CN104594361A - 一种工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

本发明公开了一种工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带牛腿的工字型桩，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，所述的腰梁浇筑在相邻工字型桩的牛腿上，所述的预制带肋预应力板固定在相邻工字型桩之间，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

一种工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

本发明涉及一种工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地下部分的建设。

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，且出现断桩、夹泥等问题不易修复；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土体；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，利用预制工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支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：

一种工字型围护桩，包括多个按照设定位置排列且事先预制的工字型桩，在相邻的围护桩之间通过支撑构件连接形成围护结构；工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。

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

所述的每个工字型桩包括多段，位于基坑开挖线以上部分的每段桩端部都设有牛腿，所述的牛腿位于工字型的肋部，用于支撑腰梁；基坑坑底以下部分的工字型桩不设牛腿，因为坑底以下不开挖，不需要进行支撑。

所述的支撑件包括压顶冠梁、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工字型桩的顶部，所述的腰梁浇筑在下方围护桩牛腿处，所述的预制带肋预应力板固定在相邻工字型桩之间。

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。

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，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，在所述的带肋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。继续开挖到围护桩牛腿处，浇筑腰梁和第二层水平支撑。继续开挖下一层土方，按照上面的方法继续施工，直至基坑开挖完成，同时浇筑底板与建筑物边墙。

所述的工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.预制工字型桩和带肋预应力板；

预制工字型桩的过程如下：

制作工字型桩的模板，绑扎钢筋笼，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，养护至设计拆模强度，拆除模板；

步骤2.利用预制的工字型桩和带肋预应力板进行如下施工；

a)按照设计要求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)利用压桩机将预制工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)由工字型桩形成的围护桩施工完成后，通过工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)开挖基坑内土方至工字型桩桩顶高度，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，在相邻围护桩的工字型槽内通过螺栓固定预制带肋预应力板；

j)继续开挖基坑至工字型桩的牛腿处，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。

所述的分段压入是指每个工字型桩包括多段，压完一段工字型桩，再进行下一段工字型桩的压入。

所述的步骤(c)中的分段压入是指每个工字型桩包括多段，压完一段工字型桩，再进行下一段工字型桩的压入，工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。

通过施做“引孔”可以使预制桩更容易入土，并引导桩的位置不发生偏斜，保证成桩的垂直度，更利于后期作为建筑物主体结构；可以通过中间的注浆孔注浆加固桩底部地层，提高桩的稳定性以及桩附近地层的承载力。

通过工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。

通过预制工字型桩上的牛腿作为支撑结构架住腰梁，同时牛腿将建筑物边墙上的竖向荷载转移到围护桩上，使整个建筑物外墙更加稳定。

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。

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，使得水平支撑的刚度更大，可以有效的控制基坑侧壁的水平变形，有利于保护周边建筑物，适合在基坑周围环境对变形要求严格的情况下使用。

基坑支护体系最终形成建筑物地下空间的主体结构，工字型预制桩、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为工字型桩的俯视图；

图2(a)为工字型桩的前视图,(b)为工字型桩的左视图；

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截面图；

图6为围护结构预制带肋预应力板处截面图；

图7为围护结构腰梁处截面图；

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是工字型桩，2是注浆孔，3是牛腿，4是止水帷幕，5是预制带肋预应力板，5-1为横向预应力筋，5-2为纵向预应力筋，6是现浇内衬边墙，7是压顶冠梁，8是腰梁，9是水平支撑，10是立柱桩，11是基础底板。

图8及图9中基础底板11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：

一种工字型围护桩，包括多个按照设定位置排列且事先预制的工字型桩1，在相邻的桩与桩之间通过支撑构件连接；工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7、腰梁8和预制带肋预应力板5；压顶冠梁、腰梁通过连接水平支撑9控制基坑变形,压顶冠梁浇筑在相邻工字型桩的顶部，腰梁浇筑在围护桩牛腿处，预制带肋预应力板固定在相邻工字型桩之间。

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

每个工字型桩1包括多段，位于基坑开挖部分的每段桩端部设有牛腿3，所述的牛腿位于工字型的肋部，用于连接腰梁8；基坑不开挖部分不设有牛腿，因为不开挖部分不进行支撑。

水平支撑9一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10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4，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7及第一层水平支撑9。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5，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，在工字型桩牛腿处浇筑腰梁8和第二层水平支撑9。继续开挖基坑，施工带肋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11，最后现浇内衬边墙6，内衬边墙同预制带肋预应力板形成叠合墙，与工字型桩、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。

具体施工方法如下：

1.预制工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；

预制工字型桩的过程如下：

制作工字型桩的模板，绑扎钢筋笼，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；

2.围护结构做主体结构的具体施工方法包括：

a)按照设计要求放线定位围护桩1及竖向支撑立柱桩10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)利用压桩机将预制工字型桩1分段压入土层中，同时将竖向支撑立柱桩10也压入土层中；

d)由工字型桩形成的围护桩施工完成后，通过工字型桩注浆孔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4；且配合降水措施保证基坑开挖时的干作业环境；

f)开挖基坑内土方至工字型桩桩顶高度，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7，并同时浇筑水平支撑9，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5；

j)继续开挖基坑至工字型桩牛腿3处，制作腰梁8和第二道水平支撑9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11；

n)支设内衬边墙模板，从下而上现浇内衬边墙6，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(c)中的分段压入是指每个工字型桩包括多段，压完一段工字型桩，再进行下一段工字型桩的压入，工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)

1.一种工字型围护桩，其特征在于：包括多个按照设定位置排列且事先预制的工字型桩，在相邻的围护桩之间通过支撑构件连接形成围护结构；工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。

2.如权利要求1所述的工字型围护桩，其特征在于：所述的每个工字型桩中心有一个注浆孔，在桩就位后进行桩底注浆。

3.如权利要求1所述的工字型围护桩，其特征在于：所述的每个工字型桩包括多段，位于基坑开挖部分的每段桩的端部都有牛腿，所述的牛腿位于工字型的肋部。

4.如权利要求1所述的工字型围护桩，其特征在于：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工字型桩的顶部，所述的腰梁浇筑在围护桩牛腿处，所述的预制带肋预应力板固定在相邻工字型桩之间。

5.如权利要求1所述的工字型围护桩，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。

6.利用如权利要求1～5所述的工字型围护桩进行主体结构的施工方法，其特征在于：

步骤1.预制工字型桩和带肋预应力板；

步骤2.利用预制的工字型桩进行如下施工；

a)将预制围护桩压入土层中；通过每个工字形桩的注浆孔向桩底注浆；

b)在基坑外进行防水处理；

c)开挖基坑内土方至工字型桩桩顶高度，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)继续开挖基坑至工字型桩牛腿处，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；

i)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；

k)铺设基底垫层，制作底板模板，绑扎钢筋，浇筑基础底板；

l)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；

m)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。

7.如权利要求6所述的施工方法，其特征在于，步骤1的预制工字型桩和预制带肋预应力板的过程如下：

预制工字型桩的过程如下：

制作工字型桩的模板，绑扎钢筋笼，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。

8.如权利要求6所述的施工方法，其特征在于，所述的步骤(a)的具体过程如下：

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，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；

3)利用压桩机将预制工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)由工字型桩形成的围护桩施工完成后，通过工字型桩注浆孔向桩底注浆，加固地层，增加桩的稳定性。

9.如权利要求8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工字型桩包括多段，压完一段工字型桩，再进行下一段工字型桩的压入，工字型桩之间通过栓接、焊接或法兰盘连接。

10.如权利要求6所述的工字型围护桩进行主体结构的施工方法，其特征在于：所述围护桩包括多个截面为工字型且事先预制的钢筋混凝土工字型桩。