一种土木工程基坑支护用安全支护结构的制作方法

2021-01-18 11:01:18|

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本发明涉及基坑支护技术领域，具体的说是一种土木工程基坑支护用安全支护结构。

背景技术：

随着高层建筑物越来越多，基坑深度也越来越大，开挖的地下空间可作为车库、仓储、商场、人防工程等。建筑物基坑开挖后，需对其周边作支护结构，以防止局部或大面积的塌方，传统的支护结构为土钉墙结构，具有制作成本低，制作快等优点，但是在现在基坑很深的情况下一层土钉墙结构已经无法保证能够防止基坑局部或大面积塌方了。

现有的可参考授权公告号为cn100580190的中国专利，其公开了一种建筑物基坑支护结构，包括基坑周边的土钉墙及经土钉墙穿插于土体内的预应力锚杆，沿所述土钉墙每隔5-10米设有一墩柱结构，所述墩柱结构包括垂直于基坑底面的灌注桩组，分别位于灌注桩组两侧的所述预应力锚杆，以及连接两侧锚杆位于土钉墙外侧端部的水平槽钢，所述灌注桩组包裹于土钉墙内，由至少两根平行排列的灌注桩组成。本发明利用墩柱结构将大面积的基坑分隔成为小面积基坑，灌注桩+预应力锚杆+土钉墙的有机结合，提高了支护结构的抗变形、抗位移的能力，实现对深层基坑的支护，且施工费用仅为刚性灌注排桩的60％。但是由于各个水平槽钢是独立安装的，因此当外界振动导致坡体及支护结构发生部分位移，从而导致预应力锚杆存在残余变形，导致支护结构对坡体的约束减弱，进而使得坡体有失稳崩塌的危险；另外，现有技术一般都是对基坑底部进行排水，缺少对坡体的排水，地下水位高于基坑底面时，坡体也承受较大的侧向压力容易造成坡体坍塌。

为此本发明设计了一种土木工程基坑支护用安全支护结构，通过支护板、加强筋及钢丝绳的设置能够提高了支护板整体的结构稳定性，消耗振动能量，达到减震的作用，因此避免因支护板位置偏移而使得预应力锚杆产生残余变形，也就保证了预应力锚杆对坡体的约束，降低坡体失稳崩塌的危险。

技术实现要素：

为了弥补现有技术的不足，解决现有技术中当外界震动时容易造成预应力锚杆存在残余变形，导致支护结构对坡体的约束减弱，进而使得坡体有失稳崩塌的问题，本发明提出的一种土木工程基坑支护用安全支护结构。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种土木工程基坑支护用安全支护结构，包括多个支护板，所述支护板上端固定设置有朝向坡体一侧延伸的上槽钢，所述支护板下端固定设置有向远离坡体一侧延伸的下槽钢，所述上槽钢及下槽钢均开口向上且在支护板的上下两端均构成用于排水的排水槽；所述支护板左侧中部均设置有竖直布置的加强筋，所述加强筋上设置有第一孔，所述第一孔向右延伸并贯通支护板，所述第一孔内设置有延伸至坡体的预应力锚杆；所述预应力锚杆与第一孔之间为螺纹连接，所述预应力锚杆内设置有用于将锚固浆体注入到坡体内的注浆孔；所述加强筋上设置有多个前后贯通的第二孔，所述第二孔内设置有张紧的钢丝绳，所述钢丝绳顺序穿过相邻加强筋上的第二孔并将多个支护板连接成一个整体，所述第二孔内固定设置有用于卡紧钢丝绳的线扣。

使用时，通过上槽钢能够阻挡并收集地表的水流，通过下槽钢收集基坑内的积水，方便能及时梳排水分，减轻额外水分进入坡体而产生膨胀导致坡体坍塌；通过加强筋的设置，一方面，能够提高支护板的结构强度和稳定性，避免支护板中部受坡体的作用力而拱起变形，进而降低坡体失稳崩塌的风险，另一方面，还能够用于钢丝绳的安装，通过钢丝绳顺序穿过相邻加强筋上的第二孔能够将多个支护板连接成一个整体，由于钢丝绳是张紧的，因此当一个支护板受到外界振动而有发生位移趋势的时候，其两侧邻近的支护板能够通过钢丝绳对其进行牵引，阻碍受到外界振动的支护板移动，因此提高了支护板整体的结构稳定性，进一步降低坡体失稳崩塌的风险；另外，钢丝绳在外界振动产生时能够及时张紧，其内部束与束之间、丝与丝之间产生挤压摩擦，因此消耗振动能量，达到减震的作用，因此避免因支护板位置偏移而使得预应力锚杆产生残余变形，也就保证了预应力锚杆对坡体的约束，降低坡体失稳崩塌的危险；通过线扣能够将钢丝绳与加强筋连接并避免钢丝绳位置发生变化，使得相邻加强筋之间的钢丝绳成为独立的个体，当单个相邻加强筋之间的钢丝绳松掉或断裂时不会使邻近的钢丝绳松掉，因此能够使得其余钢丝绳处于正常工作状态；通过预应力锚杆能够将支护板与坡体连接呈一个整体，起到增强整体稳定性的目的，同时通过向坡体内注入锚固浆体能够提高预应力锚杆与坡体之间的约束力，进一步提高整体的稳定性。

优选的，所述预应力锚杆有多个且沿竖直方向间隔布置，所述预应力锚杆的长度从下到上依次增大。由于支护板竖直放置时，当坡体各个层面的膨胀力相同时，支护板越往上受到的力矩越大，因此通过将预应力锚杆的长度从下到上依次增大布置能够更好的提高整体的稳定性，避免因支护板上侧位置偏移过大而造成坡体坍塌。

优选的，所述支护板下部内设置有多个竖直布置的中空腔体，所述支护板左侧下端设置有与中空腔体底部连通的排水孔，所述中空腔体右侧上端设置有朝向坡体一侧延伸的负压箱，所述负压箱侧壁及朝向中空腔体一端均设置有第四孔，所述负压箱能够通过第四孔将坡体含有的水引入到中空腔体内，所述负压箱内填充有碎石。通过中空腔体及负压箱的设置，使得坡体内的积水能够通过负压箱侧壁的第四孔进入负压箱内，而后经碎石滤去杂物后积水能够从朝向中空腔体一端的第四孔进入中空腔体内，并通过排水孔将水排入到下槽钢内，避免坡体承受较大的侧向压力而造成基坑侧壁坍塌。

优选的，所述中空腔体内设置有自排水装置，所述自排水装置包括能够与中空腔体内壁滑动密封的第一活塞及第二活塞，所述第二活塞高于第一活塞设置且其之间通过多个间隔布置的连接块连接，所述第一活塞、第二活塞、连接块及中空腔体内壁之间的腔体构成储液腔，所述第二活塞中部设置有与储液腔连通的第三孔；所述中空腔体上端固定设置有挡环，所述挡环与第二活塞之间通过弹簧连接；所述自排水装置至少存在以下两个工位：工位一：所述第一活塞高于排水孔布置；工位二：所述第一活塞低于排水孔布置。通过自排水装置及弹簧的设置，当自排水装置在工位一时，从负压箱进入的积水经第三孔进入储液腔内，由于第一活塞高于排水孔布置，此时储液腔内的积水不会流出，在自排水装置及积水重力的作用下弹簧拉伸，进而使得自排水装置下移，从而使得自排水装置上方中空腔体容积变大而产生负压，因此使得自排水装置下移过程中维持负压抽水，加速将坡体内的水抽进储液腔，进而避免坡体承受较大的侧向压力而造成基坑侧壁坍塌；而当自排水装置在工位二时，此时储液腔与排水孔连通，因此储液腔内的积水能够通过排水孔排出，排出积水后自排水装置又能够在弹簧的作用下复位，因此在负压抽水的同时通过自排水装置的上下往复运动实现积水的自动排出；另外，外界振动也会使得自排水装置在惯性力的作用下上下移动，进而增大抽吸力度及速度，加速排水，同时弹簧的伸缩也能够消耗外界振动能量，达到减震的目的，提高整体的稳定性。

优选的，所述中空腔体底部设置有竖直布置的立柱，所述立柱穿过第一活塞延伸至储液腔内且正对第三孔，所述立柱能够在自排水装置处于工位二时堵住第三孔进而使储液腔与第二活塞上方的中空腔体不再连通。通过立柱的设置，一方面，起到对自排水装置进行导向的作业，避免第一活塞或第二活塞可能出现的倾斜卡死的问题，同时立柱还能够在自排水装置处于工位二时堵住第三孔进而使储液腔与第二活塞上方的中空腔体不再连通，避免外界空气通过排水孔、储液腔及第三孔进入第二活塞上方的中空腔体内，因此使得自排水装置处于工位二时也能够进行负压抽水，加速排水，避免坡体承受较大的侧向压力而造成基坑侧壁坍塌。

优选的，所述挡环上方的支护板上设置有与中空腔体连通的单向气嘴，所述单向气嘴由中空腔体向支护板外侧单向导通。由于储液腔排水时还是会有空气进入，并随着第三孔打开而进入第二活塞上方的中空腔体内，阻碍弹簧的复位，使得第二活塞上方的中空腔体内成正压而阻碍排水，因此通过单向气嘴能够在弹簧复位时将多余的气体排出，进而保证自排水装置正常工作。

本发明的有益效果如下：

1.本发明所述的一种土木工程基坑支护用安全支护结构，通过支护板、加强筋及钢丝绳的设置能够提高了支护板整体的结构稳定性，消耗振动能量，达到减震的作用，因此避免因支护板位置偏移而使得预应力锚杆产生残余变形，也就保证了预应力锚杆对坡体的约束，降低坡体失稳崩塌的危险。

2.本发明所述的一种土木工程基坑支护用安全支护结构，通过中空腔体及自排水装置的设置使得自排水装置下移过程中维持负压抽水，加速将坡体内的水抽进储液腔，进而避免坡体承受较大的侧向压力而造成基坑侧壁坍塌。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1是本发明中多个支护板组装后的立体图；

图2是本发明中支护板的立体图；

图3是本发明中支护板的剖视图；

图4是图3中a处的局部放大图；

图5是本发明中自排水装置的剖视图；

图中：

1、支护板；2、上槽钢；3、下槽钢；4、加强筋；5、第一孔；6、预应力锚杆；7、线扣；8、钢丝绳；9、单向气嘴；10、排水孔；11、第二孔；12、坡体；13、锚固浆体；14、中空腔体；15、立柱；16、第一活塞；17、第二活塞；18、连接块；19、储液腔；20、第三孔；21、引流槽；22、挡环；23、弹簧；24、负压箱；25、第四孔；26、碎石。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1至图5所示，一种土木工程基坑支护用安全支护结构，包括多个支护板1，所述支护板1上端固定设置有朝向坡体12一侧延伸的上槽钢2，所述支护板1下端固定设置有向远离坡体12一侧延伸的下槽钢3，所述上槽钢2及下槽钢3均开口向上且在支护板1的上下两端均构成用于排水的排水槽；所述支护板1左侧中部均设置有竖直布置的加强筋4，所述加强筋4上设置有第一孔5，所述第一孔5向右延伸并贯通支护板1，所述第一孔5内设置有延伸至坡体12的预应力锚杆6；所述预应力锚杆6与第一孔5之间为螺纹连接，所述预应力锚杆6内设置有用于将锚固浆体13注入到坡体12内的注浆孔；所述加强筋4上设置有多个前后贯通的第二孔11，所述第二孔11内设置有张紧的钢丝绳8，所述钢丝绳8顺序穿过相邻加强筋4上的第二孔11并将多个支护板1连接成一个整体，所述第二孔11内固定设置有用于卡紧钢丝绳8的线扣7。

作为本发明的一种实施方式，所述预应力锚杆6有多个且沿竖直方向间隔布置，所述预应力锚杆6的长度从下到上依次增大。由于支护板1竖直放置时，当坡体12各个层面的膨胀力相同时，支护板1越往上受到的力矩越大，因此通过将预应力锚杆6的长度从下到上依次增大布置能够更好的提高整体的稳定性，避免因支护板1上侧位置偏移过大而造成坡体12坍塌。

作为本发明的一种实施方式，所述支护板1下部内设置有多个竖直布置的中空腔体14，所述支护板1左侧下端设置有与中空腔体14底部连通的排水孔10，所述中空腔体14右侧上端设置有朝向坡体12一侧延伸的负压箱24，所述负压箱24侧壁及朝向中空腔体14一端均设置有第四孔25，所述负压箱24能够通过第四孔25将坡体12含有的水引入到中空腔体14内，所述负压箱24内填充有碎石26。通过中空腔体14及负压箱24的设置，使得坡体12内的积水能够通过负压箱24侧壁的第四孔25进入负压箱24内，而后经碎石26滤去杂物后积水能够从朝向中空腔体14一端的第四孔25进入中空腔体14内，并通过排水孔10将水排入到下槽钢3内，避免坡体12承受较大的侧向压力而造成基坑侧壁坍塌。

作为本发明的一种实施方式，所述中空腔体14内设置有自排水装置，所述自排水装置包括能够与中空腔体14内壁滑动密封的第一活塞16及第二活塞17，所述第二活塞17高于第一活塞16设置且其之间通过多个间隔布置的连接块18连接，所述第一活塞16、第二活塞17、连接块18及中空腔体14内壁之间的腔体构成储液腔19，所述第二活塞17中部设置有与储液腔19连通的第三孔20；所述中空腔体14上端固定设置有挡环22，所述挡环22与第二活塞17之间通过弹簧23连接；所述自排水装置至少存在以下两个工位：工位一：所述第一活塞16高于排水孔10布置；工位二：所述第一活塞16低于排水孔10布置。通过自排水装置及弹簧23的设置，当自排水装置在工位一时，从负压箱24进入的积水经第三孔20进入储液腔19内，由于第一活塞16高于排水孔10布置，此时储液腔19内的积水不会流出，在自排水装置及积水重力的作用下弹簧23拉伸，进而使得自排水装置下移，从而使得自排水装置上方中空腔体14容积变大而产生负压，因此使得自排水装置下移过程中维持负压抽水，加速将坡体12内的水抽进储液腔19，进而避免坡体12承受较大的侧向压力而造成基坑侧壁坍塌；而当自排水装置在工位二时，此时储液腔19与排水孔10连通，因此储液腔19内的积水能够通过排水孔10排出，排出积水后自排水装置又能够在弹簧23的作用下复位，因此在负压抽水的同时通过自排水装置的上下往复运动实现积水的自动排出；另外，外界振动也会使得自排水装置在惯性力的作用下上下移动，进而增大抽吸力度及速度，加速排水，同时弹簧23的伸缩也能够消耗外界振动能量，达到减震的目的，提高整体的稳定性。

作为本发明的一种实施方式，所述中空腔体14底部设置有竖直布置的立柱15，所述立柱15穿过第一活塞16延伸至储液腔19内且正对第三孔20，所述立柱15能够在自排水装置处于工位二时堵住第三孔20进而使储液腔19与第二活塞17上方的中空腔体14不再连通。通过立柱15的设置，一方面，起到对自排水装置进行导向的作业，避免第一活塞16或第二活塞17可能出现的倾斜卡死的问题，同时立柱15还能够在自排水装置处于工位二时堵住第三孔20进而使储液腔19与第二活塞17上方的中空腔体14不再连通，避免外界空气通过排水孔10、储液腔19及第三孔20进入第二活塞17上方的中空腔体14内，因此使得自排水装置处于工位二时也能够进行负压抽水，加速排水，避免坡体12承受较大的侧向压力而造成基坑侧壁坍塌。

作为本发明的一种实施方式，所述挡环22上方的支护板1上设置有与中空腔体14连通的单向气嘴9，所述单向气嘴9由中空腔体14向支护板1外侧单向导通。由于储液腔19排水时还是会有空气进入，并随着第三孔20打开而进入第二活塞17上方的中空腔体14内，阻碍弹簧23的复位，使得第二活塞17上方的中空腔体14内成正压而阻碍排水，因此通过单向气嘴9能够在弹簧23复位时将多余的气体排出，进而保证自排水装置正常工作。

使用时，通过上槽钢2能够阻挡并收集地表的水流，通过下槽钢3收集基坑内的积水，方便能及时梳排水分，减轻额外水分进入坡体12而产生膨胀导致坡体12坍塌；通过加强筋4的设置，一方面，能够提高支护板1的结构强度和稳定性，避免支护板1中部受坡体12的作用力而拱起变形，进而降低坡体12失稳崩塌的风险，另一方面，还能够用于钢丝绳8的安装，通过钢丝绳8顺序穿过相邻加强筋4上的第二孔11能够将多个支护板1连接成一个整体，由于钢丝绳8是张紧的，因此当一个支护板1受到外界振动而有发生位移趋势的时候，其两侧邻近的支护板1能够通过钢丝绳8对其进行牵引，阻碍受到外界振动的支护板1移动，因此提高了支护板1整体的结构稳定性，进一步降低坡体12失稳崩塌的风险；另外，钢丝绳8在外界振动产生时能够及时张紧，其内部束与束之间、丝与丝之间产生挤压摩擦，因此消耗振动能量，达到减震的作用，因此避免因支护板1位置偏移而使得预应力锚杆6产生残余变形，也就保证了预应力锚杆6对坡体12的约束，降低坡体12失稳崩塌的危险；通过线扣7能够将钢丝绳8与加强筋4连接并避免钢丝绳8位置发生变化，使得相邻加强筋4之间的钢丝绳8成为独立的个体，当单个相邻加强筋4之间的钢丝绳8松掉或断裂时不会使邻近的钢丝绳8松掉，因此能够使得其余钢丝绳8处于正常工作状态；通过预应力锚杆6能够将支护板1与坡体12连接呈一个整体，起到增强整体稳定性的目的，同时通过向坡体12内注入锚固浆体13能够提高预应力锚杆6与坡体12之间的约束力，进一步提高整体的稳定性；由于支护板1竖直放置时，当坡体12各个层面的膨胀力相同时，支护板1越往上受到的力矩越大，因此通过将预应力锚杆6的长度从下到上依次增大布置能够更好的提高整体的稳定性，避免因支护板1上侧位置偏移过大而造成坡体12坍塌；通过中空腔体14及负压箱24的设置，使得坡体12内的积水能够通过负压箱24侧壁的第四孔25进入负压箱24内，而后经碎石26滤去杂物后积水能够从朝向中空腔体14一端的第四孔25进入中空腔体14内，并通过排水孔10将水排入到下槽钢3内，避免坡体12承受较大的侧向压力而造成基坑侧壁坍塌；通过自排水装置及弹簧23的设置，当自排水装置在工位一时，从负压箱24进入的积水经第三孔20进入储液腔19内，由于第一活塞16高于排水孔10布置，此时储液腔19内的积水不会流出，在自排水装置及积水重力的作用下弹簧23拉伸，进而使得自排水装置下移，从而使得自排水装置上方中空腔体14容积变大而产生负压，因此使得自排水装置下移过程中维持负压抽水，加速将坡体12内的水抽进储液腔19，进而避免坡体12承受较大的侧向压力而造成基坑侧壁坍塌；而当自排水装置在工位二时，此时储液腔19与排水孔10连通，因此储液腔19内的积水能够通过排水孔10排出，排出积水后自排水装置又能够在弹簧23的作用下复位，因此在负压抽水的同时通过自排水装置的上下往复运动实现积水的自动排出；另外，外界振动也会使得自排水装置在惯性力的作用下上下移动，进而增大抽吸力度及速度，加速排水，同时弹簧23的伸缩也能够消耗外界振动能量，达到减震的目的，提高整体的稳定性；通过立柱15的设置，一方面，起到对自排水装置进行导向的作业，避免第一活塞16或第二活塞17可能出现的倾斜卡死的问题，同时立柱15还能够在自排水装置处于工位二时堵住第三孔20进而使储液腔19与第二活塞17上方的中空腔体14不再连通，避免外界空气通过排水孔10、储液腔19及第三孔20进入第二活塞17上方的中空腔体14内，因此使得自排水装置处于工位二时也能够进行负压抽水，加速排水，避免坡体12承受较大的侧向压力而造成基坑侧壁坍塌；由于储液腔19排水时还是会有空气进入，并随着第三孔20打开而进入第二活塞17上方的中空腔体14内，阻碍弹簧23的复位，使得第二活塞17上方的中空腔体14内成正压而阻碍排水，因此通过单向气嘴9能够在弹簧23复位时将多余的气体排出，进而保证自排水装置正常工作。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，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只是说明本发明的原理，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。

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