一種鋼管托換樁與錨桿深基坑支護結構及其施工方法
【專利摘要】本發明公開了一種鋼管托換樁與錨桿深基坑支護結構的施工方法：（1）對鋼管托換樁進行放線定位；（2）開挖導坑；（3）開挖操作坑；（4）安裝鋼管托換樁；（5）卸除壓樁設備，在所有鋼管托換樁的空腔內充填混凝土并振搗密實；（6）對鋼管混凝土托換樁預壓托換處理；（7）在鋼管混凝土托換樁與既有建筑物基礎的接觸部位植入錨固鋼筋，將錨固鋼筋與鋼管混凝土托換樁連接；（8）分層回填操作坑并夯實；（9）開挖基坑內土體；（10）將水泥漿或水泥砂漿注入錨桿的鉆孔內；（11）設置錨桿的腰梁。本發明的鋼管托換樁與錨桿深基坑支護結構具有施工所需場地小、結構受力明確、施工周期短、施工簡便、對環境影響小且成本低等優點。
【專利說明】一種鋼管托換粧與錨桿深基坑支護結構及其施工方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于建筑結構施工【技術領域】，具體涉及一種鋼管托換樁與錨桿深基坑支護結構及其施工方法。
【背景技術】
[0002]隨著我國經濟建設的迅猛發展，城市高層建筑大量涌現，基礎埋深越來越大，伴隨著出現了許多深基坑。由于城市建筑物密集，基坑周圍環境條件復雜，在許多情況下，基坑周圍存在著既有建筑物，因此保證深基坑及臨近的既有建筑物的安全尤為重要。常規的支護方法通常存在以下問題:(I) 一些施工場地狹小的區域，基坑放坡往往受到限制，不得不進行垂直開挖，由于基坑邊緣距離既有建筑物的基礎通常很近，常規的支護方法難以實施；
[2]鋼管托換樁與基礎之間易產生滑移；(3)鋼管樁受力后易于失穩的問題；(4)鋼管托換樁側向抗力較弱。因此，研究一種新的基坑支護結構及施工方法十分必要和迫切。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在于，提供一種鋼管托換樁與錨桿深基坑支護結構的施工方法，本發明解決了:(1)由于基坑邊緣距離既有建筑物較近，傳統基坑支護方法難以實施條件下的基坑支護問題；(2)鋼管托換樁與基礎之間易于產生滑移的問題；(3)鋼管樁受力后易于失穩的問題；(4 )鋼管托換樁側向抗力較弱的問題。
[0004]為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案是:
[0005]一種鋼管托換樁與錨桿深基坑支護結構的施工方法，包括以下步驟:
[0006]( I)對鋼管托換樁進行放線定位；
[0007](2)在既有建筑物基礎的外邊緣一定距離處豎直開挖導坑；
[0008](3)開挖操作坑:將導坑的既有建筑物基礎底面以下的部分向建筑物方向水平開挖至設計的鋼管托換樁位置處形成操作坑；
[0009](4)在操作坑內的設計樁位處豎直安裝第一節鋼管托換樁；以既有建筑物基礎底面以上荷載為反力，使用壓樁設備將鋼管托換樁垂直壓入導坑底部的地基土中；
[0010](5)卸除壓樁設備，在所有鋼管托換樁的空腔內充填混凝土并振搗密實，形成鋼管混凝土托換樁；
[0011](6)采用托換裝置對鋼管混凝土托換樁進行預壓托換處理；
[0012](7)在鋼管混凝土托換樁與既有建筑物基礎的接觸部位植入錨固鋼筋，待混凝土凝結硬化后，將錨固鋼筋與鋼管混凝土托換樁上的托換鋼管焊接，從而將既有建筑物基礎與鋼管混凝土托換樁固定為一體；
[0013](8)分層回填操作坑并夯實，待距離既有建筑物基礎底面下方一定距離時停止回填，然后澆筑混凝土承臺，鋼管混凝土托換樁施工完成；
[0014](9)開挖基坑內土體；待基坑開挖深度達到基礎底面標高以下一定距離時，在基坑側壁上標記每個錨桿的孔口位置，從基坑內壁向靠近建筑物的一側斜向下打一錨桿孔，錨桿孔位于兩個鋼管混泥土托管樁之間；
[0015]( 10)將水泥漿或水泥砂漿注入錨桿的鉆孔內，錨桿施工完成；
[0016](11)在基坑側壁上的錨桿標高處沿水平方向設置錨桿的腰梁；將錨桿鋼筋從腰梁中間穿過，對錨桿進行張拉，對錨桿鋼筋進行鎖定，支深基坑支護結構施工完成。
[0017]進一步的，所述步驟(I)中，相鄰鋼管托換樁之間的間距不大于1.5m。
[0018]進一步的，所述步驟(I)中，在距離既有建筑物基礎的外邊緣10?20cm處豎直開挖導坑，該導坑的平面尺寸為1.2mX 1.0m?1.5mX 1.0m,導坑的深度至既有建筑物基礎底面以下1.5?2.0m0
[0019]進一步的，所述步驟(I)中，所述的混凝土為強度等級較高的素混凝土。
[0020]進一步的，所述步驟(8)中，采用2:8灰土分層回填操作坑并夯實，分層厚度為15?20cm，待距離既有建筑物基礎底面下方50?80cm時停止回填。
[0021]進一步的，所述步驟(9)中，根據擬開挖的基坑邊線分層開挖基坑內土體，分層厚度為1.0?2.0m ;待基坑開挖深度達到基礎底面標高以下1.8?2.0m時設置錨桿開孔。
[0022]上述鋼管托換樁與錨桿深基坑支護結構，包括豎直安裝在既有建筑物基礎I底面的多個鋼管混凝土托換樁以及多個錨桿；所述鋼管混凝土托換樁包括鋼管托換樁以及灌注在其內部空腔中的混凝土 ；多個所述錨桿傾斜安裝在既有建筑物基礎底面以下的土體中設置的安裝孔內，錨桿位于兩個鋼管混凝土托換樁之間；錨桿與其所在的安裝孔之間灌注有水泥漿或者水泥砂漿。
[0023]進一步的，所述鋼管混凝土托換樁上的托換鋼管與既有建筑物基礎的接觸部位通過錨固鋼筋焊接。
[0024]進一步的，所述錨桿的孔的傾角為15°?25°，錨桿的孔口上端距既有建筑物基礎的底面為1.8?2mο
[0025]進一步的，所述鋼管混凝土托換樁的樁間距不大于1.5m。
[0026]與現有的基坑支護結構相比，本發明具有如下特點:
[0027](I)本發明施工所需場地較小，適用于基坑邊緣距離既有建筑物基礎較近時進行垂直開挖的情況。
[0028](2)本發明在鋼管托換樁施工完成后，通過既有建筑物基礎內植入錨固鋼筋，將托換樁與基礎連成整體，能夠有效阻止托換樁與基礎之間的滑移，保證支護結構共同工作。
[0029](3)本發明的鋼管托換樁和錨桿均施加預應力，結構受力明確，數值大小可控，支護體系可靠，解決了鋼管樁受力后易于失穩的問題。
[0030](4)本發明在鋼管托換樁外側基坑部位設置預應力錨桿，能夠減小樁的自由長度，改變樁的受力狀態，顯著增加支護結構的抗側向變形能力。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0031]圖1是本發明的鋼管托換樁與錨桿深基坑支護結構的結構示意圖。
[0032]圖2是圖1的A-A向視圖。
[0033]圖3是圖1的大樣圖。
[0034]圖中各標號含義:1_既有建筑物基礎、2-鋼管混凝土托換樁、3-托換鋼管、4-錨固鋼筋、5-錨桿、6-基坑開挖標聞、7-腰梁、8-錨桿鋼筋、9-墊塊、10-螺母。[0035]以下結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細說明。
【具體實施方式】
[0036]參見圖1?圖3，本發明的鋼管托換樁與錨桿深基坑支護結構及其施工方法，具體包括以下步驟:
[0037](I)基坑開挖前，根據基底以上荷載和鋼管樁的承載力，確定鋼管托換樁的數量和位置，樁間距不大于1.5m，對鋼管托換樁進行放線定位；
[0038](2)距離既有建筑物基礎I的外邊緣10?20cm處豎直開挖導坑，該導坑的平面尺寸為1.2mX 1.0m?1.5mX 1.0m,導坑的深度至既有建筑物基礎I底面以下1.5?2.0m ;
[0039](3)開挖操作坑:將導坑在既有建筑物基礎I底面以下的部分向既有建筑物基礎I的方向水平開挖至設計的鋼管托換樁位置處，得到高度為1.5?2.0m的操作坑；
[0040]( 4 )在操作坑內的設計樁位處豎直安裝第一節鋼管托換樁，并校正垂直。以既有建筑物基礎I底面以上荷載為反力，使用壓樁設備(如千斤頂)將鋼管托換樁豎直向下壓入操作坑底部的地基土中；為了便于施工，將鋼管托換樁預先加工成長度為1.0?1.5m的若干段，每段之間現場進行焊接；
[0041](5)當終止壓樁力和既有建筑物基礎的底面以下樁長滿足設計要求時，卸除壓樁設備，在所有鋼管托換樁的空腔內充填強度等級較高的素混凝土，并振搗密實，形成鋼管混凝土托換樁2 ；
[0042](6)采用托換裝置對鋼管混凝土托換樁2進行預壓托換處理，以阻止鋼管混凝土托換樁2卸荷后產生回彈；
[0043](7)待混凝土凝結硬化后，在鋼管混凝土托換樁2上端開口處固定一厚度不小于2cm的鋼板，然后在鋼板上固定一托換鋼管3，保證托換鋼管3與鋼管混凝土托換樁2同軸；托換鋼管3上端接觸既有建筑物基礎I ;在既有建筑物基礎I底部的與托換鋼管3的接觸部位植入錨固鋼筋4，將錨固鋼筋4與托換鋼管3焊接，從而將既有建筑物基礎I與鋼管混凝土托換樁2固定為一體；
[0044](8)采用2:8灰土分層回填操作坑和導坑并夯實，待距離既有建筑物基礎I底面下方50?80cm時停止回填導坑,分層回填的層厚為15?20cm,然后燒筑混凝土承臺，鋼管混凝土托換樁2施工完成；
[0045](9)根據擬開挖的基坑邊線，分層開挖基坑，分層厚度為1.0?2.0m。待基坑深度達到既有建筑物基礎I底面標高以下1.8?2.0m時，根據設計要求在基坑的靠近既有建筑物基礎I的一側側壁標記錨桿5的孔口位置；
[0046](10)在每個錨桿5孔口位置標記處，采用回轉鉆或沖擊回轉鉆，從基坑內壁向靠近建筑物的一側斜向下打一錨桿孔，保證錨桿孔位于兩個鋼管混凝土托換樁2之間，避免對鋼管混凝土托管樁2造成破壞；孔徑100?150_，孔的傾角為15°?25° ;孔深按錨桿設計的承載力確定；
[0047](11)錨桿5鉆孔完成后，在孔內放入錨桿鋼筋8和注漿管，通過高壓膠管和注漿管將水泥漿或水泥砂漿注入錨桿5的孔內，注漿壓力0.1?2.0MPa，錨桿5施工完成；
[0048](12)當錨桿5施工完成7?10天后，在基坑側壁上的錨桿5標高處沿水平方向設置錨桿5的腰梁7 ;將錨桿鋼筋8從腰梁7中間穿過，并放上楔形墊塊9，然后采用穿心千斤頂對錨桿5進行張拉，用螺母10對錨桿鋼筋進行鎖定，基坑支護結構施工完成。
[0049]為了說明本發明的具體實施過程以及驗證本發明的有效性，發明人給出以下施工實施例。
[0050]某擬建造的綜合樓為框架結構，其設計樓層為地面以上為12層，地下2層。擬開挖基坑深度，從自然地坪往下為8.5m。擬開挖基坑東側與既有6層住宅樓相鄰，其余各面均與城市道路相接。既有6層住宅樓為磚混結構，條形基礎，基底埋深為2.0m,即住宅樓的基礎底面在地坪以下2.0m0擬開挖基坑邊緣距離6層住宅樓西山墻基礎外邊緣僅1.5m遠，無放坡條件和大型機械施工條件。
[0051]該場地地貌單元屬渭河II級階地，基坑深度內場地土由雜填土和粉質粘土組成，雜填土厚1.5m,粉質粘土厚7.0m。地下水位深度介于8.0~8.5m。
[0052]由于場地東側周圍環境所限，無放坡條件，只能采用垂直開挖，傳統的灌注樁支護施工距離不夠。經幾種支護方案比較，確定采用本發明的鋼管托換樁與錨桿支護結構。根據對建筑物基底以上荷載及開挖后邊坡土壓力計算，在基坑東側既有建筑物基礎下共布置鋼管托換樁21根，樁間距1.0m，樁長不小于12.5m，設計單樁承載力為300kN，終止壓力為450kN。為了彌補鋼管樁抗側力不足的缺陷，限制基坑變形，在基坑4.5m深度處布置一道預應力錨桿，錨桿孔徑為Φ 150，水平間距為1.5m，錨桿長20.0m，錨桿軸向承載力設計值為200kN，腰梁采用2根槽鋼拼接，規格2 [18。具體施工過程如下:
[0053](I)對鋼管托換樁進行放線定位，樁間距1.0m ；
[0054](2)在托換樁位處，緊貼既有建筑物基礎I外邊緣開挖操作導坑，導坑平面尺寸為1.2mX 1.0m，深度至建筑物基礎I底面以下2.0m ；
[0055](3)將導坑在既有建筑物基礎I底面以下的部分向既有建筑物基礎I的方向水平開挖50cm至設計樁位處,從而在既有建筑物基礎I下方得到高度為2.0m的操作坑；
[0056](4)在操作坑內設計樁位處豎直放入第一節鋼管樁的樁段，樁徑為273mm，壁厚8mm,樁段長1.5m,并校正垂直。以基底以上結構荷載為反力，采用500kN油壓千斤頂將樁垂直壓入地基土中。通過不斷接長和壓入操作，使鋼管樁進入基坑以下，每段同軸焊接；
[0057](5)當終止壓樁力≤450kN，同時樁長≤12.5m時，停止壓樁，卸除壓樁設備，在鋼管樁空腔內充填C35細石混凝土，并振搗密實；
[0058](6)采用托換裝置對鋼管樁進行預壓托換處理，托換壓力不小于450kN，防止樁的卸荷后產生回彈；
[0059](7)待混凝土凝結硬化后，在鋼管混凝土托換樁2上端開口處固定一厚度為2cm的鋼板，然后在鋼板上固定一托換鋼管3，保證托換鋼管3與鋼管混凝土托換樁2同軸；托換鋼管3上端接觸既有建筑物基礎I ;在既有建筑物基礎I底部的與托換鋼管3的接觸部位植入錨固鋼筋4，將錨固鋼筋4與托換鋼管3焊接。錨固鋼筋4的直徑20mm，錨固長度為250mm，錨固料為A類膠。
[0060](8)采用2:8灰土分層夯實回填操作坑和導坑并夯實，壓實系數不小于0.95，待回填至距離既有建筑物基礎I的底面下方50cm時停止回填導坑,然后燒筑C25混凝土承臺，鋼管混凝土托換樁2施工完成；
[0061](9)根據擬開挖的基坑邊線，分層開挖基坑，當基坑開挖深度至-4.5m時,在基坑側壁上標記錨桿5的孔口位置，在每個錨桿5孔口位置標記處，采用回轉鉆從基坑內壁向靠近建筑物的一側斜向下打一錨桿孔，該錨桿孔位于兩個鋼管混泥土托管樁2之間；錨桿孔的孔徑為Φ 150，孔的傾角為15°，孔的水平間距為1.5m;在孔內放入錨桿鋼筋8和注漿管，錨桿鋼筋8為2Φ20,錨桿5長20.0m,共布置13根。錨孔內灌注水灰比0.5的水泥砂漿，其強度不低于M15，水泥選用P.042.5R。
[0062](9)當錨桿5施工完成，并具備足夠的錨固力后，在基坑側壁上的錨桿5標高處沿水平方向設置錨桿5的腰梁7，腰梁7采用2 [18槽鋼。將錨桿鋼筋8從腰梁7中間穿過，并放上楔形墊塊9，然后采用穿心千斤頂對錨桿5進行張拉錨桿5張拉至150kN保持15min，然后用螺母10對錨桿鋼筋進行鎖定，基坑支護施工完成。
[0063]經試驗驗證，采用本發明的鋼管托換樁與錨桿深基坑支護結構，在綜合樓基坑開挖及主體施工期間，基坑周圍既有6層住宅樓墻體無任何裂縫出現，基坑變形水平位移最大值不超過5mm,支護效果良好。
【權利要求】
1.一種鋼管托換樁與錨桿深基坑支護結構的施工方法，其特征在于，具體包括以下步驟: (1)對鋼管托換樁進行放線定位； (2)在既有建筑物基礎的外邊緣一定距離處豎直開挖導坑； (3)開挖操作坑:將導坑的既有建筑物基礎底面以下的部分向建筑物方向水平開挖至設計的鋼管托換樁位置處形成操作坑； (4)在操作坑內的設計樁位處豎直安裝第一節鋼管托換樁；以既有建筑物基礎底面以上荷載為反力，使用壓樁設備將鋼管托換樁垂直壓入導坑底部的地基土中； (5)卸除壓樁設備，在所有鋼管托換樁的空腔內充填混凝土并振搗密實，形成鋼管混凝土托換樁； (6)采用托換裝置對鋼管混凝土托換樁進行預壓托換處理； (7)在鋼管混凝土托換樁與既有建筑物基礎的接觸部位植入錨固鋼筋，待混凝土凝結硬化后，將錨固鋼筋與鋼管混凝土托換樁上的托換鋼管焊接，從而將既有建筑物基礎與鋼管混凝土托換樁固定為一體； (8)分層回填操作坑并夯實，待距離既有建筑物基礎底面下方一定距離時停止回填，然后澆筑混凝土承臺，鋼管混凝土托換樁施工完成； (9)開挖基坑 內土體；待基坑開挖深度達到基礎底面標高以下一定距離時，在基坑側壁上標記每個錨桿的孔口位置，從基坑內壁向靠近建筑物的一側斜向下打一錨桿孔，錨桿孔位于兩個鋼管混凝土托換樁之間； (10)將水泥漿或水泥砂漿注入錨桿的鉆孔內，錨桿施工完成； (11)在基坑側壁上的錨桿標高處沿水平方向設置錨桿的腰梁；將錨桿鋼筋從腰梁中間穿過，對錨桿進行張拉，對錨桿鋼筋進行鎖定，深基坑支護結構施工完成。
2.如權利要求1所述的鋼管托換樁與錨桿深基坑支護結構的施工方法，其特征在于，所述步驟(1)中，相鄰鋼管托換樁之間的間距不大于1.5m。
3.如權利要求1所述的鋼管托換樁與錨桿深基坑支護結構的施工方法，其特征在于，所述步驟(1)中，在距離既有建筑物基礎的外邊緣10~20cm處豎直開挖導坑，該導坑的平面尺寸為1.2mX 1.0m~1.5mX 1.0m,導坑的深度至既有建筑物基礎底面以下1.5~2.0m。
4.如權利要求1所述的鋼管托換樁與錨桿深基坑支護結構的施工方法，其特征在于，所述步驟(1)中，所述的混凝土為強度等級較高的素混凝土。
5.如權利要求1所述的鋼管托換樁與錨桿深基坑支護結構的施工方法，其特征在于，所述步驟(8)中，采用2:8灰土分層回填操作坑并夯實，分層厚度為15~20cm，待距離既有建筑物基礎底面下方50~80cm時停止回填。
6.如權利要求1所述的鋼管托換樁與錨桿深基坑支護結構的施工方法，其特征在于，所述步驟(9)中，根據擬開挖的基坑邊線分層開挖基坑內土體，分層厚度為1.0~2.0m ;待基坑開挖深度達到基礎底面標高以下1.8~2.0m時設置錨桿開孔。
7.權利要求1所述的方法得到的鋼管托換樁與錨桿深基坑支護結構，其特征在于，包括豎直安裝在既有建筑物基礎(I)底面的多個鋼管混凝土托換樁(2)以及多個錨桿(5);所述鋼管混凝土托換樁(2)包括鋼管托換樁以及灌注在其內部空腔中的混凝土 ；多個所述錨桿(5)傾斜安裝在既有建筑物基礎(I)底面以下的土體中設置的安裝孔內，錨桿(5)位于兩個鋼管混凝土托換樁(2)之間；錨桿(5)與其所在的安裝孔之間灌注有水泥漿或者水泥砂漿。
8.權利要求1所述的方法得到的鋼管托換樁與錨桿深基坑支護結構，其特征在于，所述鋼管混凝土托換樁(2)上的托換鋼管(3)與既有建筑物基礎(I)的接觸部位通過錨固鋼筋(4)焊接。
9.權利要求1所述的方法得到的鋼管托換樁與錨桿深基坑支護結構，其特征在于，所述錨桿(5)的孔的傾角為15°~25。，錨桿(5)的孔口上端距既有建筑物基礎(I)的底面為1.8~2mο
10.權利要求1所述的方法得到的鋼管托換樁與錨桿深基坑支護結構，其特征在于，所述鋼管混凝土托換樁(2)的樁間距不大于1.5m。
【文檔編號】E02D17/04GK103774674SQ201410018896
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月15日 優先權日:2014年1月15日
【發明者】王建平, 范力, 樊勝軍, 姚修文, 孫淮, 溫鵬輝 申請人:西安建筑科技大學