一种多峰预应力基坑支护结构的制作方法

本实用新型涉及一种多峰预应力基坑支护结构。

背景技术：

预应力支护桩作为基坑支护的一个桩型，可以有效地提高桩体的强度，并减少支护桩的数量，尤其在浅基坑的施工中，可以完全取消基坑内的水平支撑，仅保留基坑顶端的水平支撑。但是在深基坑施工中，预应力支护桩受到了较大的限制，锚索安装在支护桩的内侧，并将支撑杆支撑在锚索与支护桩之间，利用锚索在张拉时所产生的内应力使支护桩产生预应力，但在当基坑较深时，基坑外部的土体会对支护桩产生更大的压力，在基坑外部压力下，会加大对锚索的张拉，严重时，会使支护桩的中间部朝向基坑内部突出，形成朝向基坑内侧方向的弓形，对支护桩的受力状态造成破坏，严重时，会使锚索产生塑性形变，造成基坑支护系统失效，影响基坑的施工安全。

如果要加大对支护桩的预应力，在加大对锚索的张力的同时，还需要加长支撑杆在水平方向的长度，占用较多的基坑内部空间，且由于支撑杆的长度加大，也会加大支护桩在下沉时的难度，且易于发生倾斜，偏离设定的下沉方向，因此预应力支护桩常用于开挖深度在大致15米范围内的基坑。

技术实现要素：

为解决上述问题，本实用新型首先提出了一种基坑支护结构，利用该基坑支护结构，可以有效地提高预应力支护桩的基坑施工深度，具体技术方案如下：

一种多峰预应力基坑支护结构，其包括若干沿基坑边缘设置的预应力支护桩，每一预应力支护桩均包括一支护桩体和一预应力筋，一冠梁设置在各支护桩体的顶部；

该预应力筋的一端连接在该冠梁上，该预应力筋的另一端连接到支护桩体的下部；在支护桩体上从上至下设置有至少两个支撑部，在相邻的两个支撑部之间还设置有一锚筋部，该锚筋部安装在支护桩体上、并向内不超过支护桩体的内侧面；

该预应力筋支撑在该至少两个支撑部上，两个相邻的支撑部之间的预应力筋支撑在该锚筋部上，每一支撑部均使预应力筋形成一朝向基坑内侧突出的拱形部；每个支撑部包括至少两个沿水平方向安装在支护桩体上的支撑座，该至少两个支撑座沿高度方向间隔设置、且支撑在预应力筋上；在每一支撑座上均设置有第一卡持部，在每一锚筋部上均形成有第二卡持部，预应力筋卡持在第一卡持部和第二卡持部内，且预应力筋能够在外力作用下、相对于第一卡持部和第二卡持部滑动；

在基坑的顶部设置有一顶部水平支撑，该顶部水平支撑连接在该冠梁上；

至少对应于一个锚筋部，设置有一中间水平支撑，该中间水平支撑安装在支护桩体上；至少设置有一道连接在支护桩体上的混凝土围檩。

本申请中，对应于同一支护桩体均设置有至少两个支撑部，并在两个相邻的支撑部之间设置了一锚筋部，将预应力筋形成为至少两个拱形部，并对应于锚筋部设置了中间水平支撑。相比现有的预应力筋形成有一个拱形部的结构，可以有效地减少拱形部朝基坑内侧突出的距离，避免拱形部在水平方向上超过到地下结构的墙体，影响地下结构的施工。形成至少两个拱形部后，可以大幅度地减少拱形部朝基坑内部的突出距离。本申请中，对应于锚筋部，设置了中间水平支撑，利用中间水平支撑来提高支护桩体的抵抗外部压力的能力，并将支护桩体形成为至少两个部分，但这两个部分又相互连接，而且由同一预应力筋来提高预应力，使支护桩体能够在预应力筋和中间水平支撑的共同作用下，具有更高的抵抗外部压力的能力。

为避免在预应力支护桩在下沉过程中，由于预先完成施工的围护墙或止水帷幕对预应力支护桩的下沉造成阻碍，锚筋部向外不超过支护桩体的外侧面。该设计可以避免预应力支护桩在下沉过程中，由于锚筋部卡到围护墙或止水帷幕而导致预应力支护桩下沉困难。

进一步，各拱形部使支护桩体所产生的预应力的变化趋势与外部土体在支护桩体上所产生的压力的变化趋势相同。目前，在预应力支护桩的桩体上所产生的预应力大致分为两种状态，一种是在基坑深度范围内的中间部最大，一种是在基坑深度范围均匀分布，但是基坑外部土体作用在支护桩体上的压力分布基本上是由上至下逐渐增大，无法充分利用支护桩体上所形成的预应力，因此现有的预应力支护桩一直无法有效地扩大其使用范围。采用该设计后，由于能够使支护桩体所产生的预应力最大限度地用于抵抗外部压力，以充分利用支护桩体所生产的预应力，提高预应力支护桩的使用范围。

进一步，该混凝土围檩与支撑座相连接。优选，每一混凝土围檩均与一支护桩体上的一支撑座相连接。混凝土围檩与支撑座相连后，可有效地提高混凝土围檩与支护桩体的连接强度，提高支护结构的整体稳定性。

进一步，为保证混凝土围檩与支撑座的连接强度，混凝土围檩包裹与其相连接的支撑座。优选地，为避免混凝土围檩的宽度过大，在混凝土围檩的内侧形成有包覆部，该包覆部由混凝土围檩的内侧面朝向内侧突出而形成，并包裹在支撑座向内超出混凝土围檩的内侧面的端部上。

进一步，在支护桩体的内侧设置有一沿支护桩体的连接竖梁，该连接竖梁连接同一支撑部内的支撑座，且该连接竖梁与混凝土围檩相连接。连接竖梁可以采用钢筋混凝土结构或钢结构。

该设计可以使连接竖梁与混凝土围檩形成一个网格状的支护结构，使各混凝土围檩能够相互依靠或支持，共同抵抗外部压力，进一步提高基坑支护结构的整体性。另外，设置连接竖梁后，加强了支撑座与支护桩体的连接强度，避免支护桩体在发生轻微变形的情况下，支撑座与支护桩体之间由于连接强度不足而产生断裂的情况。

进一步，为使支护桩体内所形成的预应力分布状态能够最大限度地与外部压力的分布相对应，从而提高支护结构的抵抗外部压力的能力，对于同一支护桩体，相邻的两个拱形部中，位于下侧的拱形部的朝向基坑内侧的突出距离大于位于上侧的拱形部的朝向基坑内侧的突出距离。本申请中，拱形部的朝向基坑内侧的突出距离为拱形部与h钢桩在水平方向上的最大距离。

在完成基坑的开挖后，以基坑的底面为基准，从下向上，支护桩体所受到的外部压力逐渐减少，在传统的预应力支护桩中，对支护桩体所产生的预应力一般是在基坑的中部范围内最大，底部和顶部所产生的预应力最小，不利于预应力支护桩对外部压力的抵抗。本申请中，由于设置了至少两个拱形部，在将位于下侧的拱形部的朝向基坑内侧的突出距离设计为更大时，可以使支护桩体的靠近基坑底部的部分能够产生更大的预应力，以更好地抵抗外部压力。

为了避免中间水平支撑对预应力筋的自由伸缩造成影响，该预应力筋与中间水平支撑无连接且不相交。同时，预应力筋不会进入到所对应的中间水平支撑所圈围的空间内。由于中间水平支撑一般需要采用围檩连接在支护桩体上，预应力筋与中间水平支撑所对应的围檩也不连接。

为使支护桩体所生产预应力能够最大限度地与外部压力相对应，同一支撑部内，位于下侧的支撑座的第一卡持部到支护桩体的距离≥位于上侧的支撑座的第一卡持部到支护桩体的距离。

进一步，顶部水平支撑与相邻的中间水平支撑之间的距离为8-12米，当设置有至少两个中间水平支撑时，相邻的两个中间水平支撑之间的距离为8-12米。

在上述距离的设置范围内，能够充分地利用各中间水平支撑，发挥最大的效果，上述距离设置太小时，会造成基坑内的施工不便，且增加施工成本，距离太大时，无法提供足够的对支护桩体的支撑力量，易于造成支护桩体的失稳，影响基坑的安全性。

其次，本申请还提出了上述任一项所述的多峰预应力基坑支护结构的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)预制预应力支护桩：

在支护桩体上安装支撑部和锚筋部；

将预应力筋的一端固定在支护桩的下端，将预应力筋的另一端依次穿过各支撑部的支撑座上的第一卡持部，并穿过锚筋部上的第二卡持部；

(2)沉桩：

利用打桩设备将若干根预应力支护桩沉入待开挖基坑的四周，支护桩体的设置有支撑部的一侧朝向基坑的内侧；

(3)设置冠梁：

在支护桩体的顶部设置冠梁，该冠梁将各支护桩体连接在一起，使各支护桩体与冠梁形成为一个整体；施工顶部水平支撑，使顶部水平支撑连接在冠梁上；

(4)施加预应力：

对预应力筋施加预应力，然后将预应力筋的上端固定在冠梁上；

(5)开挖基坑：

随着基坑的开挖，浇注混凝土围檩，并使混凝土围檩包裹在与其相连接的支撑座上；当到达中间水平支撑的施工高度时，暂停基坑的开挖，安装中间水平支撑并完成，然后继续基坑的开挖；

(6)进行地下结构的施工。

利用该施工方法能够顺利地完成多峰预应力基坑支护结构的施工，在该施工方法中，在开挖基坑前，首先完成对预应力筋的预应力的施加，以使支护桩体产生预应力。支护结构的施工是随基坑的开挖逐步完成，可在基坑开挖过程中，随时对支护结构进行调整。

附图说明

图1是本实用新型的一实施例的结构示意图。

图2是图1中a-a向视图的局部图。

图3是支撑座e与支护桩体的连接示意图。

图4是锚筋部与支护桩体的连接示意图。

具体实施方式

本申请中，将朝向基坑内部方向的一侧称为内侧或内部，将与该内侧或内部方向相反的方向称为外侧或外部。

参阅图1和图2，一种多峰预应力基坑支护结构，其包括若干沿基坑边缘设置的预应力支护桩，每一预应力支护桩均包括一支护桩体10和一预应力筋30，冠梁411设置在各支护桩体的顶部，该冠梁将各支护桩体连接为一整体。本实施例中，支护桩体为h钢桩17。图1中，标记100表示地面。

该预应力筋30的一端连接在该冠梁411上，该预应力筋的另一端经下锚索夹具35固定连接到支护桩体10的下部。在支护桩体10上从上至下设置有两个支撑部，为便于描述，该两个支撑部分别称为第一支撑部11和第二支撑部12，其中第一支撑部11为于第二支撑部12的上方。本实施例中，预应力筋采用钢锚索。

在本实施例中，第一支撑部11包括安装在支护桩体10上的支撑座a111和支撑座b112两个支撑座，支撑座a111和支撑座b112在竖直方向上间隔设置，支撑座a111和支撑座b112沿水平方向朝向基坑的内侧方向延伸。

第二支撑部12包括安装在支护桩体10上的支撑座c121、支撑座d122和支撑座e123三个支撑座，支撑座c121、支撑座d122和支撑座e123在竖直方向上间隔设置，支撑座c121、支撑座d122和支撑座e123沿水平方向朝向基坑的内侧方向延伸。

在支撑座a111、支撑座b112、支撑座c121、支撑座d122和支撑座e123的远离支护桩体的一端均设置有一个第一卡持部。

以下以支撑座e123为例说明支撑座的结构，请参阅图3，支撑座e123包括沿水平方向焊接在h钢桩17上的h型钢1231和焊接在该h型钢1231的远离h钢桩的一端上的圆管1232，该圆管1232沿竖直方向延伸，该圆管1232的内孔形成为第一卡持部，预应力筋30预先穿设在各第一卡持部内。

在第一支撑部11和第二支撑部12设置有一锚筋部15，在该锚筋部15上设置有第二卡持部。请参阅图4，本实施例中，该锚筋部15包括设置在作为支护桩体的h钢桩17上的圆形钢管151和设置在该圆形钢管151上的半圆形的钢环152。

作为支护桩体10的h钢桩17的两个翼缘分别称为第一翼缘101和第二翼缘102，其中第一翼缘朝向基坑的内侧，第二翼缘朝向基坑的外侧，圆形钢管151焊接在h钢桩的腹板103的一侧，钢环152焊接在圆形钢管151的朝向第二翼缘102的一侧，该钢环152形成为第二卡持部，预应力筋30穿过钢环152与圆形钢管151之间的通道。由于圆形钢管151设置在h钢桩的腹板103的侧面，使圆形钢管151向内不超过h钢桩的朝向内侧的第一翼缘101，即锚筋部安装在支护桩体上、并向内不超过支护桩体的内侧面105。钢环152向外不超过第二翼缘102的外侧面，即锚筋部向内不超过支护桩体的外侧面106。

在外力作用下，应力筋能够在钢环152与圆形钢管151之间的通道内滑动，以及能够在作为第一卡持部的圆管内滑动。

预应力筋30从上至下依次闯过第一支撑部11的两个支撑座上的第一卡持部、锚筋部15上的第二卡持部、以及第二支撑部12的三个支撑座上的第一卡持部。

在第一支撑部11和第二支撑部12的支撑下，预应力筋形成两个朝向基坑内侧突出的拱形部，为便于描述，将由第一支撑部11所支撑形成的拱形部称为拱形部ⅰ31，由第二支撑部12所支撑形成的拱形部称为拱形部ⅱ32。

在锚筋部15所正对的水平方向上，设置有一围檩a421，该围檩a421为一混凝土围檩，一中间水平支撑42连接在该围檩a421上。即至少对应于一个锚筋部，设置有一中间水平支撑，该中间水平支撑安装在支护桩体上，并与所对应的锚筋部的高度相同。本实施例中，中间水平支撑42与预应力筋30无连接，且不相交，即预应力筋30不会进入到中间水平支撑42所圈围的空间内。

可以理解，在其它实施例中，在竖直方向上，中间水平支撑42可以略高于或略低于锚筋部，但不得与预应力筋产生干涉。

在本实施例中，各支护桩体上相应支撑座位于同一高度，即各支护桩体上的支撑座a111位于同一高度，支撑座b112位于同一高度，支撑座c121位于同一高度，支撑座d122同一高度，支撑座e123位于同一高度。

各支护桩体上的所有支撑座a111构成第一组支撑座，所有支撑座b112构成第二组支撑座，所有支撑座c121构成第三组支撑座，所有支撑座d122构成第四组支撑座，所有支撑座e123构成第五组支撑座。

本实施例中，对应于每组支撑座均设置有一道连接在各支护桩体上混凝土围檩，共设置第一混凝土围檩116、第二混凝土围檩117、第三混凝土围檩126、第四混凝土围檩127和第五混凝土围檩128五道混凝土围檩，分别对应于第一组支撑座、第二组支撑座、第三组支撑座、第四组支撑座和五组支撑座。

各混凝土围檩将所对应的支撑座完成包裹，为避免造成混凝土围檩的宽度过大，对于长度较大的支撑座，采用凸包结构来对支撑座超出混凝土围檩的端头进行包裹，形成包覆部。

以下对包覆部进行说明，请参阅图2，支撑座e123的远离支护桩体10的顶部1231向内超过第五混凝土围檩128的内侧面1283，在第五混凝土围檩128的内侧朝基坑内部方向突出形成一个包覆部1281，该包覆部1281将支撑座e123的顶部1231完全包裹，标记1282表示第五混凝土围檩128的内侧面1283的延伸线。

为提高支护系统的整体性和稳定性，在本实施例中，在每根支护桩体上，对应于每个支撑部均设置有一连接竖梁，该连接竖梁将同一支撑部内的所有支撑座，并且与混凝土围檩相连接。以下对连接竖梁进行详细说明，请继续参阅图1，对应于第一支撑部11内的支撑座设置有第一连接竖梁131，该第一连接竖梁131沿支护桩体10的内侧面在竖直方向延伸，第一连接竖梁131为混凝土结构，并连接第一混凝土围檩116和第二混凝土围檩117，且第一连接竖梁的顶部向上超过第一混凝土围檩116的上侧面，第一连接竖梁的底部向下超过第二混凝土围檩117的下侧面，各第一连接竖梁与第一混凝土围檩和第二混凝土围檩形成一个网格状的混凝土结构。

对应于第二支撑部12内的支撑座设置有第二连接竖梁133，该第二连接竖梁133沿支护桩体10的内侧面在竖直方向延伸，第二连接竖梁133为混凝土结构，并连接第三混凝土围檩126、第四混凝土围檩127和五混凝土围檩128，且第二连接竖梁的顶部向上超过第三混凝土围檩126的上侧面，第二连接竖梁的底部向下超过第五混凝土围檩128的下侧面，各第二连接竖梁与第三混凝土围檩、第四混凝土围檩和第五混凝土围檩形成另一个网格状的混凝土结构。

本实施例中，为使预应力筋30能够对支护桩体10形成更为合理的压力分布，以提高支护桩体10对外部压力的抵抗力，在同一支撑部内，位于下侧的支撑座的第一卡持部到支护桩体的距离≥位于上侧的支撑座的第一卡持部到支护桩体的距离。以下首先对支撑座的第一卡持部到支护桩体的距离进行说明,请参阅图3，以支撑座e123的第一卡持部到支护桩体的距离h1为例进行说明，距离h1为圆管1232的内孔到h钢桩17的内侧面105之间的距离。其余的支撑座的第一卡持部到支护桩体的距离的定义与此相同。

具体在本实施例中，第一支撑部11的两个支撑座上的第一卡持部到支护桩体的距离相同。由于第一支撑部位于支护桩体的上部，所受到的外部土体的压力相对较小，而且在竖直方向上外部压力的分布比较均匀，变化不大，使第一支撑部11的两个支撑座的第一卡持部到支护桩体的距离相同时，可以采用相同的部件来制作第一支撑部11的两个支撑座，提高部件的制造效率。

第二支撑部12的三个支撑座上的第一卡持部到支护桩体的距离从上到下逐渐增大，即第二支撑部12的三个支撑座中，支撑座c121上的第一卡持部到支护桩体的距离最小，支撑座e123上的第一卡持部到支护桩体的距离最大。

第二支撑部12距离基坑的底面较近，外部土体在第二支撑部所对应的支护桩体上具有更大的作用力，且越靠近基坑的底面，支护桩体所受到外力越大，使最靠下的支撑座e123上的第一卡持部到支护桩体的距离最大，能够对支护桩体产生最大的作用力，使支护桩体能够形成更大的抵御外部土体压力的应力。

本实施例中，根据外部土体对支护桩体的不同区间所产生的不同压力，将各拱形部的朝向基坑内侧的突出距离设置为不同，以基坑800的底面810为基准，向上距离基坑的底面810越远，所受到的外部土体的压力越小，即支护桩体的顶部所受到的外部土体的压力最小。

因此本实施例中，拱形部ⅱ32的朝向基坑内侧的突出距离大于位于上侧的拱形部ⅰ31的朝向基坑内侧的突出距离。以下以拱形部ⅱ32的朝向基坑内侧的突出距离为例，来说明拱形部的朝向基坑内侧的突出距离。请参阅图3，拱形部ⅱ32的朝向基坑内侧的突出距离h2为拱形部ⅱ32与h钢桩在水平方向上的最大距离。

本实施例中，基坑的底面深度为20米，顶部水平支撑41与中间水平支撑之间的距离为10米。可以理解，在其他实施例中，根据土质的不同，还可以对顶部水平支撑41与中间水平支撑之间的距离进行调节，例如可以将顶部水平支撑41与中间水平支撑之间的距离设置为8米或9米，或设置为11米或12米。

本实施例中，仅设置了一个中间水平支撑，可以理解，当基坑的深度加大时，还可以增加中间水平支撑的数量，并相应地增加锚筋部和支撑部的数量，当设置有两个以上的中间水平支撑时时，相邻的两个中间水平支撑之间的距离为8-12米，具体数值可以为8米、10米或12米，当然也可以为8-12米之间的其他数值。

本实施例中，顶部水平支撑41和中间水平支撑42均采用钢结构，可以理解，在其他实施例中，顶部水平支撑41和中间水平支撑42还可以采用钢筋混凝土结构。

本实施例中，同一同一支撑部内，位于下侧的支撑座的第一卡持部到支护桩体的距离≥位于上侧的支撑座的第一卡持部到支护桩体的距离。且使拱形部ⅱ32的朝向基坑内侧的突出距离大于位于上侧的拱形部ⅰ31的朝向基坑内侧的突出距离。使本实施例中，各拱形部使支护桩体所产生的预应力的变化趋势与外部土体在支护桩体上所产生的压力的变化趋势相同。

以下对本实施例中的多峰预应力基坑支护结构的施工方法进行说明，该施工方法具体包括如下步骤：

(1)预制预应力支护桩：

在支护桩体上安装支撑部和锚筋部；

将预应力筋的一端固定在支护桩的下端，将预应力筋的另一端依次穿过各支撑部的支撑座上的第一卡持部，并穿过锚筋部上的第二卡持部。

(2)沉桩：

施工围护墙20，本实施例中，围护墙为smw工法连续墙。

当完成一段围护墙的施工后，即可进行预应力支护桩的下沉，利用打桩设备将若干根预应力支护桩沉入待开挖基坑的四周，支护桩体的设置有支撑部的一侧朝向基坑的内侧。

(3)设置冠梁：

在支护桩体的顶部设置冠梁，该冠梁将各支护桩体连接在一起，使各支护桩体与冠梁形成为一个整体；施工顶部水平支撑，使顶部水平支撑连接在冠梁上。

(4)施加预应力：

对预应力筋施加预应力，然后将预应力筋的上端用上钢索锚具36固定在冠梁上。

(5)开挖基坑：

随着基坑800的开挖，浇注第一混凝土围檩116和第二混凝土围檩117，并使第一混凝土围檩116和第二混凝土围檩117包裹在与其相连接的支撑座上。

当到达中间水平支撑42的施工高度时，暂停基坑的开挖，浇注围檩a421，并安装中间水平支撑42，然后继续基坑的开挖，并同步进行第三混凝土围檩126、第四混凝土围檩127和第五混凝土围檩128的施工。直到完成基坑800的开挖。

(6)完成基坑的开挖后，进行底板43的浇注，并进行地下结构的施工。