CN105714846A - 一种重力式挡土墙及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种重力式挡土墙及其施工方法，重力式挡土墙设置于一淤泥类土质的基坑内，基坑包括侧面和底面，重力式挡土墙包括多个倾斜桩和多个垂直桩，多个倾斜桩由基坑外侧的地表向侧面倾斜且相互咬合搭接形成一倾斜截水帷幕，多个垂直桩设置于侧面且相互咬合搭接形成一垂直截水帷幕；其中，垂直截水帷幕和倾斜截水帷幕围拢后形成一横截面为三角形的围拢区，围拢区内的淤泥土进行排水固结后形成一重力单元。本发明就地取材将易坍塌的被支护土体进行工程性质改良后作为支护结构重力单元，显著提高了支护效果，提高了基坑内作业安全性，施工操作方法简单易操作，适用性强，较传统基坑支护工艺安全性更高，经济适用性更强。
Description
技术领域
本发明涉及建筑地基基础工程技术领域，具体是一种淤泥类土固结形成重力式挡土墙的施工工艺，主要用于沿海地区下部土层为淤泥类土的大型深基坑开挖工程。
背景技术
沿海地区大型深基坑开挖支护工程中，传统施工支护方法有：地下连续墙支护结构、混凝土重力式挡土墙结构、土钉墙支护结构、灌注桩支护结构等，由于地下水与海水贯通，而且受到沿海潮汐作用强烈，地下水渗流状况极为复杂，沿海地区淤泥类土含水率经验范围40％～90％，远远超过淤泥类土液限30％～60％，孔隙比大于1，内摩擦角为1.5°～10°，粘聚力为1～8kPa，淤泥类土特性决定了土体常处为流塑状态或流体状态，淤泥类土层虽然属于隔水层，但是土体水平渗透系数要比垂直渗透系数大很多，淤泥类土层本身一般是饱和的，即使其它地下水不能通过渗透流向基坑，但其自身所包含的水在重力作用下也会渗出来，随深度增加基坑内支护难度极度加大，在这种复杂地质条件下，传统支护结构方法适用性差，易出现以下诸多问题：
为节省挖土方量，坑内支护结构空间受限。
为有足够的空间用于支护结构造成挖土方量过大。
基坑边缘随开挖深度加大，变形急剧扩大，易发生安全事故。
多排水泥土桩体连接形成挡土墙，工程造价难以控制。
大面积排水固结土体，由于深层地下水作用，常达不到理想效果。
公告号为CN203213122U的中国实用新型专利公开了一种砂石桩加固坑底的淤泥质基坑，参阅图1a和图1b，淤泥质基坑包括坑底垫层4和基坑四周的支护桩1，支护桩1外侧设有换填的二至五排砂石桩2。基坑坑底垫层4下满布有正方形或三角形布置的砂石桩3。此方案使用大量砂石桩2进行加固，加固效果有限，且施工深度较深，施工量大。
根据淤泥类土工程地质特性，疏干地下水后因含水率降低，其内摩擦角和粘聚力均显著增大，内摩擦角可达到75°，粘聚力趋近300kPa，导致其抗剪强度及无侧限抗压强度也显著增大，因此疏干固结后的淤泥类土非常适合作为重力式挡土墙的组成部分。
发明内容
本发明的目的是解决现有深基坑开挖支护工程中，支护工程量大、费用高、下部土层淤泥类土深基坑开挖难以支护的技术难题，提供一种受力体系简单，经济适用，安全高效的基坑支护施工方法，特别适用于淤泥质基坑的一种重力式挡土墙及其施工方法。
为了实现上述目的，本发明的重力式挡土墙，设置于一淤泥类土质的基坑内，所述基坑包括侧面和底面，所述重力式挡土墙包括：
多个倾斜桩，由所述基坑外侧的地表向所述侧面倾斜且相互咬合搭接形成一倾斜截水帷幕；以及
多个垂直桩，设置于所述侧面且相互咬合搭接形成一垂直截水帷幕；
其中，所述垂直截水帷幕和所述倾斜截水帷幕围拢后形成一横截面为三角形的围拢区，所述围拢区内的淤泥土进行排水固结后形成一重力单元。
上述的重力式挡土墙，其中，所述倾斜截水帷幕与所述垂直截水帷幕的交点低于所述底面。
上述的重力式挡土墙，其中，还包括坑底支护结构，所述坑底支护结构设置于所述垂直截水帷幕的下部。
上述的重力式挡土墙，其中，所述坑底支护结构是排桩支护结构、钢板桩支护结构或水泥土挡墙。
上述的重力式挡土墙，其中，所述围拢区设置有多个筋材。
上述的重力式挡土墙，其中，所述筋材为钢管和/或毛竹。
上述的重力式挡土墙，其中，所述垂直桩和所述倾斜桩分别为向所述基坑外侧排列的两排或两排以上。
上述的重力式挡土墙，其中，每一排所述垂直桩的相邻垂直桩之间具有第一咬合点和第二咬合点，其中，所述第二咬合点与基坑的中心的距离大于所述第一咬合点与基坑的中心的距离，后一排所述垂直桩的第一咬合点与前一排所述垂直桩的第二咬合点相重合。
上述的重力式挡土墙，其中，每一排所述倾斜桩的相邻倾斜桩之间具有第一咬合点和第二咬合点，其中，所述第二咬合点与基坑的中心的距离大于所述第一咬合点与基坑的中心的距离，后一排所述倾斜桩的第一咬合点与前一排所述倾斜桩的第二咬合点相重合。
上述的重力式挡土墙，其中，所述垂直桩和所述倾斜桩分别是高压旋喷桩。
本发明还提供一种上述的重力式挡土墙的施工方法，包括如下步骤：
S100，由所述基坑外侧的地表向所述侧面倾斜设置多个所述倾斜桩，多个所述倾斜桩相互咬合搭接形成所述倾斜截水帷幕；
S200，由所述基坑的侧面向所述基坑的底面设置多个所述垂直桩，多个所述垂直桩相互咬合搭接形成所述垂直截水帷幕，所述垂直截水帷幕与所述倾斜截水帷幕相围拢；
S300，对所述围拢区内的淤泥土进行排水固结施工；
S400，进行基坑开挖。
上述的重力式挡土墙的施工方法，其中，所述步骤S100之前还包括如下步骤：
根据所述基坑的深度和地质情况，设计所述倾斜桩的桩位，计算所述倾斜桩的长度。
上述的重力式挡土墙的施工方法，其中，所述步骤S100还包括如下步骤：
所述倾斜桩偏离所述基坑外侧的地表的角度小于或等于45度。
上述的重力式挡土墙的施工方法，其中，所述步骤S300中的所述排水固结施工包括使用动力排水固结法、静力排水固结法、吹填淤泥排水固结法或电渗井点降水法进行排水固结。
上述的重力式挡土墙的施工方法，其中，所述步骤S300还包括如下步骤：
排水固结施工的同时向所述围拢区钻孔并插入钢管、毛竹等筋材。
上述的重力式挡土墙的施工方法，其中，所述步骤S400还包括如下步骤：
开挖至所述基坑的坑底位置时，根据所述坑底的变形情况，对所述坑底进行坑底支护。
上述的重力式挡土墙的施工方法，其中，所述坑底支护包括使用排桩支护、钢板桩支护或水泥土挡墙进行支护。
本发明的有益功效在于，采用本发明的淤泥类土排水固结重力式挡土墙，其特点是将基坑周边部分淤泥类土进行工程性质改良，将改良后土体加以利用，转化为重力式挡土墙主要重力单元。就地取材将易坍塌的被支护土体进行工程性质改良后作为支护结构重力单元，显著提高了支护效果，提高了基坑内作业安全性，施工操作方法简单易操作，适用性强，较传统基坑支护工艺安全性更高，经济适用性更强。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1a为现有技术的一种基坑支护示意图(一)；
图1b为现有技术的一种基坑支护示意图(二)；
图2为本发明的重力式挡土墙的立面结构示意图；
图3为本发明的重力式挡土墙的垂直桩以及倾斜桩的布桩形式示意图(一)；
图4为本发明的重力式挡土墙的垂直桩以及倾斜桩的布桩形式示意图(二)；
图5为本发明的重力式挡土墙的施工方法步骤图。
其中，附图标记
100重力式挡土墙
110倾斜桩
120垂直桩
121第一排垂直桩
1211第一垂直桩
1212第二垂直桩
1213第三垂直桩
1214第三垂直桩
P11、P12、P13第一咬合点
P14、P15、P16第二咬合点
122第二排垂直桩
1221第一垂直桩
1222第二垂直桩
1223第三垂直桩
1224第四垂直桩
P21、P22、P23第一咬合点
P24、P25、P26第二咬合点
120’垂直桩
121’第一排垂直桩
P11’、P12’、P13’第一咬合点
P14’、P15’、P16’第二咬合点
122’第二排垂直桩
P21’、P22’、P23’第一咬合点
P24’、P25’、P26’第二咬合点
123’第三排垂直桩
P31’、P32’、P33’第一咬合点
P34’、P35’、P36’第二咬合点
130倾斜截水帷幕
140垂直截水帷幕
150围拢区
160筋材
170坑底支护结构
200基坑
210侧面
220底面
300淤泥土
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案进行详细的描述，以更进一步了解本发明的目的、方案及功效，但并非作为本发明所附权利要求保护范围的限制。
本发明的重力式挡土墙特别适用于淤泥类土质的基坑内，其将基坑周边部分淤泥类土进行工程性质改良，将改良后土体加以利用，转化为重力式挡土墙主要重力单元。
参阅图2，本发明的重力式挡土墙100设置于基坑200内，基坑200包括侧面210和底面220。重力式挡土墙100包括倾斜桩110和垂直桩120。倾斜桩110和垂直桩120分别为多个，多个倾斜桩110由基坑200外侧的地表向基坑200的侧面210倾斜且相互咬合搭接形成倾斜截水帷幕130；多个垂直桩120设置于基坑200的侧面210且相互咬合搭接形成垂直截水帷幕140。垂直截水帷幕140和倾斜截水帷幕130围拢后形成一横截面为三角形的围拢区150，围拢区150内的淤泥土300进行排水固结后形成本发明的重力式挡土墙100的重力单元。
如图2所示，倾斜截水帷幕130与垂直截水帷幕140的交点低于基坑200的底面220。
其中，围拢区150内还设置有多个筋材160，以利于围拢区150内的淤泥土300固结后整体作用。其中，筋材160例如为钢管、毛竹。
本发明的重力式挡土墙100的垂直桩120和倾斜桩110分别为两排或两排以上，图3以及图4为垂直桩以及倾斜桩的布桩形式示意图。其中，第一排垂直桩120距离基坑200的中心最近，其后的各排垂直桩120依次相互咬合排列，形成垂直截水帷幕140。倾斜桩110的设置相同，第一排倾斜桩110距离基坑200的中心最近，其后的各排倾斜桩110依次相互咬合排列形成倾斜截水帷幕130。
每一排垂直桩的相邻垂直桩之间均具有第一咬合点和第二咬合点，其中，第二咬合点与基坑200的中心的距离大于第一咬合点与基坑200的中心的距离，后一排倾斜桩的第一咬合点与前一排倾斜桩的第二咬合点相重合。
以垂直桩140为两排为例，如图3所示，垂直桩120包括第一排垂直桩121和第二排垂直桩122。
第一排垂直桩121包括依次排列的第一垂直桩1211、第二垂直桩1212、第三垂直桩1213和第三垂直桩1214等。相邻的第一垂直桩1211与第二垂直桩1212具有第一咬合点P11和第二咬合点P14，相邻的第二垂直桩1212和第三垂直桩1213具有第一咬合点P12和第二咬合点P15，相邻的第三垂直桩1213和第四垂直桩1214具有第一咬合点P13和第二咬合点P16。
第二排垂直桩122包括依次排列的第一垂直桩1221、第二垂直桩1222、第三垂直桩1223和第四垂直桩1224等。相邻的第一垂直桩1221与第二垂直桩1222具有第一咬合点P21和第二咬合点P24，相邻的第二垂直桩1222和第三垂直桩1223具有第一咬合点P22和第二咬合点P25，相邻的第三垂直桩1223和第四垂直桩1224具有第一咬合点P23和第二咬合点P26。
其中，第二排垂直桩122的第一咬合点P21与第一排垂直桩121的第二咬合点P14相重合，第二排垂直桩122的第一咬合点P22与第一排垂直桩121的第二咬合点P15相重合，第二排垂直桩122的第一咬合点P23与第一排垂直桩121的第二咬合点P16相重合。
如图4所示的垂直桩120’是三排结构，形成的垂直截水帷幕宽度更宽，截水效果更好。该实施例中，垂直桩120’包括第一排垂直桩121’、第二排垂直桩122’和第三排垂直桩123’。其中，第一排垂直桩121’具有第一咬合点P11’、P12’、P13’以及第二咬合点P14’、P15’、P16’，第二排垂直桩122’具有第一咬合点P21’、P22’、P23’以及第二咬合点P24’、P25’、P26’，第三排垂直桩123’具有第一咬合点P31’、P32’、P33’以及第二咬合点P34’、P35’、P36’。
第二排垂直桩122’的第一咬合点P21’、P22’、P23’分别与第一排垂直桩121’的第二咬合点P14’、P15’、P16’相重合，第三排垂直桩123’的第一咬合点P31’、P32’、P33’分别与第二排垂直桩122’的第二咬合点P24’、P25’、P26’相重合。
上述的垂直桩120和倾斜桩110分别是高压旋喷桩。
如图2所示，本发明的重力式挡土墙100还包括坑底支护结构170，坑底支护结构170设置于垂直截水帷幕140的下部。坑底支护结构170可以是排桩支护结构、钢板桩支护结构或水泥土挡墙。
参阅图5，以下对本发明的重力式挡土墙的施工方法进行说明。
步骤S100，桩机就位，由基坑200外侧的地表向侧面210倾斜设置多个倾斜桩130，多个倾斜桩110相互咬合搭接形成倾斜截水帷幕130，桩身排列形式如图3和图4所示，结合实际开挖深度及土质情况，可以适当增加截水帷幕宽度。
步骤S200，桩机就位，进行基坑200周边垂直桩120的施工，由基坑200的侧面210向基坑200的底面220设置多个垂直桩120，多个垂直桩120相互咬合搭接形成垂直截水帷幕140，桩身排列形式如图3和图4所示，结合实际开挖深度及土质情况，可以适当增加截水帷幕宽度，垂直截水帷幕140与倾斜截水帷幕130相围拢形成横截面为三角形的围拢区150，此时围拢区150内为含水量较大的淤泥。
步骤S300，对围拢区150内的淤泥土300进行排水固结施工，将围拢区150内的淤泥土进行工程性质改良，进而将改良后的土体加以利用，形成重力式挡土墙的一部分，转化为重力式挡土墙的主要重力单元。
步骤S400，进行基坑200开挖。
其中步骤S100之前还包括：根据基坑200的工程设计开挖深度和工程地质情况，设计倾斜桩130的桩位，计算倾斜桩130的长度。其中，倾斜桩130偏离基坑200外侧的地表的角度小于或等于45度。
步骤S300中的排水固结施工包括使用动力排水固结法、静力排水固结法、吹填淤泥排水固结法或电渗井点降水法进行排水固结。且于该步骤中，在排水固结施工的同时向围拢区150钻孔插入钢管、毛竹等筋材160，以利于土体固结后整体作用。
本发明技术方案中，两次分别施做倾斜截水帷幕130和垂直截水帷幕140，两截水帷幕在土层深处交叉，将围拢的三角形区域淤泥类土进行隔离，通过排水并插入筋材，将三角形区域土体有效固结为一个整体，从而形成重力式挡土墙100主要重力单元，土体固结后重度较斜面以下土体有极大提升，土体工程性质改良后对基坑200边缘的垂直截水帷幕140上部的水平推力大幅度减小，但是三角形区域土体沿斜面向下仍有很大推力，所以在基坑200底部另增设支护措施，坑底局部支护较开挖面整体支护内力要小很多。
故，在步骤S400还包括开挖至基坑200的坑底位置时，根据基坑200的坑底的变形情况，对基坑200的坑底进行坑底支护。其中，坑底支护包括使用排桩支护、钢板桩支护或水泥土挡墙进行支护。然后继续开挖基坑200至设计标高，进行后续施工。
下面以福州市某深基坑支护工程为例，对该技术应用进行全面阐述。该工程位于闽江入海口，地下水受潮汐作用强烈，潮汐高差达5m以上，根据地质勘查报告描述，场地内土层分布自上而下为：
(1)回填土：层厚0.50～1.00m，以回填砂土为主，局部为素填土。
(2)粘土：层厚0.50～1.20m，含水率44％。
(3)淤泥：层厚13.80～28.80m，含水率82％，远超过液限，处于流塑状态。
(4)粘土：层厚2.00～17.00m，含水率32％，隔水性良好。
其中淤泥层中伴有粉细沙夹层，潮汐水流在粉细沙夹层中影响显著，开挖不当会造成基坑涌水流沙，基坑设计深度18m，局部坑底开挖触及粘土层，大部分坑底仍处于淤泥层，开挖难度非常大。
结合图2，淤泥类土固结重力式挡土墙具体做法如下：
(1)依据基坑200设计深度18m，计划在距离基坑边缘20m处施工倾斜高压旋喷桩，倾斜角度β取45°，计算倾斜桩110的桩身长度，20×1.414＝28.3m，取30m进行施工。
(2)高压旋喷桩机就位进行倾斜桩110施工，倾斜桩110桩身排列形式如图3，倾斜45°向基坑200一侧钻进，桩身长度30m，重点控制倾斜角度β，保证各桩身重叠形成倾斜截水帷幕130。
(3)高压旋喷桩机就位进行垂直桩120施工，垂直桩120桩身排列形式如图3，垂直向下钻进，为封闭基坑200下部淤泥层，防止地下水影响，计划将桩身深入到粘土层中，取桩身2长31m，保证各桩身重叠形成垂直截水帷幕140。
(4)对倾斜截水帷幕130和垂直截水帷幕140围拢形成的围拢区150内的淤泥土300进行固结施工，本例采用电渗井点降水施工，尤为注意围拢区150内淤泥土300下角部位的排水固结，确保排水固结完全，在排水固结过程中向土体钻孔插入钢管、毛竹等筋材，以利于土体固结后形成整体作用。
(5)土体排水固结完成后，围拢区150内淤泥土300成为重力式挡土墙主要重力单元，其对前方垂直桩120上部水平推力较小，此时开始进行基坑200内土方开挖，安全性高，基坑200边缘不易出现变形坍塌。
(6)挖土至距离坑底设计标高2m，观察垂直截水帷幕140中下部略有隆起造成桩身横向裂缝，立即采取坑底支护措施，本例坑底支护结构170采用钢管桩支护结构，桩身长度满足插入粘土层。桩身所受内力较全开挖面支护要小得多，更具安全性。
(7)继续向下开挖2m达到坑底设计标高，由于预先做好坑底角支护工作，坑底没有发生过大变形，立即进行基坑验槽，进行坑底处理。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (17)
1.一种重力式挡土墙，设置于一淤泥类土质的基坑内，所述基坑包括侧面和底面，其特征在于，所述重力式挡土墙包括：
多个倾斜桩，由所述基坑外侧的地表向所述侧面倾斜且相互咬合搭接形成一倾斜截水帷幕；以及
多个垂直桩，设置于所述侧面且相互咬合搭接形成一垂直截水帷幕；
其中，所述垂直截水帷幕和所述倾斜截水帷幕围拢后形成一横截面为三角形的围拢区，所述围拢区内的淤泥土进行排水固结后形成一重力单元。
2.根据权利要求1所述的重力式挡土墙，其特征在于，所述倾斜截水帷幕与所述垂直截水帷幕的交点低于所述底面。
3.根据权利要求1所述的重力式挡土墙，其特征在于，还包括坑底支护结构，所述坑底支护结构设置于所述垂直截水帷幕的下部。
4.根据权利要求3所述的重力式挡土墙，其特征在于，所述坑底支护结构是排桩支护结构、钢板桩支护结构或水泥土挡墙。
5.根据权利要求1所述的重力式挡土墙，其特征在于，所述围拢区设置有多个筋材。
6.根据权利要求5所述的重力式挡土墙，其特征在于，所述筋材为钢管和/或毛竹。
7.根据权利要求1所述的重力式挡土墙，其特征在于，所述垂直桩和所述倾斜桩分别为向所述基坑外侧排列的两排或两排以上。
8.根据权利要求7所述的重力式挡土墙，其特征在于，每一排所述垂直桩的相邻垂直桩之间具有第一咬合点和第二咬合点，其中，所述第二咬合点与基坑的中心的距离大于所述第一咬合点与基坑的中心的距离，后一排所述垂直桩的第一咬合点与前一排所述垂直桩的第二咬合点相重合。
9.根据权利要求7所述的重力式挡土墙，其特征在于，每一排所述倾斜桩的相邻倾斜桩之间具有第一咬合点和第二咬合点，其中，所述第二咬合点与基坑的中心的距离大于所述第一咬合点与基坑的中心的距离，后一排所述倾斜桩的第一咬合点与前一排所述倾斜桩的第二咬合点相重合。
10.根据权利要求1所述的重力式挡土墙，其特征在于，所述垂直桩和所述倾斜桩分别是高压旋喷桩。
11.一种权利要求1所述的重力式挡土墙的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：
S100，由所述基坑外侧的地表向所述侧面倾斜设置多个所述倾斜桩，多个所述倾斜桩相互咬合搭接形成所述倾斜截水帷幕；
S200，由所述基坑的侧面向所述基坑的底面设置多个所述垂直桩，多个所述垂直桩相互咬合搭接形成所述垂直截水帷幕，所述垂直截水帷幕与所述倾斜截水帷幕相围拢；
S300，对所述围拢区内的淤泥土进行排水固结施工；
S400，进行基坑开挖。
12.根据权利要求11所述的重力式挡土墙的施工方法，其特征在于，所述步骤S100之前还包括如下步骤：
根据所述基坑的深度和地质情况，设计所述倾斜桩的桩位，计算所述倾斜桩的长度。
13.根据权利要求12所述的重力式挡土墙的施工方法，其特征在于，所述步骤S100还包括如下步骤：
所述倾斜桩偏离所述基坑外侧的地表的角度小于或等于45度。
14.根据权利要求11所述的重力式挡土墙的施工方法，其特征在于，所述步骤S300中的所述排水固结施工包括使用动力排水固结法、静力排水固结法、吹填淤泥排水固结法或电渗井点降水法进行排水固结。
15.根据权利要求11所述的重力式挡土墙的施工方法，其特征在于，所述步骤S300还包括如下步骤：
排水固结施工的同时向所述围拢区钻孔并插入钢管、毛竹等筋材。
16.根据权利要求11所述的重力式挡土墙的施工方法，其特征在于，所述步骤S400还包括如下步骤：
开挖至所述基坑的坑底位置时，根据所述坑底的变形情况，对所述坑底进行坑底支护。
17.根据权利要求16所述的重力式挡土墙的施工方法，其特征在于，所述坑底支护包括使用排桩支护、钢板桩支护或水泥土挡墙进行支护。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN109183803A (zh) * | 2018-09-21 | 2019-01-11 | 鸿厦建设有限公司 | 一种深基坑逆作施工装置及施工方法 |
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2014
- 2014-12-02 CN CN201410721327.8A patent/CN105714846B/zh active Active
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