一种基坑支护结构及其施工方法发明专利

一种基坑支护结构及其施工方法

摘要：本发明公开了一种基坑支护结构，包括第一支护结构、第二支护结构和梯形钢筋混凝土，梯形钢筋混凝土分别与第一支护结构、第二支护结构相连；第一支护结构包括上牛腿、钢斜撑、下牛腿和混凝土灌注桩，钢斜撑分别与上牛腿、下牛腿相连，上牛腿与混凝土灌注桩相连；第二支护结构包括预应力锚杆、异型端块和斜支撑装置，预应力锚杆分别与混凝土灌注桩、梯形钢筋混凝土相连，异型端块设置在斜坡上，斜支撑装置与异型端块相连。本发明还公开了一种基坑支护结构的施工方法。本发明能够有效解决侧向压力导致支护结构变形的问题，抗力能力强，整体支护效果好；设置梯形钢筋混凝土和预应力锚杆作为下牛腿的支座，起到了控制水平向位移的作用。

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202111224150.7

专利申请（专利权）人：江苏科技大学
权利人地址：江苏省镇江市京口区梦溪路2号

专利发明（设计）人： 徐成皓 ,周爱兆 ,黄献文 ,刘刚 ,侯绍雯 ,胡梦狄

主权利要求:一种基坑支护结构及其施工方法
技术领域
[0001] 本发明属于支护结构及其施工方法，具体为一种基坑支护结构及其施工方法。
背景技术
[0002] 随着现代化进程的加速，经济蓬勃发展，上部结构越来越高，对于基坑的开挖也相对应的越来越深，地下空间的平面布置也跟着呈现多样化，为了实现地下空间的更有效布局，地下各层轮廓不一致逐渐常态化，一层地下室平面轮廓要大于二层地下室平面轮廓，一层与二层就会存在较大的垂直落差且该阶梯断面基坑不具备放坡开挖的条件，因而该段往往采用垂直开挖。垂直开挖中，基坑下混凝土灌注桩+两道混凝土内支撑的支护结构最为常见，但该种支护结构存在侧向压力导致支护结构变形的缺陷，不仅施工工期长，两道支撑给土方开挖和主体结构施工带来了不便，还会造成支护结构不可回收，项目成本过高。
[0003] 如何在有限的施工面上，获得较好的基坑支护力，同时加快阶梯断面垂直开挖的施工进度，成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
[0004] 发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明目的是提供一种抗力能力强、整体性好的基坑支护结构，本发明的另一目的是提供一种工作效率高、方便安全的基坑支护结构的施工方法。
[0005] 技术方案：本发明的一种基坑支护结构，包括第一支护结构、第二支护结构和梯形钢筋混凝土，梯形钢筋混凝土分别与第一支护结构、第二支护结构相连；第一支护结构包括上牛腿、钢斜撑、下牛腿和混凝土灌注桩，钢斜撑分别与上牛腿、下牛腿相连，上牛腿与混凝土灌注桩相连；第二支护结构包括预应力锚杆、异型端块和斜支撑装置，预应力锚杆分别与混凝土灌注桩、梯形钢筋混凝土相连，异型端块设置在斜坡上，斜支撑装置与异型端块相连。
[0006] 进一步地，梯形钢筋混凝土的上底是下牛腿边长的3 4倍，高度是下牛腿边长的2~ ~3倍。梯形钢筋混凝土有利于保障受力，限制梯形钢筋混凝土的侧向位移，相比于现有的矩形钢筋混凝土，作为下牛腿制作的支座，具有足够的刚度，承担斜撑所传来的斜向压力。
[0007] 进一步地，钢斜撑为H型钢斜撑。
[0008] 进一步地，斜支撑装置的数量为4 6个，相邻斜支撑装置的间距自上而下逐渐增~大，与水平面的夹角自上而下逐渐增大。多个斜支撑装置的不同设置，有利于控制主动土压力对灌注桩的侧向位移，提高斜支撑整体的刚度。斜支撑装置包括锚杆和钢管，锚杆分别与钢管和异型端块相连。锚杆伸入钢管的长度为钢管长度的2/3 3/4，优选为2/3。钢管内浇筑~
水泥浆。
[0009] 进一步地，用于锚固锚杆端部的异型端块通过挂网喷浆与斜坡固定连接，能够提高斜坡面的安全性。钢斜撑与上牛腿、下牛腿的连接处设置焊缝，能够减少因应力集中而造成的破坏。预应力锚杆的一端伸出混凝土灌注桩，并通过锚头固定，提高了水平向的拉力。
[0010] 上述基坑支护结构的施工方法，包括以下步骤：
[0011] 步骤一，进行定位放线和整平标高，施工混凝土灌注桩；
[0012] 步骤二，开挖一层地下室，施工梯形钢筋混凝土、上牛腿、钢斜撑、下牛腿和水平向预应力锚杆；
[0013] 步骤三，开挖土方至二层地下室，沿斜坡倾斜设置间距自上而下逐渐增大的异型端块，分别打入斜支撑装置，斜支撑装置与水平面的夹角自上而下逐渐增大，异型端块通过挂网喷浆与斜坡固定。
[0014] 工作原理：第一支护段采用不同角度与间距布置的斜撑结构，避免了大面积布置内支撑，还能有效控制主动土压力对支护结构的侧向位移；具有一定深度与宽度的梯形钢筋混凝土通过预应力锚杆锚固在混凝土灌注桩外围共同作为下牛腿的刚性支座，极大减小了因斜向力对支座位移的影响；第二支护段采用不同入射角与竖向间距的钢管和锚杆组合，加强该体系在土体中锚固段的拉力，锚杆端部伸入异型端块内加强端部锚固力，用钢筋网片与异型端块整体连接，喷射混凝土来提高斜坡面的稳定性。
[0015] 有益效果：本发明和现有技术相比，具有如下显著性特点：
[0016] 1、能够有效解决侧向压力导致支护结构变形的问题，抗力能力强，整体支护效果好；
[0017] 2、设置梯形钢筋混凝土和预应力锚杆作为下牛腿的支座，起到了控制水平向位移的作用，预应力锚杆穿到混凝土灌注桩的外围，用锚头固定，有利于提高水平向的拉力；
[0018] 3、采用混凝土灌注桩和钢斜撑等作为第一级支护，减少内支撑，空间上布置合理，有利于一层地下室的土方开挖；
[0019] 4、钢管内浇筑水泥浆，锚杆伸进其中2/3 3/4，有利于加强斜支撑装置的整体抗力~能力，同时，钢管与锚杆采用不同入射角度与竖向间距，有利于提高边坡的整体性；
[0020] 5、极大地缩短了施工工期，使用大众化支护材料，便于前期支护结构的施工，支挡与锚拉相结合，不仅布置灵活，而且出土迅速。
附图说明
[0021] 图1是本发明的结构示意图；
[0022] 图2是本发明的俯视图；
[0023] 图3是本发明钢斜撑12的连接示意图；
[0024] 图4是本发明斜支撑装置23处的局部放大图；
[0025] 图5是本发明预应力锚杆21处的局部放大图；
[0026] 图6是本发明异型端块22处的局部放大图。
具体实施方式
[0027] 如图1 2，基坑支护结构的第一支护结构1包括上牛腿11、钢斜撑12、下牛腿13和混~凝土灌注桩14，H型钢斜撑12与上牛腿11、下牛腿13焊接固定，H型钢斜撑12与水平面倾斜
45°设置，下牛腿13固定在梯形钢筋混凝土3上。混凝土灌注桩14嵌入土体的深度为8m，上牛腿11与混凝土灌注桩14浇筑成整体。梯形钢筋混凝土3的上底是下牛腿13边长的3 4倍，高~
度是下牛腿13边长的2 3倍，并且沿水平向拉结第二支护结构2的预应力锚杆21。二层地下~
室7施工结束后，对外墙与基坑8空隙进行回填，回填采用素土回填密实；一层地下室6施工结束后，对外墙与基坑8的空隙进行回填，回填时底部采用300厚素混凝土板，中部采用素土回填密实，顶部采用300厚素混凝土板。最终使得，素土与混凝土灌注桩14紧贴。第二支护结构2包括预应力锚杆21、异型端块22和斜支撑装置23，预应力锚杆21分别与混凝土灌注桩
14、梯形钢筋混凝土3固连，斜支撑装置23与异型端块22固定连接。沿斜坡4的第一个异型端块22与预应力锚杆21的一端固连，斜坡4的坡比为1：0.5 0.85。
~
[0028] 如图3，钢斜撑12与上牛腿11、下牛腿13的连接处设置焊缝15，钢斜撑12优选为H型钢斜撑12。
[0029] 如图4，斜支撑装置23的数量为4 6个，相邻斜支撑装置23的间距自上而下逐渐增~大，依次为1.0m、1.2m、1.4m、1.6m，相邻斜支撑装置23与水平面的夹角自上而下逐渐增大，a1=18°，a2=20°，a3=22°，a4=24°。斜支撑装置23包括锚杆231和钢管232，锚杆231分别与钢管
232和异型端块22相连。锚杆231伸入钢管232内部2/3 3/4，钢管232内浇筑水泥浆。钢管232~
顶部设有钻头。
[0030] 如图5，预应力锚杆21伸出混凝土灌注桩14的外围并用锚头25固定。如图6，异型端块22伸入土体内，锚杆231外端有了更大拉力，纵横向布置φ8@200的钢筋网片（@表示钢筋网片的间距，单位是mm），将斜坡4上的异型端块22连接成一个整体，喷射P.042.5水泥，水灰比为0.45～0.55的水泥砂浆，形成挂网喷浆24，使得坡面整体性加强。
[0031] 上述基坑支护结构的施工方法，包括以下步骤：
[0032] 步骤一，依据勘察单位提供的勘察资料与设计单位的图纸，进行现场的定位放线和整平标高；
[0033] 步骤二，施工混凝土灌注桩14；
[0034] 步骤三，基坑8四周用钢管架，接安全网维护，设安全警示杆，夜间设警示灯，并安排专人看护；
[0035] 步骤四，开挖土方至一层地下室6底板处，施工梯形钢筋混凝土3、上牛腿11、钢斜撑12、下牛腿13和水平向预应力锚杆21；
[0036] 步骤五，开挖土方至第一道锚杆231标高下0.5m处，倾斜18°打入第一根钢管232，锚杆231伸入钢管232内2/3，锚杆231外端伸入异型端块22内；
[0037] 步骤六，开挖土方至锚杆231标高下0.5m处，依次倾斜20°、22°、24°进行异型端块22、钢管232与锚杆231的施工，并使得斜支撑装置23的两两间距分别为1.0m、1.2m、1.4m、
1.6m；
[0038] 步骤七，开挖至基坑8坑底标高处，施工垫层与二层地下室7。
[0039] 如果需要增加地下室的层数，那么越往下，斜坡4的坡度越陡，同时，斜支撑装置23与水平面的倾斜角也越来越大。

专利地区：江苏

专利申请日期：2021-10-20

专利公开日期：2022-12-30

专利公告号：CN113863320B