CN105649090B - 一种钢板桩结合搅拌桩支护的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种钢板桩结合搅拌桩支护的施工方法，该方法是利用水泥土搅拌桩兼有的挡土性能和良好的抗渗透性，以及钢板桩的防水和抗弯性能来制作地下深基坑的支护结构，具体步骤如下：(1)用搅拌桩机向地下搅动，形成上部为松散土质、下部为水泥土搅拌桩的结构，水泥土搅拌桩的桩顶距离基坑设计底面±0.5米；(2)在水泥土搅拌桩未结硬之前，将钢板桩沉入上述松散土质内，并使钢板桩相互咬合形成封闭的钢板桩墙，且钢板桩向下与水泥土搅拌桩进行搭接；钢板桩在沉桩前涂刷减摩剂；(3)在钢板桩墙所圈围的区域内进行基坑开挖并安装围檩，基坑开挖与围檩的安装交替进行。

Description

一种钢板桩结合搅拌桩支护的施工方法

技术领域

本发明涉及地下结构支护的施工方法，属建筑领域，具体涉及一种钢板桩结合搅拌桩支护的施工方法。

背景技术

钢板桩作为制作基坑支护的一种型材，它具有高强、轻质、隔水性好、使用寿命长、安全性高、对空间要求低、环保效果显著等优点，还具有施工简单、工期短等特点。在永久性构筑物方面，它可用于码头、挡土墙、防洪堤等；在临时性构筑物方面，它可用于防洪断流、建桥围堰以及市政基础设施工程中的挡水、挡土墙等。

但是，当地下存在深层砂层含水层时，钢板桩需要打入更深层才能隔断含水层，形成封闭止水帷幕，钢板桩的沉桩深度一般为基坑开挖深度的2.5～3倍；且由于钢板桩的抗弯性能相较于其它柱形桩要差，为控制其变形和减少拔除时对相邻建筑的影响，一般需在钢板桩外侧作深层搅拌桩加固，并作局部注浆处理，这种采用深层搅拌桩加固的方法可有效地对钢板桩的不足进行补充，但却增加了基坑的施工费用。

而且，钢板桩的施工通常采用锤击法、振动法或静压法，锤击法和振动法在施工时，噪声和振动较大，环境污染较大，不适合在城市和人口密集区施工，静压法虽然低噪声和低振动，但其只适合于较软的土质，因此目前，锤击法和振动法还是钢板桩施工时的主要方法，因此如何有效地降低钢板桩施工时的噪声和振动是目前业界比较关心的一个问题。

另外，在打桩过程中，当地下土质结构复杂，存在土层结构比较密实，或者土中存在大颗粒的砂土和砾土时，钢板桩沉桩比较困难，且钢板桩的桩头容易遭到损害，有时还会使钢板桩产生桩身变形等现象，从而影响到钢板桩的施工质量。

另一种造价较为便宜的基坑支护技术是加劲水泥土搅拌桩，我国称之为SMW工法地下墙，SMW工法地下墙是将水泥固化剂与地基土反复混合搅拌，然后在水泥土混合体未结硬之前插入H型钢或钢板桩作为芯材，至水泥土结硬后形成一道具有一定强度和刚度的地下墙体；在地下结构施工完成后，将H型钢或钢板桩进行回收，SMW工法地下墙的优点很大一部分体现在H型钢或钢板桩的回收重复利用，但是，要将H型钢或钢板桩顺利地拔出回收并非易事，首先要确保H型钢或钢板桩平整、垂直、无扭曲等条件，在沉桩时尽可能依靠其自重插入到位外，其次要在H型钢或钢板桩表面涂刷减磨剂，以利于H型钢或钢板桩的拔出，在上述条件得到保证后，在基坑开挖过程中，还要尽可能地减少地下墙在地下土体的挤压下所产生的变形，在基坑内的土体逐渐被开挖的过程中，虽然有围檩的支撑，但是加劲水泥土搅拌桩还是会产生一定的变形，由于水泥土具有较大强度以及对H型钢或钢板桩有较强的粘结握裹力，H型钢或钢板桩的拔出并不容易，这也是目前的工程中，常常放弃将加劲水泥土搅拌桩中的H型钢或钢板桩拔出，而将其保留在原地的原因。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种钢板桩结合搅拌桩支护的施工方法，该方法是利用水泥土搅拌桩兼有的挡土性能和良好的抗渗透性，以及钢板桩的防水和抗弯性能来制作地下深基坑的支护结构。

本发明的具体技术方案具有如下步骤：

(1)用搅拌桩机向地下搅动，形成上部为松散土质、下部为水泥土搅拌桩的结构，水泥土搅拌桩的桩顶距离基坑设计底面±0.5米；搅拌桩机为制作水泥土搅拌桩的专用设备，在本申请中，在形成松散土质时，搅拌桩机的搅拌机头不喷射水泥浆，仅将土搅松，在形成水泥土搅拌桩时，搅拌桩机的搅拌机头喷射水泥浆；制作水泥土搅拌桩的技术已非常成熟，不再赘述；

(2)在水泥土搅拌桩未结硬之前，将钢板桩沉入上述松散土质内，并使钢板桩相互咬合形成封闭的钢板桩墙，且钢板桩向下与水泥土搅拌桩进行搭接；钢板桩在沉桩前涂刷减摩剂；在现有技术中，当用于基坑支护的型钢需要回收时，为减少拔除时的摩阻力一般均需要在型钢的表面涂刷减摩剂，上述减摩剂有时也称为减摩材料；现有的减摩剂已有多种，例如市场上的H型钢减摩剂或SMW工法桩减摩剂均能满足本申请的要求，在此不再赘述。

(3)在钢板桩墙所圈围的区域内进行基坑开挖并安装围檩，基坑开挖与围檩的安装交替进行。

在本发明中，钢板桩和水泥土搅拌桩相结合形成一种复合桩体，其中水泥土搅拌桩位于钢板桩的下端，水泥土搅拌桩的桩顶距离基坑设计底面±0.5米；搅拌桩机在形成水泥土搅拌桩的过程中，在水泥土搅拌桩的桩顶距离地面的一段空间内，搅拌桩机只是将土搅松，在搅拌过程中，不喷射水泥浆。由于土被搅松，钢板桩在插入水泥土搅拌桩的过程中，仅需较少的压力就可完成下沉。

在钢板桩的沉桩过程中，避免了采用锤击法和振动法等噪声和振动较大的打桩法，搅拌桩机在施工时噪音低、无振动，对环境污染小，尤其适合在城市和人口密集区等需要低噪声和低振动的区域内施工。在搅拌桩机的施工过程中，可同时将土中的大颗粒的砂土或砾土以及密实较硬土层进行破碎，避免了钢板桩在下沉过程中遇到较大阻力，不能顺利沉桩，桩头受到损害，或者桩身产生变形等不利现象。

采用水泥土搅拌桩作为基坑支护下部的桩体，利用水泥土搅拌桩的钢性，使由水泥土搅拌桩所形成的连续墙起到挡土作用，同时利用水泥土良好的防渗漏性能，兼作为止水帷幕。

将水泥土搅拌桩的桩顶设置在基坑底部的附近，还兼顾到基坑内底板的支撑，在基坑底部浇注底板时，底板可浇注在水泥土搅拌桩的桩顶上，以减少底板的下沉幅度；如果水泥土搅拌桩的桩顶太高或太低，则底板周边主要受到基坑底部土体的支撑力，基坑底部的土体在受到底板的压力后，会产生一定的沉降，降低了底板的稳定性。

采用钢板桩作为基坑支护上部的桩体，以充分利用钢板桩防水及抗弯性能较好的特性，钢板桩主要用于抵抗基坑侧壁土体的压力，即使钢板桩生产小的变形，仍能保证支护的安全，并可在主体施工完成后，进行回收重复利用。

除此以外，采用水泥土搅拌桩作为基坑支护的一部分，较单独使用钢板桩作为支护桩时的沉桩深度要浅。单独使用钢板桩作为基坑支护桩时，由于钢板桩的横截面较少，土体对钢板桩下端面的支持力较少，钢板桩主要依靠土体对其侧面的摩擦力保持在土体中，在设置了水泥土搅拌桩后，相当于扩大了钢板桩的下端的横截面，增大了土体对支护桩的支持力，由此可降低基坑支护桩的沉桩深度，由此可降低基坑支护的施工难度，并提高了基坑支护的施工效率。

在本申请中，支护桩的下部采用水泥土搅拌桩，还解决了基坑抗渗流稳定性问题，根据施工区域的地质结构，选择适当的水泥土搅拌桩的直径，可保证支护的稳定性，使基坑底部土体依然处于稳定状态下，保证支护的坑底稳定。

在基坑开挖过程中，要按照设计要求及时安装围檩，基坑的开挖与围檩的安装需交替进行，在基坑开挖过程中，在到达围檩安装位置后，暂停基坑的开挖，在将围檩安装到位后，继续基坑的开挖，在到达下一围檩安装位置后，再次停止基坑的开挖，并进行围檩的安装，如此循环直到完成基坑的开挖和围檩的安装。避免单次基坑开挖深度过大，产生不必要的安全隐患。钢板桩处于基坑外部土体和水体的压力下，而且随着基坑开挖深度的增加，这种压力也会快速上升，极易使钢板桩产生扭曲、变形，严重时，钢板桩将会产生弯曲，使支护崩溃，围檩的及时安装，可有效限制钢板桩变形，增加支护结构的稳定性。

本申请将水泥土搅拌桩与钢板桩综合利用，充分利用两者的优点，以克服两者的缺点，在保证基坑支护安全有效的情况下，充分提高施工效率和降低施工费用。

进一步，本施工方法还包括步骤(4)：在地下结构主体完成施工以及基坑侧壁间隙回填完成后，将钢板桩拔出。根据设计的要求，钢板桩可以进行回收以重复利用，降低基坑支护的建造成本，充分利用钢板桩的可回收重复利用的优势。

钢板桩与水泥土搅拌桩的搭接长度优选在1～4米，以使钢板桩与水泥土搅拌桩有牢固的连接，避免水泥土搅拌桩由于受力较大而产生崩塌现象。

钢板桩也可以采用长钢板桩与短钢板桩结合的方式，使长钢板桩与短钢板桩间隔布置，其中长钢板桩与水泥土搅拌桩的搭接长度为2～4米，短钢板桩与水泥土搅拌桩的搭接长度为1～2米。

水泥土搅拌桩与传统的钢筋混凝土桩以及钢桩等刚性桩有着本质的区别，属于柔性桩，其抗剪切强度较低，为增强其抗剪切强度，可将部分钢板桩的长度延长，使该部分钢板桩插入水泥土搅拌桩的更深处，使部分水泥土搅拌桩形成类似加劲水泥土搅拌桩的结构，以增强支护的整体强度；采用长短钢板桩间隔布置的方式，是在保证支护强度要求的前提下，尽量减少长钢板桩的使用量，以降低拔桩时的工作量。

在基坑支护的施工过程中，当基坑局部存在强透水层时，可在钢板桩墙的内表面喷射混凝土面层，以增强支护的防水性能。

进一步，水泥土搅拌桩的横截面大于钢板桩的横截面，使钢板桩的下端面完全包裹在水泥土搅拌桩中。为了避免钢板桩在下沉过程中碰到没有搅松的土，水泥土搅拌桩的横截面最好要大于钢板桩的横截面，以使钢板桩的下端面能够完全被包裹在水泥土搅拌桩中，比较好的是，水泥土搅拌桩的直径要比钢板桩相互锁合后所形成的钢板桩墙的厚度大100～350毫米。

目前，钢板桩的沉桩方式一般为：先将数块钢板桩预先拼装在一起，相邻的钢板桩通过两侧锁口咬合在一起，形成一面屏风，然后将形成屏风的钢板桩作为一个整体进行沉桩，该打桩方法被称为屏风式打桩，屏风式打桩可加快钢板桩的沉桩深度，还可最大限度地确保了桩的精度；但采用屏风式打桩有一个缺点，就是当基坑支护呈圆弧形时，数块钢板桩在连接后形成的屏风要有一个弧度，该弧度要与基坑支护的弧度相符，但在实际的工程中，屏风的弧度往往与基坑支护的弧度有小的偏差，为防止上述小的偏差而使钢板桩无法顺利地下沉到规定的深度，或在下沉过程中产生倾斜，使水泥土搅拌桩的直径比钢板桩墙的厚度大100～350毫米，以此可保证钢板桩顺利地下沉。

水泥土搅拌桩的桩孔搭接长度为150～300毫米；水泥土搅拌桩的桩孔搭接长度与水泥土搅拌桩的桩孔搭接长度一致。水泥土搅拌桩的桩孔搭接长度关系到水泥土搅拌桩能否具有均匀的内部结构以及足够的强度，以使其能够承担钢板桩所带来的压力，并保证基坑支护的稳定性。

在施工时，所用的钢板桩最好选用牛腿钢板桩，牛腿钢板桩在专利ZL2015207557711中已有详细记载，不在赘述。采用牛腿钢板桩可有效地提高施工的效率。

由于圆形的钢板桩墙相比其它形状的钢板桩墙具有较高的抗压能力，在本申请中，钢板桩墙优选采用圆形。

在施工时，最好选择采用三轴搅拌桩机，三轴搅拌桩机具有效率高的特点，尤其是在制作水泥土搅拌桩时，其效率一般可以达到双轴搅拌桩机的5～8倍，采用三轴搅拌桩机可有效地提高作业效率。

附图说明

图1是采用本发明进行施工的过程中，在完成水泥土搅拌桩后的结构简图。

图2是在图1的基础上完成钢板桩沉桩后的结构示意简图。

图3是在图2的基础上完成基坑开挖和安装混凝土围檩后的结构示意简图。

图4是在图3的基础上完成基坑内底板施工后的结构示意简图。

图5是图3的俯视图。

图6是图5中G部分的放大图。

图中标记：

2.水泥土搅拌桩，3.钢板桩，4.钢制牛腿，5.钢筋混凝土围檩，

6.底板，10.地面，11.基坑底部，13.钢板桩墙的内侧面，14.钢板桩墙的外侧面。

具体实施方式

以下结合具体的地下建筑结构的基坑支护对本发明作进一步的描述，在本实施例中，所要建造的为一圆形地库，地库的基坑支护中，钢板桩墙的内径为20米，基坑开挖深度16米，设计沉桩深度25米，钢板桩3采用400*170的U型钢板桩和牛腿钢板桩，牛腿钢板桩采用400*170的U型钢板桩预先制作并备用；U型钢板桩采用18米和20米两种长度，牛腿钢板桩采用18米的长度；水泥土搅拌桩2的长度为9米；围檩采用钢筋混凝土拼装式围檩，围檩间距2.5米，桩机采用三轴搅拌桩机；钢板桩3的沉桩采用屏风式打桩；在附图中，标记10表示地面。

在本实施例中，牛腿钢板桩是将钢制牛腿4焊接在U型钢板桩的腹板的外侧面上，钢制牛腿4的支承面与U型钢板桩的长度方向垂直，每块牛腿钢板桩上焊接有5块钢制牛腿4。

上述圆形地库的基坑支护采用本发明进行建造的具体步骤如下：

(1)参阅图1，在钢板桩待施工位置用三轴搅拌桩机向地下搅动，形成上部为松散土质、下部为水泥土搅拌桩2的结构，其中水泥土搅拌桩2的桩底到达设计沉桩深度。

本实施例中，圆形地库的基坑开挖深度为16米，水泥土搅拌桩2的桩顶21与基坑底部11平齐，在形成水泥土搅拌桩的过程中，同时将水泥土搅拌桩顶部的土搅松，形成松散土质，以有利于钢板桩的插入。

根据具体的地下土质结构，水泥土搅拌桩2的桩顶可略高于或略低于基坑底部11，具体以水泥土搅拌桩2的桩底距离基坑底部±0.5米为宜。

(2)参阅图2，在水泥土搅拌桩未结硬之前，将钢板桩3沉入松散土质中并与水泥土搅拌桩2进行搭接，形成封闭的圆形的钢板桩墙，其中，18米长的U型钢板桩和牛腿钢板桩与水泥土搅拌桩2的搭接长度均为2米，20米长的U型钢板桩与水泥土搅拌桩2的搭接长度为4米。

在本实施例中，牛腿钢板桩采用U型钢板桩和钢制牛腿预先制作；预先制作牛腿钢板桩，可对其进行完善的质量检测，以保证钢制牛腿的安装强度，避免在现场进行安装钢制牛腿4时，无法进行全面的质量检测的弊端；当然，如果条件受到限制，也可以在将所有U型钢板桩、包括制作牛腿钢板桩所用的U型钢板桩全部完成下沉后，再随基坑的开挖将钢制牛腿4安装在相应的U型钢板桩上。

(3)参阅图3，在钢板桩墙所圈围的区域内进行基坑开挖并安装围檩。图3中，A表示基坑开挖深度，B表示水泥土搅拌桩的长度，C1表示18米长U型钢板桩与水泥土搅拌桩的搭接长度，C2表示20米长U型钢板桩与水泥土搅拌桩的搭接长度，F1表示短钢板桩的长度，F2表示长钢板桩的长度，H为设计沉桩深度；在本实施例中，A为16米，B为9米，C1为2米，C2为4米，F1为18米，F2为20米，H为25米。钢板桩在沉桩前涂刷减摩剂，本实施例采用的是涂刷SMW工法型钢减摩剂。

在完成基坑开挖后，可继续圆形地库的后续主体施工，图4为基坑内底板6完成施工后的结构示意简图。

在基坑开挖的过程中，按照设计要求安装围檩，基坑开挖与围檩安装要交替进行，当基坑开挖到围檩位置时，就需要停止基坑的开挖，而进行围檩的安装，在围檩安装完成后，再继续进行基坑的开挖，如此循环，直到完成基坑的开挖和围檩的安装。

在本实施例，围檩采用钢筋混凝土围檩5，由于本实施例为圆形结构，钢筋混凝土围檩5采用钢筋混凝土拼装式围檩，即围檩由预制的钢筋混凝土檩条拼接而成，并在檩条的接头处以及围檩与钢板桩之间浇筑细石混凝土，使围檩与钢板桩形成一个整体；采用钢筋混凝土拼装式围檩可以提高施工速度。

参阅图5，图5为完成基坑开挖和钢筋混凝土围檩安装后的结构示意简图，图5中的局部G放大图为图6，在图6中，包括U型钢板桩和牛腿钢板桩的钢板桩相互咬合连接成圆形的钢板桩墙，标记13表示钢板桩墙的内侧面，标记14表示钢板桩墙的外侧面；E表示钢板桩墙的厚度，即钢板桩墙的内侧面和外侧面之间的距离，本实施中，钢板桩墙的厚度为340毫米；为了表示清楚，在图6中仅显示了一组水泥土搅拌桩并用标记20表示，在本实施例中，水泥土搅拌桩的型号为φ650@900，即单根水泥土搅拌桩的直径为650毫米，相邻水泥土搅拌桩的轴距为450毫米，第一和第三根水泥土搅拌桩的轴距为900毫米，水泥土搅拌桩的桩孔的搭接长度为200毫米。

在实际施工中，由于钢板桩被连接成屏风后，屏风的弧度与要求的弧度经常会存在小的偏差，屏风在沉桩过程中存在与未搅动的硬土产生刮擦的可能，使屏风产生不必要的偏差，而影响屏风的顺利沉桩。本实施例中，水泥土搅拌桩的直径要比钢板桩墙的厚度大310毫米，有效地保证了屏风的顺利沉桩，同时也保证了施工中单块钢板桩的沉桩。

在目前，水泥土搅拌桩的施工已普遍使用双轴搅拌桩机和三轴搅拌桩机，由于三轴搅拌桩机的高效率，三轴搅拌桩机已形成取代双轴搅拌桩机的趋势，三轴搅拌桩也已有相关的质量和施工要求，因此在本申请中，优先采用了三轴搅拌桩机来施工，以保证工程施工进度的高效。

在本实施中，所采用的牛腿钢板桩的钢制牛腿焊接在U型钢板桩的腹板的外侧面上，根据实际的需要，钢制牛腿也可以焊接在U型钢板桩的腹板的内侧面上。根据具体的施工要求，钢板桩还可以采用帽型钢板桩，并用帽型钢板桩来制作牛腿钢板桩。

在本实施例中，随着基坑的开挖，在钢板桩墙的内表面喷射混凝土面层，以增强支护的防水功能。

Claims (8)

1.一种钢板桩结合搅拌桩支护的施工方法，其特征在于，具有如下步骤：

(1)用搅拌桩机向地下搅动，形成上部为松散土质、下部为水泥土搅拌桩的结构，水泥土搅拌桩的桩顶距离基坑设计底面±0.5米；

(2)在水泥土搅拌桩未结硬之前，将钢板桩沉入上述松散土质内，并使钢板桩相互咬合形成封闭的钢板桩墙，且钢板桩向下与水泥土搅拌桩进行搭接；钢板桩在沉桩前涂刷减摩剂；

(3)在钢板桩墙所圈围的区域内进行基坑开挖并安装围檩，基坑开挖与围檩的安装交替进行；

钢板桩包括长钢板桩与短钢板桩，长钢板桩与短钢板桩间隔布置，其中长钢板桩与水泥土搅拌桩的搭接长度为2～4米，短钢板桩与水泥土搅拌桩的搭接长度为1～2米。

2.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，还包括步骤(4)：在地下结构主体完成施工以及基坑侧壁间隙回填完成后，将钢板桩拔出。

3.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，在钢板桩墙的内表面喷射混凝土面层。

4.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，水泥土搅拌桩的横截面大于钢板桩的横截面，使钢板桩的下端面完全包裹在水泥土搅拌桩中。

5.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，所述水泥土搅拌桩的桩孔搭接长度为150～300毫米。

6.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，所述钢板桩包括牛腿钢板桩。

7.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，所述钢板桩墙为圆形。

8.根据权利要求1～7任一项所述的施工方法，其特征在于，所述搅拌桩机为三轴搅拌桩机。