一种路基旁基坑施工的路基快速支护结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及建筑施工技术领域，具体为一种路基旁基坑施工的路基快速支护结构及其施工方法。

背景技术

中华人民共和国行业标准《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012对基坑支护的定义如下：为保护地下主体结构施工和基坑周边环境的安全，对基坑采用的临时性支挡、加固、保护与地下水控制的措施；基坑支护作用：第一，为保证基坑四周的土体的稳定性，同时满足地下室施工有足够空间的要求，这是土方开挖和地下室施工的必要条件；第二，保证基坑四周相邻建筑物和地下管线等设施在基坑支护和地下室施工期间不受损害，即坑壁土体的变形，包括地面和地下土体的垂直和水平位移要控制在允许范围内；第三，通过截水、降水、排水等措施，保证基坑工程施工作业面在地下水位以上；

由此可见，基坑支护是地下施工过程中不可或缺的一步，正确的基坑支护能够极大的保证施工过程中的人员安全，增强施工时周边环境稳定性；

专利号：CN112921987A的发明专利公开了一种深基坑支护结构及深基坑施工方法，本发明涉及建筑施工技术领域，且公开了一种深基坑支护结构及深基坑施工方法，包括土层、止水帷幕、支撑组件、承力组件和锚索组件，所述基坑开设在土层顶部，所述止水帷幕与土层内壁固定连接，该深基坑支护结构及深基坑施工方法，通过支撑组件将前排板和后排板支撑住，前排板和后排板之间固定安装有斜板，从而增加深基坑支护的稳固性，止水帷幕安装在后排板后方和前排板前方，从而对水和泥土进行双重拦截，另外，通过锚索组件增加前排板和后排板的稳固性，从而进一步的增加支护结构的支撑作用，进而使得在一些湿软土层区域进行深基坑工程时，也能顺利的进行且不会出现渗水和漏土的情况；

通过研究发现该发明投放时适合于地形较为复杂，土壤结构不稳定，土壤中湿度大，黏度低；在支护该方案时，需要工期长，成本较高；若土壤结构较为稳定，支护范围较小的情况下，使用该方案并不现实，应采用一种，施工快、成本低，支护安全性能有保证的高效支护方式满足此种情况下的支护需求。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种路基旁基坑施工的路基快速支护结构及其施工方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于路基旁基坑施工的路基支护结构，包括：路基、基坑，其特征在于，还包括：钢管桩、锚索、锚索连接架；所述钢管桩底部与基坑地面固定，且紧贴基坑靠近路基一面设置；所述锚索一端固定于路基远离基坑的侧面斜坡处，另一端通过锚索连接架与钢管桩固定。

进一步地，本发明结构中至少含有一根钢管桩，且所述每根钢管桩至少固定安装有一个锚索连接架。

进一步地，所述锚索连接架分为上下两部分，两部分对应设置有半圆孔配合，对锚索固定。

进一步地，所述锚索连接架上固定安装有桩柱连接件，所述桩柱连接件包括：固定底板、弧形连接块、定位螺栓；所述固定底板与锚索连接架上下两部分固定连接，所述弧形连接块分为左右完全相同的两部分，其内部设置有半径与钢管桩半径相同的弧面，所述弧形连接块侧面初始滑动安装于固定底板侧面，所述固定底板、弧形连接块顶部预留有定位槽孔，所述定位螺栓将固定底板与弧形连接块固定。

进一步地，所述弧形连接块外侧面为平面，且设置有螺纹孔，固定连接螺栓贯穿螺纹孔，固定安装于钢管桩侧面。

进一步地，所述锚索连接架固定安装有锚索互锁组件，所述锚索互锁组件包括：互锁件安装筒、顶紧螺丝，所述锚索贯穿互锁件安装筒，所述互锁件安装筒侧部设置有螺纹孔，所述顶紧螺丝在螺纹孔中螺纹连接并将锚索顶紧。

进一步地，所述锚索互锁组件中另安装有锚索二次锁紧组件在顶紧螺丝后侧；所述锚索二次锁紧组件包括锁紧装配块、锥形锁紧片，所述锁紧装配块上设有锚索穿过的倒锥形孔，所述锥形锁紧片嵌套于倒锥形孔内，锚索二次锁紧组件为锚索互锁组件再添加一道保险装置，用于保证锚索的安装标准。

进一步地，所述路基远离基坑的侧面斜坡处固定安装有锚索控制装置，所述锚索控制装置包括：固定安装板、配合控制杆、外装配壳体、外置滑动齿条、固定锁紧锥筒、锁紧轴套；所述固定安装板固定于路基远离基坑的侧面斜坡，所述控制杆分为三部分，分别为：控制杆固定部、控制杆螺纹卡紧部、控制杆啮合部；所述控制杆螺纹卡紧部置于外装配壳体内部，所述控制杆固定部设置于控制杆螺纹卡紧部一端，且与路基转动安装，所述控制杆啮合部固定于控制杆螺纹卡紧部的另一端，且外圆周设置有啮合齿并与外置滑动齿条啮合连接，所述外置滑动齿条与固定安装板滑动安装，所述外装配壳体设置有通孔与锚索配合，且固定于固定安装板，所述固定锁紧锥筒主体分为上下两部分锥形夹片，其上半部分锥形夹片转动设置有螺杆，螺杆螺纹连接于外装配壳体顶部，下半部分锥形夹片固定于外装配壳体内部侧壁；所述锁紧轴套置于外装配壳体内部，位于固定锁紧锥筒小锥筒口一侧，所述锁紧轴套底部与控制杆螺纹卡紧部螺纹连接，所述锁紧轴套与固定锁紧锥筒相对滑动连接，所述锚索依次贯穿锁紧轴套外装配壳体、及固定锁紧锥筒的两部分锥形夹片中部。

进一步地，所述外置滑动齿条两端安装有控制拉杆。

进一步地，每组锚索由不小于一根锚索组成，每个锚索连接架与钢管桩至少设置有一组锚索。

一种基于路基旁基坑施工的路基支护结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：通过已知项目要求，施工过程中预计基坑侧壁最大承受力、预计基坑坑底最大承受力、路基平均承受力以及路基最大承受力，综合考虑地质条件、基坑周边环境要求、主体地下结构要求、施工季节变化等因素造成的影响进而确定支护结构安全等级；通过对钢管桩材料、长度、钢材牌号、抗拉、抗压、抗弯和抗剪参数的计算，并与支护结构安全等级要求标准进行对比，选择合适的材料、并对钢管桩长度、支撑密度、间隔要求、基坑底预埋深度进行结果统一；

第二步：以路基所在面为基准面，以基坑侧面与路基所在面交线为钢管桩圆心所在直线，向下对第一根钢管桩进行施工，施工深度为基坑底预埋深度与基坑深度总和，其后钢管桩按照基坑长度并根据支撑密度、间隔要求进行间距控制，完成钢管桩的固定；

第三步：进行土方施工，挖机施工过程中，在土方施工一侧，距离钢管桩安全距离内，标明警戒线，在警戒线内，使用小型机械器具，保证距离钢管桩竖直度，基坑土方完成后，进行钢管桩垂直度的检验，对出现偏差的钢管桩进行修复，确保所有钢管桩均合格；

第四步：以与基坑侧面平行且与钢管桩侧面相切的一面为锚索连接架侧面基准面，按照钢管桩固定所需锚索数量，计算各锚索固定所处高度，且此高度平行于基坑底面所在基准面，即为锚索连接架上基准面；确定锚索连接架、锚索的加工位置，使用石灰粉及记号笔对加工位置进行标记，并对锚索的位置进行钻孔，直至贯穿路基另一侧斜坡面，将锚索从一侧通入，另一侧通出，留出相对于锚索连接架侧面基准面一定长度的的锚索；

第五步：对桩柱连接件与钢管桩按照侧面基准面、上基准面进行安装固定，并对固定底板与弧形连接块通过定位螺栓进行定位固定，固定完成桩柱连接件，对桩柱连接件与锚索连接架进行固定；

第六步：将锚索从锚索连接架上下两部分之间穿过，且将互锁件安装筒顶紧螺丝与两根锚索配合，通过顶紧螺丝将锚索互锁组件固定于锚索连接架表面；

第七步：在锚索斜坡面透出点底部固定安装固定安装板、外装配壳体，将锚索贯穿外装配壳体、固定锁紧锥筒、锁紧轴套，并从外装配壳体另一侧透出；转动固定锁紧锥筒顶部螺杆，使锚索与固定锁紧锥筒压紧；拉动外置滑动齿条带动配合控制杆转动，使锁紧轴套向前推进与固定锁紧锥筒锁紧，完成对锚索的固定；

经过上述施工步骤后，该路基快速支护结构施工完成。

由于本发明采用了上述技术方案，本发明具有以下优点：

1.本发明通过钢管桩、锚索连接架、锚索对路基旁基坑进行支护工程作业了；该支护结构所用装备简单，施工条件较为宽松，能够快速施工，且施工工期短、难度低，成本少，而且施工安全，是一种对土壤条件稳定的基坑支护高效的支护结构。

2.本发明通过锚索控制装置，能够对锚索的张紧力进行控制加工，其中有配合控制杆分为控制杆固定部、控制杆螺纹卡紧部、控制杆支撑部、控制杆啮合部四部分，分别对应配合控制杆的固定、与锚索配合螺纹卡紧、支撑、控制拉伸部分，其中控制杆啮合部与外置滑动齿条啮合并通过安置两端的控制拉杆进行控制，一方向拉动齿条对锚索实施张紧，一方向进行放松，能够较为灵活的改变锚索承受的力。

3.本发明通过设置桩柱连接件能够对锚索连接架与钢管桩进行较为紧密的连接与精确定位，其中弧形连接块内直径与钢管桩相同，能够增大接触面积，增大摩擦力，保证钢管桩的水平位置稳定。

4.本发明中设置有锚索互锁组件，能够对锚索一端进行固定且产生自锁效果。

附图说明

图1为本发明的总装结构示意图；

图2为本发明的总装结构正视示意图；

图3为本发明图2中A处局部放大示意图；

图4为本发明的总装结构后视示意图；

图5为本发明图4中B处局部放大示意图；

图6为本发明的总装结构侧视示意图；

图7为本发明图6靠近基坑一侧的C处局部放大示意图；

图8为本发明图6远离基坑一侧D处局部放大示意图；

图9为本发明锚索连接架、锚索、桩柱连接件、锚索互锁组件装配示意图；

图10为本发明桩柱连接件整体结构示意图；

图11为本发明锚索二次锁紧组件俯视图；

图12为本发明锚索控制装置整体结构示意图；

图13为本发明锚索控制装置剖面示意图；

图14为本发明锚索控制装置正视图；

图15为本发明配合控制杆装配示意图；

图16为本发明锚索二次锁紧组件在锚索互锁组件上的位置关系图；

图17为本发明锚索二次锁紧组件的剖面示意图。

附图编号：1-路基、2-钢管桩、3-锚索连接架、4-锚索、5-基坑、6-桩柱连接件、7-锚索互锁组件、8-锚索控制装置、601-固定底板、602-弧形连接块、603-定位螺栓、701-互锁件安装筒、702-顶紧螺丝、703-锚索二次锁紧组件、7031-锁紧装配块、7032-锥形锁紧片、801-固定安装板、802-配合控制杆、803-外装配壳体、804-外置滑动齿条、806-固定锁紧锥筒、807-锁紧轴套、8021-控制杆固定部、8022-控制杆螺纹卡紧部、8024-控制杆啮合部、8041-控制拉杆。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明中的实施例中，本领域普通技术工作人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1至图2、图4、图6，本发明提供一种技术方案：一种基于路基旁基坑施工的路基支护结构，本方案将基坑支护与实际的路基环境相结合，工期短、施工快、高效安全，成本低，适用于环境稳定的绝大部分区域，包括：路基1、基坑5，其特征在于，还包括：钢管桩2、锚索连接架3、锚索4；所述钢管桩2底部与基坑5地面通过深度预埋进行固定，且紧贴基坑5靠近路基1一面设置为基坑侧面提供支撑；所述锚索4一端固定于路基1远离基坑5的侧面斜坡处，另一端通过锚索连接架3与钢管桩2固定，通过对钢索4拉紧时的张紧力对钢管桩2提供一定径向力防止钢管桩2出现竖直度偏差。

本实施例中，基坑施工深度为10.5米，设计钢管桩2长度13.5米，对钢管桩2进行深埋固定至其顶端面与路基齐平，根据钢管桩2的直径450mm,壁厚8—10mm，钢材型号为Q235、截面参数为无缝钢管Φ325*8.0、抗拉、抗压和抗弯f(Mpa)为215、抗剪fv(Mpa)为215、截面塑性发展系数为1.05，设计时对钢管桩2的1) 嵌固深度构造要求：

依据《建筑基坑支护技术规程》 JGJ 120-2012,嵌固深度对于多支点支护结构ld不宜小于0.2h。嵌固深度构造长度ld：2.100m。嵌固深度满足整体滑动稳定性要求：

按《建筑基坑支护技术规程》 JGJ 120-2012圆弧滑动简单条分法计算嵌固深度：圆心(-1.622，6.435)，半径=7.203m，对应的安全系数Ks = 1.407 ≥ 1.350嵌固深度计算值 ld = 0.500m。

满足以上要求的嵌固深度ld计算值=2.100m，ld采用值=3.000m。

嵌固段基坑内侧土反力验算

工况1：Ps = 283.616 ≤ Ep = 3085.728，土反力满足要求。

工况2：Ps = 283.616 ≤ Ep = 3085.728，土反力满足要求。

工况3：Ps为作用在挡土构件嵌固段上的基坑内侧土反力合力（kN）；

Ep为作用在挡土构件嵌固段上的被动土压力合力（kN）。

Ps = 268.856 ≤ Ep = 1822.023，土反力满足要求。

工况4：Ps = 268.856 ≤ Ep = 1822.023，土反力满足要求。

工况5：Ps = 199.338 ≤ Ep = 477.680，土反力满足要求。

本实施例中，共含有七根钢管桩2，且所述每根钢管桩2上下均匀固定安装有三个锚索连接架3。

本实施例中，由图3、图5、图7至图9可得，所述锚索4由三股直径在12.7至15.7mm之间的钢绞线聚合而成；

通过调查土层情况为：第一层素填土重度为18.5kN/m3，深度为4.10m，粘聚力10.00Kpa，内摩擦角25°；

第二层粘性土重度为18.5kN/m3，深度为4.10m，粘聚力10.00Kpa，内摩擦角25°；

第三层重度强风化岩层为18.5kN/m3，深度为4.10m，粘聚力10.00Kpa，内摩擦角25；°

第四层重度强风化岩层为18.5kN/m3，深度为4.10m，粘聚力10.00Kpa，内摩擦角25°。

本实施例中，由图3、图7可得，所述锚索连接架3分为上下两部分，两部分对应设置有半圆孔配合，对锚索4固定，这种设置能够加大锚索4与锚索连接架3的接触面积，防止锚索4变形，对路基1侧面土层向下的重力由一定的阻拦作用，使本支护结构能够承受的最大预加压力提高，减小路基在施工过程中出现的形变量。

本实施例中，由图7、图9、图10可得，所述锚索连接架3上固定安装有桩柱连接件6，所述桩柱连接件6包括：固定底板601、弧形连接块602、定位螺栓603；所述固定底板601与锚索连接架3上下两部分固定连接，所述弧形连接块602分为左右完全相同的两部分，其内部设置有半径与钢管桩2半径相同的弧面，所述弧形连接块602侧面初始滑动安装于固定底板601侧面，所述固定底板601、弧形连接块602顶部预留有定位槽孔，所述定位螺栓603将固定底板601与弧形连接块602固定，通过桩柱连接件6加强了与钢管桩2的接触面积，增大了两者之间的摩擦力，且通过定位螺杆，定位精确，节省施工时间。

本实施例中，由图9、图10可得，所述弧形连接块602外侧面为平面，且设置有螺纹孔，固定连接螺栓604贯穿螺纹孔，固定安装于钢管桩2侧面，提高了固定连接螺栓604的牢固能力。

本实施例中，由图9、图11可得，所述锚索连接架3固定安装有锚索互锁组件7用于对锚索4在基坑5侧面透出端进行固定以及防松锁紧，所述锚索互锁组件7包括：互锁件安装筒701、顶紧螺丝702，所述锚索4贯穿互锁件安装筒701，所述互锁件安装筒701侧部设置有螺纹孔，所述顶紧螺丝702在螺纹孔中螺纹连接并将锚索4顶紧。

本实施例中，由图5、图8、图12至图15可得，所述路基1远离基坑5的侧面斜坡处固定安装有锚索控制装置8，所述锚索控制装置8包括：固定安装板801、配合控制杆802、外装配壳体803、外置滑动齿条804、固定锁紧锥筒806、锁紧轴套807；所述固定安装板801固定于路基1远离基坑5的侧面斜坡，所述控制杆802分为三部分，分别为：控制杆固定部8021、控制杆螺纹卡紧部8022、控制杆啮合部8024；所述控制杆螺纹卡紧部8022置于外装配壳体803内部，所述控制杆固定部8021设置于控制杆螺纹卡紧部8022一端，且与路基1转动安装，所述控制杆啮合部8024固定于控制杆螺纹卡紧部8022的另一端，且外圆周设置有啮合齿并与外置滑动齿条804啮合连接，所述外置滑动齿条804与固定安装板801滑动安装，所述外装配壳体803设置有通孔与锚索4配合，且固定于固定安装板801，所述固定锁紧锥筒806主体分为上下两部分锥形夹片，其上半部分锥形夹片转动设置有螺杆，螺杆螺纹连接于外装配壳体803顶部，下半部分锥形夹片固定于外装配壳体803内部侧壁；所述锁紧轴套807置于外装配壳体803内部，位于固定锁紧锥筒806小锥筒口一侧，所述锁紧轴套807底部与控制杆螺纹卡紧部8022螺纹连接，所述锁紧轴套807与固定锁紧锥筒806相对滑动连接，所述锚索4依次贯穿锁紧轴套807外装配壳体803、及固定锁紧锥筒806的两部分锥形夹片中部;在对锚索4进行松紧力的调节时，保持固定锁紧锥筒806上下两部分锥形夹片对锚索4的夹紧，拉动外置滑动齿条804使配合控制杆802转动并带动锁紧轴套807向前行进，当锁紧轴套807与固定锁紧锥筒806达到过渡配合时，锚索4完成锁紧。

本实施例中，所述外置滑动齿条804两端安装有控制拉杆8041，方便使用者通过控制拉杆8041控制外置滑动齿条804的移动进而控制锚索4的张紧力。

本实施例中，每组锚索4由两根锚索4组成，每个锚索连接架3与钢管桩2均设置有一组锚索4。

本实例中，由图16、图17可得，所述锚索互锁组件7中另安装有锚索二次锁紧组件703在顶紧螺丝702之后；所述锚索二次锁紧组件703包括锁紧装配块7031、锥形锁紧片7032，所述锁紧装配块7031上设有锚索4穿过的倒锥形孔，所述锥形锁紧片7032嵌套于倒锥形孔内，锚索二次锁紧组件703为锚索互锁组件7再添加一道保险装置，保证锚索4的安装标准。

本发明的施工方法包括以下步骤：

第一步：通过已知项目要求，施工过程中预计基坑5侧壁最大承受力、预计基坑5坑底最大承受力、路基1平均承受力以及路基1最大承受力，综合考虑地质条件、基坑5周边环境要求、主体地下结构要求、施工季节变化等因素造成的影响进而确定支护结构安全等级；通过对钢管桩2材料、长度、钢材牌号、抗拉、抗压、抗弯和抗剪参数的计算，并与支护结构安全等级要求标准进行对比，选择合适的材料、并对钢管桩2长度、支撑密度、间隔要求、基坑5底预埋深度进行结果统一；

第二步：以路基1所在面为基准面，以基坑5侧面与路基1所在面交线为钢管桩2圆心所在直线，向下对第一根钢管桩2进行施工，施工深度为基坑5底预埋深度与基坑5深度总和，其后钢管桩2按照基坑5长度并根据支撑密度、间隔要求进行间距控制，完成钢管桩的固定；

第三步：进行土方施工，挖机施工过程中，在土方施工一侧，距离钢管桩2安全距离内，标明警戒线，在警戒线内，使用小型机械器具，保证距离钢管桩2竖直度，基坑土方完成后，进行钢管桩2垂直度的检验，对出现偏差的钢管桩2进行修复，确保所有钢管桩2均合格；

第四步：以与基坑5侧面平行且与钢管桩2侧面相切的一面为锚索连接架3侧面基准面，按照钢管桩2固定所需锚索4数量，计算各锚索4固定所处高度，且此高度平行于基坑5底面所在基准面，即为锚索连接架3上基准面；确定锚索连接架3、锚索4的加工位置，使用石灰粉及记号笔对加工位置进行标记，并对锚索4的位置进行钻孔，直至贯穿路基1另一侧斜坡面，将锚索4从一侧通入，另一侧通出，留出相对于锚索连接架3侧面基准面距离20公分长度的锚索；

第五步：对桩柱连接件6与钢管桩2按照侧面基准面、上基准面进行安装固定，并对固定底板601与弧形连接块602通过定位螺栓603进行定位固定，固定完成桩柱连接件6，对桩柱连接件6与锚索连接架3进行固定；

第六步：将锚索4从锚索连接架3上下两部分之间穿过，且将互锁件安装筒701顶紧螺丝702与两根锚索4配合，通过顶紧螺丝702将锚索互锁组件7固定于锚索连接架3表面；

第七步：在锚索4斜坡面透出点底部固定安装固定安装板801、外装配壳体803，将锚索4贯穿外装配壳体803、固定锁紧锥筒806、锁紧轴套807，并从外装配壳体803另一侧透出；转动固定锁紧锥筒806顶部螺杆，使锚索4与固定锁紧锥筒806压紧；拉动外置滑动齿条804带动配合控制杆802转动，使锁紧轴套807向前推进与固定锁紧锥筒806锁紧，完成对锚索4的固定；

经过上述施工步骤后，该路基快速支护结构施工完成。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术工作人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。