一种竖转横双向约束锚拉桩支护结构的制作方法

本实用新型涉及基坑、边坡支护技术领域，尤其涉及一种竖转横双向约束锚拉桩支护结构。

背景技术：

传统的锚拉桩板挡墙锚索占用的水平空间较大，导致大部分锚索出项目用地红线已成为一种普遍现象，相连地块后期开发施工存在可能破坏已有锚索的风险，影响已支护结构的安全。现有部分地方政府已明文规定禁止锚索、锚杆超出用地红线。本文提出一种竖转横双向约束锚拉桩支护结构，实现了锚拉桩的支护的功能，避免了锚索出红线后期不可控的风险，第一锚索与转向装置的支点作用牛腿竖向荷载，提供抗滑桩顶抗倾覆弯矩，与悬臂桩相比能减小截面尺寸与配筋，能严格控制桩顶变形、降低支护成本、提高了支护结构体系的可靠度，该支护结构便于推广与应用。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种竖转横双向约束锚拉桩支护结构及其施工方法，充分利用锚拉结构的优势，桩顶设置牛腿，在牛腿上设置第一锚索，以第一锚索为支点通过锚索转向装置提供横向锚拉，实现双向约束，第一锚索对牛腿施加预应力提供桩顶倾覆力矩，第二锚索提供水平约束力，可以严格控制桩顶变形，桩间距可大大增加，提高了支护结构体系的可靠度。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种竖转横双向约束锚拉桩支护结构，包括多个并列且竖直或斜向设置的抗滑桩，所述抗滑桩的下端嵌固在基坑坑底以下稳定基岩中，所述抗滑桩顶部均设置有顶梁与牛腿，所述牛腿设在所述抗滑桩的顶部后侧，相邻的两个所述抗滑桩之间均设桩间挡板，所述牛腿远离所述抗滑桩的一端的顶部设置有第一锚索，所述第一锚索的一端通过第一锚头与所述牛腿的顶部固定连接用于对所述牛腿施加预应力荷载，所述第一锚索的另一端为锚固端用于锚固在稳定基岩中，所述牛腿上设有锚索转向装置，所述锚索转向装置的一端与所述第一锚索设有所述第一锚头的一端固定连接，且以所述第一锚头为支点设置在所述牛腿上，所述锚索转向装置的另一端与第二锚索的一端固定连接，所述第二锚索的另一端通过第二锚头固定于所述抗滑桩的前侧。

本实用新型的有益效果是：将抗滑桩桩顶设置牛腿，牛腿上指定位置设置第一锚索，通过锚索转向装置设置第二锚索，充分利用锚索高强度与主动受力的优势，第一锚索提供荷载对抗滑桩桩顶提供抗倾覆力矩，第二锚索提供水平约束荷载，平衡部分桩后土压力，抗滑桩间距可大大增加，极大减少抗滑桩数量、大大减小了抗滑桩的截面与配筋、降低了基坑支护的成本与施工难度，缩短了施工周期，提高了支护结构体系的可靠度。

进一步，所述锚索转向装置包括马鞍形工字钢梁、锚具一、锚具二、支座和钢垫板，所述马鞍形工字钢梁的外侧面通过所述支座固定设在所述牛腿的顶部，所述锚具一和所述锚具二分别固定设在所述马鞍形工字钢梁的两端，所述马鞍形工字钢梁的一端通过所述锚具二与所述第一锚索的一端固定连接，所述锚具二设在所述第一锚头上，所述锚具二与所述第一锚头之间设有所述钢垫板；所述马鞍形工字钢梁的另一端通过所述锚具一与所述第二锚索的一端固定连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过锚索转向装置同时实现抗滑桩顶部的竖向与水平约束。

进一步，所述第一锚索与水平方向的夹角为α，其中α的取值为60°-80°。

采用上述进一步方案的有益效果是：(1)α角度越大，第一锚索占用的水平空间越小，避免第一锚索出红线的可能性就越小。(2)α的取值为60°-80°之间，既能提高一定的水平抗力又能在抗滑桩桩顶提供抗倾覆力矩。

进一步，所述第二锚头距离所述抗滑桩顶部距离大于等于1m，所述第二锚索与水平方向的夹角为β，其中β的取值为10°-30°。

采用上述进一步方案的有益效果是：(1)β的取值为10°-30°之间，第二锚索提供水平拉力大，(2)减小桩底部的竖向荷载，降低地基承载力的要求。

进一步，所述第二锚索对所述马鞍形工字钢梁的拉力为f1，所述第一锚索对所述马鞍形工字钢梁的拉力为l2，所述锚具一到所述支座的距离为l1，所述锚具二到所述支座的距离为l2，其中f1、f2需满足关系式：f1*l1＝f2*l2、f1*cosβ＝f2*sinα。

采用上述进一步方案的有益效果是：(1)通过调整l1、l2满足方程f1*l1＝f2*l2，使得锚索转向装置的支点水平合力为零；(2)满足方程f1*cosβ＝f2*sinα使得锚索转向装置的支点弯矩为零；(3)同时满足两个方程使得锚索转向装置的支点弯矩、水平合力为零，只有竖向荷载，竖向荷载对抗滑桩桩顶提供倾覆力矩，有利于支护结构。

进一步，所述抗滑桩与所述牛腿的材料均为钢筋混凝土或钢。

采用上述进一步方案的有益效果是：(1)抗滑桩与牛腿采用钢筋混凝土其整体性与刚度较好，(2)抗滑桩与牛腿采用钢结构则锚索转换装置与牛腿方便连接，可以焊接与螺栓连接。

本实用新型还公开一种竖转横双向约束锚拉桩支护结构的施工方法，包括以下步骤：

步骤一，施工抗滑桩：确定抗滑桩的位置，通过静压或钻孔插入或钻孔浇筑混凝土的方式在指定位置施工抗滑桩；

步骤二，施工桩顶牛腿：在相邻的两个抗滑桩之间设置顶梁和牛腿，在牛腿预留用于设置锚索转向装置的位置；

步骤三，待抗滑桩、牛腿达到设计强度后施工第一锚索与第一锚头，待第一锚索锚固端砂浆达到设计强度后，在牛腿上安装锚索转向装置，并且将第一锚索远离锚固端的一端与锚索转向装置的一端固定连接用于进行第一锚索的张拉与锁定，增加倾覆力矩；

步骤四，开挖桩前土，深度控制2-2.5米左右，施工第二锚索与第二锚头，将第二锚索的一端通过所述第二锚头固定在抗滑桩前侧的侧壁上，并且将所述第二锚索的另一端与所述锚索转向装置的另一端固定连接，按照设计荷载进行张拉与锁定；

步骤五，重复上述步骤一至步骤四，直至所有的抗滑桩、牛腿、第一锚索、第二锚索、顶梁以及锚索转向装置均施工完毕；

步骤六，按照逆作法开挖桩前土，分段分级开挖，施工桩间挡板，直致完成基坑的土石方开挖。

采用上述方案的有益效果是：避免传统的悬臂桩支护结构的单点约束的缺陷与常规锚拉桩支护结构锚索占据的水平空间较大的弊端，一种竖转横双向约束锚拉桩支护结构实现多点约束锚拉功能，且占据水平支护空间小，提高了支护结构的整体稳定性与刚度，提高了支挡结构的可靠性，而且在基坑支护中，地下室外墙回填后部分锚索及锚索转向装置可回收利用，体现国家倡导的基坑绿色支护的概念。

附图说明

图1为本实用新型的的结构示意图；

图2为本实用新型中牛腿、锚索转向装置、第一锚索以及第二锚索的连接示意图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、基坑边坡顶线，2、基坑边坡底线，3、抗滑桩，4、顶梁，5、牛腿，6、桩间挡板，7、第一锚索，8、第二锚索，9、第二锚头，10、第一锚头，11、锚索转向装置，12、马鞍形工字钢梁，13、锚具一，14、锚具二，15、支座，16、钢垫板。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

实施例一

如图1所示，本实施例包括多个并列且竖直或斜向设置的抗滑桩3，在本实施例中，基坑开挖后形成基坑边坡顶线1以及基坑边坡底线2，基坑边坡顶线1是指边坡的顶线，所述抗滑桩3的顶部与所述基坑边坡顶线1持平，基坑边坡底线2是指抗滑桩3漏出地面的底线，即抗滑桩3位于基坑边坡底线2下方的部分埋设在稳定基岩中，位于基坑边坡底线2上方的部分露出，所述抗滑桩3的可采用钢桩、钢筋混凝土桩、型钢混凝土桩，所述抗滑桩3的形状可以为矩形桩、圆形桩等，所述抗滑桩3的下端嵌固在基坑坑底以下稳定基岩中，所述抗滑桩3顶部均设置有顶梁4与牛腿5(牛腿，是梁托的别名，其作用是在混合结构中，梁下面的一块支撑物，它的作用是将梁支座的力分散传递给下面的承重物，因为一面集中力太大，容易压坏墙体。)，所述牛腿5可采用钢牛腿、钢筋混凝土牛腿、型钢混凝土牛腿，所述牛腿5设在所述抗滑桩3的顶部后侧，相邻的两个所述抗滑桩3之间均设桩间挡板6，所述牛腿5远离所述抗滑桩3的一端的顶部设置有第一锚索7，所述第一锚索7的一端通过第一锚头10与所述牛腿5的顶部固定连接用于对所述牛腿5施加预应力荷载，所述第一锚索7的另一端为锚固端用于锚固在稳定基岩中，所述牛腿5上设有锚索转向装置11，所述锚索转向装置11的一端与所述第一锚索7设有所述第一锚头10的一端固定连接，且以所述第一锚头10为支点设置在所述牛腿5上，所述锚索转向装置11的另一端与第二锚索8的一端固定连接，所述第二锚索8的另一端通过第二锚头9固定于所述抗滑桩3的前侧。

优选的，在本实施例中，所述锚索转向装置11包括马鞍形工字钢梁12、锚具一13、锚具二14、支座15和钢垫板16，所述马鞍形工字钢梁12的外侧面通过所述支座15固定设在所述牛腿5的顶部，所述锚具一13和所述锚具二14分别固定设在所述马鞍形工字钢梁12的两端，所述马鞍形工字钢梁12的一端通过所述锚具二14与所述第一锚索7的一端固定连接，所述锚具二14设在所述第一锚头10上，所述锚具二14与所述第一锚头10之间设有所述钢垫板16；所述马鞍形工字钢梁12的另一端通过所述锚具一13与所述第二锚索8的一端固定连接。本实施例中所述的牛腿5一端与抗滑桩3桩顶固结，在实际安装过程中，在牛腿5指定位置预留锚孔施工采用钢管焊接钢筋上预留，确保混凝土浇筑时预留孔不移位，施工第一锚索7，第一锚索7与水平方向的夹角α，取值70°-80°，夹角α，取值70°-80°的技术效果在于：(1)α角度越大，锚索占用的水平空间越小，避免第一锚索7出红线的可能性就越小。(2)α的取值为60°-80°之间，既能提高一定的水平抗力又能在抗滑桩3桩顶提供抗倾覆力矩。施工第一锚头10，第一锚头10采用钢筋植入牛腿5成型，在挤压平面加设3层钢筋网片锚头的大小及配筋根据计算确定，采用高强度细石混凝土浇筑，待第一锚索7锚固段砂浆达到设计强度后安装锚索转向装置11，支座15采用锚栓固定在牛腿5上指定位置，锚具二14与第一锚头10之间设置钢垫板16，按照设计荷载进行张拉锁定。其中锚索转向装置11通过设计荷载计算确定其截面尺寸，由厂家专门生产。开挖桩前土，施工第二锚索8，一端连接锚索转向装置11的锚具一13，另一端固定在抗滑桩3的外侧，按照设计荷载要求张拉锁定封锚，其中第二锚索8与水平方向的夹角β，取值20°-30°，夹角β取值20°-30°的技术效果在于：(1)β的取值为10°-30°之间，第二锚索8提供水平拉力大，(2)减小抗滑桩3桩底部的竖向荷载，降低地基承载力的要求。α与β满足特定的代数关系：f1*l1＝f2*l2，f1*cosβ＝f2*sinα，需要说明的，(1)通过调整l1、l2满足方程f1*l1＝f2*l2，使得锚索转向装置11的支点水平合力为零；(2)满足方程f1*cosβ＝f2*sinα使得锚索转向装置11的支点弯矩为零；(3)同时满足两个方程使得锚索转向装置11的支点弯矩、水平合力为零，只有竖向荷载，竖向荷载对抗滑桩3桩顶提供倾覆力矩，有利于支护结构。按照逆作法施工桩间挡板6。通过锚索转向装置11同时实现抗滑桩3顶部的竖向与水平约束。

抗滑桩3顶部牛腿5设置的第一锚索7与锚索转向装置11的支座15均作用于牛腿5上表面竖向荷载，在抗滑桩3桩顶提供抗倾覆力矩，第二锚索8提供水平约束力，平衡部分桩后土压力，使得抗滑桩3间距可大大增加，极大减少抗滑桩3数量、降低了基坑边坡支护的成本与施工难度，且严格控制了桩顶变形，提高了支护结构体系的可靠度。

本实施例还公开一种如上述所述的一种竖转横双向约束锚拉桩支护结构的施工方法，包括以下步骤：

步骤一，施工抗滑桩3：确定抗滑桩3的位置，通过静压或钻孔插入或钻孔浇筑混凝土的方式在指定位置施工抗滑桩3；

步骤二，施工桩顶牛腿5：在相邻的两个抗滑桩3之间设置顶梁4和牛腿5，在牛腿5预留用于设置锚索转向装置11的位置；

步骤三，待抗滑桩3、牛腿5达到设计强度后施工第一锚索7与第一锚头10，待第一锚索7锚固端砂浆达到设计强度后，在牛腿5上安装锚索转向装置11，并且将第一锚索7远离锚固端的一端与锚索转向装置11的一端固定连接用于进行第一锚索7的张拉与锁定，增加倾覆力矩；

步骤四，开挖桩前土，深度控制2-2.5米左右，施工第二锚索8与第二锚头9，将第二锚索8的一端通过所述第二锚头9固定在抗滑桩3前侧的侧壁上，并且将所述第二锚索8的另一端与所述锚索转向装置11的另一端固定连接，按照设计荷载进行张拉与锁定；

步骤五，重复上述步骤一至步骤四，直至所有的抗滑桩3、牛腿5、第一锚索7、第二锚索8、顶梁4以及锚索转向装置11均施工完毕；

步骤六，按照逆作法开挖桩前土，分段分级开挖，施工桩间挡板6，直致完成基坑的土石方开挖。

通过抗滑桩3顶部牛腿5设置的第一锚索7与第二锚索8，在桩顶提供抗倾覆力矩，第二锚索8提供水平约束力，平衡部分桩后土压力，使得抗滑桩3间距可大大增加，极大减少抗滑桩3数量、降低了基坑边坡支护的成本与施工难度，且严格控制了桩顶变形，提高了支护结构体系的可靠度。而且在基坑支护中，地下室外墙回填后部分锚索及锚索转向装置可回收利用，体现国家倡导的基坑绿色支护的概念。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“内”、“外”、“周侧”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的系统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实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。