CN103526770A - 一种高防渗抗浮桩筏结构及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高防渗抗浮桩筏结构，其特征在于在钻孔灌注桩上部设置有预应力空心管段，预应力空心管段与钻孔灌注桩同心，钻孔灌注桩的钢筋笼贯穿预应力空心管桩段并伸入筏板基础内与筏板内钢筋连接；预应力空心管段内侧设置有内部连接筋；在地基土上部铺设砂垫层和碎石盲沟；筏板基础由下到上依次设置水平隔水层、水泥土板、钢筋混凝土筏板；基坑围护桩与地下室侧壁墙体之间设置加筋材料固定连接。本发明不但可以增强上部结构的整体性和强度，还可以降低地下水的扬压力和充分利用钻孔灌注桩废弃泥浆，实现废物利用；桩体顶部设置预应力空心管段，可省去钻孔灌注桩的截桩工序，提高了施工效率。本发明还公开了高防渗抗浮桩筏结构的施工方法。

Description

一种高防渗抗浮桩筏结构及施工方法

技术领域

本发明涉及一种桩筏结构，属于地基处理领域，可提高地基承载力、增强上部结构整体性、降低筏板下水压力、方便施工组织，适用于大型建筑基础工程，尤其适用于码头、机场、物流堆场等对桩基及筏板抗浮防渗要求较高的基础工程。

背景技术

随着城市建设的高速发展，大量高层建筑物、地下车库、下沉式广场以及地铁、地下商场等建筑物对地下空间的利用提出了更高层次的要求。然而，在地下土层含水丰富的沿海城市如深圳、大连以及青岛等，由地下水水浮力所造成的建筑物、构筑物等上部结构发生倾斜、倒塌的事故屡屡出现，使得地下室抗浮问题显得日益突出。

桩筏基础是桩基础和筏板基础的有机结合，它兼具桩基础和筏板基础的特点，具有整体刚度大、承载力高、抗变形能力强、抗震性能好等优点，并可有效调整和避免结构发生不均匀沉降问题，已被广泛应用于高层或超高层建筑中，亦可用于机场港口、大型物流堆场的地基处理项目。在地下水位较高地区，随着地下室深度的增加，对桩基及筏板的抗浮及防渗提出了更高的要求。

现有的大型桩筏结构常用的抗浮防渗措施有三种：一是在地下室底板上施加配重，如钢渣混凝土、回填土、配重层等，这样做主要是为了避免增大结构主体的荷载，但结构造价比较高，而且对地基强度要求较高，所以，这种配重方法通常只用在整体抗浮略不满足的情况下；还有一种配重做法是将筏板基础外轮廓边外扩，通过增加其上覆土重量满足抗浮要求。这种做法受具体工程的制约较多，对地基持力层或者桩基造成较大的负担，也对造价影响很大。二是设置抗浮桩，筏板基础整体刚度大，可以通过满堂布置抗拔桩实现桩的侧摩阻力抵消部分或者全部水浮力；而独立基础加防水板的基础形式，只能在独立基础下打桩满足整体抗浮要求，防水板承受地下水浮力，并把水浮力传给独立基础；抗拔桩设计应同时考虑两种不利荷载工况，一种是地下水位最高，即达到抗浮水位时，此时，抗拔桩承受竖直向上的力，并通过桩身与周围土体的侧摩阻力将其传给土体，另一种工况是地下水位下降至基础底面以下，此时，抗拔桩和其他基桩一起承受全部竖直向下的荷载，也即抗拔桩成为抗压基桩，在这两种工况下，抗拔桩的桩长和桩数应同时满足这两种工况的要求，但同一根抗拔桩的承载力、裂缝、变形的计算明显不同。三是设置抗拔锚杆。抗拔锚杆通过自身抗拉将地下室结构整体和岩层或者坚硬土层拉住，筏板基础下通常满堂布置抗拔锚杆，但是抗拔锚杆不能承受向下的荷载，易造成建筑材料的浪费。

综上所述，尽管现有的抗浮防渗措施在适宜的工程条件下取得了较好的效果，但是，既有结构在实际工程中尚存一定不足，如结构重量增加、设计施工难度大、材料利用率低等等。

鉴于此，为了提高桩筏基础的整体性、高防渗抗浮性能，充分利用筏板下土体承载力，目前亟待发明一种承载能力高、整体性强、防渗抗浮效果好，并能充分发挥筏板上下土体、基坑维护桩的抗浮性能，施工方便的高防渗抗浮桩筏结构。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构的整体性好、连接强度高、地下水的扬压力小、材料利用率高，并可充分发挥不同层位地基土承载能力，施工效率高的新型高防渗抗浮桩筏结构及施工方法。

为了实现上述技术目的，本发明采用了以下技术方案：

一种高防渗抗浮桩筏结构，其特征在于在钻孔灌注桩上部设置有预应力空心管段，预应力空心管段与钻孔灌注桩同心，钻孔灌注桩的钢筋笼贯穿预应力空心管桩段并伸入筏板基础内与筏板内钢筋连接；预应力空心管段内侧设置有内部连接筋；在地基土上部铺设砂垫层和碎石盲沟；筏板基础由下到上依次设置水平隔水层、水泥土板、钢筋混凝土筏板；基坑围护桩与地下室侧壁墙体之间设置加筋材料固定连接。

所述预应力空心管段顶部设置有上部连接筋，桩身外侧沿环向均匀布设环向连接筋，上部连接筋和环向连接筋可采用钢片或钢筋。

所述砂垫层铺设于地基土上部，厚度为300mm～700mm，在砂垫层内沿纵横向均匀间隔设置排水碎石盲沟，排水碎石盲沟与筏板基础边缘的集水井连通。

所述水平隔水层铺设于砂垫层的上方，水平隔水层为防渗土工膜或防水板。 

所述水泥土板铺设于水平隔水层的上方，由钻孔灌注桩施工时置换出的泥浆与水泥拌合固化后分层摊铺压实而成，水泥土板内铺设横向加筋层，横向加筋层可采用高强钢筋网片、钢筋网、聚丙烯土工带、塑料土工格栅、钢塑土工格栅或玻璃纤维土工格栅；在水泥土板与预应力空心管段之间设置有斜向拉接锚索。

所述的斜向拉接锚索一端与预应力空心管段外侧的短环形钢管段连接，一端与水泥土板内的横向加筋层锚固连接并拉紧。

所述基坑围护桩与地下室侧壁混凝土墙体之间的加筋材料可采用进行过防腐蚀处理的钢筋拉杆或膨胀螺栓。

所述地下室侧壁混凝土墙体外包竖向隔水板，竖向隔水板与水泥土板上方的水平隔水层搭接。

本发明还提供了上述高防渗抗浮桩筏结构的施工方法。

一种高防渗抗浮桩筏结构的施工方法，包括以下步骤：

1) 施工前准备：根据设计图纸，清理施工场地，测绘桩体位置，并组织施工材料、机械、人员就位；

2) 基坑开挖：在设计位置打设基坑围护桩，根据测算的基桩中钻孔灌注桩施工时产生泥浆固化而成水泥土的放量，超挖适宜深度，并予以修整；

3) 铺设砂垫层和碎石盲沟：在地基土上部均匀铺设厚度为300mm～700mm的砂垫层，在砂垫层内沿纵横向均匀间隔设置排水碎石盲沟；

4) 钻孔灌注桩成孔：根据设计要求采用专门的成孔设备成孔，确保桩身成孔竖直精度，桩长、桩位偏差、成孔深度满足设计要求；

5) 沉入预应力空心管段和钢筋笼：钻孔灌注桩清孔完成后，采用吊装设备分别将预应力空心管段和钢筋笼沉入孔内，控制钢筋笼的顶部标高和吊放质量，并在预应力空心管段外侧的短环形钢管段上预设斜向拉接锚索；

6) 灌筑混凝土：钻孔灌注桩孔内及预应力空心管段内侧灌筑混凝土至设计标高，灌筑过程中适当振捣密实混凝土；

7) 铺设竖向隔水板：在基坑围护桩的内侧沿竖向铺设隔水板；

8) 铺设水平隔水层：根据设计要求在砂垫层上方铺设水平隔水层，水平隔水层与竖向隔水板相连通；

9) 水泥土板施工：将钻孔灌注桩施工时取出的泥浆，采用水泥土固化后，分层回填于水平隔水层的上方，分块压实形成水泥土板，并在水泥土板内铺设横向加筋层；

10) 斜向拉接锚索张拉：预张拉预应力空心管段外侧的斜向拉接锚索，并将张拉锚索与水泥土板内的横向加筋层锚固连接并拉紧；

11) 浇筑钢筋混凝土筏板：支设模板，在水泥土板上布设筏板钢筋网，并与钻孔灌注桩钢筋笼钢筋及预应力空心管段上部连接筋连接牢固，随后浇筑混凝土，形成钢筋混凝土筏板；

12) 加筋材料施工：在基坑围护桩中的钢筋混凝土桩内侧引孔植筋，并对加筋材料进行防腐蚀处理，对植筋孔洞周围做封闭处理；

13) 浇筑地下室侧壁混凝土墙体：在竖向隔水板内侧支设模板，浇筑地下室侧壁混凝土墙体。

本发明具有以下的特点和有益效果：

（1）筏板基础配筋与钻孔灌注桩钢筋笼钢筋、预应力空心管段的连接筋体连接紧密，并与水泥土板内的横向加筋层之间设置斜向拉接锚索，可大幅增强桩筏基础的整体性，防止发生冲切破坏。

（2）地基土的上部铺设砂垫层及排水碎石盲沟，可作为横向排水、隔水结构，有助于地基水的及时排除，从而降低地下水对上部结构的浮托力（扬压力）。

（3）水泥土板充分利用钻孔灌注桩剩余的泥浆，既实现了废物利用，又可提高了地基的承载能力。

（4）在钻孔灌注桩的顶部设置预应力空心管段，降低了钻孔灌注桩截桩的难度，提高了施工效率。

（5）基坑围护桩与地下室侧壁混凝土墙体两侧水泥土采用加筋材料固定连接，可使桩筏基础与基坑围护结构成一整体，充分发挥基坑围护结构的抗浮作用。

综上所述，本发明的特点在于充分钻孔灌注桩与预应力空心管段的特点，增强结构的整体性能和强度，降低地下水扬压力，提高施工效率和建筑材料的利用率，具有较好的技术经济效益和环境效益。

附图说明

图1是本发明一种高防渗抗浮桩筏结构示意图；

图2是本发明预应力空心管段示意图；

图3是本发明基坑结构示意图。

图中：1-软弱土层、2-持力层、3-钻孔灌注桩、4-钢筋笼、5-排水碎石盲沟、6-砂垫层、7-水平隔水层、8-水泥土板、9-筏板、10-竖向隔水板、11-地下室侧壁混凝土墙体、12-加筋材料、13-预应力空心管段、14-斜向拉接锚索、15-横向加筋层、16-钢筋混凝土桩、17-水泥搅拌桩、18-环向连接筋、19-上部连接筋、20-内部连接筋、21-短环向钢管段。

具体实施例

本实施方式中基坑围护桩、地下室侧壁混凝土墙体的设计及施工技术要求，钢筋绑扎、钢板焊接施工技术要求，加筋层、水平隔水层的铺设施工技术要求，水泥土的配合比及施工技术要求等本实施例中不再累述，重点阐述本发明涉及结构的实施方式。

图1是本发明一种高防渗抗浮桩筏结构示意图，图2是本发明预应力空心管段示意图，图3是本发明基坑结构示意图。参照图1、图2、图3所示，本发明高防渗抗浮桩筏结构主要由钻孔灌注桩3、排水碎石盲沟5、砂垫层6、水平隔水层7、水泥土板8、筏板9、加筋材料12、预应力空心管段13组成。

钻孔灌注桩3为圆形，桩体直径为600mm，桩间距为3000mm，桩体穿过软弱土层1，伸入相对持力层2内1000mm；钻孔灌注桩3内钢筋笼4的直径为500mm，设置12根Ф16mm、强度等级HRB335纵向螺纹钢筋，螺旋箍筋采用Ф8mm、强度等级为HPB300的光面钢筋，钢筋笼4的上端部伸入筏板9不小于200mm；钻孔灌注桩3的混凝土强度等级为C35，采用42.5^#普通硅酸盐水泥。钻孔灌注桩3的施工满足现行规范要求。

预应力空心管段13设于钻孔灌注桩3的上部，桩长为1200mm，桩体外径为800mm，壁厚130mm；钻孔灌注桩3的钢筋笼4贯穿预应力空心管段13全长；在预应力空心管段13的内部、顶部及桩身上沿环向均匀布设设置与内部连接筋20、环向连接筋18和上部连接筋19，连接方式采用焊接连接；环向连接筋18尺寸为300mm×300mm，采用厚度12mm、强度等级为Q345E的热轧钢板制成；上部连接筋19和内部连接筋20均采用直径为20mm、强度等级HRB335的螺纹钢筋。预应力空心管段13外侧预埋短环形钢管段21。短环形钢管段21采用厚度10mm、强度等级为Q345E的热轧钢板制成。短环形钢管段21上预设斜向拉接锚索14。斜向拉结锚锁14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500mm。

砂垫层6均匀铺设于地基上部，厚度为500mm，采用粒径均匀的中或粗砂；在砂垫层6内沿纵横向均匀间隔设置排水碎石盲沟5。排水碎石盲沟5呈倒梯形，下底宽500mm，高500mm，边坡坡度为1：0.5，纵横向间隔均为3000mm，沟内填充粒径均匀的碎石材料，碎石粒径不小于20mm。

水平隔水层7采用隔水性能满足现行规范要求的土工膜，土工膜厚度不小于2mm，0.7MPa下不渗水，沿砂垫层6和排水碎石盲沟5的上部铺设，并与基坑围护桩16与地下室侧壁混凝土墙体11间的竖向隔水板10粘贴连接；竖向隔水板10材料与水平隔水层7相同。

水泥土板8铺设于水平隔水层7的上方，由钻孔灌注桩3施工时取出的泥浆与水泥拌合固化后分层摊铺压实而成，水泥土板8内铺设横向加筋层15，该加筋层15采用高强钢筋网片，高强钢筋网片采用钢绞线编织而成，钢绞线的直径为4mm，规格200mm×200mm。

筏板9钢筋采用直径为16mm，强度等级为HRB335的螺纹钢筋，与钢筋笼4的竖向钢筋绑扎连接；钢筋的纵向、横向间隔均为200mm，全断面通长布设；筏板9的厚度为400mm，混凝土强度等级为C30；筏板9的外边缘与排水碎石盲沟5相对应位置设置直径为300mm的集水井，集水井上部设钢筋混凝土盖板，其内插入抽水管。

基坑围护桩是由钢筋混凝土桩16和水泥搅拌桩17间隔打设形成。加筋材料12设于钢筋混凝土桩16与地下室侧壁混凝土墙体11之间，采用直径为20mm，强度等级为HRB335的螺纹钢筋，钢筋表面涂抹防锈漆；加筋材料12的总长度为300mm，伸入钢筋混凝土桩的长度为150mm。

上述高防渗抗浮桩筏结构的主要施工过程如下：

1) 施工前准备：根据设计图纸，清理施工场地，测绘桩体位置，并组织施工材料、机械、人员就位；

2) 基坑开挖：在设计位置打设基坑围护桩，根据测算的基桩中钻孔灌注桩3施工时产生泥浆固化而成水泥土的放量，超挖适宜深度，并予以修整；

3) 铺设砂垫层和碎石盲沟：在地基土上部均匀铺设厚度为300mm～700mm的砂垫层6，在砂垫层6内沿纵横向均匀间隔设置排水碎石盲沟5；

4) 钻孔灌注桩成孔：根据设计要求采用专门的成孔设备成孔，确保桩身成孔竖直精度，桩长、桩位偏差、成孔深度满足设计要求；

5) 沉入预应力空心管段和钢筋笼：钻孔灌注桩3清孔完成后，采用吊装设备分别将预应力空心管段13和钢筋笼4沉入孔内，控制钢筋笼4的顶部标高和吊放质量，并在预应力空心管段13外侧的短环形钢管段21上预设斜向拉接锚索14；

6) 灌筑混凝土：钻孔灌注桩孔3内及预应力空心管段13内侧灌筑混凝土至设计标高，灌筑过程中适当振捣密实混凝土；

7) 铺设竖向隔水板：在基坑围护桩的内侧沿竖向铺设隔水板10；

8) 铺设水平隔水层：根据设计要求在砂垫层6上方铺设水平隔水层7，水平隔水层7与竖向隔水板10相连通，预张拉预应力空心管段13外侧的斜向拉接锚索14，张拉时砂垫层的部分破坏通过人工进行压实；

9) 水泥土板施工：将钻孔灌注桩3施工时取出的泥浆，采用水泥土固化后，分层回填于水平隔水层7的上方，分块压实形成水泥土板8，并在水泥土板8内铺设横向加筋层15；

10) 斜向拉接锚索张拉：将张拉锚索与水泥土板8内的横向加筋层15锚固连接并拉紧；

11) 浇筑钢筋混凝土筏板：支设模板，在水泥土板上布设筏板钢筋网，并与钻孔灌注桩钢筋笼4钢筋及预应力空心管段上部连接筋19连接牢固，随后浇筑混凝土，形成钢筋混凝土筏板9；

12) 加筋材料施工：在基坑围护桩中的钢筋混凝土桩16内侧引孔植筋，并对加筋材料12进行防腐蚀处理，对植筋孔洞周围做封闭处理；

13) 浇筑地下室侧壁混凝土墙体：在竖向隔水板10内侧支设模板，浇筑地下室侧壁混凝土墙体11。

Claims (9)

1.一种高防渗抗浮桩筏结构，其特征在于在钻孔灌注桩上部设置有预应力空心管段，预应力空心管段与钻孔灌注桩同心，钻孔灌注桩的钢筋笼贯穿预应力空心管桩段并伸入筏板基础内与筏板内钢筋连接；预应力空心管段内侧设置有内部连接筋；在地基土上部铺设砂垫层和碎石盲沟；筏板基础由下到上依次设置水平隔水层、水泥土板、钢筋混凝土筏板；基坑围护桩与地下室侧壁墙体之间设置加筋材料固定连接。

2.根据权利要求1所述的高防渗抗浮桩筏结构，其特征在于所述预应力空心管段顶部设置有上部连接筋，桩身外侧沿环向均匀布设环向连接筋，上部连接筋和环向连接筋可采用钢片或钢筋。

3.根据权利要求1所述的高防渗抗浮桩筏结构，其特征在于所述砂垫层铺设于地基土上部，厚度为300mm～700mm，在砂垫层内沿纵横向均匀间隔设置排水碎石盲沟，排水碎石盲沟与筏板基础边缘的集水井连通。

4.根据权利要求1所述的高防渗抗浮桩筏结构，其特征在于所述水平隔水层铺设于砂垫层的上方，水平隔水层为防渗土工膜或防水板。

5.根据权利要求1所述的高防渗抗浮桩筏结构，其特征在于所述水泥土板铺设于水平隔水层的上方，由钻孔灌注桩施工时置换出的泥浆与水泥拌合固化后分层摊铺压实而成，水泥土板内铺设横向加筋层，横向加筋层可采用高强钢筋网片、钢筋网、聚丙烯土工带、塑料土工格栅、钢塑土工格栅或玻璃纤维土工格栅；在水泥土板与预应力空心管段之间设置有斜向拉接锚索。

6.根据权利要求6所述的高防渗抗浮桩筏结构，其特征在于所述的斜向拉接锚索一端与预应力空心管段外侧的短环形钢管段连接，一端与水泥土板内的横向加筋层锚固连接并拉紧。

7.根据权利要求1所述的高防渗抗浮桩筏结构，其特征在于所述基坑围护桩与地下室侧壁混凝土墙体之间的加筋材料可采用进行过防腐蚀处理的钢筋拉杆或膨胀螺栓。

8.根据权利要求1所述的高防渗抗浮桩筏结构，其特征在于所述地下室侧壁混凝土墙体外包竖向隔水板，竖向隔水板与水泥土板上方的水平隔水层搭接。

9.一种高防渗抗浮桩筏结构的施工方法，其特征在于包括以下步骤：

1) 施工前准备：根据设计图纸，清理施工场地，测绘桩体位置，并组织施工材料、机械、人员就位；

2) 基坑开挖：在设计位置打设基坑围护桩，根据测算的基桩中钻孔灌注桩施工时产生泥浆固化而成水泥土的放量，超挖适宜深度，并予以修整；

3) 铺设砂垫层和碎石盲沟：在地基土上部均匀铺设厚度为300mm～700mm的砂垫层，在砂垫层内沿纵横向均匀间隔设置排水碎石盲沟；

4) 钻孔灌注桩成孔：根据设计要求采用专门的成孔设备成孔，确保桩身成孔竖直精度，桩长、桩位偏差、成孔深度满足设计要求；

5) 沉入预应力空心管段和钢筋笼：钻孔灌注桩清孔完成后，采用吊装设备分别将预应力空心管段和钢筋笼沉入孔内，控制钢筋笼的顶部标高和吊放质量，并在预应力空心管段外侧的短环形钢管段上预设斜向拉接锚索；

6) 灌筑混凝土：钻孔灌注桩孔内及预应力空心管段内侧灌筑混凝土至设计标高，灌筑过程中适当振捣密实混凝土；

7) 铺设竖向隔水板：在基坑围护桩的内侧沿竖向铺设隔水板；

8) 铺设水平隔水层：根据设计要求在砂垫层上方铺设水平隔水层，水平隔水层与竖向隔水板相连通；

9) 水泥土板施工：将钻孔灌注桩施工时取出的泥浆，采用水泥土固化后，分层回填于水平隔水层的上方，分块压实形成水泥土板，并在水泥土板内铺设横向加筋层；

10) 斜向拉接锚索张拉：预张拉预应力空心管段外侧的斜向拉接锚索，并将张拉锚索与水泥土板内的横向加筋层锚固连接并拉紧；

11) 浇筑钢筋混凝土筏板：支设模板，在水泥土板上布设筏板钢筋网，并与钻孔灌注桩钢筋笼钢筋及预应力空心管段上部连接筋连接牢固，随后浇筑混凝土，形成钢筋混凝土筏板；

12) 加筋材料施工：在基坑围护桩中的钢筋混凝土桩内侧引孔植筋，并对加筋材料进行防腐蚀处理，对植筋孔洞周围做封闭处理；

13) 浇筑地下室侧壁混凝土墙体：在竖向隔水板内侧支设模板，浇筑地下室侧壁混凝土墙体。

Images