本發明屬于土木工程基坑支護技術領域，具體涉及一種用于臨近既有地下結構的基坑樁錨支護體系及其施工方法。

背景技術：

近年來，隨著城市建設進程的加快，土地資源日益緊張，地面、地下可利用空間越來越少，很多擬建建筑見縫插針，被迫在既有建筑旁并且距離既有建筑很近處進行修建，所以在充分利用土地的同時亦引發以下諸多問題：

1、由于新開工的建筑基坑緊鄰既有建筑，導致新建建筑基坑的邊坡支護方法很難選取，既不能采取放坡開挖，又不能使用土釘墻支護、樁錨支護。

2、如果采取傳統的樁(墻)錨支護，由于坑后土體空間的限制(因既有建筑基礎的限制，或臨近建筑物有地下室，坑后土體寬度有限)，所以錨桿角度較大，支護效果較差，并且有的基坑根本無法施工錨桿。此種情況下，采用內支撐雖然方案上可行，但其實施成本較高，工序繁雜、施工工期較長，對土方開挖和結構主體施工影響嚴重。

3、有些基坑施工環境為上方具有較厚雜填土，同時又臨近既有地下結構，如采用傳統樁錨支護結構，則需增大樁長度，施工成本過大，同時錨索又無法錨固于穩定地層。

技術實現要素：

為了解決上述傳統的樁(墻)錨支護受坑后土體寬度有限，錨索角度大，支護效果不佳，并且有的基坑根本無法施工錨索，造成基坑變形過大或施工困難或無法錨定等問題，本發明要找到一種既能克服外界空間的限制，又具有較好的支護效果、且工程材料消耗相對較小、施工成本相對較低、施工工期相對較短、技術經濟性相對較高的用于臨近既有地下結構的基坑樁錨支護體系及其施工方法。

本發明的技術方案為：用于臨近既有地下結構的基坑樁錨支護體系，包括前排鋼管樁、后排鋼管樁、后排豎向預應力錨桿、前排樁冠梁、后排樁冠梁、橫向連接鋼筋、前排錨具、后排錨具、墊塊、斜鐵、前排預應力錨桿和腰梁；

所述的前排鋼管樁有多根、設置在基坑坑壁處，所述的后排鋼管樁有多根、設置在基坑坑壁與既有地下結構之間，所述的后排鋼管樁與前排鋼管樁的連線相互平行；

所述的前排鋼管樁頂部均與前排樁冠梁連接，所述的后排鋼管樁頂部均與后排樁冠梁連接，所述的前排樁冠梁與后排樁冠梁通過橫向連接鋼筋連接；所述的前排鋼管樁腰部均與腰梁連接；

所述的前排預應力錨桿安裝在相鄰的兩根前排鋼管樁之間的腰梁上，前排預應力錨桿的外端與前排錨具固定，在前排錨具與腰梁之間設置斜鐵和墊塊，前排預應力錨桿的內端插入基坑坑壁內，前排預應力錨桿的軸線與水平面之間具有15°～25°的夾角；

所述的后排豎向預應力錨桿通過后排鋼管樁頂部插入基坑坑壁內，后排豎向預應力錨桿的外端與后排錨具固定。

進一步地，所述的前排預應力錨桿的軸線與后排豎向預應力錨桿的軸線不在同一個平面內。

進一步地，所述的后排鋼管樁與前排鋼管樁沿基坑坑壁水平方向交叉設置。

進一步地，所述的后排鋼管樁沿基坑坑壁水平方向的位置位于兩個前排鋼管樁之間的中心位置。

進一步地，所述的前排預應力錨桿安裝在兩個前排鋼管樁之間的中心位置的腰梁上。

進一步地，所述的后排鋼管樁長度為1～2m，后排鋼管樁連線與前排鋼管樁連線的距離大于1.5m。

進一步地，所述的前排樁冠梁與后排樁冠梁均采用槽鋼，槽鋼開口向下，槽鋼寬度為前排鋼管樁直徑的110％。

進一步地，所述的后排豎向預應力錨桿與前排預應力錨桿的桿體材料為鋼絞線、鋼筋或鋼絲束。

用于臨近既有地下結構的基坑樁錨支護體系的施工方法，包括以下步驟：

A、施工前準備

清理場地，挖除表面松動土層，對樁孔進行測量定位、放樣。前后排樁位呈梅花形布置，所述的后排鋼管樁樁位沿基坑坑壁水平方向的位置位于兩個前排鋼管樁樁位之間的中心位置，前后排樁間距不小于1.5m。

B、鋼管樁施工

按照步驟A確定好的樁位施做前排鋼管樁和后排鋼管樁：架設樁機安裝樁機移動到位、吊樁、插樁、錘擊下沉、接樁、錘擊至設計深度、沉樁完成、鋼管樁內灌注混凝土。

C、安裝前排樁冠梁

前排樁冠梁采用槽鋼，槽鋼開口向下，槽鋼寬度為前排鋼管樁直徑的110％。

D、安裝后排豎向預應力錨桿

后排豎向預應力錨桿的桿體材料為鋼絞線、鋼筋或鋼絲束，后排豎向預應力錨桿注漿完畢安裝后排樁冠梁，后排樁冠梁采用槽鋼，所用槽鋼頂部預制用于后排豎向預應力錨桿穿過的孔洞，槽鋼開口向下，槽鋼寬度為后排鋼管樁直徑的110％，待后排豎向預應力錨桿注漿養護至設計強度對后排豎向預應力錨桿進行張拉鎖定。

E、連接前后排冠梁

前排樁冠梁和后排樁冠梁間采用橫向連接鋼筋焊接連接，橫向連接鋼筋沿基坑坑壁水平方向呈W形分布。

F、開挖基坑

待具備基坑開挖條件后沿前排鋼管樁豎向進行基坑開挖，開挖至錨桿設計深度下方，進行前排預應力錨桿及腰梁的施工；所述前排預應力錨桿在設計深度應偏離相鄰兩個前排鋼管樁樁間的中心位置18-22cm，避免與后排豎向預應力錨桿交叉破壞后排豎向預應力錨桿的注漿。

G、結束

待步驟F中安設的前排預應力錨桿養護至設計強度，繼續向下開挖基坑至設計深度。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

1、本發明依靠后排鋼管樁內設置的豎向預應力錨桿，可大幅度減小地下空間的占用，充分利用建筑紅線以內有限的地面和空間，發揮投資效益，適用于周圍緊鄰的既有建筑物和重要交通道路。當附近有重要建筑物或管線時，可通過增大鋼管樁截面直徑或增加預應力錨桿數量或增加預應力錨桿錨固長度確保基坑不出現位移過大的情況。

2、本發明適用于基坑緊鄰既有建筑物結構，且既有建筑物下方常常伴有地下結構，同時基坑土質條件差，上層以雜填土為主，下層為風化巖層，豎向預應力錨桿錨固于穩定地層，可以大大節省后排鋼管樁用量，同時提供良好錨固力，前排鋼管樁的預應力錨桿錨固與穩定巖層，即可以提供錨固力，同時增加整體結構抗傾覆性。

3、本發明后排豎向預應力錨桿與設置在前排鋼管樁的預應力錨桿有效地增大了支護結構的抗傾覆安全系數，并且可適當減小前排樁的嵌固深度及后排豎向預應力錨桿的錨固長度，降低了施工成本，縮短了施工工期。

4、本發明采用鋼管樁、錨桿組合支護，其后排采用短鋼管樁形式，節省了大量鋼材，比采用灌注樁降低成本，有效的降低了工程的造價、比采用灌注樁施工工期短，取得了顯著的經濟成效。鋼管樁結合錨桿支護保證基坑不會出現大的沉降和滑坡。

5、本發明采用鋼管樁代替灌注樁進行支護，解決灌注樁設備占用場地、污染環境的特點，施工便捷，工藝簡單，可有效提高工效，質量可控，基坑工程風險大幅降低。

6、本發明采用槽鋼冠梁，通過將橫向連接鋼筋焊接在前后冠梁之上，取代了傳統的鋼筋混凝土冠梁，避免了鋼筋混凝土的養護時間，有效提高了施工進度。

7、本發明充分利用發揮預應力錨索可張拉優勢，控制變形，增強支護效果。

附圖說明

圖1為本發明立面結構示意圖。

圖2為本發明設置在前排鋼管樁的預應力錨桿施工位置示意圖。

圖3為本發明平面結構示意圖。

圖4為本發明前排鋼管樁與后排鋼管樁連接示意圖。

圖5為本發明錨索內置于后排鋼管樁內示意圖

圖6為為本發明預應力錨桿立體結構示意圖。

圖中：1、前排鋼管樁，2、后排鋼管樁，3、后排豎向預應力錨桿，4、前排樁冠梁，5、后排樁冠梁，6、橫向連接鋼筋，7、前排錨具，8、墊塊，9、斜鐵，10、前排預應力錨桿，11、腰梁，12、后排錨具。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明進行進一步地說明。如圖1-6所示用于臨近既有地下結構的基坑樁錨支護體系，包括前排鋼管樁1、后排鋼管樁2、后排豎向預應力錨桿3、前排樁冠梁4、后排樁冠梁5、橫向連接鋼筋6、前排錨具7、后排錨具12、墊塊8、斜鐵9、前排預應力錨桿10和腰梁11；

所述的前排鋼管樁1有多根、設置在基坑坑壁處，所述的后排鋼管樁2有多根、設置在基坑坑壁與既有地下結構之間，所述的后排鋼管樁2與前排鋼管樁1的連線相互平行；

所述的前排鋼管樁1頂部均與前排樁冠梁4連接，所述的后排鋼管樁2頂部均與后排樁冠梁5連接，所述的前排樁冠梁4與后排樁冠梁5通過橫向連接鋼筋6連接；所述的前排鋼管樁1腰部均與腰梁11連接；

所述的前排預應力錨桿10安裝在相鄰的兩根前排鋼管樁1之間的腰梁11上，前排預應力錨桿10的外端與前排錨具7固定，在前排錨具7與腰梁11之間設置斜鐵9和墊塊8，前排預應力錨桿10的內端插入基坑坑壁內，前排預應力錨桿10的軸線與水平面之間具有15°～25°的夾角；

所述的后排豎向預應力錨桿3通過后排鋼管樁2頂部插入基坑坑壁內，后排豎向預應力錨桿3的外端與后排錨具12固定。

進一步地，所述的前排預應力錨桿10的軸線與后排豎向預應力錨桿3的軸線不在同一個平面內。

進一步地，所述的后排鋼管樁2與前排鋼管樁1沿基坑坑壁水平方向交叉設置。

進一步地，所述的后排鋼管樁2沿基坑坑壁水平方向的位置位于兩個前排鋼管樁1之間的中心位置。

進一步地，所述的前排預應力錨桿10安裝在兩個前排鋼管樁1之間的中心位置的腰梁11上。

進一步地，所述的后排鋼管樁2長度為1～2m，后排鋼管樁2連線與前排鋼管樁1連線的距離大于1.5m。

進一步地，所述的前排樁冠梁4與后排樁冠梁5均采用槽鋼，槽鋼開口向下，槽鋼寬度為前排鋼管樁1直徑的110％。

進一步地，所述的后排豎向預應力錨桿3與前排預應力錨桿10的桿體材料為鋼絞線、鋼筋或鋼絲束。

用于臨近既有地下結構的基坑樁錨支護體系的施工方法，包括以下步驟：

A、施工前準備

清理場地，挖除表面松動土層，對樁孔進行測量定位、放樣。前后排樁位呈梅花形布置，所述的后排鋼管樁2樁位沿基坑坑壁水平方向的位置位于兩個前排鋼管樁1樁位之間的中心位置，前后排樁間距不小于1.5m。

B、鋼管樁施工

按照步驟A確定好的樁位施做前排鋼管樁1和后排鋼管樁2：架設樁機安裝樁機移動到位、吊樁、插樁、錘擊下沉、接樁、錘擊至設計深度、沉樁完成、鋼管樁內灌注混凝土。

C、安裝前排樁冠梁4

前排樁冠梁4采用槽鋼，槽鋼開口向下，槽鋼寬度為前排鋼管樁1直徑的110％。

D、安裝后排豎向預應力錨桿3

后排豎向預應力錨桿3的桿體材料為鋼絞線、鋼筋或鋼絲束，后排豎向預應力錨桿3注漿完畢安裝后排樁冠梁5，后排樁冠梁5采用槽鋼，所用槽鋼頂部預制用于后排豎向預應力錨桿3穿過的孔洞，槽鋼開口向下，槽鋼寬度為后排鋼管樁2直徑的110％，待后排豎向預應力錨桿3注漿養護至設計強度對后排豎向預應力錨桿3進行張拉鎖定。

E、連接前后排冠梁

前排樁冠梁4與后排樁冠梁5間采用橫向連接鋼筋6焊接連接，橫向連接鋼筋6沿基坑坑壁水平方向呈W形分布。

F、開挖基坑

待具備基坑開挖條件后沿前排鋼管樁1豎向進行基坑開挖，開挖至錨桿設計深度下方，進行前排預應力錨桿10及腰梁11的施工；所述前排預應力錨桿10在設計深度應偏離相鄰兩個前排鋼管樁1樁間的中心位置18-22cm，避免與后排豎向預應力錨桿3交叉破壞后排豎向預應力錨桿3的注漿。

G、結束

待步驟F中安設的前排預應力錨桿10養護至設計強度，繼續向下開挖基坑至設計深度。

工程實例：

對地質條件相對較差的深基坑工程，通常采用樁錨支護體系，本例基坑深11m，采用鋼管樁單根總長15m、樁徑0.219m、樁間距0.8m，基坑緊鄰居民樓，且有兩層地下室結構，地下土體上層以雜填土為主，下層為風化石英巖，如圖1所示。

平整和清理場地，測量定位放線；標出樁心位置，并用石灰撒圈標出樁徑大小和位置；標出打樁順序和樁機開行路線，并在樁機開行部位上鋪墊碎石。

充分做好施工前準備工作，先施做前排鋼管樁1，再施做后排鋼管樁2，前后排鋼管樁采用跳槽施工。鋼管樁的施工順序是：樁機安裝—樁機移動就位—吊樁—插樁—錘擊下沉—接樁—錘擊至設計深度—內切鋼管樁—沉樁完成鋼管樁內灌注混凝土，之后架設前后排鋼管樁冠梁。為防止樁頭在錘擊時損壞，打樁前，要在樁頭頂部放置特制樁帽，其上直接經受錘擊應力的部位，放置硬木制減震墊塊。

待后排鋼管樁2內混凝土養護到指定強度，施工后排鋼管樁2內后排豎向預應力錨桿3，測量定位—標出后排豎向預應力錨桿3桿施工位置—鉆孔—錨索制作—錨索安裝—錨固注漿—錨索張拉施加預應力—封孔注漿，如圖5所示。

之后將橫向連接鋼筋6焊接于前后排冠梁之上，焊接位置位于冠梁槽鋼與鋼管樁圓弧切點的外側，增大焊接面積，以提高焊接強度，如圖4所示。

待具備基坑開挖條件后，沿樁邊分層開挖基坑至設計深度，每次開挖3米后，架設前排鋼管樁1的腰梁11，之后施工在前排鋼管樁1的前排預應力錨桿10，測量定位—標出前排預應力錨桿10施工位置—鉆孔—錨索制作—錨索安裝—錨固注漿—錨索張拉施加預應力—封孔注漿。

對于本領域技術人員而言，顯然本發明不限于上述示范性實施例的細節，而且在不背離本發明的精神或基本特征的情況下，能夠以其它的具體形式實現本發明。因此，無論從哪一點來看，均應將實例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發明的范圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和范圍內的所有變化囊括在本發明內。不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求。

以上所述，僅為本發明的較佳實施例，并不出以限制本發明，凡是依據本發明的技術實質對以上實施例所做的任何細微修改、等同替換和改進，均應包括在本發明技術方案的保護范圍之內。