人防工程基坑支护结构及其施工方法与流程

本发明涉及基坑支护的技术领域，尤其是涉及一种人防工程基坑支护结构及其施工方法。

背景技术：

人民防空工程，简称人防工程，是指为保障战时人员与物资掩蔽、人民防空指挥、医疗救护而单独修建的地下防护建筑，以及结合地面建筑修建的战时可用于防空的地下室。

人防工程的基础往往是深基坑，而深基坑在开挖过程中会出现种种问题，常见的有边坡塌陷、滑坡等。为了降低深基坑开挖时出现边坡塌陷、滑坡等情况造成人员损伤的概率，往往会在基坑的周围制作支护结构，对基坑边缘的土体进行加固。

如图3所示，现有的人防工程基坑支护往往采用土钉墙，其施工步骤如下：s1，开挖基坑10，在基坑10边缘放坡，形成边坡9；s2，在边坡9上打入锚杆91，并通过锚杆91注水泥砂浆，直至水泥砂浆从锚杆91端部溢出；s3，边坡9上覆盖钢丝网911，将钢丝网911和锚杆91位于土层外部的一端进行绑扎，使得钢丝网911和边坡9之间形成间隔；s4，对钢丝网911喷射混凝土直至完全覆盖钢丝网911，待混凝土凝固后形成土钉墙1。

上述中的现有技术方案存在以下缺陷：由于基坑的开挖会根据开挖深度而分多段进行，第一段基坑的开挖，挖掘机是支承于地面上的，而接下来几段的地面开挖，挖掘机以及部分设备需要位于基坑内部进行作业。运输车以及挖掘机需要通过设置于边坡上的钢板进入或者离开基坑。当这些设备需要离开基坑时，需要利用安装于基坑外部的吊机将这些设备起吊并运输到基坑外部。而吊机在起吊和运输过程中，会对基坑周边的土层施加向下的作用力。从而对基坑周围的部分土壤产生挤压力，导致土层对土钉墙产生朝向基坑的推力，不利于土钉墙在长期施工时的结构稳定。

技术实现要素：

本发明的目的一是提供一种人防工程基坑支护结构，能够对基坑周围的土层以及施加于钢板上的设备作用力进行缓冲。

本发明的上述发明目的一是通过以下技术方案得以实现的：

一种人防工程基坑支护结构，包括基坑和固定于基坑内壁上的土钉墙；所述土钉墙远离土层的一侧增设有支撑钢板，所述支撑钢板顶部和土钉墙顶部之间形成有锐角；所述基坑底部插接有抗拔杆，支撑钢板底部抵紧于抗拔杆朝向土钉墙一侧；所述支撑钢板和基坑的底部之间设置有竖直的支撑柱，所述支撑柱的顶部抵紧于支撑钢板上，且所述支撑柱的顶部还设置有预应力横梁；所述预应力横梁上施加有预压应力；所述土钉墙上远离土层的一侧固定有分力钢板，所述预应力横梁远离支撑柱的一端固定于分力钢板上，所述预应力横梁远离分力钢板的一端固定于支撑钢板的底部。

通过采用上述技术方案，施加有预压应力的预应力横梁会给予分力钢板一个朝向土钉墙的作用力，从而可以抵消基坑周围的土层上方放置设备时对土层的向下的作用力导致土层对土钉墙产生的朝向基坑的挤压力，进而对基坑周围的土体和土钉墙进行保护，同时，预应力横梁还会给予支撑钢板一个远离土钉墙的预应力，从而抵消设备通过支撑钢板移动到基坑外部时对支撑钢板产生的部分朝向土钉墙的作用力，从而对支撑钢板进行保护，扩大了支撑钢板的支撑强度。

本发明进一步设置为：所述预应力横梁包括钢筒和插接于所述钢筒内部的预应力钢绞线；所述预应力钢绞线的两端固定有锚具，所述锚具固定于所述钢筒的端部；所述钢筒的两端还设置有端盖，所述预应力钢绞线的端部和所述锚具容纳于端盖内部。

通过采用上述技术方案，实际操作过程中，将钢筒固定于预应力张拉设备上，然后将预应力钢绞线穿过钢筒并对预应力钢绞线进行张拉，当预应力钢绞线的拉伸达到设计值后，利用锚具将预应力钢绞线锚固于钢筒的两端。然后将端盖套接于钢筒外部，对预应力钢绞线进行保护。

本发明进一步设置为：所述端盖内壁和钢筒外壁螺纹配合。

通过采用上述技术方案，便于端盖和钢筒进行拆装，从而能够重复利用。

本发明进一步设置为：所述预应力横梁和支撑钢板之间增设有填充块，所述填充块位于支撑钢板、预应力横梁和支撑柱围成的空间内，且填充块外壁分别与支撑钢板、预应力横梁和支撑柱抵紧设置。

通过采用上述技术方案，能够提高支撑钢板、预应力横梁和支撑柱的整体性，同时能够提高预应力横梁对支撑钢板、支撑柱对支撑钢板的支撑效果。

本发明进一步设置为：所述分力钢板上固定有连接块，所述连接块远离分力钢板的一侧开设有插接槽，所述预应力横梁的端部插入到所述插接槽内。

通过采用上述技术方案，提高预应力横梁对分力钢板的预应力的传递效果，使得预应力横梁上的作用力先传递到连接块上，通过连接块将预应力传递给分力钢板，使得分力钢板上的作用力会更加均匀，然后分力钢板将其上的预应力传递给土钉墙和土层。

本发明进一步设置为：所述支撑钢板抵紧于基坑底壁的一端增设有延伸段，所述延伸段与基坑底壁贴合设置，所述延伸段远离支撑钢板的一端抵紧于抗拔杆外壁上；且所述延伸段上固定有加固块，所述加固块侧壁与抗拔杆抵触。

通过采用上述技术方案，提高了支撑钢板的结构稳定性。

本发明进一步设置为：所述抗拔杆顶部设置有盖板，所述加固块位于盖板下方并与盖板抵触；所述盖板的一侧靠近支撑钢板的侧壁设置，所述盖板远离支撑钢板的一侧朝向基坑的底壁延伸设置，且所述盖板远离抗拔杆的一侧呈外凸的弧形设置。

通过采用上述技术方案，由于抗拔杆需要对支撑钢板的底部进行限位，所以抗拔杆的顶部会位于支撑钢板底部的上方，盖板的设置能够便于设备的履带或者车轮通过盖板运动到支撑钢板上方，减小了设备运动过程中受到的阻力，也降低了对设备的损伤。同时，也避免了设备直接作用力抗拔杆上对抗拔杆造成伤害。

本发明进一步设置为：所述支撑钢板朝向土钉墙一侧固定有加强筋，所述加强筋沿着支撑钢板长度方向设置，且加强筋沿着支撑钢板的宽度方向布置有多根；所述支撑柱位于相邻加强筋之间。

通过采用上述技术方案，提高支撑钢板的整体强度和稳定性。

本发明的目的二是提供一种人防工程基坑支护结构的施工方法。

本发明的上述发明目的二是通过以下技术方案得以实现的：一种人防工程基坑支护结构的施工方法，包括如下步骤：

s1，在土钉墙上铺设水泥砂浆，形成找平层；在找平层上覆盖并固定分力钢板；

s2，对分力钢板表面和基坑底壁进行放样，标记预应力横梁和支撑柱的支撑位置；在分力钢板表面对应安装预应力横梁的位置固定连接块，所述连接块远离分力钢板一侧开设有插接槽；

s3，在基坑底壁上施工支撑柱，支撑柱在基坑底壁上自远离土钉墙的位置朝向靠近土钉墙的方向布置有多根；将预应力横梁放置于支撑柱顶部，并移动预应力横梁使其端部插入到插接槽内；

s4，起吊支撑钢板至支撑柱顶部，下方支撑钢板使得支撑钢板侧壁抵紧于支撑柱顶部；同时，支撑钢板顶部支承于土钉墙的顶部，支撑钢板的底部支承于基坑底壁；在基坑底壁打入若干抗拔杆，支撑钢板底部抵紧于抗拔杆上；

s5，切割金属块形成填充块，将填充块插入到支撑钢板、预应力横梁和支撑柱围成的空间内，并对填充块和支撑钢板、填充块和预应力横梁、填充块和支撑柱进行焊接。。

通过采用上述技术方案，由于支撑钢板相对于预应力横梁和支撑柱来说，是相对柔性的结构，其表面形变的实现会更加容易。所以先进行放样，然后对支撑柱和预应力横梁进行施工，再安装支撑钢板，能够根据支撑钢板放置于支撑柱顶部后的形状来判定是否需要对预应力横梁和支撑柱进行调整，然后再进行支撑钢板的安装，避免了安装支撑钢板后对预应力横梁和支撑柱的后期调整，能够加快施工进度和效率。由于人防工程的基坑深度会在6.8m及以上，而边坡和土层之间的角度往往是60度左右，但是支撑钢板与土层之间的角度需要再30度左右，所以支撑钢板底部和土钉墙底部之间会形成长度将近8m的走道，便于施工人员的进入。所以在安装完成预应力横梁、支撑柱和支撑钢板后，能够很容易地对填充块进行施工，同时，可以根据对填充块尺寸的调整来避免之前预应力横梁、支撑柱和支撑钢板安装时造成的施工误差造成了对填充块尺寸的影响。使得施工效率提高的同时，能够提高预应力横梁、支撑柱和支撑钢板的整体性。

综上所述，本发明的有益技术效果为：

1.在土钉墙和支撑钢板之前设置预应力横梁，对土钉墙和支撑钢板施加相互远离的预应力，从而提高了基坑周边土层的堆载力和支撑钢板的支撑强度；

2.先对预应力横梁和支撑柱的位置进行放样，然后再安装支撑钢板，从而提高施工效率。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是预应力横梁的整体结构示意图。

图3是现有技术中土钉墙的整体结构示意图。

图中，1、土钉墙；11、找平层；2、分力钢板；21、连接块；211、插接槽；3、预应力横梁；31、钢筒；32、预应力钢绞线；33、锚具；34、端盖；4、支撑柱；5、支撑钢板；51、顶部支撑段；52、延伸段；521、加固块；53、加强筋；6、抗拔杆；7、盖板；8、填充块；9、边坡；91、锚杆；911、钢丝网；10、基坑。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

参照图1，为本发明公开的一种人防工程基坑支护结构的施工方法，包括如下步骤：

s1，在土钉墙1上铺设水泥砂浆，并利用刮刀进行找平形成找平层11。在找平层11上涂刷结构胶，在结构胶上覆盖分力钢板2使其规定与找平层11上。

s2，对分力钢板2表面和基坑10底壁进行放样，根据支撑钢板5的设计位置确定预应力横梁3的位置和长度、支撑柱4的位置和顶部高度。

结合图1和图2，根据预应力横梁3的不同长度要求，制作所需数量的不同长度的预应力横梁3。预应力横梁3包括钢筒31和插接于钢筒31内部的预应力钢绞线32，预应力钢绞线32的两端固定有锚具33，锚具33固定于钢筒31的端部。钢筒31的两端还设置有端盖34，预应力钢绞线32的端部和锚具33容纳于端盖34内部，且端盖34内壁和钢筒31外壁螺纹配合。

预应力横梁3的制作过程如下：

将钢筒31固定于预应力张拉设备上，然后将预应力钢绞线32穿过钢筒31并对预应力钢绞线32进行张拉。当预应力钢绞线32的拉手达到设计值后，利用锚具33将预应力钢绞线32锚固于钢筒31的两端。剪断多余的预应力钢绞线32，使得预应力钢绞线32端部和锚具33之间预留设计所需距离。然后将端盖34套接于钢筒31外部，转动端盖34使得预应力钢绞线32的端部和锚具33容纳于端盖34内部。

取金属块，对齐表面进行切割使得金属块侧壁与分力钢板2贴合，形成连接块21。同时连接块21远离分力钢板2一侧沿竖向设置，在连接块21的该侧进行铣削，形成插接槽211，插接槽211的截面和端盖34的截面配合设置。

将连接块21焊接于分力钢板2上需要安装预应力横梁3的位置，使得插接槽211沿水平设置。

s3，在基坑10底壁上需要设置支撑柱4的位置砌筑砌体立柱或者混凝土立柱，也可以直接选用钢管柱。本实施例选用钢管柱为例进行阐述。利用打桩机或者夯锤等设备，将钢管柱打入到基坑10底壁内部。然后在钢管桩顶部焊接圆形钢板，将钢管桩的顶部开口覆盖，使得圆形钢板的上表面和插接槽211底部对齐。

支撑柱4在基坑10底壁上自远离土钉墙1的位置朝向靠近土钉墙1的方向布置有多根。将预应力横梁3放置于支撑柱4顶部，移动预应力横梁3，使得预应力横梁3其中一端的端盖34插入到插接槽211内，同时预应力横梁3的另一端的端盖34支承于圆形钢板上。对连接块21和预应力横梁3的端盖34进行焊接，提高连接块21和预应力横梁3之间的连接强度。

s4，支撑钢板5是一块呈长方形设置的板体，支撑钢板5的一端弯曲形成有顶部支撑段51，支撑钢板5另一端弯曲形成延伸段52。顶部支撑段51和底部支撑段相互平行设置，且分别位于支撑钢板5的两侧。支撑钢板5靠近顶部支撑段51的一侧固定有加强筋53，加强筋53沿着支撑钢板5的长度方向也就是自靠近顶部支撑段51的位置朝向延伸段52设置。加强筋53沿着延伸段52的长度方向均布有多根，相邻两根加强筋53之间的间距为支撑柱4直径的两倍。

起吊支撑钢板5，使得顶部支撑段51支承于土钉墙1的底部，延伸段支承于基坑10底壁。支撑钢板5的侧壁抵紧于支撑柱4的顶部，且每一根支撑柱4外壁均与其中一根加强筋53外壁抵触。

在基坑10底壁对应延伸段52远离支撑钢板5的一端打入若干抗拔杆6，使得延伸段52端面抵紧于抗拔杆6外壁上。抗拔杆6顶部位于延伸段52顶部上方。取金属板作为加固块521，加固块521的长度和宽度与延伸段52一致。将加固块521放置于延伸段52上并对两者进行焊接，加固块521的顶部和抗拔杆6的顶部齐平。

在加固块521的顶部覆盖盖板7。盖板7的一侧与支撑钢板5的侧壁抵触，盖板7的远离支撑钢板5的一侧向下延伸设置，且盖板7远离加固块521的一侧呈向外凸起的弧形设置。

s5，切割金属块，使其与支撑钢板5、预应力横梁3和支撑柱4围成的空间一致，形成填充块8。将填充块8插入到支撑钢板5、预应力横梁3和支撑柱4围成的空间内，并对填充块8和支撑钢板5、填充块8和预应力横梁3、填充块8和支撑柱4进行焊接。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、远离所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。