一种具有内支撑的钢管砂桩深基坑支护结构及施工方法与流程

本发明涉及建筑工程技术领域，具体涉及一种具有内支撑的钢管砂桩深基坑支护结构及施工方法。

背景技术：

相对于一般的基础工程，地铁深基坑主要有以下特点：①开挖深度大；②地质条件差；③施工周期长；④设计、施工因地而异；⑤技术要求高；⑥安全隐患多。许多地铁深基坑工程在城市富水、软土环境中开挖，而且地铁深基坑的支护结构多样，支护形式众多，现有的地铁深基坑支护结构多为钻孔灌注桩+内支撑或地下连续墙的支护结构。发明人发现，因地铁深基坑施工场地多数比较狭小，而且多在城市中心繁华地段，周边环境复杂，管线等建构筑物较多，不适用锚杆支护，所以场地狭小的地铁深基坑施工时多使用钻孔灌注桩+内支撑或地下连续墙的支护形式，但是地下连续墙的造价高、施工工期过长，钻孔灌注桩的防水性能较差、对环境的影响较大，而且无论是钻孔灌注桩还是地下连续墙在基坑工程结束后均不能回收，无形中占用了未来地下空间开发的位置，造成地下空间资源浪费。

技术实现要素：

本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供一种具有内支撑的钢管砂桩深基坑支护结构，能够多次循环使用，防水性能好，施工成本低。

本发明的另一个目的是提供一种具有内支撑的钢管砂桩深基坑支护结构的施工方法，施工周期短，施工效率高。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种具有内支撑的钢管砂桩深基坑支护结构，包括：

多个钢管砂桩：用于贴合基坑的坑壁设置，相邻钢管砂桩之间拼接固定有支撑弧板，支撑弧板的外侧面能够贴合基坑的坑壁，所述钢管砂桩内设置有隔板，隔板将钢管砂桩内部空间分隔为第一空间和第二空间，第一空间靠近基坑坑壁设置，第一空间内填充抗压填充物，第二空间内设置预应力钢筋。

内支撑结构：用于设置在基坑内部空间，内支撑结构与钢管砂桩之间设置有围檩，内支撑结构与围檩可拆卸连接，内支撑结构将围檩压紧在钢管砂桩上，对钢管砂桩进行支撑。

进一步的，所述内支撑结构包括设置在相邻围檩之间的斜撑钢管及设置在相对的围檩之间的横撑钢管，所述斜撑钢管两端设有钢管接头，钢管接头固定有第一固定板，第一固定板与围檩可拆卸连接，横撑钢管两端固定有第二固定板，第二固定板与围檩可拆卸连接。

进一步的，所述抗压填充物采用中砂。

进一步的，所述支撑弧板包括弧度为90°的弧形板，所述弧形板的两端设置有矩形板，矩形板一端与弧形板连接，另一端设有卡接部，所述钢管砂桩设置有卡槽结构，所述卡接部能够卡入卡槽结构中并与卡槽结构的内侧面贴紧接触，实现弧形板与相邻钢管砂桩的拼接固定。

进一步的，所述钢管砂桩的顶端设有回收接头，所述回收接头具有起吊孔，方便将钢管砂桩进行起吊拔出。

进一步的，所述钢管砂桩底部设有倒锥形结构的封口盖，所述封口盖由多个封盖部构成，封盖部与钢管砂桩底部转动连接，多个封盖能够将钢管砂桩底部敞开或封闭。

进一步的，所述钢管砂桩有多个管段拼接构成，所述管段一端设置有插入管，另一端设置有与所述插入管相匹配的承接管，插入管与承接管的壁厚之和等于钢管砂桩的壁厚，相邻管段中，其中一个管段的插入管插入另一个管段的承接管中，实现相邻管段的拼接。

进一步的，所述管段一端设置有第一套筒，所述第一套筒中螺纹连接有加固钢筋，另一端设置有与所述第一套筒同轴且与加固钢筋相匹配的第二套筒，相邻管段中，其中一个管段的加固钢筋插入另一个管段的第二套筒中，加固钢筋穿出第二套筒的部分弯曲形成弯钩结构。

本发明还公开了一种具有内支撑的钢管砂桩深基坑支护结构的施工方法，包括以下步骤：

步骤1：将多个钢管砂桩压入土体中，在钢管砂桩的第二空间内设置预应力钢筋，钢管砂桩压入土体后，将支撑弧板与钢管砂桩拼接后压入土体中，在钢管砂桩的第一空间中填充抗压填充物，对第二空间内的预应力钢筋施加预应力。

步骤2：钢管砂桩及支撑弧板施工完成后，开始开挖基坑，基坑开挖至设定深度后，搭设围檩和内支撑结构，基坑每次开挖设定深度，均需要搭设围檩和内支撑结构，直至基坑开挖完成。

进一步的，在第一空间中填充抗压填充物之前，在第一空间中设置伸入第一空间底部的吸水管，填充抗压填充物时，同时进行填充抗压填充物和灌注液体，抗压填充物填充完成后，利用吸水管将第一空间内液体吸出。

本发明的有益效果：

1.本发明的支护结构，钢管砂桩的第一空间内填充中砂，第二空间内设置预应力钢筋，且第一空间靠近基坑的内坑面设置，钢管砂桩插入土体后，钢管砂桩靠近基坑内坑面的一侧受压，另一侧受拉，中砂可以提高钢管砂桩的抗压能力，预应力钢筋可以增强钢管砂桩的抗弯能力，而且，钢管砂桩利用内支撑结构和围檩进行支撑，使钢管砂桩具有较好的承载能力，钢管砂桩支护性能更好，采用内支撑结构，也满足了基坑周边环境复杂、管线等构筑物较多时的支护需求。

2.本发明的支护结构，利用钢管砂桩、支撑弧板、围檩和内支撑结构进行支护，相对于现有的采用地下墙的支护形式，施工成本低，施工周期短。

3.本发明的支护结构，相邻钢管砂桩之间拼接固定有支撑弧板，支撑弧板可以支护土体，很好的承受土体传递来的土压力，支撑弧板通过卡接部和卡槽结构与钢管砂桩拼接固定，卡接部和卡槽结构能够紧密贴紧接触，使支护结构具有良好的防水性能，解决了基坑支护渗水、防水困难的问题。

4.本发明的支护结构，弧形板的弧度为90°，相对于其他角度的弧形板，其抗压能力最强。

5.本发明的支护结构，钢管砂桩由多个钢管部拼接构成，避免了钢管砂桩长度过长造成的后期不方便回收的问题。

6.本发明的支护结构，钢管砂桩、支撑弧板等可回收并能多次利用，不仅可以降低基坑的支护费用，而且施工过程中不会造成污染，保护了周围环境，不影响未来地下空间的开发。

7.本发明的支护结构的施工方法，将钢管砂桩和支撑弧板压入土体后，再对基坑进行开挖，边开挖边支护，缩短了工期，提高了支护效率。

8.本发明的支护结构的施工方法，在第一空间内填充中砂时，边填砂边灌注液体，可以增加中砂的密实度，提高了钢管砂桩的承载能力。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。

图1为本发明实施例1整体结构示意图；

图2为本发明实施例1局部结构俯视示意图；

图3为本发明实施例1卡接部与卡槽结构装配示意图；

图4为本发明实施例1封口盖结构示意图；

图5为本发明实施例1斜撑钢管与围凛装配示意图；

图6为本发明实施例1相邻管段分开状态示意图；

图7为本发明实施例1相邻管段拼接后状态示意图；

其中，1.钢管砂桩，2.支撑弧板，2-1.第二弧形板，2-2.矩形板，2-3.卡接部，3.围檩，4.斜撑钢管，5.横撑钢管，6.第一隔板，7.中砂，8.第二隔板，9.预应力钢筋，10.卡槽结构，11.回收接头，12.封盖部，13.钢管接头，14.第一固定板，15.高强度螺栓，16.插接管，17.承接管，18.第一套筒，19.加固钢筋，19-1.弯钩结构，20.第二套筒。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

正如背景技术所介绍的，现有的基坑支护结构施工成本高、施工周期长且防水性能差，针对上述问题，本申请提出了一种具有内支撑的钢管砂桩深基坑支护结构。

本申请的一种典型实施方式实施例1中，用于对截面为矩形的基坑进行支护，如图1-7所示，一种具有内支撑的钢管砂桩深基坑支护结构，包括多个用于贴合基坑的四个基坑壁的钢管砂桩1，所述钢管砂桩截面为矩形，相邻钢管砂桩之间拼接固定有支撑弧板2，所述支撑弧板的外侧面用于与基坑的坑壁相贴合，所述支护结构还包括内支撑结构，所述内支撑结构用于设置在基坑内部位置，所述内支撑结构与钢管砂桩之间设置有围檩3，所述围檩采用带螺栓孔工字钢，每个基坑壁所贴合的钢管砂桩与内支撑结构之间均设置围檩，所述内支撑结构与围檩可拆卸连接，内支撑结构能够将围檩压紧在钢管砂桩上，对钢管砂桩提供一定的支撑力，提高钢管砂桩的承载能力。

采用内支撑结构、钢管砂桩和支撑弧板作为支护结构，满足了基坑周边环境复杂、关系等构筑物较多的情况下的支护要求。

所述钢管砂桩内部设有第一隔板6，第一隔板采用第一弧形板，第一隔板将钢管砂桩内部空间分隔为第一空间和第二空间，第一空间靠近基坑坑壁设置。

位于基坑四个角处的钢管砂桩内的第一隔板设置在靠近基坑内部的一个角的位置处，第一隔板两端与钢管砂桩相邻的两个管壁内侧面焊接固定，基坑四个角处的钢管砂桩被第一隔板分隔为一个第一空间和一个第二空间，所述第一空间内填充抗压填充物，优选的，抗压填充物采用中砂7，利用中砂来代替混凝土抗压，成本低，且节省了混凝土固化到设定强度的时间，加快了施工速度。所述第二空间内设置有第二隔板8，所述第二隔板一端与第一隔板焊接固定，另一端与钢管砂桩相邻两个管壁内侧面拐角位置处焊接固定，第二隔板将第二空间分隔为两个空间，两个空间内均设置预应力钢筋9。

其余位置的钢管砂桩内设置有两个第一隔板，分别设置在钢管砂桩靠近基坑内部的两个角的位置处，将钢管砂桩内部空间分隔为一个第一空间和两个第二空间，第一空间内填充中砂，两个第二空间内分别设置预应力钢筋。

本实施例的支护结构工作时，钢管砂桩主要承受水平向土压力，钢管砂桩会受到较大弯矩，即靠近基坑坑壁侧受压，靠近基坑内部的一侧受拉，通过设置预应力钢筋，可以有效提高钢管砂桩靠近基坑内部的一侧的抗拉能力，通过填充中砂，可以有效提高钢管砂桩靠近基坑坑壁一侧的抗压能力，使钢管砂桩具有较好的承载性能，钢管砂桩采用此种形式，相对于钢管混凝土灌注桩或钢筋混凝土灌注桩可大幅度降低材料成本，而且节省了混凝土达到设定强度的时间，加快了施工速度。

所述支撑弧板包括第二弧形板2-1，所述第二弧形板两端一体式连接有矩形板2-2，所述矩形板一端与第二弧形板端部一体式连接，另一端设有卡接部2-3，所述钢管砂桩的外侧面上设置有与所述卡接部相匹配的卡槽结构10，所述卡接部能够卡入所述卡槽结构中，且与卡槽结构的内侧面贴紧接触，支撑弧板采用卡接部和卡槽结构进行拼接连接，具有良好的防水性能，解决了基坑支护渗水、防水困难的问题。

本实施例中，所述第二弧形板的弧度为90°，具有最佳的抗压能力。

所述钢管砂桩的顶部设置有八个回收接头11，每个钢管砂桩侧管壁的顶端设置两个回收接头，所述回收接头具有起吊孔，方便将钢管砂桩起吊拔出。

所述钢管砂桩的底端设置有封口盖，所述封口盖为倒锥形结构，所述封口盖由四个封盖部12构成，四个封盖部能够构成倒锥形结构，四个封盖部顶端通过合页与钢管砂桩的底端转动连接，钢管砂桩压入土体时，可预先将四个封盖部闭合，形成锥尖，方便将钢管砂桩压入土中，拔除钢管砂桩时，在重力作用下，钢管砂桩内部的中砂会顶开四个封盖部，使钢管砂桩底部敞开，中砂能够从钢管砂桩底部漏出，方便将钢管砂桩拔出。

所述内支撑结构包括设置在相邻两个围檩之间的斜撑钢管4，所述斜撑钢管两端设有钢管接头13，所述钢管接头的截面为等腰直角三角形，防止斜撑钢管4偏心受压，所述钢管接头焊接固定有第一固定板14，所述第一固定板通过高强度螺栓15与围檩可拆卸固定连接，长度较长的两个坑壁所对应的两根相对的围檩之间设置有多个横撑钢管5，所述横撑钢管的两端焊接固定有第二固定板，所述第二固定板通过高强度螺栓与围檩可拆卸固定连接，本实施例中，所述斜撑钢管和横撑钢管均采用直径为600mm的钢管。

斜撑钢管和横撑钢管将围檩压紧在钢管砂桩上，对钢管砂桩提供支撑力，提高了钢管砂桩的承载能力，且斜撑钢管和横撑钢管对基坑周围的土体没有影响，满足了基坑周边环境复杂、关系等构筑物较多的情况下的支护要求。

深基坑支护中所用的钢管砂桩长度较长，因此本实施例中，所述钢管砂桩由多个管段拼接而成，施工时可将钢管砂桩分段压入土中，方便进行施工，钢管砂桩回收时，也可方便回收。

所述管段的底端设置有插接管16，顶端设置有与所述插接管相匹配的承接管17，插接管和承接管的壁厚之和等于钢管砂桩的壁厚，相邻管段中，其中一个管段的插接管能够插入另一个管段的承接管中，且插接部分的内部截面尺寸等于钢管砂桩的内部截面尺寸，外部截面尺寸等于钢管砂桩的外部截面尺寸。

所述第一隔板的顶端与承接管的底端相平齐，第一隔板的底端与插接管的底端相平齐，相邻管段拼接后，管段内的第一隔板也能够紧密拼接。

所述管段的底端外侧面均匀固定有八个第一套筒18，所述第一套筒螺纹连接有加固钢筋19，所述管段顶端的承接管的顶端固定有与第一套筒同轴设置的八个第二套筒20，所述第二套筒与加固钢筋相匹配，相邻两个管段中，上方的管段的加固钢筋插入下方管段的第二套筒中，加固钢筋穿出第二套筒的部分弯曲形成弯钩结构19-1，加强了相邻管段之间的连接强度。

本实施例中，位于最顶端的管段无需设置承接管，其顶部设置回收接头，位于最底部的管段无需设置插接管，其底端设置封口盖。

实施例2：

本实施例公开了一种可循环利用的基坑桩锚支护结构的施工方法，包括以下步骤：

步骤1：将多个钢管砂桩压入土体中，在钢管砂桩的第二空间内设置预应力钢筋，钢管砂桩压入土体后，将支撑弧板与钢管砂桩拼接后压入土体中，在钢管砂桩的第一空间中填充抗压填充物，对第二空间内的预应力钢筋施加预应力。

具体的，首先在施工场地定位出钢管砂桩的具体位置，将带钢管砂桩带有封口盖的第一段管段利用静压植桩机压入土体中，并在第一段管段的第二空间内设置第一段预应力钢筋，并将第一段预应力钢筋的底端锚固在第一段管段内部，然后将第二段管段和压入土体的第一段管段插接连接，加固钢筋插入第二套筒中，弯曲加固钢筋穿出第二套筒的部分形成弯钩结构，然后将将第二段管段压入土体中，在第二段管段的第二空间内设置第二段预应力钢筋，第二段预应力钢筋通过钢筋套筒与第一段预应力钢筋固定连接，采用相同的方法，依次将多段管段压入土体中，并在多段管段的第二空间内设置预应力钢筋，带有回收接头的管段位于最上方。多段管段压入土体后，形成压入土体的完整的钢管砂桩，然后相邻钢管砂桩之间的支撑弧板与钢管砂桩拼接后压入土体中，在第一空间内填充中砂，将第二空间内的预应力钢筋施加预应力。第一空间填充中砂前，在钢管砂桩的第一空间内置入一根吸水管，所述吸水管伸入至钢管砂桩的底部，吸水管置入完成后，在钢管砂桩的第一空间内填充中砂，填砂时，同时灌注液体，本实施例中，液体采用水即可，边灌水边填砂，中砂会在水流的作用下更加密实，提高了中砂的承载力，中砂填充完成后，将吸水管与水泵连接，利用水泵将第一空间内的水抽出，促进中砂密实度增大。

步骤2：钢管砂桩及支撑弧板施工完成后，开始开挖基坑，基坑开挖至设定深度后，搭设内支撑结构和围檩，基坑每次开挖设定深度，均需要搭设内支撑结构和围檩，直至基坑开挖完成。

具体的，钢管砂桩机支撑弧板施工完成后，开始对基坑进行开挖，开挖至设定深度后，将围檩放置在设定位置，连接围檩之间的斜撑钢管和横撑钢管，利用斜撑钢管和横撑钢管将围檩压紧在钢管砂桩上。

采用相同的方法，基坑每次开挖设定的深度，对围檩和内支撑结构进行施工，直至基坑开挖完成。

基坑内主体结构的地下部分施工完成后，即可对基坑进行回填，基坑每回填一部分前，先将该部分对应的围檩内支撑结构拆除，进行回收，然后回填相应部分，直至基坑完全回填，回填完成后，将钢管砂桩核和支撑弧板拔出，进行回收和再利用。

本实施例的施工方法，钢管砂桩核支撑弧板压入土体后再开挖基坑，基坑边开挖边进行内支撑支护，缩短了工期，提高了支护效率，基坑内主体结构的地下部分施工完成后，可将钢管砂桩核支撑弧板回收，并可以多次循环使用，不仅可以降低基坑支护费用，而且不在地下留下建筑垃圾，保护环境，不影响未来地下空间的开发。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。