一种让压复合竹筋锚喷支护基坑及其施工方法与流程

本发明涉及到一种土质基坑施工方法，尤其是一种涉及膨胀性土基坑开挖后利用让压复合竹筋锚喷支护基坑及施工方法。

背景技术：

膨胀性土在我国分布非常广泛，如广西、四川、陕西、湖北等省份均有分布，随着中西部开发，膨胀土地区基坑工程越来越多，膨胀土对基坑工程产生的破坏性问题也越来越突出。由于膨胀性土的吸水膨胀特性，常使结构产生不均匀的竖向或水平向膨胀变形，造成位移、开裂、倾斜甚至破坏，而传统的锚喷支护其延伸率低，支护阻力不可随锚杆的变形而逐渐增大，不能满足膨胀土大变形需要的问题。在确保膨胀性土基坑结构安全可靠的前提下探寻具备经济、节能、环保及可持续性等特性的支护系统是岩土工程界目前最为重要的研究课题之一。

常规的锚喷支护施工中常采用钢筋制作锚杆及格网，但在基坑施工中使用钢材主要存在下面三个不足：一、钢材在潮湿环境中易锈蚀，二、锚杆侵入施工红线以外的部分处理非常困难，影响周边地界后期工程施工，三、造价较高。

目前竹筋锚喷支护技术的研究及应用主要集中于软岩巷道开挖支护之中，关于竹筋在基坑中的应用，与本发明最为接近的已有技术为一项中国专利，专利名称为“一种基坑支护用复合竹筋锚喷支护及其施工方法”，公布号为“cn103362131a”，公布日为“2013年10月23日”，其公开了一种基坑支护用复合竹筋锚喷支护及其施工方法，此竹筋锚喷结构包括面板，还包括竹锚杆、竹筋、竹钉和端钢筋等。首先该技术中锚杆是采用整根竹子，竹筋几何参数及力学参数变异性较大，难以保障锚杆的锚固质量，使用范围有限；其次竹筋未做防水处理，竹筋的耐久性将受影响；再者，该锚喷支护体系不具备让压功能，其使用范围受到限制，膨胀土在外界因素作用下膨胀变形会对基坑支护体系产生较大的压力，刚性支护体系非常容易遭受破坏，基坑一旦破坏将对周围建筑产生非常严重的后果。

因此亟待研制一种具备让压功能的复合竹筋锚喷支护体系，能有效降低支护体系的内力，控制膨胀土的变形，确保基坑安全，降低工程造价。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种工艺简单、施工方便、施工材料环保、成本低廉、同时能适应膨胀性土大变形特征要求的让压复合竹筋锚喷支护基坑及其施工方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是，

一种让压复合竹筋锚喷支护基坑，包括基坑、竹筋锚杆、让压装置和混合有竹丝的喷射竹丝混凝土层；

所述的竹筋锚杆埋设于基坑侧壁上的放样孔内，所述的让压装置一端连接竹筋锚杆，另一端伸出至基坑侧壁上并固定，所述的喷射竹丝混凝土层铺设于基坑侧壁上并将让压装置的端部埋设于其中；

所述的让压装置包括让压套筒、锚头和外接杆，所述的锚头是由饼状件和杆状件互相垂直连接组成的t字状的连接件，饼状件上设有用于连接竹筋锚杆的锚孔，杆状件上沿径向开设多个螺孔，且螺孔均处于同一直线上，所述的让压套筒套装于锚头的杆状件上，且在对应锚头的螺孔处开有与设在同一直线上的螺孔相匹配的长条通孔以穿出螺栓，螺栓在受力时被依次切断，即形成螺栓数量减去一的多级让压级数，外接杆的一端连接让压套筒，另一端伸出至基坑侧壁外并固定在基坑侧壁上。

所述的一种让压复合竹筋锚喷支护基坑，所述的让压装置还包括螺母和承压板，所述的承压板的直径大于放样孔，且设有通孔以套装在让压装置的外接杆上，让压装置的外接杆在伸出至基坑侧壁上的一端设有螺纹以旋入螺母，螺母将承压板压固于基坑侧壁上，喷射竹丝混凝土层铺设于承压板上。

所述的一种让压复合竹筋锚喷支护基坑，所述的竹筋锚杆是由平行设置的4～6根竹片组成，所述的让压装置的锚头上设有4～6个锚孔，每根竹片通过锚夹具锚固于锚孔内，每个让压装置所锚固的竹筋锚杆通过竹筋定位器进行定位，所述的竹筋定位器为在边缘沿径向开有多个定位槽的板状定位器。

所述的一种让压复合竹筋锚喷支护基坑，所述的喷射竹丝混凝土层与基坑侧壁之间还铺设有竹筋格网，所述的竹筋格网是由多根竹片相互固定而成的具有正方形网格的格网，所述的竹筋格网由竹筋u型锚钉固定于基坑侧壁上。

一种让压复合竹筋锚喷支护基坑施工方法，包括以下步骤：

步骤1，使用经加工处理后的竹片制作竹筋锚杆；

步骤2，开挖土体至基坑台阶处；

步骤3，在基坑侧壁上钻孔，在孔内放置竹筋锚杆，然后根据让压级速来安装让压装置，再向孔内灌注水泥砂浆以固定；

步骤4，在基坑侧壁上喷射混合有竹丝的喷射竹丝混凝土；

步骤5，开挖基坑台阶以下土体至下一台阶，重复步骤3、4，直至达到基坑底部。

所述的一种让压复合竹筋锚喷支护基坑施工方法，所述的步骤1中，所述的竹片的制作步骤为：

步骤①、将龄期不低于3年的毛竹或楠竹，加工成所需宽度和厚度的竹片；

步骤②、将步骤①制得的竹片在常温下自然风干7～10天；然后对竹片做防水处理：采用毛刷将搅匀的桐油涂刷竹片的表面，涂膜厚度控制在0.2～0.4mm，待24小时竹片表面涂膜干燥得到成品竹片。

所述的一种让压复合竹筋锚喷支护基坑施工方法，步骤3中所述的让压装置，包括让压套筒、锚头和外接杆，所述的锚头是由饼状件和杆状件互相垂直连接组成的t字状的连接件，饼状件上设有用于连接竹筋锚杆的锚孔，杆状件上沿径向开设有多个螺孔，且螺孔均处于同一直线上，所述的让压套筒套装于锚头的杆状件上，且在对应锚头的螺孔处开有与设在同一直线上的螺孔相匹配的长条通孔以穿出螺栓，螺栓在受力时被依次切断，即形成与螺栓数量减去一的多级让压级数，外接杆的一端连接让压套筒，另一端伸出至基坑侧壁外并固定在基坑侧壁上；根据让压级速来安装让压装置，是根据预算的膨胀量来确定螺栓安装的个数以形成与膨胀量相应的让压级数。

所述的一种让压复合竹筋锚喷支护基坑施工方法，所述的让压装置还包括螺母和承压板，所述的承压板的直径大于放样孔，且设有通孔以套装在让压装置的外接杆上，让压装置的外接杆在伸出至基坑侧壁上的一端设有螺纹以旋入螺母，螺母将承压板压固于基坑侧壁上，喷射竹丝混凝土层于承压板上。

所述的一种让压复合竹筋锚喷支护基坑施工方法，所述的竹筋锚杆是由4～6根竹片通过竹藤捆绑在一起制成，所述的让压装置的锚头上至少设有两个锚孔，竹筋锚杆通过锚夹具锚固于锚孔内，每个让压装置所锚固的竹筋锚杆通过竹筋定位器进行定位，所述的竹筋定位器为在边缘沿径向开有多个定位槽的板状定位器，每个定位槽用于容纳并定位一根竹筋锚杆。

所述的一种让压复合竹筋锚喷支护基坑施工方法，所述的步骤1中还包括采用处理后的竹片编织竹筋格网和制作竹筋u型锚钉，所述的步骤3在向孔内灌注水泥砂浆后，还包括通过竹筋u型锚钉将竹筋格网固定在基坑侧壁上的步骤。

本发明的技术效果在于：

⑴让压装置可分段逐级让压，有效保护锚喷支护体系，确保基坑安全。随着土体变形的增加，锚杆受力增大，当达到锚杆体的屈服点之前让压装置开始发挥让压效应，可有效发挥锚喷支护的力学性能，保护锚喷支护体，克服锚杆受突压破断从而失去锚固力，能实现在基坑大变形条件下仍然具有良好的支护效果。

⑵可灵活选择锚杆的直径，调整锚杆抗拉强度。将竹材加工成竹片，然后根据实际需求可通过调整竹片的数量来调整锚杆的直径及抗拉强度，并且将竹片绑扎在一起(类似于钢绞线)可提高竹筋锚杆的可靠性及抗拉性能。

⑶竹材来源广、可再生，竹筋锚杆制作简单、施工方便。本发明中，锚杆及格网全部采用可再生的竹材，竹材成材周期短，产量大，更为重要的是竹材为绿色材料，适应建筑行业朝着低碳、节能、环保以及可持续性发展的要求；再者由于竹材密度小，自重轻，处理后的竹材运到施工现场可迅速加工成竹筋锚杆及竹筋格网等。

⑷能够在满足基坑工程稳定性的前提下节约投资。就强度和成本而言，竹子被公认为是自然界中效能最高的材料(如龄期为3年的毛竹其顺纹抗拉强度为150～250mpa)，完全满足锚喷支护材料力学性能的要求，同时对竹筋进行防水处理能满足基坑开挖周期的要求，并且比常规的钢材费用低，可以节约成本减少投资。

附图说明

图1为本发明锚杆孔平面布置图；

图2为本发明让压复合竹筋锚杆示意图；

图3为本发明锚夹具示意图；

图4为本发明锚头示意图；

图5为本发明竹筋格栅示意图；

图6为本发明竹筋定位器示意图；

图7为本发明竹筋u型锚钉示意图；

图8为本发明让压复合竹筋锚喷支护基坑完工后的示意图；

其中1为竹筋锚杆，2为竹筋格网，3为竹筋u型锚钉，41为钉身，42为钉尖，5为锚杆孔，6为让压套筒，7为锚头的饼状件，8为锚夹具，9为锚孔，101为水平方向孔洞，102为竖直方向孔洞，11为槽孔，12为螺栓，13为外接杆，14为螺母，15为承压板，16为喷射竹丝混凝土，17为竹筋定位器，18为基坑侧壁，19为基坑平台，20为基坑底部，21为锚头的饼状件。

具体实施方式

本发明所指的一种让压复合竹筋锚喷支护基坑，包括基坑、竹筋锚杆、让压装置和混合有竹丝的喷射竹丝混凝土层；

其中竹筋锚杆埋设于基坑侧壁上的放样孔内，让压装置一端连接竹筋锚杆，另一端伸出至基坑侧壁上并固定，喷射竹丝混凝土层铺设于基坑侧壁上并将让压装置的端部埋设于其中；

让压装置包括让压套筒、锚头和外接杆，锚头是由饼状件和杆状件互相垂直连接组成的t字状的连接件，饼状件上设有用于连接竹筋锚杆的锚孔，杆状件上沿径向开设多个螺孔，且螺孔均处于同一直线上，让压套筒套装于锚头的杆状件上，且在对应锚头的螺孔处开有与设在同一直线上的螺孔相匹配的长条通孔以穿出螺栓，螺栓在受力时被依次切断，即形成螺栓数量减去一的多级让压级数，外接杆的一端连接让压套筒，另一端伸出至基坑侧壁外并固定在基坑侧壁上。

让压装置还包括螺母和承压板，承压板的直径大于放样孔，且设有通孔以套装在让压装置的外接杆上，让压装置的外接杆在伸出至基坑侧壁上的一端设有螺纹以旋入螺母，螺母将承压板压固于基坑侧壁上，喷射竹丝混凝土层铺设于承压板上。

竹筋锚杆是由平行设置的4～6根竹片组成，让压装置的锚头上设有4～6个锚孔，每根竹片通过锚夹具锚固于锚孔内，每个让压装置所锚固的竹筋锚杆通过竹筋定位器进行定位，竹筋定位器为在边缘沿径向开有多个定位槽的板状定位器。

喷射竹丝混凝土层与基坑侧壁之间还铺设有竹筋格网，竹筋格网是由多根竹片相互固定而成的具有正方形网格的格网，竹筋格网由竹筋u型锚钉固定于基坑侧壁上。

本发明提供的一种让压复合竹筋锚喷支护基坑及其施工方法，包括以下步骤：

步骤⑴、使用经加工处理后的竹片制作竹筋锚杆、编织竹筋格网、制作竹筋u型锚钉、竹丝及竹筋定位器；

步骤⑵、开挖基坑台阶以上土体；

步骤⑶、进行锚杆孔的放样，利用钻机钻孔，放置竹筋锚杆，安装让压装置，灌注灰砂比为1:0.8(质量比)水泥砂浆并固定锚头；

步骤⑷、利用竹筋u型锚钉将竹筋格网固定在基坑侧壁上，并将锚杆外接杆与竹筋格网绑扎连接；

步骤⑸、喷射竹丝混凝土；

步骤⑹、开挖基坑台阶以下土体，重复步骤⑶⑷⑸，直至达到基坑底部。

所述的让压复合竹筋锚杆支护基坑及其施工方法，上述步骤⑴中所述的使用竹片制作竹筋锚杆、编织竹筋格网，制作竹筋u型锚钉及竹丝的步骤如下：

步骤①、将龄期不低于3年的毛竹或楠竹，分别加工成用于制作竹筋锚杆的宽度为6～8mm，厚度为6～8mm的竹片；用于编织竹筋格网的宽度为4～6mm，厚度为6～8mm的竹片；钉尖长为25～35cm，钉身长为2～3cm的竹筋u型锚钉；及长度为2～3mm的细竹丝；

步骤②、先将竹片在常温下自然风干7～10天；然后对竹片做防水处理：采用毛刷将搅匀的桐油涂刷竹片的表面，涂膜厚度控制在0.2～0.4mm，待24小时竹片表面涂膜干燥后进入步骤③；

步骤③、利用处理后的竹片制作竹筋锚杆，编织竹筋格网：竹筋锚杆采用4～6根8～10m长的竹片通过竹藤捆绑在一起，端头用锚夹具锚固于锚头一侧的锚孔；竹筋格网每一格网片尺寸为25～30cm×25～30cm，竹筋格网的总尺寸同开挖区基坑侧壁面积加基坑台阶面积。

上述步骤⑴中所述的竹筋定位器是利用竹条加工成竹板，再利用竹板加工而成，其厚度为2～3cm，直径为5～7cm，沿竹板轴向设有一系列直径为4～5cm的孔洞，用于固定竹筋中的竹片。

上述步骤⑶中所述的进行锚杆孔的放样，是按每三个锚杆体中点连线呈等边三角形的形式布置孔位放样的，孔距为1～1.5m,孔径为6～8cm，孔洞与水平方向的夹角为15°～25°。

上述步骤⑶中所述的放置竹筋锚杆，是将绑扎好的竹筋放入锚杆孔中，每隔1.5m放置一个竹筋定位器。

上述步骤⑶中所述的让压装置由让压套筒，锚头，外接杆三部分组成，锚头的一侧与竹筋锚杆连接，锚头的另一侧沿径向开若干贯通锚头的螺孔，并通过螺栓将其与让压套筒连接，每个孔洞中布置一个螺栓，让压套筒的另一侧通过螺纹与外接杆连接，外接杆的另一侧通过螺母及承压板固定在基坑侧壁上。

上述步骤⑶中所述的让压锚杆是通过调整螺栓的数量来调整锚杆让压的级数。举例来说，假设在锚头侧壁的同一直线上的螺孔为三个，则让压套筒的长条通孔的长度与三个螺孔之间的连线长度相匹配。假设所确定的让压级数为两级，则首先将让压套筒套装在锚头上，然后在三个螺孔中都安装上螺孔，这样让压套筒在安装完毕使用时，首先是受力方向上的第一个螺栓受力，当第一个螺栓头被拉断之后，套筒即会朝向第二个螺栓移动，并使第二个螺栓受力，套筒的移动则形成了一级让压级数，这样依次形成三次受力的二级让压级数。由于膨胀量是事先计算好并确定了相应的让压级数，所以可最大程度避免所有螺栓都被拉断的情况。而为了在使用中为了尽量避免可能出现的所有螺栓都被拉断的情况，最后一级螺栓可采用高强度螺栓。同时根据具体膨胀量的情况不同，也可采用更多级让压级数或更少级让压级数的设置，即更多个设在同一直线上的螺孔和螺栓或更少个，也可根据需要只使用相应个数的螺孔。

上述步骤⑷中所述的竹筋格网固定方法为，利用竹筋u型锚钉按照50～80cm×50～80cm的尺寸将竹筋格网固定在土质基坑侧壁上。

上述步骤⑷中所述的外接杆端头与竹筋格网是利用竹藤绑扎连接。

上述步骤⑸中所述的喷射竹丝混凝土，是在混凝土中添加了竹丝，每1m³混凝土中添加8kg～10kg竹丝，以提高喷射混凝土的整体稳定性及抗开裂性能。

下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细说明

实施例1：

步骤⑴、使用龄期为3年的毛竹制作竹筋锚杆1、编织竹筋格网2、制作竹筋u型锚钉3、竹丝及竹筋定位器17；

①、将毛竹加工成宽度为6mm,厚度为7mm的竹片，其中用于编织竹筋格网的需将其加工成宽度为4mm，厚度为6mm的竹片；将竹片加工成钉尖42长为25cm，钉身41长为3cm的竹筋u型锚钉3；及长度为2mm的细竹丝；

②、制作竹筋锚杆1，编织竹筋格网2的竹片需要先将其在常温下自然风干7天；然后对竹片做防水处理：采用毛刷将搅匀的桐油涂刷竹片的表面，涂膜厚度控制在0.2mm，待24小时竹片表面涂膜干燥后进入下道工序；

③、竹筋锚杆1采用5根10m长的竹片通过竹藤捆绑在一起，端头用锚夹具8锚固于锚头7一侧的锚孔9；竹筋格网2每一格网片尺寸为30cm×30cm，竹筋格网2的总尺寸同开挖区基坑侧壁18面积加基坑台阶19面积，合计1560m²；

④、利用竹片加工成厚度为3cm的竹板，截取厚度3cm，直径为6cm的竹板，中间开一直径为4cm的孔洞制作竹筋定位器17；

步骤⑵、利用挖机开挖基坑台阶19以上土体；

步骤⑶、进行锚杆孔5的放样，是按每三个锚杆体中点连线呈等边三角形的形式布置孔位放样的，孔距为1.5m,孔径为7cm，孔洞向下倾角为25°，利用钻机钻孔，将绑扎好的竹筋放入锚杆孔5中，每隔1.5m放置一个竹筋定位器17，安装由让压套筒6，锚头7，外接杆13三部分组成的让压装置，锚头7的一侧与竹筋锚杆连接1，锚头7的另一侧开三水平方向孔洞101及三个竖直方向孔洞102，并通过螺栓12将其与让压套筒6连接，每个孔洞中布置一个螺栓12，让压套筒6的另一侧通过螺纹与外接杆13连接，竹筋锚杆段灌注灰砂比为1:0.8(质量比)的水泥砂浆，外接杆13的另一侧通过螺母14及承压板15固定在基坑侧壁18上；

步骤⑷、利用竹筋u型锚钉3按照60cm×60cm的尺寸将竹筋格网2固定在土质基坑侧壁18上，并将锚杆外接杆13端头通过竹藤与竹筋格网2绑扎连接；

步骤⑸、在每1m³喷射混凝土中添加8kg竹丝，喷射竹丝混凝土16，其喷射厚度为20cm；

步骤⑹、开挖基坑台阶19以下土体，重复步骤⑶⑷⑸，直至达到基坑底部20。

实施例2：

步骤⑴、使用龄期为4年的毛竹制作竹筋锚杆1、编织竹筋格网2、制作竹筋u型锚钉3、竹丝及竹筋定位器17；

①、将毛竹加工成宽度为7mm,厚度为6mm的竹片，其中用于编织竹筋格网的需将其加工成宽度为5mm，厚度为7mm的竹片；将竹片加工成钉尖42长为30cm，钉身41长为2cm的竹筋u型锚钉3；及长度为3mm的细竹丝；

②、制作竹筋锚杆1，编织竹筋格网2的竹片需要先将其在常温下自然风干10天；然后对竹片做防水处理：采用毛刷将搅匀的桐油涂刷竹片的表面，涂膜厚度控制在0.3mm，待24小时竹片表面涂膜干燥后进入下道工序；

③、竹筋锚杆1采用6根8m长的竹片通过竹藤捆绑在一起，端头用锚夹具8锚固于锚头7一侧的锚孔9；竹筋格网2每一格网片尺寸为25cm×25cm，竹筋格网2的总尺寸同开挖区基坑侧壁18面积加基坑台阶19面积，合计2120m²；

④、利用竹片加工成厚度为2cm的竹板，截取厚度2cm，直径为7cm的竹板，中间开一直径为5cm的孔洞制作竹筋定位器17；

步骤⑵、利用挖机开挖基坑台阶19以上土体；

步骤⑶、进行锚杆孔5的放样，是按每三个锚杆体中点连线呈等边三角形的形式布置孔位放样的，孔距为1m,孔径为8cm，孔洞向下倾角为20°，利用钻机钻孔，将绑扎好的竹筋放入锚杆孔5中，每隔1.5m放置一个竹筋定位器17，安装由让压套筒6，锚头7，外接杆13三部分组成的让压装置，锚头7的一侧与竹筋锚杆连接1，锚头7的另一侧开三水平方向孔洞101及三个竖直方向孔洞102，并通过螺栓12将其与让压套筒6连接，每个孔洞中布置一个螺栓12，让压套筒6的另一侧通过螺纹与外接杆13连接，竹筋锚杆段灌注灰砂比为1:0.8(质量比)的水泥砂浆，外接杆13的另一侧通过螺母14及承压板15固定在基坑侧壁18上；

步骤⑷、利用竹筋u型锚钉3按照70cm×70cm的尺寸将竹筋格网2固定在土质基坑侧壁18上，并将锚杆外接杆13端头通过竹藤与竹筋格网2绑扎连接；

步骤⑸、在每1m³喷射混凝土中添加,10kg竹丝，喷射竹丝混凝土16，其喷射厚度为25cm；

步骤⑹、开挖基坑台阶19以下土体，重复步骤⑶⑷⑸，直至达到基坑底部20。