一种预应力锚索装配式钢腰梁及其施工工法的制作方法

本发明涉及基坑桩锚支护领域，具体为一种预应力锚索装配式钢腰梁及其施工工法。

背景技术：

深基坑“支护桩+预应力”锚索作为一种常见的支护结构形式已被广泛采用，当预应力锚索多排设置时，除桩顶一排的预应力锚索可利用支护桩的冠梁外，其它各排预应力锚索均需要通过腰梁与支护桩结合形成支护结构。

目前，预应力锚索支护结构的腰梁一般为现浇钢筋混凝土腰梁，其截面稳定性好、抗弯刚度大、防腐性能好，但存在混凝土施工养护时间长、一次性使用、自重大等问题；同时因截面尺寸大，占用基坑空间大，限制地下结构外扩空间，也不利于后期地下结构外墙施工；另外，后期钢筋混凝土拆除困难，存在噪声及扬尘污染环境。

如何在桩锚支护结构体系中，探寻一种可靠、安全、可行、快捷的腰梁施工方案，以实现绿色施工、加快施工效率，降低施工成本，从而获取更高的经济效益成为当前急需解决的任务，其研究成果将具有广泛的使用价值和指导意义。

近年来，我司相继承接了数个桩锚支护形式的基坑支护项目，针对上述问题，结合项目实际条件和施工特点，开展了“基坑支护预应力锚索装配式钢腰梁施工技术”研究，对于基坑支护腰梁结构的施工，提出采用装配式预应力锚索钢腰梁，通过采取背式双槽钢组合结构设计，与支护桩上安装的三角钢斜垫焊接连接，将承压板套入锚索中实施预应力锚索张拉而形成锚拉体系，达到现场安装快捷、支护安全可靠、绿色节能的效果，形成了一种新型的基坑支护预应力锚索装配式钢腰梁施工工法，取得显著的社会效益和经济效益。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种预应力锚索装配式钢腰梁及其施工工法，提出采用装配式预应力锚索钢腰梁，通过采取背式双槽钢组合结构设计，与支护桩上安装的三角钢斜垫焊接连接，将承压板套入锚索中实施预应力锚索张拉而形成锚拉体系，达到现场安装快捷、支护安全可靠、绿色节能的效果，形成了一种新型的基坑支护预应力锚索装配式钢腰梁施工工法。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种预应力锚索装配式钢腰梁，包括若干固定设置在支护桩上的三角钢斜垫、焊接设置在所述三角钢斜垫斜面上的钢腰梁本体以及用于维持支护桩稳固性的锚索；所述钢腰梁本体包括两个相同的背对背对称且间隔设置的槽钢、若干个用于连接两槽钢的连接缀板以及若干对称焊接设置在两槽钢左右侧面上的承压板；所述连接缀板间隔设置，两端分别焊接在两槽钢的侧面上；所述承压板中间区别于焊接区域的位置上设置有通孔，所述锚索包括锚具、锚索体以及锚根，所述锚具卡合在承压板外，所述锚索体依次穿过通孔、三角钢斜垫以及支护桩，尾端的锚根固定在附近的岩体上。

优选的，所述槽钢的内槽中设置有用于增加槽钢支撑力的加强肋板，所述加强肋板均与槽钢的三个边垂直。

优选的，所述三角钢斜垫和支护桩的连接处设置有找平垫；通过找平垫的调整，使得每个三角钢斜垫的斜面保持在一个水平面上，保证每个三角钢斜垫均能充分与钢腰梁本体焊接在一起。

优选的，所述钢腰梁本体的上表面上焊接有对称设置的两吊环，所述吊环方便钢腰梁本体的转运和安装。

优选的，所述三角钢斜垫包括三角斜铁垫板以及焊接设置在三角斜铁垫板与钢腰梁本体之间的盖板。

优选的，还包括水平固定在所述支护桩内的若干植筋。

优选的，所述找平垫焊接设置在所述植筋上，使得三角钢斜垫能够固定在支护桩上。

一种预应力锚索装配式钢腰梁的施工方法，基于上述的预应力锚索装配式钢腰梁，步骤如下：

s1、支护桩面凿平：采用人工冲击电钻将各支护桩位于同一水平高度的一侧面凿平，凿平处的尺寸与三角钢斜垫的底面尺寸相匹配；

s2、三角钢斜垫的安装：采用植筋或者高强度螺栓，将三角钢斜垫固定于支护桩的凿平处上；各三角钢斜垫的上口必须在同一水平面上；三角钢斜垫与支护桩未能紧贴的部位，可采用砂浆充填，提高承载力；

s3、两根相同的槽钢背对背间隔摆放，若干连接缀板均匀布置在两根槽钢的两侧，通过焊接使得两根槽钢保持固定；

s4、钢腰梁本体的现场安装：用吊装设备将步骤s3中已经焊接好的槽钢水平吊至三角钢斜垫的支撑面上，将锚索体套入两根槽钢的缝隙中，然后将槽钢和三角钢斜垫焊接固定；根据锚索体的方位，将承压板通过通孔套在锚索体中并焊接固定在槽钢上；

s6、锚索张拉锁定：钢腰梁本体焊接安装完成并经检测合格后进行锚索的张拉固定，张拉时应注意观察钢腰梁本体的变形情况，对锚索及钢腰梁本体情况进行实时监测。

本发明具有以下有益效果：

1、相较于现浇钢筋混凝土腰梁结构自重更轻、构件截面更小，采用钢结构干作业施工，减少废弃物对环境造成的污染，钢腰梁结构材料为绿色可回收建材，满足生态环保要求，符合当前环保形势。

2、该预应力锚索装配式钢腰梁，采用工厂化预制，现场组合，提高构件装配精度及焊接质量，防止现场钢构件焊接的质量通病。

3、该预应力锚索装配式钢腰梁，板材切割、焊接等可采用机械化作业，提高焊接精度，增强钢腰梁结构稳定性；信息化作业，可根据现场支护变形情况及时调整预制构件的构造，增加缀板或加强肋板，提高构件承载力。

4、该预应力锚索装配式钢腰梁的施工方法，相较于传统现浇钢筋混凝土腰梁，本工法无需使用模板、钢筋、混凝土等原材及振动棒、混凝土料斗等配套设备，且无大批量钢筋工、木工、混凝土浇筑工等不同工种作业人员的投入，施工协调少，投入成本低。

5、该预应力锚索装配式钢腰梁，后期拆除出来的钢构件可回收利用，无混凝土破除费用，不产生固体废弃物排放成本。

6、该预应力锚索装配式钢腰梁的施工方法，施工不受混凝土材料供应、交通高峰期、雨季施工等影响，减少机械设备窝工等待，降低施工成本。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明钢腰梁本体的主视图；

图3为本发明钢腰梁本体的结构断面图；

图4为本发明钢腰梁本体的俯视图；

图5为本发明钢腰梁本体吊装时的示意图。

图中，1、支护桩；2、三角钢斜垫；21、三角斜铁垫板；22、盖板；3、钢腰梁本体；4、锚索；41、锚具；42、锚索体；5、槽钢；6、连接缀板；7、承压板；71、通孔；8、加强肋板；9、找平垫；10、吊环；11、植筋。

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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“开孔”、“上”、“下”、“厚度”、“顶”、“中”、“长度”、“内”、“四周”等指示方位或位置关系，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组件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。

请参阅图1-5，本实施例的预应力锚索装配式钢腰梁，包括若干固定设置在支护桩1上的三角钢斜垫2、焊接设置在三角钢斜垫2斜面上的钢腰梁本体3以及用于维持支护桩1稳固性的锚索4；钢腰梁本体3包括两个相同的背对背对称且间隔设置的槽钢5、若干个用于连接两槽钢5的连接缀板6以及若干对称焊接设置在两槽钢5左右侧面上的承压板7；连接缀板6间隔设置，两端分别焊接在两槽钢5的侧面上；承压板7中间区别于焊接区域的位置上设置有通孔71，锚索4包括锚具41、锚索体42以及锚根，锚具41卡合在承压板7外，锚索体42依次穿过通孔71、三角钢斜垫2以及支护桩1，尾端的锚根固定在附近的岩体上。

三角钢斜垫2主要承担锚拉力传递作用并形成钢腰梁本体3摆置角度，可调节适合预应力锚索4的任意角度，以保证预应力锚索4的张拉要求；三角钢斜垫2采用钢板预制，钢斜垫底面350mm×500mm，板厚20mm；所有焊脚尺寸hf≥8mm；三角钢斜垫2通过在桩（配筋桩）上植筋11的形式固定于桩上。

进一步的，槽钢5的内槽中设置有用于增加槽钢5支撑力的加强肋板8，加强肋板8均与槽钢5的三个边垂直，加强肋板6尺寸同槽钢内槽大小，厚度t=10mm。

上下槽钢5之间采用连接缀板6连接，在槽钢5的内槽中增加加强肋板8以增加钢腰梁的支撑力及防屈曲约束承载力，以增强其刚度以承受预应力锚索施加预应力，实现对桩墙的支撑从一个点变为一条线的目的，从而提高桩墙的稳定性，起到固定桩墙及传递锚拉荷载的作用；钢腰梁本体3采用市场通用的20b~40b热轧普通槽钢在工厂预制；连接缀板6的板材采用q235以上钢板，规格200mm×100mm，厚度10mm。

进一步的，三角钢斜垫2和支护桩1的连接处设置有找平垫9；通过找平垫9的调整，使得每个三角钢斜垫2的斜面保持在一个水平面上，保证每个三角钢斜垫2均能充分与钢腰梁本体3焊接在一起。

进一步的，钢腰梁本体3的上表面上焊接有对称设置的两吊环10，吊环10方便钢腰梁本体3的转运和安装。

进一步的，三角钢斜垫2包括三角斜铁垫板21以及焊接设置在三角斜铁垫板21与钢腰梁本体3之间的盖板22。

进一步的，还包括水平固定在支护桩1内的若干植筋11。

进一步的，找平垫9焊接设置在植筋11上，使得三角钢斜垫2能够固定在支护桩1上。

本发明的预应力锚索装配式钢腰梁的施工方法，即在工厂内将槽钢5、连接缀板6、承压板7强肋板8等原材料，根据设计要求的强度、刚度及抗扭曲能力进行“背靠背”的双背式槽钢结构连结组合，将支护桩1桩面凿平并安装三角钢斜垫2，把预制完成的钢腰梁本体3套入预应力锚索4中，使钢腰梁本体3与三角钢斜垫2焊接成一体，通过“支护桩1+三角钢斜垫2+钢腰梁本体3+锚具4”的组合结构替换传统钢筋混凝土预应力锚索腰梁，形成锚拉体系的支撑结构，经锚具张拉、锁定预应力锚索后形成基坑支护锚拉体系。

一种预应力锚索装配式钢腰梁的施工方法，基于预应力锚索装配式钢腰梁，步骤如下：

s1、施工准备：根据设计要求组织施工前技术交底，了解施工参数，明确施工方法，形成技术资料及方案；根据支护结构布置形式及确定预应力锚索4间距，对钢腰梁本体3的加工进行组合单元划分，按1个承压板及其左右两侧2组连接缀板划分为一个单元，单元长度为1600mm；市场上通常规格的槽钢长度为12m，可设置7个单元组成预制构件单元体，单个预制构件单元体长度为11.2m，构件重量约1.0t；基坑支护中有弯折的区段，根据项目实际情况进行建模及预制；相邻预制构件单元体接头设置在两根锚索4的中间部位；

s2、支护桩面凿平：支护桩1的侧壁为曲面，三角钢斜垫2安装前需将支护桩1的侧壁凿平；三角钢斜垫2底面为350mm×500mm，需凿除平面尺寸符合三角钢斜垫2底面尺寸即可；采用人工冲击电钻凿平桩面，避免损坏桩体；平面浮动渣土应清理干净，避免松动混凝土残留；

s3、钢腰梁本体和三角钢斜垫的组合制作：钢腰梁本体3和三角钢斜垫2可实施场外预制；

钢腰梁本体3的组合制作：原材进场并经材料检验检测合格后，在固定预制场进行加工组合；钢腰梁本体3预制可采用机械化作业，板材切割可使用数控火焰切割机、数控等离子切割机等，确保下料准确，切口平整。钢材焊接可采用气体保护焊，确保焊接质量；根据设计图纸内容及已完成的构件单元划分、板材规格大小分类对原材进行下料；钢腰梁本体3采用25b热轧普通槽钢5组合制成，组合成的形式称为背式双槽钢；上下槽钢5之间采用规格尺寸200mm×100mm×10mm的连接缀板6连接，连接缀板6可采用q235普通碳素钢板焊接，焊脚高度hf≥8mm。连接缀板6布置在承压板7左右两侧250mm处，槽钢5顶部及底部均设置；为防止锚索4施工时的位置偏差而导致承压板7与锚索4方位不一致，承压板7可采取现场安装焊接；为增加钢腰梁本体3的支撑力及防屈曲约束承载力，在槽钢5的内槽中增加加强肋板8，加强肋板8由q235普通碳素钢板制成，板厚t=10mm，焊接q235钢时宜选用e43系列碳钢结构焊条，焊脚高度hf≥8mm；

三角钢斜垫的焊接：三角钢斜垫2亦为工厂预制加工所得，由q235普通碳素钢板制成，板厚t=20mm，选用e43系列碳钢结构焊条进行整体连接，焊脚高度hf≥8mm。

s4、预制构件运输：经检测合格后的预制构件通过车辆或者吊车运输至钢腰梁施工现场，进行现场组合拼装施工；运输和吊装的过程中应注意对钢腰梁本体3和三角钢斜垫2的保护，避免碰撞，堆放应有序；

s5、三角钢斜垫的安装：在支护结构的荤桩上安装三角钢斜垫2，采用植筋11或高强螺栓将三角钢斜垫2固定于支护桩1上；三角钢斜垫2安装前需测量各支护桩1的偏差情况，取支护桩1凸出的两个高点为参照点，拉线对准；为确保后期钢腰梁本体3安装时能够与三角钢斜垫2紧密贴合，各三角钢斜垫2的上口必须在同一水平面上，因支护桩1桩位存在偏差导致不在一水平面上的，通过找平垫9增高支撑面找平，找平垫9可采用q235普通碳素钢板制作；三角钢斜垫与支护桩未能紧贴的部位，可采用砂浆充填，提高承载力；

s6、钢腰梁本体的现场安装：为方便转运及现场吊装安装，在预制构件施工时需预留吊装点，构件长11.2m、重约1.0t，采用对称双点吊装；在预制构件单元体上设置两个吊环10，吊环10以q235普通碳素钢板裁切而成，并焊接于预制构件单元体上侧；吊装已预制好的钢腰梁本体3，将锚索4套入背式双槽钢中间的缝隙中，将钢腰梁本体3与三角钢斜垫2焊接连接，根据锚索4的方位，将承压板7套入锚索4中并焊接于钢腰梁本体3上；相邻的装配单元采用钢板连接，完成整体钢腰梁本体3组合安装；对钢腰梁本体3有防锈要求时，对钢腰梁本体3进行防锈防腐涂装处理；

s7、锚索张拉锁定：钢腰梁本体3现场安装完成并经检测合格后组织验收；经验收合格，锚索4龄期达到张拉标准时进行锚索4张拉锁定；张拉时应注意观察钢腰梁本体3变形情况，对锚索4及钢腰梁本体3变形情况进行实时监测。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。