【技术实现步骤摘要】
本专利技术专利属于岩土力学领域，适用于上软下硬的基坑支护，具体是提出了一种变截面套桩支护体系及其施工方法。
技术介绍
1、目前，在国内外一些城市的繁华地段或特殊环境的区域，地下交通隧道越来越多。部分城市为典型的上土下岩地层，在进行开挖基坑修建地下建筑时，常用吊脚桩进行基坑支护。
2、如申请公开号为cn207878473u的新型专利公开一种土岩结合地层深基坑吊脚桩支护结构，包括位于上部的挡土墙、位于中部的吊脚桩锚支护结构和位于下部的锚索格构支护结构，挡土墙的底端设在吊脚桩锚支护结构的顶端上面，吊脚桩锚支护结构的底端设在锚索格构支护结构的顶端基坑壁的外侧。另外，申请公布号为cn113389205a的专利技术专利公开一种可回收锚入式预应力吊脚桩支护结构及施工方法，设于土岩组合基坑内，包括吊脚桩，设于基坑内土体的临空侧，吊脚桩的底端设于岩体上；多个锚杆分为两组，第一组锚杆竖直设于吊脚桩内且向下穿设在岩体内，第二组锚杆斜向穿设吊脚桩和土体，和/或斜向穿设吊脚桩和岩体；锚杆包括锚筋和锚固组件，锚固组件设于锚筋的位于土体或岩体内的底端，锚固组件与锚筋之间为可拆卸式连接，上述方案虽然对支护方式进行了优化，但是吊脚桩的多余开挖宽度并未解决。
3、传统的基坑支护桩施工时，为施工方便，会先打孔，然后再完成大桩施工，等待基坑开挖至下半部分，再施工钢管桩。这种施工方式，开挖时会先超挖出一个岩肩，增加了基坑占地，并且后期需要填土，不仅增加了施工工序，造成多余的人力资源浪费，也存在增加临时占地、基坑开挖量及回填量等问题，为基坑施工带来
技术实现思路
1、本专利技术为解决现有吊脚桩支护体系存在的占地面积大，增加了基坑开挖量和回填量，施工困难等缺陷，提出一种变截面套桩支护体系及其施工方法，将下部钢管桩与上部灌注桩结合设置，形成一种变截面桩的结构，并取消岩肩和肥槽，施工方便，且减少了施工占地。
2、本专利技术是采用以下的技术方案实现的：一种变截面套桩支护体系，包括上下同心设置的大桩和小桩，大桩嵌入岩层中，小桩嵌套入大桩中，并通过浇筑混凝土连接；大桩与小桩内部均设有钢筋笼，并且采用高强混凝土浇筑；
3、在上部大桩支护范围内，采用钢支撑对大桩进行支护，钢支撑与大桩之间通过施工冠梁与围檩固定连接，并通过施加预应力对大桩进行主动支护，在下部小桩支护范围内，采用锚索对小桩进行固定，并通过对锚索施加预应力进行主动支护。
4、其中，大桩通过大桩护筒布设，在大桩护筒内设置有限位孔和限位环，限位孔的直径不小于小桩的直径，大桩护筒的顶部和底部均采用钢板安装限位。
5、进一步的，所述大桩的长度a为土层厚度+嵌入岩层长度，其中，土层厚度依据地质勘查确定，嵌入岩层长度通过以下方式确定：
6、wt＝fy*h
7、式中：wt为大桩在土层的侧向力下发生的弯矩，fy为岩石破坏荷载，h为嵌入岩层长度；弯矩wt依据实际土层参数及土层厚度确定，fy根据室内试验确定。
8、进一步的，所述小桩的长度b为嵌入大桩部分顶部至基坑底部的距离，具体等于小桩嵌入大桩部分的长度+大桩底部至基坑底部长度，其中，大桩底部至基坑底部长度由大桩长度与基坑深度相结合求出，小桩嵌入大桩部分的长度xz通过下式确定：
9、fd*xd＝fz*xz+fghg+fmhm
10、式中：fd表示地层合力，fz表示桩受到的力，fg表示钢支撑的反力，fm表示锚索提供的力，xd表示地层合力至计算基点的距离，xz表示小桩嵌入大桩部分的长度距离，hg表示钢支撑的作用力至计算基点的距离，hm表示锚索提供的支护力至计算基点的距离。
11、本专利技术另外还提出一种变截面变材料支护体系的施工方法，包括以下步骤：
12、步骤a、进行桩基引孔工作，下设大桩护筒，并进行大桩钻孔；
13、对即将施工场地进行平整处理，然后进行测量放线，确认控制护桩的位置以控制大桩护筒的埋设位置和钻机的准确就位，利用钻机进行桩基引孔工作，同时将大桩护筒打入设计标高，然后采用钻机进行大桩钻孔，施工进尺至大桩设计标高；
14、步骤b、大桩成孔后，下设小桩护筒；
15、在大桩成孔后测量其沉渣厚度，并对大桩清孔以达到规范要求，将小桩护筒吊装并下入大桩护筒内，通过限位环和限位孔的限位确保垂直下落，且在小桩护筒下设前，对小桩护筒底部进行密封包裹；
16、步骤c、小桩钻进成孔，二次清孔；
17、在小桩护筒下设完成后进行潜孔钻机机位定位调平，定位复测，安装钻杆并确保小桩工程桩的垂直度，小桩采用钻机进行钻孔，在小桩施作至设计底标高后进行二次清孔以保证成桩质量；
18、步骤d、小桩成孔后，下设小桩钢筋笼，砼浇筑；
19、在小桩清孔完成达到施工规范要求后，施工设备撤离，同时在小桩钢筋笼桩顶安装自脱钩装置，下设小桩钢筋笼；小桩钢筋笼安装完成后，立即将细石混凝土浇筑至以小桩护筒为导管的小桩内部；
20、步骤e、拔除小桩护筒，进行大桩工程桩施工；
21、在小桩混凝土浇筑完成后，将小桩护筒采用打拔机吊出，安装大桩钢筋笼，起吊过程缓慢进行；
22、步骤f、开挖并施做钢支撑及锚索。
23、进一步的，所述步骤d中，所述自动脱钩装置包括下部钩子、横梁和弹簧，下部钩子的端部与横梁的一端固定连接，并与自动脱钩装置的本体铰接固定，横梁的另一端通过弹簧与本体固定，自然状态下，下部钩子通过弹簧拉动横梁，呈水平状态，当通过自动脱钩装置吊装小桩到底部时，下部钩子受力减小，弹簧收缩，达到自动脱钩效果。
24、进一步的，所述步骤e中，大桩钢筋笼为通长至孔底，在大桩钢筋笼入孔后，将大桩钢筋笼固定在孔口的护筒或护壁上，且在灌注过程中放缓混凝土灌注速度；当发生大桩钢筋笼上浮时，应立即停止灌注混凝土，重新固定大桩钢筋笼后再继续灌注。
25、进一步的，所述步骤f具体采用以下方式实现：
26、(1)首先进行基坑开挖，向下开挖到预定深度时停止施工，随后人工凿桩，凿开缺口，深度至钢筋，用风镐剥离缺口上侧钢筋保护层，使钢筋与桩身分离并向外侧微弯曲；确定桩头断裂后，统一用吊车拔掉桩头；
27、(2)随后对所有桩头露出的钢筋进行校正，接着施做新的钢筋形成整体的钢筋笼，并且浇筑，养护，冠梁即可成型；然后在冠梁上施做钢支撑，完成上部大桩钢支撑支护；开挖至下一层钢支撑施做点，继续上述施工；
28、(3)开挖至下部小桩时，在两个小桩间隙中施工锚索；首先施做柔性网，随后进行锚索的施工，最后再进行喷混处理，以将锚索支护与小桩结合在一起，增强结构稳定性。
29、与现有技术相比，本专利技术的优点和积极效果在于：
30、本方案为消除现有吊脚桩施工中存在的不足，提出了变截面支护桩的方案及其对应的施工工法，所述支护体系包括上下同心嵌设的大桩和小桩本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种变截面套桩支护体系，其特征在于，包括上下同心设置的大桩(1)和小桩(2)，大桩(1)嵌入岩层中，小桩(2)嵌套入大桩(1)中，并通过浇筑混凝土连接；大桩(1)与小桩(2)内部均设有钢筋笼，并且采用高强混凝土浇筑；
2.根据权利要求1所述的一种变截面套桩支护体系，其特征在于：所述大桩(1)通过大桩护筒(11)布设，在大桩护筒(11)内设置有限位孔(5)和限位环(6)，限位孔(5)的直径不小于小桩(2)的直径，大桩护筒(11)的顶部和底部均采用钢板安装限位。
3.根据权利要求1所述的一种变截面套桩支护体系，其特征在于：所述大桩(1)的长度a为土层厚度+嵌入岩层长度，其中，土层厚度依据地质勘查确定，嵌入岩层长度通过以下方式确定：
4.根据权利要求1所述的一种变截面套桩支护体系，其特征在于：所述小桩(2)的长度b为嵌入大桩部分顶部至基坑底部的距离，具体等于小桩嵌入大桩部分的长度+大桩底部至基坑底部长度，其中，大桩底部至基坑底部长度由大桩长度与基坑深度相结合求出，小桩嵌入大桩部分的长度xz通过下式确定：
5.基于权利要求2所述的变截面
6.根据权利要求5所述的变截面套桩支护体系的施工方法，其特征在于，所述步骤D中，所述自动脱钩装置包括下部钩子(7)、横梁(8)和弹簧(9)，下部钩子(7)的端部与横梁(8)的一端固定连接，并与自动脱钩装置的本体(10)铰接固定，横梁(8)的另一端通过弹簧(9)与本体(10)固定，自然状态下，下部钩子(7)通过弹簧(9)拉动横梁(8)，呈水平状态，当通过自动脱钩装置吊装小桩到底部时，下部钩子(7)受力减小，弹簧(9)收缩，达到自动脱钩效果。
7.根据权利要求5所述的变截面套桩支护体系的施工方法，其特征在于，所述步骤E中，大桩钢筋笼为通长至孔底，在大桩钢筋笼入孔后，将大桩钢筋笼固定在孔口的护筒或护壁上，且在灌注过程中放缓混凝土灌注速度；当发生大桩钢筋笼上浮时，应立即停止灌注混凝土，重新固定大桩钢筋笼后再继续灌注。
8.根据权利要求5所述的变截面套桩支护体系的施工方法，其特征在于，所述步骤F具体采用以下方式实现：
...【技术特征摘要】
1.一种变截面套桩支护体系，其特征在于，包括上下同心设置的大桩(1)和小桩(2)，大桩(1)嵌入岩层中，小桩(2)嵌套入大桩(1)中，并通过浇筑混凝土连接；大桩(1)与小桩(2)内部均设有钢筋笼，并且采用高强混凝土浇筑；
2.根据权利要求1所述的一种变截面套桩支护体系，其特征在于：所述大桩(1)通过大桩护筒(11)布设，在大桩护筒(11)内设置有限位孔(5)和限位环(6)，限位孔(5)的直径不小于小桩(2)的直径，大桩护筒(11)的顶部和底部均采用钢板安装限位。
3.根据权利要求1所述的一种变截面套桩支护体系，其特征在于：所述大桩(1)的长度a为土层厚度+嵌入岩层长度，其中，土层厚度依据地质勘查确定，嵌入岩层长度通过以下方式确定：
4.根据权利要求1所述的一种变截面套桩支护体系，其特征在于：所述小桩(2)的长度b为嵌入大桩部分顶部至基坑底部的距离，具体等于小桩嵌入大桩部分的长度+大桩底部至基坑底部长度，其中，大桩底部至基坑底部长度由大桩长度与基坑深度相结合求出，小桩嵌入大桩部分的长度xz通过下式确定：...
【专利技术属性】
技术研发人员：李善明，宗超，胡毅，殷险峰，田海光，赵文强，赵宁，李祥东，王铁，潘野，栾先彬，王少帅，苏俭，韩岩青，刘涛，杜志锋，
申请(专利权)人：青岛地铁集团有限公司第一建设分公司，
类型：发明
国别省市：
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