一种后张预应力支护结构及其施工方法与流程

本发明涉及建筑工程技术领域，具体涉及一种后张预应力支护结构及其施工方法。

背景技术：

目前，基坑工程支护结构设计计算目标是在基坑侧壁土压力作用下，支护结构在整体稳定的前提下，保证基坑支护结构的变形不超过自身结构承受限值和环境保护要求限制。

为了保证支护结构满足抗倾覆能力，现有的基坑支护结构一般采用在钢筋混凝土支护结构浇筑前植入加强钢筋，这种支护结构依然存在如下问题：

1)支护结构的承载能力的发挥受土压力出现的阶段控制，并不能真正发挥设计计算的目标；

2)由于支护结构施工难免对基坑侧壁土产生扰动，使支护结构与侧壁土接触不紧密，无形中导致基坑开挖后侧壁土产生变形的空间，及使得土压力变大或提前产生；

3)支护结构的混凝土和钢筋在施工完成后其实处于比较松弛的状态，只有土压力出现后才逐步发挥作用，导致达到设计承载力是变形过大；

4)支护结构内的加强钢筋是均匀分布的，而支护结构全部是在土压力逐步发生后被动承载和变形，且均是临近基坑侧壁受拉，靠基坑内测受压，往往是在加强钢筋尚未发挥其全部强度作用时基坑侧壁的变形已经超过设计限制，而此时加强钢筋仍处于弹性阶段；由于加强钢筋强度发挥之后于土压力发挥和变形限值，导致加强钢筋尚未发挥其真正的强度限值，至少部分加强钢筋(靠支护结构中心区域布置的钢筋，即受力加强钢筋不能同步发挥作用)。

技术实现要素：

基于以上问题，本发明提供一种后张预应力支护结构及其施工方法，可使桩体向基坑侧壁土体提前有一定的倾斜，增大了支护结构向基坑内变形的范围，确保支护结构变形不超过设计限值；同时采用预应力锚索后，对桩体混凝土在基坑开挖前施加了部分基坑开挖后受到的反向应力，可抵消部分荷载作用，进一步减少支护结构向基坑内侧的变形量。

为解决以上技术问题，本发明提供了一种后张预应力支护结构，包括竖直成排设置于基坑四周的桩体，桩体由混凝土浇筑而成，混凝土内设置有钢筋笼；桩体内沿长度方向贯穿设置有多个与桩体长度相等的管道，管道位于桩体内临近基坑侧壁一侧；管道内穿设有受拉预应力的预应力锚索，预应力锚索位于桩体下端的部分通过锚固体锚固，预应力锚索位于桩体上端部分通过锚具固定。

进一步地，预应力锚索为钢绞线，预应力锚索位于桩体底部外的长度不小于桩体在基坑底以下的嵌固段长度的1/2。

进一步地，管道设置于桩体内靠近基坑侧壁的范围内。

进一步地，管道与预应力锚索之间设有粘结体。

进一步地，管道为直径大于等于100mm的pvc管材。

为解决以上技术问题，本发明还提供了一种后张预应力支护结构的施工方法，该方法包括如下步骤：

1)根据基坑开挖面形状、开挖深度、侧壁土体物理性能指标，按现行技术标准计算支护结构的桩体的长度、直径和钢筋笼配筋方式；

2)根据步骤1)确定的桩体的长度、直径和钢筋笼配筋方式，在相对应的位置钻成桩孔；

3)制作并向成桩孔内吊放钢筋笼，在钢筋笼内侧靠近临近土体的一侧预埋管道，然后进行桩体的混凝土浇筑；

4)利用锚杆钻机沿管道内壁穿至成桩孔底，进行锚固孔钻孔，并钻孔至设计深度；

5)在桩体混凝土达到规定强度后，将预应力锚索由管道插入至步骤4)中成型的锚固孔底部，然后将桩体底部的预应力锚索锚固；

6)在桩体上部安装锚具，用千斤顶对预应力锚索进行张拉，张拉完成后采用锚具锁定锚固。

进一步地，锚固孔钻孔至桩体底部不小于桩体在基坑底以下的嵌固段长度的1/2处。

进一步地，预应力锚索为钢绞线，每根预应力锚索中的钢绞线根数不少于能够承担桩体混凝土应力的1/2。

进一步地，步骤5)中预应力锚索插入管道前在预应力锚索外壁套设塑料管或涂黄油，预应力锚索插入管道后通过向管道内注入水泥浆形成锚固体进行锚固。

进一步地，步骤6)中张拉顺序为从两侧向桩体临近基坑侧壁最外点逐组对称对预应力锚索进行张拉和锚固锁定。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)由于采用后张法预应力锚索对支护桩施加应力，增加了支护结构桩体的抗倾覆弯矩，同时增大了桩体上部向基坑内变形的范围，有效减少桩体受力变形，确保支护结构变形不超过设计限值；

(2)由于预应力锚索的设置，可使预应力预应力锚索充分发挥作用，替代加强钢筋进行设计，可大量节约钢材用量；

(3)由于预应力锚索的设置于临近基坑侧壁一侧，使桩体向基坑侧壁预先有一定的倾斜，可控制基坑侧壁土体的一部份变形；

(4)由于预应力锚索的设置于临近基坑侧壁一侧，因对桩身混凝土在基坑开挖前施加了部分反向应力，可抵消部分荷载作用，进一步减少支护桩向基坑内侧的变形。

附图说明

图1为实施例1中后张预应力支护结构的示意图；

图2为实施例1中后张预应力支护结构的俯视图；

图3为图1中局部a的放大示意图；

其中：1、桩体；2、钢筋笼；3、管道；4、基坑侧壁；5、预应力锚索；6、锚固体；7、锚具。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：

参见图1-3，一种后张预应力支护结构，包括竖直成排设置于基坑四周的桩体1，桩体1由混凝土浇筑而成，混凝土内设置有钢筋笼2；桩体1内沿长度方向贯穿设置有多个与桩体1长度相等的管道3，管道3位于桩体1内临近基坑侧壁4一侧；管道3内穿设有受拉预应力的预应力锚索5，预应力锚索5位于桩体1下端的部分通过锚固体6锚固，预应力锚索5位于桩体1上端部分通过锚具7固定。

在本实施例中，桩体1的下端嵌固于基坑底部以下，桩体1内的管道3内穿设的预应力锚索5，预应力锚索5是在桩身混凝土达到规定的强度后采用张拉机械张拉后，通过桩体1底部的锚固体6与桩体1顶部的锚具7共同作用，对桩体1施加预应力，增加了支护结构桩体1的抗倾覆弯矩，同时增大了桩体1上部向基坑内变形的范围，有效减少桩体1受力变形，确保支护结构变形不超过设计限值；同时可使预应力锚索5充分发挥作用，替代加强钢筋进行设计，可大量节约钢材用量。

因管道3位与桩体1内靠近临近基坑侧壁4一侧，会使桩体1向基坑侧壁4产生一定的倾斜，由于预应力锚索5的设置于临近基坑侧壁4一侧，使桩体1向基坑侧壁4预先有一定的倾斜，可控制基坑侧壁4土体的一部份变形；同时在基坑开挖前，对桩身混凝土在基坑开挖前施加了部分反向应力，可抵消部分荷载作用，进一步减少支护桩向基坑内侧的变形。

预应力锚索5为钢绞线，预应力锚索5位于桩体1底部外的长度不小于桩体1在基坑底以下的嵌固段长度的1/2。采用强度较高的钢绞线作为预应力锚索5，不容易产生非弹性变形，提高了产生预应力的效果，保证桩体1内预应力达到设计应力要求；且钢绞线通钢筋相比，在相同的应力水平条件下变形小，钢材用量少，节约钢材。

管道3沿环向对称分布于桩体1中心轴与桩体1临近基坑侧壁4最外点所在平面的两侧，采用两端向临近基坑侧壁4最外点中心对称张拉，确保预应力在桩体1临近基坑侧壁4一侧内分布均匀，保证桩体1向基坑侧壁4的倾斜方向符合设计要求。管道3为直径大于等于100mm的pvc管材，本实施例的管道3选用的材质为pvc管材；工程施工中也可以选用波纹管，可以增大管道3外壁与桩体1之间的接触面积，增大预应力的传递效率。

管道3与预应力锚索5之间设有粘结体，在预应力锚索5与管壁之间填充粘结体，将预应力锚索5固定在粘结体内，通过粘结体、预应力锚索5、管道3内壁之间相互作用，将预应力锚索5的预应力均匀传递至桩体1。建设工程中所用的粘结体一般为水泥浆硬化体，在预应力锚索张拉结束后向管道内注入水泥浆，硬化后形成粘结体。

实施例2

一种后张预应力支护结构的施工方法，包括如下步骤：

1)根据基坑开挖面形状、开挖深度、侧壁土体物理性能指标，按现行技术标准计算所述支护结构的桩体1的长度、直径和钢筋笼配筋方式；

2)根据步骤1)确定的桩体1的长度、直径和钢筋笼配筋方式，在相对应的位置钻成桩孔；

3)制作并向成桩孔内吊放所述钢筋笼2，在所述钢筋笼2内侧靠近临近土体的一侧预埋管道3，然后进行桩体1的混凝土浇筑；

4)利用锚杆钻机沿所述管道3内壁穿至成桩孔底，进行锚固孔钻孔，并钻孔至设计深度；

5)在桩体1混凝土达到规定强度后，将所述预应力锚索5由所述管道3插入至步骤4)中成型的锚固孔底部，然后将桩体1底部的预应力锚索5锚固；

6)在所述桩体1上部安装锚具7，用千斤顶对预应力锚索5进行张拉，张拉完成后采用锚具7锁定锚固。

步骤4)中锚固孔钻孔至桩体1底部不小于桩体1在基坑底以下的嵌固段长度的1/2处。采用钢绞线作为预应力锚索5时，锚固孔的深度按单组钢绞线承载力需要的锚固长度，并预留钢绞线在桩体1底部外的长度不小于桩体1在基坑底以下的嵌固段长度的1/2确定，满足锚固体6对钢绞线施加后的锚固力，不会产生预应力松弛。

预应力锚索5为钢绞线，每根预应力锚索5中的钢绞线根数不少于能够承担桩体1混凝土应力的1/2。

步骤5)中预应力锚索5插入管道3后采用水泥浆将锚固，便于预应力在桩体11内进行传递，同时对预应力起到保护作用，防止预应力锚索5被氧化、锈蚀。步骤5)中预应力锚索5插入管道前在预应力锚索5外壁套设塑料管或涂黄油，预应力锚索5插入管道后通过向管道内注入水泥浆形成锚固体6进行锚固，使其形成无粘结预应力锚索5。

步骤6)中张拉顺序为从两侧向桩体1临近基坑侧壁4最外点逐组对称对预应力锚索5进行张拉和锚固锁定，保证预应力荷载在桩体1临近基坑侧壁4一侧对称分布，满足设计的倾斜方向的要求。

如上即为本发明的实施例。上述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。