一种螺旋锚基坑支护结构及施工方法

1.本发明涉及基坑支护技术领域，尤其涉及一种螺旋锚基坑支护结构及施工方法。


背景技术：

2.随着“碳达峰、碳中和”目标的提出，如何降低基坑支护时的材料浪费，重复利用资源，节材环保成为了一个热点课题。
3.目前，我国在开挖深度较浅的基坑支护中还存在一些问题，常采用的基坑围护结构形式有放坡开挖，悬臂式围护结构，内撑式围护结构，拉锚式围护结构，土钉墙围护结构。例如开挖深度较浅的基坑常采用边坡开挖的方式，虽然其成本较低，施工进度较快，但是其回填土方大，且仅适用于场地开阔，土层良好，周围无重要建筑物和地下管线的情况，受场地环境条件限制，且基坑边缘坍塌的情况也时有发生。再比如，土钉墙和复合土钉墙的基坑支护形式，虽然稳定可靠，但是需要土方配合分层开挖，施工现场需要投入更多的设备，使工程造价、工期以及劳动量在整个工程中占有较大的比例。


技术实现要素：

4.本发明提出了一种螺旋锚基坑支护结构及施工方法，基坑支护结构施工方便、可反复利用，低碳环保。
5.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
6.一种螺旋锚基坑支护结构，包括外圈螺旋锚和内圈螺旋锚，外圈螺旋锚固定在基坑底部土壤内且沿基坑边缘分布，内圈螺旋锚通过水平拉杆与外圈螺旋锚相连接，内圈螺旋锚用以提供的水平拉力和结构的抗弯刚度。
7.进一步地，所述外圈螺旋锚和所述内圈螺旋锚中所用的螺旋锚结构一致。
8.进一步地，所述螺旋锚包括锚杆，锚杆的一端设置有锥形锚头，所述锚杆的另一端设置有锚杆接头，所述锚杆上等间距的设置有若干锚盘，锚盘直径大于锚杆外径100mm-200mm。
9.进一步地，所述锚杆上设置有用于安装水平拉杆的安装孔。
10.进一步地，所述水平拉杆包括杆体，所述杆体两端均设有外螺纹。
11.进一步地，所述基坑底部铺设有混凝土垫层。
12.进一步地，所述混凝土垫层上部设置有地梁。
13.进一步地，所述地梁包括地梁上部配筋和地梁下部配筋。
14.进一步地，所述基坑边缘由上至下依次固定有冠梁和腰梁。
15.一种螺旋锚基坑支护施工方法，包括以下步骤：
16.步骤一：将螺旋锚打入土层内，使得螺旋锚形成外圈螺旋锚和内圈螺旋锚；
17.步骤二：开挖土层，使得螺旋锚上用于安装水平拉杆的安装孔漏露出，并安放水平拉杆；
18.步骤三：分层开挖，根据土层状况，可在基坑内壁涂抹混凝土；
19.步骤四：施工安装冠梁；
20.步骤五：继续深挖土层；
21.步骤六：施工安装腰梁；
22.步骤七：混凝土垫层施工；
23.步骤八：施工安装地梁；
24.步骤九：基础施工完毕后，回填基坑，反向旋拧螺旋锚，反复利用。
25.本发明具有以下有益之处：本发明的内圈螺旋锚和水平拉杆设计为外圈螺旋锚提供了有效的侧向支撑，抵消的土压力作用下的部分水平力，相比于传统的悬臂支撑结构提高了结构的安全性和可靠性。基坑支护结构施工方便，可以反复利用，低碳环保。对于开挖深度较浅、土质良好的基坑，提出的方案有很强的应用性。仅需对挖掘机进行简单改造，更换一个旋拧驱动头即可满足施工装备的要求，不需要额外施工机具。基坑支护工程是临时工程，采用的基坑支护结构可以反复利用，有效降低了施工成本。螺旋锚结构简单，容易加工，施工简单，大大降低了施工难度，有效缩短了施工周期。
附图说明
26.图1为本发明螺旋锚基坑支护剖面图示意图；
27.图2为本发明螺旋锚基坑支护螺旋锚分布的俯视图示意图一；
28.图3为本发明螺旋锚基坑支护螺旋锚分布的俯视图示意图二；
29.图4为本发明中螺旋锚的结构示意图；
30.图5为本发明中冠梁、腰梁碗扣式连接详图示意图。
31.图中：1、冠梁，2、腰梁，3、地梁上部配筋，4、地梁，5、混凝土垫层，6、地梁下部配筋，7、水平拉杆，8、限位销，9、上碗扣，10、下碗扣，11螺旋锚，1101锚杆，1102锚头，1103锚杆接头，1104锚盘；d1外侧螺旋锚与基坑边缘螺旋锚间距，d2基坑深度，d3基坑边缘螺旋锚入土深度，d4腰梁钢管直径，d5锚盘间距，d6、锚头长度，d7锚盘螺距，d8锚杆直径，d9锚杆接头直径，d11、螺旋锚间距。
具体实施方式
32.下面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。
33.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”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发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置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。
34.参照图1-4，一种螺旋锚基坑支护结构，包括外圈螺旋锚和内圈螺旋锚，外圈螺旋锚固定在基坑底部土壤内且沿基坑边缘分布，内圈螺旋锚通过水平拉杆7与外圈螺旋锚相连接，内圈螺旋锚用以提供的水平拉力和结构的抗弯刚度。螺旋锚11所受竖向力较小，对螺旋锚11抗拔能力要求较低，锚盘1104直径d9可根据规范取最小值200mm，锚盘1104厚度取5mm。锥形锚头1102主要作用是方便施工，锚杆1101直径根据规范取100mm，锚头1102长度根据规范取100mm。
35.所述外圈螺旋锚和所述内圈螺旋锚中所用的螺旋锚11结构一致。
36.参照图4，所述螺旋锚11包括锚杆1101，锚杆1101的一端设置有锥形锚头，所述锚杆1101的另一端设置有锚杆接头1103，所述锚杆1101上等间距的设置有若干锚盘1104。所述锚杆1101上设置有用于安装水平拉杆7的安装孔。
37.参照图2，外圈螺旋锚中螺旋锚11的数量比内圈螺旋锚中的螺旋锚11数量多四个，其中位于基坑夹角处的外圈螺旋锚的两个螺旋锚11共用一根内圈螺旋锚中的螺旋锚11，即位于基坑夹角处的外圈螺旋锚的两个螺旋锚11通过两根水平拉杆7与内圈螺旋锚中位于夹角处的同一根螺旋锚11相连接，此时位于夹角处的螺旋锚11的结构与其他可以稍有不同，比如其他螺旋锚11为一个安装孔，位于夹角处的螺旋锚11为两个安装孔；当然也可以全部螺旋锚11均设置有两个安装孔。
38.也可以有另外一种方案，参照图3，即外圈螺旋锚中螺旋锚11的数量比内圈螺旋锚中的螺旋锚11数量相等，即在基坑设计尺寸不变的情况下，调整内圈螺旋锚两条边上的螺旋锚11之间的间距d11，例如图3所示，之前的方案为上下两条边上去掉两端的螺旋锚11设置了四根螺旋锚11，现方案为上下两条边长度不变的情况下，去掉两端的螺旋锚11设置六根螺旋锚11。
39.所述水平拉杆7包括杆体，所述杆体两端均设有外螺纹，每段外螺纹上设置有螺母，水平拉杆7一端穿过外圈螺旋锚的一根螺旋锚11，另一端穿过内圈螺旋锚的一根螺旋锚11，两端均用螺母拧紧，从而将外圈螺旋锚与内圈螺旋锚相连接，起连接作用和传递水平集中力的作用，螺旋锚11与水平拉杆7连接处剪力较大，应根据要求采用高强度螺母。为保证结构可靠性，水平拉杆7两端的螺栓应具有足够的强度。锚杆1101钻孔加工时应注意截面均匀，孔洞规则，避免出现应力集中。水平拉杆7施工前应平直、除油和除锈，安防时应防止扭压和弯曲，不得磕碰孔壁，防止将杂物带入孔内。水平拉杆7置于孔内居中杆体与孔壁距离应均匀。水平拉杆7可以由钢筋制成。所述基坑底部铺设有混凝土垫层5。所述混凝土垫层5上部设置有地梁4。所述地梁4包括地梁上部配筋3和地梁下部配筋6。所述基坑边缘由上至下依次固定有冠梁1和腰梁2。冠梁1和腰梁2都包含两根固定梁和两根连接梁，两根固定梁均固定在基坑的侧壁中，每根固定梁两端各设置有一个上碗扣9和一个下碗口，所述上碗扣9通过限位销8固定在固定梁上，通过限位销8限制了上碗扣9在固定梁上的轴向移动和径向转动，每根连接梁的一端固定在固定梁的上碗扣9和下碗扣10之间。
40.一种螺旋锚基坑支护施工方法，包括以下步骤：
41.步骤一：将螺旋锚11打入土层内，并根据基坑的设计尺寸，使得螺旋锚11形成外圈螺旋锚和内圈螺旋锚；
42.步骤二：开挖土层，使得螺旋锚11上用于安装水平拉杆7的安装孔漏露出，并安放水平拉杆7；
43.步骤三：分层开挖，继续深挖土层，并在基坑内壁涂抹混凝土；
44.步骤四：施工安装冠梁1；
45.步骤五：分层开挖，继续深挖土层，并在基坑内壁涂抹混凝土；
46.步骤六：施工安装腰梁2；
47.步骤七：混凝土垫层5施工；
48.步骤八：施工安装地梁4；
49.步骤九：基础施工完毕后，回填基坑，反向旋拧螺旋锚，反复利用。
50.螺旋锚11置于基坑底以下的土体中，一根埋置于基坑边缘(外圈螺旋锚)，另一根埋置于距离基坑边缘d1处(内圈螺旋锚)，螺旋锚11上部的安装孔，水平拉杆7从安装孔中穿过，两端用螺母连接，用以传递水平集中力。基坑边缘螺旋锚11(外圈螺旋锚)依靠足够的入土深度、另一根螺旋锚11(内圈螺旋锚)提供的水平拉力和结构的抗弯刚度来控制土体及结构的变形。参照图1，以左侧基坑边缘处螺旋锚11为例，土体以下受到向左的土压力，基坑土体以上受到向右的土压力以及另一根螺旋锚11提供的水平向左的拉力，通过水平拉杆7钢筋传递，此时锚杆1101受承受剪力，在水平拉杆7连接处和基底处出现剪力最大值。另一根螺旋锚11在水平向右的拉力和向左的压力下达到平衡。本实施方法相对于传统基坑支护方法实施起来更加的简单，高效，受环境影响小，在满足使用要求的同时可以有效缩短施工周期，减小施工难度，降低施工成本，重复利用资源。设计时，应根据地质条件设计螺旋锚11材料、数量、间距、入土深度、锚杆1101直径以及锚杆1101厚度等。
51.内圈螺旋锚的螺旋锚11和水平拉杆7相当于外圈螺旋锚的螺旋锚11的一个强有力的支撑，可以抵消圈螺旋锚11的螺旋锚11在土压力作用下的部分水平力，使支护结构更加的安全可靠。采用该方案后，不仅可以满足使用要求，与常规基坑支护方法相比，螺旋锚11制作简单，所带锚盘1104使施工更加简单方便，减少工程量，缩短工期。且螺旋锚11可以二次重复利用，大大降低施工成本，节材环保。
52.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。