同时进行，如不同区域的开挖层不相同，此时即可不同步骤在不同区域同时进行。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。