CN104563130B - 一种十字型围护桩以及围护结构兼做主体结构的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种十字型围护桩以及围护结构兼做主体结构的施工方法，包括多个按照设定位置排列且事先预制的有预埋件的十字型桩，在相邻的桩与桩之间固定压顶冠梁、腰梁和预制带肋预应力板，结合水平支撑逆作法施工过程；所述的压顶冠梁浇筑在相邻工字型桩的顶部，所述的腰梁与桩上的预埋件相连，所述的预制带肋预应力板固定在相邻围护桩之间，压顶冠梁和腰梁均通过连接水平支撑控制基坑变形。基坑开挖完成后，围护结构的竖向支撑和水平支撑兼做建筑物主体结构的竖向构件和水平构件，避免了临时支护结构的浪费，同时也节省了工期，有利于实现基坑工程的可持续发展。

Description

一种十字型围护桩以及围护结构兼做主体结构的施工方法

技术领域

本发明涉及一种十字型围护桩及围护结构兼做主体结构的施工方法，尤其适用于市区大型深基坑的围护开挖与建筑物主体建设。

背景技术

目前，基坑工程围护结构多采用现场成孔，泥浆护壁及水下浇筑，养护时间较长，成桩质量难以保证，且出现问题不易修复；围护结构多为临时支护，用后即废，建筑物主体结构与围护结构无法合二为一，造成材料浪费和工期损失，并且大量钢筋混凝土等临时支护结构埋在地下污染周围地下环境；围护结构采用的水平支撑在开挖完成后必须拆除，无法作为主体结构的一部分，同样造成了材料浪费和工期损失，并且支撑拆除时围护结构的二次受力和二次变形对周边环境造成进一步的影响。

发明内容

本发明是针对上述问题，提出了新的桩型和施工方法，利用预制十字型桩以及预制带肋预应力板等，实现围护结构工厂化、产业化，提高了工程质量，加快了施工速度和精度；结合逆作法施工过程将围护结构与建筑物主体结构合二为一，围护结构的竖向支撑和水平支撑兼做建筑物主体结构的竖向构件和水平构件，避免了临时支撑的浪费，同时缩短了工期。

本发明的目的可以通过如下措施来达到：

一种十字型围护桩，包括多个按照设定位置排列且事先预制的十字型桩，在相邻的桩与桩之间通过支撑构件连接形成围护结构；十字型桩既是基坑的围护结构又是建筑物地下空间主体结构外墙的一部分，且在围护结构的顶部和中部设有兼做建筑物主体结构中水平构件和竖向构件的水平支撑和竖向支撑。

所述的支撑构件包括压顶冠梁、腰梁和预制带肋预应力板；所述的压顶冠梁、腰梁通过连接水平支撑控制基坑变形，所述的压顶冠梁浇筑在相邻十字型桩的顶部，所述的腰梁浇筑在下方水平支撑处，所述的预制带肋预应力板固定在相邻十字型桩之间。

所述的十字型桩中心有一个注浆孔，在桩就位后进行桩底注浆，提高桩的承载力和地层稳定性。

所述的每个十字型桩包括多段，每段在吊装入土时通过焊接、栓接或法兰盘连成整体。

所述的十字型桩的横截面为十字型，内有与相关构件连接用的预埋件。

所述的水平支撑一端固定在围护桩顶压顶冠梁或中部腰梁上，另一端固定在基坑对边围护桩的相应位置上，水平支撑的中间位置连接在立柱桩上，立柱桩作为水平支撑的竖向支撑，基坑开挖期间水平支撑作为围护结构的水平承载构件，提供水平力控制基坑壁变形，立柱桩为竖向支撑，保证水平支撑的稳定；基坑施工完毕后，水平支撑作为梁并支撑板形成建筑物主体结构地下空间的水平构件，竖向支撑作为柱形成建筑物主体结构地下空间的竖向构件。

首先对围护桩和立柱桩施工位置进行定位，根据地层情况决定是否利用钻机在所述围护桩位置处打设一个小于预制桩边长的圆孔作为引孔来保证预制桩的顺利压入。围护桩、立柱桩施工完成后在基坑外侧打设一圈旋喷桩或定喷桩作基坑止水帷幕，配合降水措施保证基坑开挖时的干作业环境。在止水帷幕完成后，进行基坑开挖，在围护桩顶浇筑压顶冠梁及第一层水平支撑。随着基坑第一层土方开挖完成，在相邻围护桩之间固定预制带肋预应力板，在所述的预应力板内侧布置预应力钢筋，对桩后土体压力有抵抗作用。继续开挖土方至预埋件处，在十字型桩上通过接驳器或预埋件连接浇筑腰梁和第二层水平支撑。继续开挖基坑，安装预应力板及浇筑下一层腰梁和水平支撑，按照上面的方法直至基坑开挖完成，整体浇筑基坑底板，最后现浇内衬边墙，内衬边墙同预制带肋预应力板形成叠合墙，与十字型桩、压顶冠梁、腰梁和预制带肋预应力板形成建筑物主体结构地下空间的外墙。

利用所述的十字型围护桩进行主体结构的施工方法，包括以下步骤：

步骤1.预制十字型桩和带肋预应力板；

预制十字型桩的过程如下：

制作十字型桩的模板，绑扎钢筋笼，做好预埋件，在模板的中间用模具预留注浆孔，浇灌混凝土桩身，养护至设计拆模强度，然后拆除模板；

预制带肋预应力板的过程如下：

制作带肋预应力板的模板，绑扎钢筋笼，张拉预应力筋，浇灌混凝土，养护至设计强度，拆除模板；

步骤2.利用预制的十字型桩和预应力板进行如下施工；

a)按照设计要求在放线定位围护桩及竖向支撑立柱桩的桩位；

b)视地层情况，如若压桩困难，可利用钻机在桩位中心打设一个圆形钻孔作为引孔，保证预制桩顺利压入，并能提高垂直度，如若压桩较易，可直接进行下一步；

c)利用压桩机将预制十字型桩分段压入土层中，同时将竖向支撑立柱桩也压入土层中；

d)由十字型桩形成的围护桩施工完成后，通过十字型桩注浆孔向桩底注浆，加固地层，增加桩的稳定性；

e)在基坑外施工旋喷桩，形成一道有效的止水帷幕；且配合降水措施保证基坑开挖时的干作业环境；

f)开挖基坑内土方至十字型桩桩顶高度，平整基坑地层；

g)在围护桩顶支设模板或制作土模，浇筑压顶冠梁，并同时浇筑水平支撑，水平支撑与压顶冠梁浇筑在一起，中间同竖向支撑立柱桩连接；

h)待浇筑的压顶冠梁和水平支撑达到设计强度后，拆除模板；

i)继续向下开挖基坑，在相邻围护桩之间通过螺栓连接预埋件固定预制带肋预应力板；

j)继续开挖基坑至十字型桩预埋接构件处，制作腰梁和第二道水平支撑的模板，绑扎钢筋，浇筑腰梁和第二道水平支撑；

k)待浇筑的腰梁和水平支撑达到设计强度后，拆除模板，继续向下开挖基坑；

l)继续向下开挖土方，重复步骤i)～k)，直至开挖至基坑设计高度。

m)铺设基底垫层，制作底板模板，绑扎钢筋，浇筑基础底板；

n)支设内衬边墙模板，从下而上现浇内衬边墙，下部与基础底板连接，现浇边墙与预制带肋预应力板相叠合，主要起防水和平整外表面的作用。

o)施工建筑物主体结构地下空间其他内部组成构件，形成基坑围护体系、支撑体系兼做建筑物主体结构的地下空间体，施工完毕。

所述的步骤2(c)中的分段压入是指每个十字型桩包括多段，压完一段十字型桩，再进行下一段十字型桩的压入，十字型桩之间通过栓接、焊接或法兰盘连接。

本发明的有益效果如下：

通过采用预制构件，使得施工速度和施工精度得到了提升，并且预制构件的质量可以保证，不会有空心桩、断桩或夹泥等现象。

通过施作“引孔”可以使预制桩更容易入土，并能避免发生偏斜，保证成桩的垂直度，更利于后期作为建筑物主体结构承受竖向荷载；可以通过中间的注浆孔注浆加固桩底部持力层，提高桩的稳定性以及桩底地层的承载力。

通过十字型预制桩承受基坑土压力，水平支撑提供水平力控制基坑变形，竖向支撑保证水平支撑稳定性，三者有机结合共同形成基坑的支护体系，采用逆作法施工，施工环境好，节省工期。

通过现浇内衬边墙，实现同预制带肋预应力板叠合，与围护桩共同形成建筑物地下空间的外墙，提高了建筑物外墙的稳定性。

利用建筑物主体结构的水平构件兼做基坑开挖时的水平支撑，与传统水平支撑相比其支撑刚度更大，可以有效的控制基坑侧壁的水平变形，有利于保护周边建(构)筑物，适合在基坑周围环境对变形要求严格的情况下使用。

通过本方法使得基坑支护体系最终形成建筑物地下空间的主体结构，十字型预制桩、叠合墙形成建筑物地下空间的外墙，水平支撑和竖向支撑形成建筑物地下空间的梁、柱构件，大大节省了建筑材料，避免了传统临时水平支撑和竖向支撑的拆除工作，不会由于拆除而产生的大量建筑垃圾。

附图说明

图1为十字型桩的截面图；

图2为十字型桩的侧面图；

图3为预制带肋预应力板的前视图；

图4为预制带肋预应力板的俯视图；

图5为围护结构压顶冠梁处横截面图；

图6为围护结构带肋预应力板处横截面图；

图7为围护结构腰梁处横截面图；

图8为基坑侧壁(建筑物外墙)立面图；

图9为基坑中心线剖面图；

图中，1是十字型桩，2是注浆孔，3是止水帷幕，4是预制带肋预应力板,4-1为横向预应力筋，4-2为纵向预应力筋，5是现浇内衬边墙，6是压顶冠梁，7是腰梁，8是水平支撑，9是立柱桩，10是基础底板。

图8及图9中基础底板10以下为基坑不开挖部分。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施方法做详细阐述：

一种十字型围护桩，包括多个按照设定位置排列且事先预制的十字型桩1，在相邻的桩与桩之间通过支撑构件连接；十字型桩既是基坑的围护结构又是建筑物地下空间主体结构外墙的一部分，且建筑物主体结构的水平构件和竖向构件兼做基坑支护的水平支撑和竖向支撑。

支撑构件包括压顶冠梁6、腰梁7和预制带肋预应力板4；压顶冠梁、腰梁通过连接水平支撑8控制基坑变形,压顶冠梁浇筑在相邻十字型桩的顶部，腰梁浇筑在下方水平支撑处，预制带肋预应力板固定在相邻十字型桩之间。

十字型桩1中心有一个注浆孔2，在桩就位后进行桩底注浆，提高桩的承载力和稳定性。

每个十字型桩1包括多段，每段在吊装入土时通过焊接、栓接或法兰盘连成整体。

十字型桩1的横截面为十字型，内有与相关构件连接用的预埋件。

水平支撑8一端连接在围护结构的压顶冠梁、腰梁上，另一端固定在基坑对边围护桩的相应位置上，水平支撑中间设置立柱桩9作为竖向支撑，基坑开挖期间水平支撑作为围护结构的水平承载构件，提供水平力控制基坑壁变形，立柱桩为竖向支撑，保证水平支撑的稳定；基坑施工完毕后，水平支撑作为梁并支撑板形成建筑物主体结构地下空间的水平构件，竖向支撑作为柱形成建筑物主体结构地下空间的竖向构件。

首先对围护桩施工位置进行定位，根据地层情况决定是否利用钻机在所述围护桩位置处打设一个小于预制桩边长的圆孔作为引孔来保证预制桩的顺利压入。围护桩施工完成后在基坑外侧打设一圈旋喷桩或定喷桩作基坑止水帷幕3，配合降水措施保证基坑开挖时的干作业环境。在止水帷幕完成后，进行基坑开挖，在围护桩顶浇筑压顶冠梁6及第一层水平支撑8。随着基坑第一层土方开挖完成，在相邻围护桩之间固定预制带肋预应力板4，在所述的预应力板内侧布置预应力钢筋，对桩后土体压力有抵抗作用。继续开挖土方至预埋件处，在十字型桩上通过接驳器或预埋件浇筑腰梁7和第二层水平支撑8。继续开挖基坑，施工预应力板及下一层腰梁和水平支撑，按照上面的方法直至基坑开挖完成，整体浇筑基坑底板10，最后现浇内衬边墙5，内衬边墙同预制带肋预应力板形成叠合墙，与十字型桩、压顶冠梁、腰梁和预制带肋预应力板形成建筑物主体结构地下空间的外墙。

利用所述的十字型围护桩进行主体结构的施工方法，包括以下步骤：

步骤1.预制十字型桩和带肋预应力板，桩形状如图1、2所示，带肋预应力板形状如图3、4所示；

预制十字型桩的过程如下：

制作十字型桩的模板，绑扎钢筋笼，做好预埋件，在模板的中间用模具预留注浆孔，浇灌混凝土桩身，养护至设计拆模强度，然后拆除模板；

预制带肋预应力板的过程如下：

制作模板，绑扎钢筋笼，张拉横向预应力筋5-1和纵向预应力筋5-2，浇灌混凝土，养护至设计拆模强度，拆除模板；

步骤2.利用预制的十字型桩和预应力板进行如下施工；

a)按照设计要求放线定位围护桩1及竖向支撑立柱桩9的桩位；

b)视地层情况，如若压桩困难，可利用钻机在桩位中心打设一个圆形钻孔作为引孔，保证预制桩顺利压入，并能提高垂直度，如若压桩较易，可直接进行下一步；

c)利用压桩机将预制十字型桩分段压入土层中，同时将竖向支撑立柱桩也压入土层中；

d)由十字型桩形成的围护桩施工完成后，通过十字型桩注浆孔2向桩底注浆，加固地层，增加桩的稳定性；

e)在基坑外施工旋喷桩，形成一道有效的止水帷幕3；且配合降水措施保证基坑开挖时的干作业环境；

f)开挖基坑内土方至十字型桩桩顶高度，平整基坑地层；

g)在围护桩顶支设模板或制作土模，浇筑压顶冠梁6，并同时浇筑水平支撑8，水平支撑与压顶冠梁浇筑在一起，中间同竖向支撑立柱桩9连接；

h)待浇筑的压顶冠梁和水平支撑达到设计强度后，拆除模板；

i)继续向下开挖基坑，在相邻围护桩之间通过螺栓固定预制带肋预应力板4；

j)继续开挖基坑至十字型桩预埋接构件处，制作腰梁7和第二道水平支撑8的模板，绑扎钢筋，浇筑腰梁和第二道水平支撑；

k)待浇筑的腰梁和水平支撑达到设计强度后，拆除模板，继续向下开挖基坑；

l)继续向下开挖土方，重复步骤i)～k)，直至开挖至基坑设计高度。

m)铺设基底垫层，制作底板模板，绑扎钢筋，浇筑基础底板10；

n)支设内衬边墙模板，从下而上现浇内衬边墙5，下部与基础底板连接，现浇边墙与预制带肋预应力板相叠合，主要起防水和平整外表面的作用。

o)施工建筑物主体结构地下空间其他内部组成构件，形成基坑围护体系、支撑体系兼做建筑物主体结构的地下空间体，施工完毕。

步骤2(c)中的分段压入是指每个十字型桩包括多段，压完一段十字型桩，再进行下一段十字型桩的压入，十字型桩之间通过栓接、焊接或法兰盘连接。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.利用十字型围护桩以及围护结构兼做主体结构的施工方法，其特征在于：

步骤1.预制十字型桩和带肋预应力板；

步骤2.利用预制的十字型桩和带肋预应力板进行如下施工；

a)将预制围护桩压入土层中；通过每个十字型桩的注浆孔向桩底注浆；

b)在基坑外进行防水处理；

c)开挖基坑内土方至十字型桩桩顶高度，平整基坑地层；

d)在围护桩顶支设模板或制作土模，浇筑压顶冠梁，并同时浇筑水平支撑，水平支撑与压顶冠梁浇筑在一起，中间同竖向支撑立柱桩连接；

e)待浇筑的压顶冠梁和水平支撑达到设计强度后，拆除模板；

f)继续向下开挖基坑，在相邻围护桩之间通过螺栓固定预制带肋预应力板；

g)继续开挖基坑至十字型桩预埋件处，制作腰梁和第二道水平支撑的模板，绑扎钢筋，浇筑腰梁和第二道水平支撑；

h)待浇筑的腰梁和水平支撑达到设计强度后，拆除模板，继续向下开挖基坑；

k)继续向下开挖土方，重复步骤f)～h)，直至开挖至基坑设计高度；

l)铺设基底垫层，制作底板模板，绑扎钢筋，浇筑基础底板；

m)支设内衬边墙模板，从下而上现浇内衬边墙，下部与基础底板连接，现浇边墙与预制带肋预应力板相叠合，主要起防水和平整外表面的作用；

n)施工建筑物主体结构地下空间其他内部组成构件，形成基坑围护体系、支撑体系兼做建筑物主体结构的地下空间体，施工完毕。

2.如权利要求1所述的施工方法，其特征在于，步骤1的预制十字型桩和预制带肋预应力板的过程如下：

预制十字型桩的过程如下：

制作十字型桩的模板，绑扎钢筋笼，做好预埋件，在模板的中间用模具预留注浆孔，浇灌混凝土桩身，养护至设计拆模强度，然后拆除模板；

预制带肋预应力板的过程如下：

制作模板，绑扎钢筋笼，张拉预应力筋，浇灌混凝土，养护至设计拆模强度，拆除模板。

3.如权利要求1所述的施工方法，其特征在于，所述的步骤(a)的过程如下：

1)按照设计要求放线定位围护桩及竖向支撑立柱桩的桩位；

2)视地层情况，如若压桩困难，利用钻机在桩位中心打设一个圆形钻孔作为引孔，保证预制桩顺利压入，并能提高垂直度，如若压桩较易，直接进行下一步；

3)利用压桩机将预制十字型桩分段压入土层中，同时将竖向支撑立柱桩也压入土层中；

4)由十字型桩形成的围护桩施工完成后，通过十字型桩注浆孔向桩底注浆，加固地层，增加桩的稳定性；

4.如权利要求3所述的施工方法，其特征在于：步骤3)中的分段压入是指每个十字型桩包括多段，压完一段十字型桩，再进行下一段十字型桩的压入，十字型桩之间通过栓接、焊接或法兰盘连接。

5.如权利要求1所述的施工方法，其特征在于：所述围护桩包括多个截面为十字型且事先预制的钢筋混凝土十字型桩。

6.如权利要求1所述的施工方法，其特征在于：所述压顶冠梁浇筑在相邻十字型桩的顶部,所述腰梁浇筑在下方水平支撑处。

7.如权利要求1所述的施工方法，其特征在于：所述预制带肋预应力板固定在相邻十字型桩之间。

8.如权利要求1所述的施工方法，其特征在于：所述十字型围护桩包括多个按照设定位置排列且事先预制的十字型桩，在相邻的桩与桩之间通过压顶冠梁、腰梁和预制带肋预应力板连接形成围护结构；十字型桩既是基坑的围护结构又是建筑物地下空间主体结构外墙的一部分，且在围护结构的顶部和中部设有兼做建筑物主体结构中水平构件和竖向构件的水平支撑和竖向支撑。

9.如权利要求1所述的施工方法，其特征在于：所述的水平支撑一端固定在围护桩顶压顶冠梁或中部腰梁上，另一端固定在基坑对边围护桩的相应位置上，水平支撑的中间位置连接在立柱桩上，立柱桩作为水平支撑的竖向支撑，基坑开挖期间水平支撑作为提供水平力控制基坑壁变形的围护结构的水平承载构件，立柱桩为保证水平支撑稳定的竖向支撑；基坑施工完毕后，水平支撑作为梁形成建筑物主体结构地下空间的水平构件，竖向支撑作为柱形成建筑物主体结构地下空间的竖向构件。

10.如权利要求1所述的施工方法，其特征在于：所述的压顶冠梁、所述的腰梁通过连接所述水平支撑控制基坑变形。