一种穿越先建建筑下预埋式锚杆连接结构及其施工方法与流程

本发明属于锚杆施工技术领域，特别涉及一种穿越先建建筑下预埋式锚杆连接结构及其施工方法。

背景技术：

目前，随着城市建设的迅速发展，城市用地越来越紧张，为了充分提高地下空间的利用率，高层建筑地下部分也不断增加，基坑也越来越大，越来越深。锚杆技术是一种高效、经济的岩土体加固技术，已在建筑的深基坑工程中得到广泛应用。但是在实际建筑施工时，对于先建建筑后开挖基坑时，若基坑采用支护桩和地理处理等技术时，不利于锚杆的布设；采用其他的悬臂桩、双排桩或者采用支护桩+岛式开挖+后期再增加支撑的方案均会造成大量的成本和时间的支出。此外，除了要求必须满足自身结构的安全、保证地下室施工安全顺利进行、确保周边环境与建筑物、道路管线的安全外，同时还必须实现施工对周边的环境影响最少，降低地下污染、降低造价的目的。

技术实现要素：

本发明提供了一种穿越先建建筑下预埋式锚杆连接结构及其施工方法，用以解决具有先建建筑工程中一侧基坑加固所需锚杆的预埋、便捷安装和节省成本和时间等技术问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种穿越先建建筑下预埋式锚杆连接结构，包含先建建筑一侧所在的现有地面、设置于先建建筑另一侧的基坑、连接于先建建筑之下土体上的先建基础、连接于先建基础下方的先建褥垫层、连接于先建褥垫层下方土体内部的地基加固桩、连接于基坑与先建建筑临近一侧的支护桩、连接于支护桩顶部的冠梁、预先穿接于冠梁和先建褥垫层内的锚杆自由段、连接于锚杆自由段末端且连接于现有地面下方的锚杆固定段、连接于锚杆自由段和锚杆固定段交接处的锚固转换件，以及套接于锚杆固定段外周的水泥注浆体；

所述锚杆自由段外穿接有护管，护管预埋在先建褥垫层和/或冠梁内部。

进一步的，所述锚固转换件包含锚固梁、连接于锚固梁下部的支撑柱以及设置在锚固梁内部的转换孔道；

所述转换孔道为弧形孔道，弧形孔道上端对应锚杆自由段，下端对应锚杆固定段，弧形孔道内部为锚杆自由段和锚杆固定段顺接段；或转换孔道为两条，一条转换孔道为直线孔道对应锚杆自由段穿接并固定；另一条转换孔道为斜线孔道，斜线孔道对应锚杆固定段设置，直线孔道和斜线孔道二者不连通。

进一步的，所述地基加固桩呈梅花形布置或局部梅花布置，地基加固桩底部高度低于支护桩底部高度；地基加固桩包含cfg桩、钻孔灌注桩或预制管桩。

进一步的，所述冠梁在支护桩顶部通长设置，冠梁厚度大于先建褥垫层的厚度且不小于500mm，冠梁的中点与先建褥垫层的中点在同一水平高度。

进一步的，所述锚杆自由段在先建褥垫层内间隔设置，锚杆自由段长度大于冠梁距先建建筑外边缘的水平距离；所述锚杆自由段外端穿过冠梁并通过紧固件连接，所述紧固件包含张拉板和紧固螺母。

进一步的，所述锚杆固定段在现有地面下倾斜布置，锚杆固定段高的一端连接锚杆自由段；所述锚杆固定段与锚杆自由段连接处为弧线状或交错布置，连接处通过弹性管套接且长度不小于20cm；所述锚杆固定段与先建褥垫层所在地面的夹角不小于15°。

进一步的，穿越先建建筑下预埋式锚杆连接结构的施工方法，具体步骤如下：

步骤一、根据先建建筑的设计要求，施工地基加固桩，然后在施工褥垫层的同时预埋等间距护管，由此施工褥垫层完成后，继续上部结构的施工；

步骤二、再根据先建建筑一侧的基坑的深度和先建建筑荷载情况，设计基坑支护的施工图纸，依据图纸施工支护桩；同时或者分开时间在先建建筑另外一侧，依据设计角度，施工锚杆固定段和水泥注浆体，埋设于现有地面下部的土体中；

步骤三、施工冠梁和锚固转换件，并在冠梁中预埋护管，在锚固转换件中预设转换孔道；锚杆固定段一端与锚杆自由段相连，相连处通过锚固转换件连接；钢绞线在护管中穿接锚杆自由段，锚杆固定段和锚杆自由段的对接可采用接头连接器并保证顺接通长设置；锚杆自由段另一端穿出护管锚固在冠梁上；

其中当锚固转换件内设置为弧形孔道时，锚杆自由段与锚杆固定段预先连接并临时固定在冠梁上，而后根据锚固要求再对锚杆自由段进行紧固；当锚固转换件内设置为两条转换孔道时，一条转换孔道为直线孔道对应锚杆自由段预穿接而后根据要求固定；另一条转换孔道为斜线孔道，斜线孔道对应锚杆固定段紧固设置，直线孔道和斜线孔道二者不连通；

步骤四、锚杆固定段与锚杆自由段连接处为转换段，锚杆自由段在先建建筑所在地面处为水平，锚杆固定段为斜向设置；此转换段通过锚固转换件穿接；穿接长度不小于20cm；

步骤五、检测锚杆自由段张拉作用力符合设计要求，而后实时监测开挖基坑、锚杆自由段和各桩体的受力以及变形，通过监测结果及时预警控制。

进一步的，对于步骤四中锚杆固定段端部至少在现有地面中水平锚固长度不小于先建建筑的水平宽度，且锚杆固定段与先建褥垫层所在地面的夹角为15-25°，锚杆固定段张拉时锁定值对应设计要求提高。

进一步的，其特征在于，对于步骤五中锚杆固定段的检测数量不应少于锚杆固定段总数的5%，且同一土层中的锚杆固定段检测数量不应少于3根；对于锚杆固定段的监测预警指标至少有锚杆固定段轴力和水平位移。

进一步的，对于步骤五中，支护桩检测通过低应变检测法，低应变法检测数量按总施工桩数的20%且每个单体工程不少于5根进行桩身完整性低应变动检测；此外对于桩体监测预警指标至少有桩顶水平移动监测、桩顶沉降和桩身深层水平位移。

本发明的有益效果体现在：

1）本发明通过在先建建筑下预埋锚杆及水泥注浆体的设置，利于为连接结构整体的锚固提供基础；且锚杆为斜向下伸入，可最大范围的提供锚固力；此外水泥注浆体的提前埋设，利于锚杆的便捷安装和施工；

2）本发明通过锚杆自由段在先建褥垫层中的设置，既可保证前期锚固的作用，又可在不变动支护桩和地基处理方案下进行安装施工；由此可在保证设计施工要求下，极大的节省施工成本和施工时间；

3）本发明通过锚杆自由段和锚杆在连接端的锚固转换件设计，以及弹性管的设置，利于锚杆锚固的受力传递，以及在转折处的有效过渡和保护；

4）通过该发明，在先建褥垫层中预埋护管后即可以不影响先建建筑的施工，也不会给后期紧邻的基坑开挖项目造成过多的工期和造价方面的影响。

此外，将锚杆自由段紧固在冠梁上，利于便捷的施工且便于进一步将支护、地基处理和锚固进行一体化连接；本发明可根据建筑和后续基坑开挖的作业面进行适应性调整，可极大的适应现场施工；本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解；本发明的主要目的和其它优点可通过在说明书中所特别指出的方案来实现和获得。

附图说明

图1是穿越先建建筑下预埋式锚杆连接结构施工示意图；

图2是冠梁处锚自由段连接固定示意图；

图3是锚杆固定与锚固转换件连接结构示意图；

图4是锚固转换件结构示意图一；

图5是锚固转换件结构示意图二；

图6是锚固梁和支撑柱连接示意图。

附图标记：1-现有地面、2-先建基础、3-先建褥垫层、4-基坑底部基础、5-基坑垫层、6-基坑底部、7-排水沟、8-支护桩、9-地基加固桩、10-冠梁、11-锚杆自由段、12-锚杆固定段、13-水泥注浆体、14-锚固转换件、141-锚固梁、142-支撑柱、143-转换孔道、15-护管、16-紧固件。

具体实施方式

以某拟建项目为例，拟建项目包含为1#、2#商业楼及3#～6#住宅楼及地下车库。

当对项目3#～6#住宅楼及地下车库基坑支护施工时，1#、2#商业楼结构已经封顶；商业楼结构主体结构地上5层，没有地下室，条形基础，基础底绝对标高为34.600，采用cfg桩复合地基，梅花型布桩。3#～6#住宅楼，地上6～8层，地下2层，筏板基础，采用cfg桩复合地基处理，褥垫层底为-8.750，绝对标高为29.050。地下车库地下2层，筏板基础，垫层底标高-8.550，绝对标高为29.250。东南角和西北角区域局部较深。

根据岩土工程勘察报告，本次勘察35m深度范围内上部为填土、其下为新近沉积层及一般第四系冲洪积层，共分9大层。据岩土工程勘察报告，受钻探工艺影响，本次勘察期间共揭露三层地下水：第一层地下水类型为上层滞水，其稳定水位埋深为4.05～8.90m，标高为28.42～33.79m。第二层地下水类型为潜水，其稳定水位埋深为7.50～14.25m，标高为23.54～27.96m。第三层地下水类型为微承压水，其稳定水位埋深为28.90m，标高为9.06m。

根据工程地质、水文地质条件，从经济及技术上综合考虑，支护方案采用桩锚支护方案。东侧预埋护管及该区域锚杆施工是本基坑支护设计的重点与难点。以本项目1#、2#楼的基础为先建基础2，其下的褥垫层为先建褥垫层3，地基处理为cfg桩复合地基。进行1#、2#楼一侧的基坑支护设计工作时，1#、2#楼cfg桩已经施工，褥垫层铺设也已完成，按工序，急需打设打混凝土垫层。1#、2#楼cfg桩复合地基，梅花型布桩，锚杆无法穿越cfg桩，无法施工。按照项目部统一施工安排，后期深基坑开挖时，按1#、2#楼结构需按已封顶考虑，地上5层，基坑紧临1#、2#楼开挖，需要再挖深5.35~6.95m。经过计算分析，悬臂桩桩顶水平位移在329mm以上，悬臂桩和双排桩都不能满足设计和现场施工要求。对于锚杆无法施工，在悬臂桩不可行的情况下，若采用支护桩8+内支撑的方案，该基坑南北约175m，东西长约60m，不管采用哪种支撑方式，基坑支护的费用、主体施工的措施费用、工期都会大幅度增加。

如图1和图2所示，一种穿越先建建筑下预埋式锚杆连接结构，包含先建建筑一侧所在的现有地面1、设置于先建建筑另一侧的基坑、连接于先建建筑之下土体上的先建基础2、连接于先建基础2下方的先建褥垫层3、连接于先建褥垫层3下方土体内部的地基加固桩9、连接于基坑与先建建筑临近一侧的支护桩8、连接于支护桩8底部的基坑底部6上的基坑底部基础4、和基坑垫层5、连接于支护桩8顶部的冠梁10、预先穿接于冠梁10和先建褥垫层3内的锚杆自由段11、连接于锚杆自由段11和锚杆固定段12交接处的锚固转换件14、连接于锚杆自由段11末端且连接于现有地面1下方的锚杆固定段12以及套接于锚杆固定段12外周的水泥注浆体13；水泥注浆体13预埋在先建建筑土体中；所述锚杆自由段11外穿接有护管15，护管15预埋在先建褥垫层3和冠梁10内部。

本实施例中，预埋的护管15为钢护管，标高为34.350m，预埋于1#、2#商业楼已施工的cfg桩褥垫层中。护管15采用φ48，壁厚3.25mm，对接采用焊接的方式；采用3束7φ5φs15.2锚杆自由段11，作为自由段。护管15外的锚固段需要在1#、2#楼东侧等二层外挑架施工完成，区域土方开挖到垫层底标高再施工，该工作面需要现场确定。

本实施例中，支护桩8为采用长螺旋成孔混凝土后插筋成桩工艺，在基坑侧边成排布置，支护桩8距基坑底部基础4侧边至少为800mm；支护桩8和基坑底部基础4之间还设置有排水沟7，排水沟7顶部高度不高于基坑垫层5底面高度。地基加固桩9为cfg桩呈梅花形布置或局部梅花状布置，地基加固桩9底部高度低于支护桩8底部高度；地基加固桩9还包含钻孔灌注桩或预制管桩。

本实施例中，冠梁10横截面为方形，在支护桩8顶部通长设置，冠梁10厚度大于先建褥垫层3的厚度且冠梁10的中点与先建褥垫层3的中点在同一水平高度。

本实施例中，锚杆自由段11在先建褥垫层3内间隔设置，锚杆自由段11长度大于冠梁10距先建建筑外边缘的水平距离。锚杆自由段11外端穿过冠梁10并通过紧固件16连接。紧固件16包含张拉板和紧固螺母。

本实施例中，锚杆固定段12在现有地面1下倾斜布置，锚杆固定段12高的一端连接锚杆自由段11。锚杆固定段12与锚杆自由段11连接处为弧线状或交错布置，连接处通过弹性管套接且长度不小于20cm；锚杆固定段12与先建褥垫层3所在地面的夹角为15-20°。

本实施例中，锚杆自由段11为预埋、锚固段由机械施工，施工中应注意两个问题：一是施工定位及角度应尽量准确，避免锚杆自由段11在平面上发生弯折；二是自由段较长且锚固段处有20°的角度，锚杆张拉时锁定值需要适当提高。当需要进行临时排水时，在锚杆上方设置有临排污水管14。

如图3至图6所示，锚杆自由段11和锚杆固定段12在锚固转换件14处顺接。其中，锚固转换件14包含锚固梁141、间隔连接于锚固梁141下部的支撑柱142以及设置在锚固梁141内部的转换孔道143；锚固梁141和支撑柱142均为混凝土制作而成，其中锚固梁141横截面为梯形截面。转换孔道143对应锚杆自由段11和锚杆固定段12的连接一一设置，且锚固梁141在锚杆自由段11和锚杆固定段12的连接范围内可分段或通长设置。

如图5所示，转换孔道143为弧形孔道，弧形孔道上端对应锚杆自由段，下端对应锚杆固定段，弧形孔道内部为锚杆自由段和锚杆固定段顺接段。如图6所示，转换孔道143为两条，一条转换孔道143为直线孔道对应锚杆自由段穿接并固定；另一条转换孔道143为斜线孔道，斜线孔道对应锚杆固定段设置，直线孔道和斜线孔道二者不连通。

本实施例中，锚杆固定段12弯折部位用短弹性管分别与护管15和水泥注浆体13过渡、两端将塞进各30cm。

结合如图1至图6所示，进一步的穿越先建建筑下预埋式锚杆连接结构的施工方法，具体步骤如下：

步骤一、根据先建建筑的设计要求，施工地基加固桩9，然后在施工褥垫层3的同时预埋等间距护管15，间距可以为1.2m到2m不等；这个时候先建建筑可以接着上部结构的施工。

步骤二、再根据先建建筑一侧的基坑的深度和先建建筑荷载情况，设计基坑支护的施工图纸，依据图纸，施工支护桩8。可同时或者分开时间在先建建筑另外一侧，依据设计角度，施工锚杆固定段12和水泥注浆体13，埋设于现有地面1下部的土体中。

本实施例中，锚杆固定段12杆体制作时应比设计长出1.0～1.5m，以满足锁定需要。定位骨架间距1.5～2.0m，锚杆自由段11用铁丝均匀捆于定位骨架周围。在锚杆固定段12自由段，锚杆自由段11上满涂黄油，以塑料套管包裹，以保证锚杆自由段11与水泥浆体无粘结。将制作好的杆体缓慢放入锚杆固定段12孔内。

本实施例中，水泥采用p.s.a32.5，水灰比0.5，清孔完后将注浆管插至孔底，用高压泵进行注浆。注浆应慢速连续，直至钻孔内的水及杂质被完全置换出孔口，孔口流出水泥浓浆为止，随即将注浆管拔出。

本实施例中，当锚杆施工7天后，对锚进行张拉、锁定。锚杆张拉用500kn级穿心千斤顶，张拉设备在锚杆张拉前须经计量部门进行标定。第一次张拉至锚杆承载力设计值，然后卸荷，第二次张拉并锁定至荷载锁定值。

本工程支护桩8采用长螺旋成孔混凝土后插筋成桩工艺，其中钢筋笼制作采用加劲箍成型法，保证钢筋的位置与角度准确无误；加劲箍与主筋焊接，螺旋箍筋与主筋之间绑扎牢固。钢筋笼主筋如有接头，采用搭接焊时，焊接长度单面焊不小于10d，双面焊不小于5d。同一截面上主筋的接头数量不得超过主筋总数的50%。保护层垫块每笼不少于3组，每组不少于4块。钢筋笼在运输吊放过程中严禁高起高落，以防弯曲变形。钢筋笼入孔时，应对准孔位，缓慢轻放，避免碰撞孔壁，下笼过程中如遇阻力，不得强行下放，应查明原因后继续下笼。

当混凝土浇注时，控制混凝土坍落度180~220mm。且灌注混凝土应连续进行，并在混凝土初凝时间内完成灌注，灌注将要结束时，控制好最后一次混凝土灌量，超灌厚度0.5m。每台班制作一组试块，标准养护7天和28天，送一级试验室进行抗压试验。

步骤三、施工冠梁10和锚固转换件14，并在冠梁10预埋护管15，在锚固转换件14中预埋转换孔道143。锚杆固定段12与锚杆自由段11相连，相连处通过锚固转换件14连接。钢绞线在护管15中穿接锚杆自由段11，钢绞线的对接可采用接头连接器，必须保证钢绞线通长设置。锚杆自由段11一端通过锚固转换件14与锚杆固定段12连接，另一端穿出护管15锚固在冠梁10上；其中当锚固转换件14内设置为弧形孔道时，锚杆自由段11与锚杆固定段12预先连接并临时固定在冠梁10上，而后根据锚固要求再对锚杆自由段11进行紧固；当锚固转换件14内设置为两条转换孔道143时，一条转换孔道143为直线孔道对应锚杆自由段预穿接而后根据要求固定；另一条转换孔道143为斜线孔道，斜线孔道对应锚杆固定段紧固设置，直线孔道和斜线孔道二者不连通。

本实施例中，对于支护桩8的桩头及冠梁10的施工，需要凿桩头及清土，混凝土浇筑3~7天可以凿除桩顶浮浆及多余桩身混凝土，并剔除桩主筋上残余混凝土，保证主筋伸入冠梁10的长度满足设计要求，如不能满足要求，可焊接同规格、强度等级的钢筋。采用搭接焊时，焊接长度单面焊不小于10d，双面焊不小于5d。人工清理梁下地表和坑壁表面，做到平整、无虚土。而后，安装冠梁10的侧模，模板的接缝不应漏浆，模板内不应有积水。模板与混凝土的接触面应清理并涂刷隔离剂，不能采用影响结构性能的隔离剂。

步骤四、锚杆固定段12与锚杆自由段11连接处为转换段，锚杆自由段11在先建建筑所在地面处为水平，锚杆固定段12为斜向设置；此转换段通过锚固转换件14穿接；穿接长度不小于20cm。

步骤五、检测锚杆自由段11张拉作用力符合设计要求，而后再施工先建基础2、先建建筑以及一侧的基坑及其附属结构，而后实时监测开挖基坑、锚杆自由段11和各桩体的受力以及变形，通过监测结果及时预警控制。

对于步骤五中，锚杆自由段11和/或锚杆固定段12的检测数量包括复合土钉墙中的预应力锚杆：不应少于锚杆总数的5%，且同一土层中的锚杆自由段11和/或锚杆固定段12检测数量不应少于3根；对于锚杆自由段11和/或锚杆固定段12的监测预警指标至少有锚杆轴力和水平位移。

对于步骤五中，支护桩8检测通过低应变检测法，低应变法检测数量按总施工桩数的20%且每个单体工程不少于5根进行桩身完整性低应变动检测；此外对于桩体监测预警指标至少有桩顶水平移动监测、桩顶沉降和桩身深层水平位移。

本实施例中，基坑及周边环境监测包括坡顶水平位移监测、坡顶沉降监测、桩顶水平移动监测、桩顶沉降监测、桩身深层水平位移监测、锚杆内力监测、包括先建建筑1#2#商业楼售楼楼及样板间的变形监测。监测结果如下：沉降最大值为17.3mm，预警值为20mm；锚杆轴力208.59~223.34kn，预警值≮200或≯320kn；深层水平位移最大值18.1mm。预警值为20mm，均未出现异常。

本实施例中，开槽及地下结构施工期间应按相关规范进行检测，检测工作应包含包括支护桩8低应变法检测、预应力锚杆验收试验。支护桩8低应变法检测数量按总施工桩数的20%且每个单体工程不少于5根进行桩身完整性低应变动检测；锚杆检测数量包括复合土钉墙中的预应力锚杆：不应少于锚杆总数的5%，且同一土层中的锚杆检测数量不应少于3根。检测结果表明，受检测的护坡桩均为i类桩。此部位受检的14根预应力锚杆验收试验，最大加荷载均为试验预应力锚杆轴向拉力标准值nk的1.3倍。通过事实证明，该方案节省造价约2000万以上，节省工期约120天以上。

以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内所想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。