CN103397644B - 一种组合异形钢板劲芯水泥土基坑围护结构及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种组合异形钢板劲芯水泥土基坑围护结构及施工方法。本发明所述的组合异形钢板包括3块竖向钢板、组合连接件、钢绞线，3块竖向钢板组合成Y形；组合连接件上设有第一钢绞线穿过孔和插槽；竖向钢板上下两端通过插槽与分别与两个组合连接件连接；钢绞线穿过第一钢绞线穿过孔，并使上下两个组合连接件夹紧竖向钢板；组合异形钢板组合完成后，组合异形钢板植入水泥土搅拌桩中，待基坑施工结束后，先解除组合连接件和钢绞线对竖向钢板的约束，再分别拔出竖向钢板和钢绞线。本发明具有抗弯性能好、承载能力高、施工速度快、结构组合方便、竖向钢板和钢绞线可重复利用等优点，其技术经济效益突出。

Description

一种组合异形钢板劲芯水泥土基坑围护结构及施工方法

技术领域

本发明涉及一种组合异形钢板劲芯水泥土基坑围护结构及施工方法，属于基坑工程领域，适用于建筑工程、道路工程、提防工程中的基坑支护处理。

背景技术

基坑支护是为了使基坑周边环境的安全及地下结构施工得以保证，对周边环境及基坑侧壁采用的加固、支挡与保护措施。在当前土木工程建设过程中，基坑工程的规模和深度也越来越大，基坑支护的安全性和实用性受到一定挑战。因此，在进行基坑设计时，既要考虑邻近建筑物对基坑安全的影响，又要考虑基坑开挖对建筑物的影响，还要考虑基坑支护的费用问题。

在现今的基坑围护结构中，按照土体的力学特性，常划分为两个类别分别是支护结构受力形式和土体内部受力形式，其中支护结构受力的围护形式较为常见，主要包括重力式围护结构、悬臂式围护结构、内撑式围护结构。

目前在工程中用的较多的重力式围护结构是水泥土重力式围护结构，一般采用深层搅拌桩形成，有时候也采用高压喷射注浆法，水泥土与天然土一起形成该种结构支挡周围土体。重力式围护结构的造价低、施工方便、成桩止水效果好，施工速度快，但是其基坑基坑围护结构属柔性维护，抗弯性能较差、变形大，不适合深基坑工程。

悬臂式围护结构常采用钢板桩、钢筋混凝土排桩墙、地下连续墙、钢板桩等形式，围护结构依靠足够的入土深度以及结构的抗弯能力来维持整体稳定和结构的安全。该结构的支护深度有限，而且结构对开挖深度非常敏感，易产生较大的变形，一般适用于开挖深度较浅且土质较好的基坑工程。

内撑式围护结构由内撑体系和围护结构两部分构成，前者主要采用水平支撑和斜支撑，主要承受挡墙结构所传递的水、土压力的结构体系,内撑常采用钢筋混凝土支撑、钢管支撑等；后者包括钢筋混凝土桩墙和地下连续墙等。内撑式围护结构在一定的工程条件下可取得较好的支护效果，但其施工速度较慢，而且作为临时支护结构其造价较高，当基坑跨度较大时其适用性常受到影响。

在深基坑支护工程中，还有喷锚支护施工技术、预应力锚索加排桩支护技术、地下连续墙支护技术等支护形式，主要通过施加水平张拉力提高土体的稳定性，其施工工期较长，施工组织较为复杂，而且支护体的作用于张拉力的大小和锚固深度密切相关。

目前，已有砼芯水泥土复合桩支护形式，通过在水泥土搅拌桩中插入钢筋混凝土预制小方桩，形成一种新的复合桩体，兼有受力和止水的双重作用，但当开挖深度较大时，桩体的抗弯、抗扭性能常难满足要求。

综上所述，虽然现有支护结构形式在适宜的工程条件下取得了较好的加固效果，但尚存需完善之处，如重力式支护结构的抗弯性能较差，悬臂式围护结构的绕曲变形较大，内撑式围护结构难以重复利用，预应力锚索加排桩支护的费用过高，砼芯水泥土复合桩的抗弯、抗扭性能难以保证等等。鉴于此，根据目前工程的实际需要和技术条件，亟需发明一种承载能力高、施工方便、造价低、环境影响小的新型基坑围护结构。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种具有抗弯性能好、承载能力高、施工方便快速、工程造价低、环境影响小的组合异形钢板劲芯水泥土基坑围护结构及其施工方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种组合异形钢板劲芯水泥土基坑围护结构，其特征在于：所述结构包括组合异形钢板和水泥土搅拌桩；所述的组合异形钢板包括3块竖向钢板、组合连接件、钢绞线，3块竖向钢板组合成Y形；组合连接件上设有第一钢绞线穿过孔和插槽；竖向钢板上下两端通过插槽与分别与两个组合连接件连接；钢绞线穿过第一钢绞线穿过孔，并使上下两个组合连接件夹紧竖向钢板；组合异形钢板与水泥土搅拌桩配合，组合异形钢板组合完成后，组合异形钢板植入水泥土搅拌桩中，待基坑施工结束后，先解除组合连接件和钢绞线对竖向钢板的约束，再分别拔出竖向钢板和钢绞线。

本发明所述组合异形钢板中相邻两块竖向钢板间的夹角为120°；在所述竖向钢板的两端设置有限位连接插口，在所述竖向钢板上端部设有用于竖向钢板提升的第二钢绞线穿过孔。

本发明所述的第二钢绞线穿过孔为2～4个。

本发明所述组合连接件包括圆形钢板和限位钢板，圆形钢板和限位钢板固定；限位钢板内设有与竖向钢板两端的限位连接插口相对应的凸榫；在圆形钢板上设有所述第一钢绞线穿过孔。

本发明所述组合连接件包括1块圆形钢板和3组限位钢板，每组限位钢板包括两块限位钢板，每组限位钢板的两块钢板间的距离较竖向钢板的厚度大2～5mm，每组两块钢板间形成所述的插槽。

本发明所述的第一钢绞线穿过孔为3～6个。

本发明所述的3块竖向钢板其中一块竖向钢板带有三角形尖头。

本发明所述组合异形钢板组合时，先将钢绞线一端固定于下部组合连接件的第一钢绞线孔处，再将钢绞线穿过上部组合连接件的第一钢绞线孔并张拉，最后将钢绞线另一端锚固于竖向钢板上的第二钢绞线孔。

本发明所述的水泥搅拌桩中等间隔设置组合异形钢板，组合异形钢板可采用隔桩布设或每桩布设的方式。

本发明所述的组合异形钢板劲芯水泥土基坑围护结构的施工方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、对场地进行平整，铺设垫枕木作为组合异形钢板的制作平台；

步骤二、在制作平台上，将组合连接件与竖向钢板通过插槽连接，并将钢绞线插入组合连接件中的第一钢绞线穿过孔内；

步骤三、张拉钢绞线，使上下组合连接件夹紧竖向钢板，并在竖向钢板上涂刷减摩剂；

步骤四、通过钻探搅拌机将土体切散，同时从钻头前段将水泥浆固化剂注入土体，使水泥浆固化剂在搅拌过程中与亚粘土混合均匀，形成水泥土搅拌桩；

步骤五、水泥土搅拌桩施工完毕后，校正桩体位置，竖直插入组合异形钢板；组合异形钢板应先靠结构自重下沉，若无法沉至设计标高，再施加振动压沉力；

步骤六、待基坑工程施工完成后，解除钢绞线的张拉力，取下上部组合连接件；

步骤七、将竖向钢板上拔钢绞线与竖向钢板连接，借助起吊装置将竖向钢板和钢绞线独立拔出。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：具有抗弯性能好、承载能力高、施工速度快、结构组合方便、竖向钢板和钢绞线可重复利用等优点，其技术经济效益突出。并且还具有以下优点和效果：

（1）组合异形钢板采用Y形截面，可充分利用等截面面积钢板Y形组合的截面模数大于普通钢板这一特点，使组合异形钢板具有更好的抗弯曲性能。

（2）组合异形钢板通过钢绞线张拉夹紧、组合连接件上设置凸榫、钢板两端设置限位连接插口等方式，限制组合异形钢板的形状，防止其沉入过程中发生相对变形。

（3）组合连接件和钢绞线可在基坑工程施工完成后拔出可重复利用，在一定程度上降低了基坑支护工程造价。

附图说明

图1是本发明组合异形钢板的组合立面图；

图2是本发明组合异形钢板的平面布置图；

图3是组合连接件的平面图；

图4是图3沿A-A线的剖面图；

图5是图3沿B-B线的剖面图；

图6是竖向钢板平面图；

图7是组合异形钢板劲芯水泥土基坑围护结构施工流程图。

图中：1-圆形钢板，2-限位钢板，3-竖向钢板，4-钢绞线，5-第一钢绞线穿过孔，6-水泥土搅拌桩，7-组合异形钢板，8-桩间土，9-凸榫，10-插槽，11-第二钢绞线穿过孔，12-限位连接插口，13-钻头，14-水泥浆固化剂，15-组合连接件。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

参照图1～图6所示。组合异形钢板劲芯水泥土基坑围护结构包括组合异形钢板7和水泥土搅拌桩6。

组合异形钢板7由3块规格相似或相同的竖向钢板3、组合连接件15、钢绞线4围合而成。

3块竖向钢板3组合成Y形，组合后截面为Y形。相邻两块竖向钢板3间的夹角为120°，竖向钢板3长8000mm，宽200mm，厚15mm，采用热轧钢板，强度等级为Q345E，其中一块竖向钢板3还带有三角形尖头，三角形为等腰三角形，边长为15mm。在竖向钢板3的两端设置限位连接插口12，限位连接插口12宽100mm、高100mm。在竖向钢板3的上端部设3个用于竖向钢板3提升的的第二钢绞线穿过孔11，孔径30mm。

组合连接件15由1块圆形钢板1和3组限位钢板2焊接而成，每组限位钢板包括两块限位钢板2，焊接工艺为无缝焊接。每组两块限位钢板2间的净距离为20mm，形成用于竖向钢板3的插槽10。每组限位钢板2内设有与竖向钢板3两端的限位连接插口12相对应的凸榫9，凸榫9净宽150mm，高100mm。在圆形钢板1上均匀布设6个用于竖向钢板3限位的第一钢绞线穿过孔5，孔径30mm。

组合连接件15的圆形钢板1直径1000mm；限位钢板2长500mm，高50mm，均采用热轧钢板，厚12mm，强度等级为Q345E。

钢绞线4采用19丝预应力钢绞线，公称直径为20.3mm，抗拉强度等级不小于500kN，其长度为18000mm。

组合异形钢板7组合时，竖向钢板3应插入组合连接件15的插槽10卡接，限位连接插口12与凸榫9相对应；将钢绞线4的一端穿过下部组合连接件15的第一钢绞线穿过孔5后固定于该处，再将钢绞线4另一端穿过上部组合连接件15的第一钢绞线穿过孔5并进行张拉，最后将钢绞线4的另一端锚固于竖向钢板3的第二钢绞线穿过孔11处。竖向钢板3的位置依靠插槽10和钢绞线4的张拉力限定。

参照图7，组合异形钢板劲芯水泥土基坑围护结构的施工过程包括：

步骤一、对场地进行平整，铺设垫枕木作为组合异形钢板7的制作平台。

步骤二、在制作平台上，将组合连接件15与竖向钢板3通过插槽10连接，并将钢绞线4插入组合连接件中圆形钢板1的第一钢绞线穿过孔5内。

步骤三、张拉钢绞线4，使上下两个组合连接件15夹紧竖向钢板，并在竖向钢板3上涂刷减摩剂。

步骤四、通过三轴型钻探搅拌机将土体切散，同时从钻头13前段将水泥浆固化剂14注入土体，使水泥浆固化剂15在搅拌过程中与亚粘土混合均匀，形成水泥土搅拌桩6。

步骤五、水泥土搅拌桩6施工完毕后，校正桩体位置，竖直插入组合异形钢板7；组合异形钢板7应先靠结构自重下沉，若无法沉至设计标高，再施加振动压沉力；在水泥搅拌桩6中等间隔设置组合异形钢板7。

步骤六、待基坑工程施工完成后，解除钢绞线4的张拉力，取下上部组合连接件15，解除了组合连接件15和钢绞线4对竖向钢板3的约束。

步骤七、将竖向钢板上拔钢绞线穿过钢板上部预设的供钢绞线穿过的第二钢绞线穿过孔11，借助起吊装置将竖向钢板3和钢绞线4独立拔出。

组合连接件15上的焊接施工技术要求，水泥搅拌桩6设计及施工技术要求，钢绞线4的固定和张拉施工技术要求，竖向钢板3及钢绞线4的拔出施工技术要求等本实施方案中不再累述。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。

Claims (10)

1.一种组合异形钢板劲芯水泥土基坑围护结构，其特征在于：所述结构包括组合异形钢板和水泥土搅拌桩；所述的组合异形钢板包括3块竖向钢板、组合连接件、钢绞线，3块竖向钢板组合成Y形；组合连接件上设有第一钢绞线穿过孔和插槽；竖向钢板上下两端通过插槽分别与两个组合连接件连接；钢绞线穿过第一钢绞线穿过孔，并使上下两个组合连接件夹紧竖向钢板；组合异形钢板与水泥土搅拌桩配合，组合异形钢板组合完成后，组合异形钢板植入水泥土搅拌桩中，待基坑施工结束后，先解除组合连接件和钢绞线对竖向钢板的约束，再分别拔出竖向钢板和钢绞线。

2.根据权利要求1所述的组合异形钢板劲芯水泥土基坑围护结构，其特征在于：所述组合异形钢板中相邻两块竖向钢板间的夹角为120°；在所述竖向钢板的两端设置有限位连接插口，在所述竖向钢板上端部设有用于竖向钢板提升的第二钢绞线穿过孔。

3.根据权利要求2所述的组合异形钢板劲芯水泥土基坑围护结构，其特征在于：所述的第二钢绞线穿过孔为2～4个。

4.根据权利要求2所述的组合异形钢板劲芯水泥土基坑围护结构，其特征在于：所述组合连接件包括圆形钢板和限位钢板，圆形钢板和限位钢板固定；限位钢板内设有与竖向钢板两端的限位连接插口相对应的凸榫；在圆形钢板上设有所述第一钢绞线穿过孔。

5.根据权利要求4所述的组合异形钢板劲芯水泥土基坑围护结构，其特征在于：所述组合连接件包括1块圆形钢板和3组限位钢板，每组限位钢板包括两块限位钢板，每组限位钢板的两块钢板间的距离较竖向钢板的厚度大2～5mm，每组两块钢板间形成所述的插槽。

6.根据权利要求4所述的组合异形钢板劲芯水泥土基坑围护结构，其特征在于：所述的第一钢绞线穿过孔为3～6个。

7.根据权利要求1所述的组合异形钢板劲芯水泥土基坑围护结构，其特征在于：所述的3块竖向钢板其中一块竖向钢板带有三角形尖头。

8.根据权利要求2所述的组合异形钢板劲芯水泥土基坑围护结构，其特征在于：所述组合异形钢板组合时，先将钢绞线一端固定于下部组合连接件的第一钢绞线孔处，再将钢绞线穿过上部组合连接件的第一钢绞线孔并张拉，最后将钢绞线另一端锚固于竖向钢板上的第二钢绞线孔。

9.根据权利要求1所述的组合异形钢板劲芯水泥土基坑围护结构，其特征在于：所述的水泥搅拌桩中等间隔设置组合异形钢板，组合异形钢板可采用隔桩布设或每桩布设的方式。

10.一种权利要求1～9任一权利要求所述的组合异形钢板劲芯水泥土基坑围护结构的施工方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、对场地进行平整，铺设垫枕木作为组合异形钢板的制作平台；

步骤二、在制作平台上，将组合连接件与竖向钢板通过插槽连接，并将钢绞线插入组合连接件中的第一钢绞线穿过孔内；

步骤三、张拉钢绞线，使上下两个组合连接件夹紧竖向钢板，并在竖向钢板上涂刷减摩剂；

步骤四、通过钻探搅拌机将土体切散，同时从钻头前段将水泥浆固化剂注入土体，使水泥浆固化剂在搅拌过程中与亚粘土混合均匀，形成水泥土搅拌桩；

步骤五、水泥土搅拌桩施工完毕后，校正桩体位置，竖直插入组合异形钢板；组合异形钢板应先靠结构自重下沉，若无法沉至设计标高，再施加振动压沉力；

步骤六、待基坑工程施工完成后，解除钢绞线的张拉力，取下上部组合连接件；

步骤七、将竖向钢板上拔钢绞线与竖向钢板连接，借助起吊装置将竖向钢板和钢绞线独立拔出。