一种组合双排桩支护体系及其施工方法
【专利摘要】一种组合双排桩支护体系及其施工方法，所述支护体系包括有前排桩、前排桩桩顶冠梁、后排桩、后排桩桩顶冠梁和连系梁，所述前排桩为平行间隔设置的一排钢筋混凝土桩，所述后排桩为型钢水泥土搅拌桩墙，所述连系梁为双肢连系梁；所述型钢水泥土搅拌桩墙中的内插型钢为H型钢，并且H型钢的上端部外露在后排桩桩顶冠梁的上方；所述前排桩与后排桩之间还设有浅层加固水泥土桩，并且浅层加固水泥土桩与型钢水泥土搅拌桩墙整体搭接连接在一起。本支护体系即克服了需截水基坑工程中普通双排桩支护结构需增设止水帷幕的缺陷，又克服了型钢水泥土搅拌桩墙刚度低的缺陷，实现了支护结构挡土与隔水的统一，大大地降低了支护工程造价。
【专利说明】一种组合双排粧支护体系及其施工方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种建筑基坑支护体系及其施工方法。
【背景技术】
[0002]悬臂式型钢水泥土搅拌桩墙(也称SMW工法)和前后排均为钢筋混凝土桩的普通双排桩支护结构是近些年来在基坑工程中应用越来越多的支护形式。
[0003]所述悬臂式型钢水泥土搅拌桩墙多用于软土、粉土、细砂等非坚硬地质条件下，是一种在水泥土搅拌桩内插入H型钢而形成的复合挡土隔水结构，具有高截水性、经济、施工污染小、对周围环境影响小等特点，而且在地下室施工完成后，可以将型钢水泥土搅拌桩墙中的H型钢拔出，然后予以回收和再利用，不仅可以节约资源，也避免了围护体在地下室施工完毕后永久遗留于地下、成为后续其它地下工程施工的障碍物。型钢水泥土搅拌桩墙的缺点是，由于型钢水泥土搅拌桩墙的主要抗侧力元件为型钢，因此刚度较低，抗侧移刚度不足，不利于控制变形，并且对于较深的基坑，型钢水泥土搅拌桩墙还需与内支撑或锚杆(锚索)联合使用，施工不方便，效率低。
[0004]所述普通双排桩支护结构由前排钢筋混凝土桩、后排钢筋混凝土桩、前后排桩压顶冠梁和连系梁构成，该支护结构利用前后排桩和连系梁形成空间门架，具有抗侧移刚度大的特点，且坑内无需设置内撑或锚索，所以极大地方便了施工，可缩短施工工期。普通双排桩支护结构的缺点是，对于需要截水的基坑工程，由于前后排分离式钢筋混凝土桩无法形成止水帷幕，所以需要另设止水帷幕，因此增加了施工工序和工程造价。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种组合双排桩支护体系及其施工方法，要解决在需要截水的基坑工程中，采用普通双排桩支护结构工程造价太高，采用悬臂式型钢水泥土搅拌桩墙又不能满足基坑工程安全和变形控制要求的问题。
[0006]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:一种组合双排桩支护体系，包括有前排桩、前排桩桩顶冠梁、后排桩、后排桩桩顶冠梁和连系梁，其特征在于:所述前排桩为平行间隔设置的一排钢筋混凝土桩，所述后排桩为型钢水泥土搅拌桩墙，所述连系梁为双肢连系梁；所述型钢水泥土搅拌桩墙中的内插型钢为H型钢，并且H型钢的上端部外露在后排桩桩顶冠梁的上方；所述前排桩与后排桩之间还设有浅层加固水泥土桩，并且浅层加固水泥土桩与型钢水泥土搅拌桩墙整体搭接连接在一起。
[0007]所述浅层加固水泥土桩可由前排浅层加固水泥土桩和后排浅层加固水泥土桩两排桩组成，并且前排浅层加固水泥土桩与后排浅层加固水泥土桩整体搭接连接在一起。
[0008]所述浅层加固水泥土桩的桩间距可与前排桩的桩间距相同。
[0009]所述型钢水泥土搅拌桩墙中的内插型钢的间距可以是前排桩的桩间距的一倍、两
倍或三倍。
[0010]所述H型钢的上端部上可设有型钢起吊孔。[0011]所述双肢连系梁的两肢之间的净距可为H型钢的翼缘宽度加上60mm。
[0012]所述H型钢的上端部在冠梁上方的外露的长度可为不小于500mm。
[0013]所述前排桩中的前排桩主筋可在桩顶锚入到前排桩桩顶冠梁中，并且锚固长度不小于1.5倍的受拉锚固长度。
[0014]所述连系梁中的纵向主筋可锚入到前排桩桩顶冠梁和后排桩桩顶冠梁中，并且锚固长度不小于1.5倍的受拉锚固长度。
[0015]一种应用一种组合双排桩支护体系的施工方法，其特征在于施工步骤如下:步骤一、根据拟建场地的水文地质条件、基坑工程几何参数、基坑工程隔水、抗渗稳定性要求，计算出施工一种组合双排桩支护体系所需要的各个技术参数；步骤二、根据拟建工程场地条件及周边环境条件，选择具体位置，用三轴水泥土搅拌桩机开始施工一段后排桩的水泥土搅拌桩和一段浅层加固水泥土桩，在该段已施工的后排桩的水泥土搅拌桩凝结硬化前、三轴水泥土搅拌桩机移位施工下一段后排桩的水泥土搅拌桩时，开始内插型钢插入水泥土搅拌桩施工工序，内插型钢插入水泥土搅拌桩施工工序在相应位置处的水泥土搅拌桩施工完成30分钟内开展，型钢露出的高度需满足上穿后排桩桩顶冠梁以及拔出预留高度要求；步骤三、不断重复步骤二，直至按设计要求施工完成所有的后排桩、内插型钢和浅层加固水泥土桩；步骤四、施工前排桩、前排桩桩顶冠梁、后排桩桩顶冠梁和连系梁；步骤五、待后排桩满足抗渗要求时，开展基坑工程降水，待一种组合双排桩支护体系各部分均满足强度要求时，开展基坑土方开挖；步骤六、基坑开挖到设计深度后，开始地下结构施工；步骤七、地下结构施工出地坪，结构与基坑坑壁之间的空隙回填压实后，拔除内插型钢，内插型钢留下的空隙注浆封填。
[0016]与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果:本发明是一种集挡土隔水功能于一体的新型基坑支护结构形式，尤其适合用于软土、粉土、细砂等地质条件下需要隔水的深基坑工程，属地基基础领域。
[0017]本发明由位于前排的前排钢筋混凝土桩和前排桩桩顶冠梁，位于后排的后排型钢水泥土搅拌桩墙和后排桩墙顶冠梁(即后排桩桩顶冠梁)，以及前后排桩间的双肢连系梁组成，是一种空间门架式支护结构体系，可承担水土压力荷载，具有抗侧移刚度大的优点，可有效地控制基坑的侧移变形。
[0018]普通双排桩支护结构的计算和实测结果表明，前排桩受压，后排桩受拉，本发明充分利用了双排桩的这一受力特点，将抗压能力好的钢筋混凝土桩作为前排桩，将抗拉性能好的H型钢作为后排桩，充分发挥了材料的性能。
[0019]本发明充分利用了普通双排桩支护结构和型钢水泥土搅拌桩墙两者的优点，即克服了需截水基坑工程中普通双排桩支护结构需增设止水帷幕的缺陷，又克服了型钢水泥土搅拌桩墙刚度低的缺陷。
[0020]本发明用型钢水泥土搅拌桩墙取代普通双排桩支护结构中的后排钢筋混凝土桩，型钢水泥土搅拌桩墙具有止水、隔水、防渗功能，因此解决了基坑工程的隔水问题，克服了普通双排桩需要增设止水帷幕的缺陷，实现了支护结构挡土与隔水的统一，所以无需另设止水帷幕，大大地降低了支护工程造价，减少了施工工序，节约了施工工期。
[0021]本发明中的后排型钢水泥土搅拌桩墙中的H型钢，在地下结构施工出地坪，结构与基坑间空隙回填后，即可拔出回收再利用，极大地降低了支护工程造价，节约了资源，也避免了给后续其他紧邻地下工程的施工造成障碍。
[0022]本发明还克服了型钢水泥搅拌桩墙抗侧移刚度不足的缺陷，对于一般深基坑工程，无需在坑内设置内支撑或锚杆(锚索)，极大地方便了基坑内土方开挖和地下结构施工，提高了施工效率。
[0023]本发明在前排钢筋混凝土桩和后排型钢水泥土搅拌桩墙之间设置浅层加固水泥土桩(浅层加固水泥土搅拌桩)，这样设计提高了前排桩和后排桩墙间协同工作刚度，同时也提高了前排桩和后排桩之间主动区土体的强度，降低了作用于支护结构上的荷载，有利于支护结构的受力和稳定。
[0024]本发明在靠近用地红线的一侧(即后排)用型钢水泥土搅拌桩墙取代普通的钻孔灌注而成的钢筋混凝土桩，可以显著地降低钻孔灌注桩成孔施工对基坑周边环境的不利影响。具体来说，型钢水泥土搅拌桩墙在施工时采用三轴搅拌桩机就地切削土体，并使土体与水泥浆液充分拌合形成水泥土，用低压持续注入的水泥浆液置换处于流动状态的水泥土，保持地下水泥土总量平衡，所以无需钻孔，不存在普通双排桩施工时的塌孔现象，因此可以减少对周围土体的扰动，降低对周边管线、地下建筑构等的危害，有效地保护周边环境。
[0025]本发明先施工靠近用地红线一侧(即后排)的型钢水泥土搅拌桩墙，后施工位于前排的钢筋混凝土桩，先施工的型钢水泥土搅拌桩墙在后施工的钢筋混凝土桩与周边环境介质之间形成隔离帷幕，降低了钢筋混凝土桩成孔施工所诱发土体损伤对周围环境介质的不利影响，有效地保护了周边环境。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
[0027]图1为本发明的立体布置示意图。
[0028]图2为本发明双排桩支护力学计算模型示意图。
[0029]图3为本发明的俯视示意图。
[0030]图4为本发明的桩体布置俯视示意图。
[0031]附图标记:1 一前排桩、2 —前排桩桩顶冠梁、3 —后排桩、4 一内插型钢、5 —后排桩桩顶冠梁、6 —连系梁、7 —浅层加固水泥土桩、7.1 一前排浅层加固水泥土桩、7.2 一后排浅层加固水泥土桩、8 —型钢起吊孔。
【具体实施方式】
[0032]实施例参见图1-4所示，这种组合双排桩支护体系，包括有前排桩1、前排桩桩顶冠梁2、后排桩3、后排桩桩顶冠梁5和连系梁6。
[0033]所述前排桩I为平行间隔设置的一排钢筋混凝土桩，所述后排桩3为型钢水泥土搅拌桩墙，所述连系梁6为双肢连系梁(便于型钢水泥土搅拌桩墙中的型钢拔除)。
[0034]所述型钢水泥土搅拌桩墙中的内插型钢4为H型钢，并且H型钢的上端部外露在后排桩桩顶冠梁5的上方。本实施例中，H型钢的上端部上还设有型钢起吊孔8，并且H型钢在桩顶冠梁上的外露长度为不小于500mm。
[0035]所述前排桩I与后排桩3之间还设有浅层加固水泥土桩7，并且浅层加固水泥土桩7与型钢水泥土搅拌桩墙整体搭接连接在一起。浅层加固水泥土桩7仅需要在支护体系上部设置。
[0036]所述浅层加固水泥土桩7的排数和搭接宽度可根据前、后排桩间距确定。本实施例中，浅层加固水泥土桩7由前排浅层加固水泥土桩7.1和后排浅层加固水泥土桩7.2两排桩组成，并且前排浅层加固水泥土桩与后排浅层加固水泥土桩7.2整体搭接连接在一起。当然，在其它实施例中，浅层加固水泥土桩7也可以只有一排桩，也可以是三排桩或更多排桩.本实施例中，浅层加固水泥土桩7之间的桩间距与前排桩I之间的桩间距相同，在其它实施例中，浅层加固水泥土桩7的桩间距与前排桩I的桩间距也可以不相同。
[0037]本实施例中，型钢水泥土搅拌桩墙中的型钢的间距是前排桩I的桩间距的一倍，即型钢水泥土搅拌桩墙中的型钢的间距与前排桩I的桩间距相同。在其它实施例中，型钢水泥土搅拌桩墙中的型钢的间距是前排桩I的桩间距的两倍或三倍。
[0038]所述双肢连系梁的两肢之间的净距a为H型钢的翼缘宽度b加上约60mm。
[0039]所述前排桩I中的前排桩主筋在桩顶锚入到前排桩桩顶冠梁2中，并且锚固长度不小于1.5倍的受拉锚固长度。
[0040]所述连系梁6中的纵向主筋锚入到前排桩桩顶冠梁2和后排桩桩顶冠梁5中，并且锚固长度不小于1.5倍的受拉锚固长度。
[0041]本发明在进行强度、稳定和变形计算时，按由前排桩1、前排桩桩顶冠梁2、型钢
4、后排型钢水泥土搅拌桩墙顶冠梁5、双肢连系梁6组成的双排桩进行计算求得，并根据设计要求确定前排桩的直径、配筋、嵌固深度和水平向间距，以及型钢水泥土搅拌桩墙中的型钢的型号，双肢连续梁的截面尺寸、混凝土等级和配筋。
[0042]所述型钢水泥土搅拌桩墙中的水泥土桩的长度由型钢长度和基坑止水、防渗共同决定(由型钢长度和基坑止水、防渗要求确定的大者取值)，型钢水泥土搅拌桩墙中的水泥土桩的桩身强度需满足止水和强度计算要求。
[0043]这种应用一种组合双排桩支护体系的施工方法，其施工步骤如下。
[0044]步骤一、根据拟建场地的水文地质条件、基坑工程几何参数、基坑工程隔水、抗渗稳定性要求，计算出施工一种组合双排桩支护体系所需要的各个技术参数。具体来说，先根据拟建场地的水文地质条件和基坑工程几何参数，进行支护结构强度、支护体系稳定性及变形计算，确定前排桩I的直径、混凝强度等级、截面配筋、嵌固深度以及水平间距等，型钢4的型号和长度，连系梁6的截面尺寸、混凝土等级和配筋等。然后根据基坑工程隔水、抗渗稳定性要求和型钢4的计算长度，确定后排桩3的长度。后排桩3的桩身强度应满足计算要求，渗透系数满足止水要求。
[0045]步骤二、根据拟建工程场地条件及周边环境条件，选择具体位置，用三轴水泥土搅拌桩机开始施工一段后排桩3的水泥土搅拌桩和一段浅层加固水泥土桩7，在该段已施工的后排桩3的水泥土搅拌桩凝结硬化前、三轴水泥土搅拌桩机移位施工下一段后排桩3的水泥土搅拌桩时，开始内插型钢4插入水泥土搅拌桩施工工序，内插型钢4插入水泥土搅拌桩施工工序在相应位置处的水泥土搅拌桩施工完成30分钟内开展，型钢露出的高度需满足上穿后排桩桩顶冠梁5以及拔出预留高度要求。
[0046]步骤三、不断重复步骤二，直至按设计要求施工完成所有的后排桩3、内插型钢4和浅层加固水泥土桩7。[0047]步骤四、施工前排桩1、前排桩桩顶冠梁2、后排桩桩顶冠梁5和连系梁6。具体来说，施工前排桩I (前排桩I的桩顶主筋预留长度需满足锚固要求)的同时，随前排桩施工分步进行排桩桩顶冠梁2、后排桩桩顶冠梁5和连系梁6的施工，排桩桩顶冠梁2、后排桩桩顶冠梁5和连系梁6的施工过程是，先绑扎前排桩桩顶冠梁的钢筋、后排桩桩顶冠梁的的钢筋、以及连系梁的钢筋，然后进行混凝土整体浇注。
[0048]步骤五、待后排桩3满足抗渗要求时，开展基坑工程降水，待一种组合双排桩支护体系各部分均满足强度要求时，开展基坑土方开挖。
[0049]步骤六、基坑开挖到设计深度后，开始地下结构施工。
[0050]步骤七、地下结构施工出地坪，结构与基坑坑壁之间的空隙回填压实后，拔除内插型钢(即型钢水泥土搅拌桩墙中的型钢在使用完成后回收)，内插型钢留下的空隙注浆封填。
[0051]本说明书实施例所述的内容仅仅是对本发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。
【权利要求】
1.一种组合双排桩支护体系，包括有前排桩(I)、前排桩桩顶冠梁(2)、后排桩(3)、后排桩桩顶冠梁(5 )和连系梁(6 )，其特征在于: 所述前排桩(I)为平行间隔设置的一排钢筋混凝土桩，所述后排桩(3)为型钢水泥土搅拌桩墙，所述连系梁(6)为双肢连系梁； 所述型钢水泥土搅拌桩墙中的内插型钢(4)为H型钢，并且H型钢的上端部外露在后排桩桩顶冠梁(5)的上方； 所述前排桩(I)与后排桩(3)之间还设有浅层加固水泥土桩(7)，并且浅层加固水泥土桩(7)与型钢水泥土搅拌桩墙整体搭接连接在一起。
2.根据权利要求1所述的一种组合双排桩支护体系，其特征在于:所述浅层加固水泥土桩(7 )由前排浅层加固水泥土桩(7.1)和后排浅层加固水泥土桩(7.2)两排桩组成，并且前排浅层加固水泥土桩与后排浅层加固水泥土桩(7.2)整体搭接连接在一起。
3.根据权利要求1所述的钢筋混凝土桩组合型钢水泥土搅拌桩墙的双排桩支护体系，其特征在于:所述浅层加固水泥土桩(7)的桩间距与前排桩(I)的桩间距相同。
4.根据权利要求1所述的一种组合双排桩支护体系，其特征在于:所述型钢水泥土搅拌桩墙中的内插型钢(4)的间距是前排桩(I)的桩间距的一倍、两倍或三倍。
5.根据权利要求1所述的一种组合双排桩支护体系，其特征在于:所述H型钢的上端部上设有型钢起吊孔(8)。
6.根据权 利要求1所述的一种组合双排桩支护体系，其特征在于:所述双肢连系梁的两肢之间的净距(a)为H型钢的翼缘宽度(b)加上60mm。
7.根据权利要求1所述的一种组合双排桩支护体系，其特征在于:所述H型钢的上端部在冠梁上方的外露的长度为不小于500mm。
8.根据权利要求1所述的一种组合双排桩支护体系，其特征在于:所述前排桩(I)中的前排桩主筋在桩顶锚入到前排桩桩顶冠梁(2)中，并且锚固长度不小于1.5倍的受拉锚固长度。
9.根据权利要求1所述的一种组合双排桩支护体系，其特征在于:所述连系梁(6)中的纵向主筋锚入到前排桩桩顶冠梁(2)和后排桩桩顶冠梁(5)中，并且锚固长度不小于1.5倍的受拉锚固长度。
10.一种应用上述权利要求1-9中任意一项所述的一种组合双排桩支护体系的施工方法，其特征在于施工步骤如下: 步骤一、根据拟建场地的水文地质条件、基坑工程几何参数、基坑工程隔水、抗渗稳定性要求，计算出施工一种组合双排桩支护体系所需要的各个技术参数； 步骤二、根据拟建工程场地条件及周边环境条件，选择具体位置，用三轴水泥土搅拌桩机开始施工一段后排桩(3)的水泥土搅拌桩和一段浅层加固水泥土桩(7)，在该段已施工的后排桩(3)的水泥土搅拌桩凝结硬化前、三轴水泥土搅拌桩机移位施工下一段后排桩(3)的水泥土搅拌桩时，开始内插型钢(4)插入水泥土搅拌桩施工工序，内插型钢(4)插入水泥土搅拌桩施工工序在相应位置处的水泥土搅拌桩施工完成30分钟内开展，型钢露出的高度需满足上穿后排桩桩顶冠梁(5)以及拔出预留高度要求； 步骤三、不断重复步骤二，直至按设计要求施工完成所有的后排桩(3)、内插型钢(4)和浅层加固水泥土桩(7);步骤四、施工前排桩(I)、前排桩桩顶冠梁(2)、后排桩桩顶冠梁(5)和连系梁(6)；步骤五、待后排桩(3)满足抗渗要求时，开展基坑工程降水，待一种组合双排桩支护体系各部分均满足强度要求时，开展基坑土方开挖； 步骤六、基坑开挖到设计深度后，开始地下结构施工； 步骤七、地下结构施工出地坪，结构与基坑坑壁之间的空隙回填压实后，拔除内插型钢，内插型钢留 下的空隙注浆封填。
【文档编号】E02D17/04GK103758134SQ201410033020
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月24日 优先权日:2014年1月24日
【发明者】秦会来 申请人:中国建筑股份有限公司