锚索与可回收钢桩组合的基坑支护结构及其施工方法

摘要

本发明属于基坑支护工程中的锚索与可回收钢桩组合的基坑支护结构及其施工方法，技术方案为：种锚索与可回收钢桩组合的基坑支护结构，水泥土搅拌桩的一侧为基坑开挖区，水泥土搅拌桩内设置型钢桩、钢板桩，钢梁、斜钢索、锚索和旋喷桩；型钢桩位于靠近基坑开挖侧，钢板桩位于远离基坑开挖侧；钢梁连接型钢桩和钢板桩，旋喷桩位于钢板桩的下部；斜钢索向下绕过钢板桩的桩身，并卡在桩身位置，两端向上与型钢桩的顶部外侧锚固；钢板桩内设置锚索，锚索的顶部与钢板桩的顶部锚固，锚索的底部与设在旋喷桩内的锚固装置锚固。其中基坑支护结构中钢材可完整回收重复利用。

说明书

技术领域

本技术属土木工程技术领域，尤其用于基坑支护工程中，具体涉及一种锚索与可回收钢桩组合的基坑支护结构及施工方法。

背景技术

在基坑工程施工过程中，一般需要采用基坑支护挡墙，作为临时支撑保障基坑开挖施工顺利进行，基坑支护结构要具有直立稳定、微变形、止水等功能，对于软土地区一至二层地下结构的基坑工程，常规的基坑支护方法有水泥土重力式围护墙、型钢水泥土搅拌墙、灌注桩排桩、双排桩等形式。现有各方案存在以下几个方面不足：1.水泥土重力式围护墙整体性差，仅适用于较浅基坑，且变形较大，易崩塌；2.型钢水泥土搅拌墙为水泥土搅拌桩中插入型钢，其中型钢可回收，一般需在基坑开挖区内配套设置坑内支撑或斜向锚索；3.灌注桩排桩成本较高，全部材料不可回收，且施工完成后成为地下障碍物，一般需设置坑内支撑或斜向锚索；4.坑内支撑系统影响地下结构施工效率、斜向锚索因超出用地红线，多数工程难以实施；5.双排桩支护结构增加一排桩及横梁，形成门架式结构，成本较高，但水平刚度提升有限，抗变形能力弱。由于以上各种原因，基坑支护工程综合成本高，材料浪费严重，不利于节能环保。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种锚索与可回收钢桩组合的基坑支护结构及其施工方法，其中基坑支护结构中钢材可完整回收重复利用。

本发明的技术方案为：一种锚索与可回收钢桩组合的基坑支护结构，水泥土搅拌桩的一侧为基坑开挖区，水泥土搅拌桩内设置型钢桩、钢板桩，钢梁、斜钢索、锚索和旋喷桩；型钢桩位于靠近基坑开挖侧，钢板桩位于远离基坑开挖侧；钢梁连接型钢桩和钢板桩，旋喷桩位于钢板桩的下部；斜钢索向下绕过钢板桩的桩身，并卡在桩身位置，两端向上与型钢桩的顶部外侧锚固；钢板桩内设置锚索，锚索的顶部与钢板桩的顶部锚固，锚索的底部与设在旋喷桩内的锚固装置锚固。

基于上述技术特征：型钢桩的顶部侧面焊接锚具托架；钢板桩的桩身侧面焊接第一钢板，第一钢板外侧焊接第二钢板，第二钢板的底标高低于第一钢板的底标高，第一钢板和第二钢板之间形成槽口，斜钢索绕过槽口，斜钢索顶部张拉端设置第一锚具，第一锚具固定在锚具托架上。

基于上述技术特征：锚具托架宽度大于型钢桩的翼缘宽度，并在超出型钢桩宽度范围之外的端部区预留斜钢索穿过的孔道，使斜钢索从型钢桩两侧绕过。

基于上述技术特征：钢板桩与斜钢索接触面为圆弧形。

基于上述技术特征：锚索顶部张拉端设置第二锚具，第二锚具固定在钢板桩的顶板上，第二锚具和顶板之间设有垫板。

基于上述技术特征：型钢桩、钢板桩的顶部侧面与钢梁通过螺栓连接。

本发明的施工方法为：

步骤一：型钢桩、钢板桩、钢梁之间采用螺栓连接为整体，斜钢索向下绕过钢板桩的第一钢板、第二钢板形成的槽口，两端分别利用第一锚具锚固于锚具托架之上，斜钢索张拉以绷直为准；

步骤二：施工水泥土搅拌桩，并将步骤一组合完成的结构紧随水泥土搅拌桩之后插入液态桩体内；

步骤三：当水泥土搅拌桩达到特定强度后，在钢板桩内部范围钻孔施工锚索、锚固装置和旋喷桩；待旋喷桩达到设计强度后，在钢板桩顶部安装垫板和第二锚具，张拉并锚固锚索的上端至第二锚具；

步骤四：进一步张拉斜钢索达到设计张拉力，利用第一锚具锚固斜钢索；

步骤五：开挖基坑开挖区土体，施工地下室结构；

步骤六：施工完成地下室结构并回填基坑后，放松第一锚具，逐根抽出斜钢索；放松第二锚具，拆除垫板；当锚固装置采用可回收装置条件下，抽出回收锚索；

步骤七：拆除型钢桩、钢板桩与钢梁之间连接用的螺栓，回收钢梁，分别拔出型钢桩、钢板桩，拔出后的孔道采用灌水泥浆方式充填，完成基坑施工。

基于上述技术特征：步骤4和步骤5替换为：开挖基坑开挖区土体，施工地下室结构；在基坑开挖区土体开挖过程中多次逐步增加斜钢索张拉力，达到设计张拉力，利用第一锚具锚固斜钢索。

上述技术方案中，水泥土搅拌桩是现有成熟技术，本发明采用的是一种索桁架，水泥土搅拌桩属于受力次要结构，主要作用是作为止水帷幕止水、以及便于型钢桩、钢板桩插入土中时减少阻力，施工时是把土和水泥浆搅成糊状后方便插入型钢。

该结构和施工方法可实现基坑支护结构中钢材的完整回收，在锚索不超出用地红线的前提下，形成斜拉式支护结构，且充分发挥钢绞线作为受拉构件的高强度优势，减少基坑支护工程中钢材的用量；同时可在基坑开挖过程中多次逐步增加斜钢索张拉力，可同步控制基坑支护结构变形，保证基坑工程及周边环境安全。

本发明的有益效果包括：1.基坑支护结构中高价值的钢材可回收重复利用；2.可以取消坑内支撑体系，降低工程造价，提高施工便利性；3.旋喷桩上设置的锚索竖向设置，不超出用地红线范围，不受用地范围影响，便于实施；4.可在基坑开挖过程中多次增加斜钢索张拉力，同步控制基坑支护结构变形，保证基坑工程及周边环境安全。

附图说明

图1为本发明的整体安装图。

图2为A节点详图。

图3为A节点的J-J剖面图。

图4为B节点详图。

图5为B节点的K-K剖面图。

图6为C节点详图。

图7为C节点的L-L剖面图。

图8为C节点的M-M剖面图。

图中标号：1为型钢桩，11为锚具托架，2为钢板桩，21为顶板，22为侧连接板，23为第一钢板，24为第二钢板，3为钢梁，31为第一端板，32为第二端板，4为斜钢索，41为第一锚具，5为锚索，51为第二锚具，52为垫板，53为锚固装置，6为旋喷桩，7为水泥土搅拌桩。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

下面通过实施例进一步描述本发明。

如图1所示，水泥土搅拌桩7的一侧为基坑开挖区。水泥土搅拌桩7内包括型钢桩1、钢板桩2，钢梁3、斜钢索4、锚索5和旋喷桩6；型钢桩1靠近基坑开挖侧，钢板桩2位于远离基坑开挖侧；钢梁3连接型钢桩1和钢板桩2，旋喷桩6位于钢板桩2的下部；斜钢索4向下绕过钢板桩2的桩身，并卡在桩身位置，两端向上与型钢桩1的顶部外侧锚固；钢板桩2内设置锚索5，锚索5的顶部与钢板桩2的顶部锚固，锚索5的底部与设在旋喷桩6内的锚固装置53锚固。

型钢桩1为热轧H型钢，长度15m；如图5所示，钢板桩2为12mm厚半圆弧形截面的钢板桩，在这种情况下，可使斜钢索4与钢板桩2桩身的接触面为圆弧形，方便斜钢索4绕钢板桩布置。钢板桩2的长度12m。如图2至图5所示，钢梁3为热轧H型钢，长度3m。钢梁3两端分别焊接第一端板31、第二端板32。第一端板31、第二端板32均为16mm厚钢板。第一端板31用于螺栓连接型钢桩1；第二端板32用于螺栓连接钢板桩2。

如图2和图3所示，型钢桩1顶部侧面焊接锚具托架11，锚具托架11为钢板弯折或拼接焊接而成的三角形管状，钢板厚度为16mm；锚具托架11宽度500mm，并在超出型钢桩1翼缘宽度范围之外的端部区为斜钢索4预留孔道。斜钢索4为15.24mm直径的七芯钢绞线，数量根据基坑支护计算确定，顶部张拉端设置第一锚具41，第一锚具41采用长方形夹片式锚具套装，第一锚具41固定在锚具托架11上，斜钢索4从型钢桩1两侧绕过，贯穿锚具托架11的孔道，利用第一锚具41锚固。

如图4和图5所示，钢板桩2顶部焊接顶板21，顶板21为20mm厚钢板，板中开直径150mm的锚索施工孔；钢板桩2顶部侧面焊接侧连接板22，侧连接板22为16mm厚钢板，预留螺栓孔，用于和钢梁3的第二端板32连接。

如图6、图7和图8所示，钢板桩2的圆弧外侧焊接第一钢板23，第一钢板23外侧焊接第二钢板24，第二钢板24的底标高低于第一钢板23的底标高，形成向下开口的槽口，第一钢板23及第二钢板24均为弧形16mm厚钢板。斜钢索4向下绕过钢板桩2上第一钢板23和第二钢板24形成的槽口。

如图4和图5所示，锚索5为15.24mm直径的七芯钢绞线，数量根据基坑支护计算确定，顶部张拉端设置垫板52及第二锚具51，第二锚具51采用圆形夹片式锚具套装，垫板52为20mm厚直径为200mm的钢板，覆盖于顶板21孔洞上方，板中为锚索预留孔道。如图1所示，锚索5底端在旋喷桩6内设置锚固装置53，如锚固装置53采用成品可回收锚固装置，锚索5可回收。

旋喷桩6可采用400至800桩径高压旋喷桩，其中端部桩径为800mm，中间段桩径为400mm。

水泥土搅拌桩7可采用Φ700@500双轴水泥土搅拌桩，桩长15m；型钢桩1、钢板桩2、钢梁3、斜钢索4的组合结构紧随水泥土搅拌桩7施工后整体插入水泥土搅拌桩7内部。

以上所有部件均可通过焊接及螺栓连接、拆装；参照图1至图8，本技术领域的施工及安装技术人员均能顺利实施。

本发明的施工方法的实施例描述为：

步骤一：型钢桩1、钢板桩2、钢梁3之间采用螺栓连接为整体，斜钢索4向下绕过钢板桩2上第一钢板23、第二钢板24形成的槽口，两端分别利用第一锚具41锚固于锚具托架11之上，斜钢索4张拉以绷直为准。

步骤二：施工水泥土搅拌桩7，并将步骤一组合完成的结构紧随水泥土搅拌桩7之后插入液态桩体内。

步骤三：当水泥土搅拌桩7达到特定强度后，在钢板桩2内部范围钻孔施工锚索5、锚固装置53、旋喷桩6，具体施工方式为：钻孔，下放锚固装置53、锚索5及旋喷机器喷管，喷管在中心，自下而上喷射高压浆液，桩体形成后锚固装置53和锚索5留在旋喷桩体中心位置。此处的工艺属于现有成熟技术。待旋喷桩6达到设计强度后，在钢板桩2顶部安装垫板52、第二锚具51，张拉并锚固锚索5。

步骤四：进一步张拉斜钢索4达到设计张拉力，利用第一锚具41锚固斜钢索4，也可在基坑开挖区土体F开挖过程中多次逐步增加斜钢索4张拉力，同步控制基坑支护结构变形。

步骤五：开挖基坑开挖区土体F，施工地下室结构；图1中所示，基坑坑底E上为基坑开挖区土体F、水泥土搅拌桩7的顶面与坑外地面G齐平。

步骤六：施工完成地下结构并回填基坑后，放松第一锚具41，逐根抽出斜钢索4；放松第二锚具51，拆除垫板52，锚固装置53采用可回收旋喷锚具时，锚索5也可回收。一般，现有技术中，旋喷锚索的锚具有两种，一种是常规不可回收的，即工程完成后锚索不抽出，锚索锚具都留在土里；另一种可回收锚索在施工完成后，锚索可以抽出回收，两种方式锚具都是留在旋喷桩桩体内。

步骤七：拆除型钢桩1、钢板桩2与钢梁3之间的连接螺栓，回收钢梁3，分别拔出型钢桩1、钢板桩2，拔出后的孔道采用灌水泥浆方式充填，完成基坑施工。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。