CN106337421B - 一种格构式混凝土复合围护桩墙及基于bim的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种格构式混凝土复合围护桩墙及其基于BIM的施工方法，包括混凝土桩身，混凝土桩身的底部设有组合桩靴，混凝土桩身内设有格构体，格构体和混凝土桩身之间设有隔离套管，格构体内填充有回填材料，且格构体与隔离套管之间设有封口板，封口板通过连接型钢与格构体连接。本发明可将一部分围护结构设计为仅在基坑的开挖和回填过程中存在的临时性结构，基坑回填结束后，这部分临时性结构可回收循环使用；当周围环境有特殊要求时，基坑的围护墙施工组织计划要对此要求考虑周全，同时兼顾施工方便。

Description

一种格构式混凝土复合围护桩墙及基于BIM的施工方法

技术领域

本发明涉及一种格构式混凝土复合围护桩墙及其基于BIM的施工方法，属于土木工程学科中基坑工程的施工技术与管理领域。

背景技术

城市建设中，基坑围护逐渐成为不可避免的土木工程施工课题。施工过程中，既要保证开挖时基坑本身的安全施工，也要保证基坑周围道路、管线、既有建筑的正常使用。当基坑周围存在历史建筑、重点保护建筑时，其围护技术将会受到更加严峻的挑战。因为这些既有建筑对土体位移敏感，它们的存在在加大基坑围护桩墙外侧推力的同时，通常还要求施工现场不能有较大的振动荷载，不能产生挤土效应；且基坑施工场地狭窄，对施工设备也有一定的限制作用。

除止水帷幕外，以混凝土桩为基础的基坑围护桩墙通常有钻孔灌注桩、人工挖孔桩、沉管桩、预制管桩等形式。采用钻孔灌注桩作围护桩，需要大量护壁泥浆的进场与排放，工期较长且对环境有较大的污染，围护桩在基坑回填后而全部废弃在土体中，钢筋、混凝土等材料的浪费严重。授权号为200710074719.X的发明专利“使用人工挖孔桩的基坑支护及其施工方法”，提供了一种在相邻两个人工挖孔桩之间设置横向传力物，进而形成基坑围护墙的方法；但该技术所有围护桩体的材料也同样都不能回收。

授权号为200910096244.3的发明专利“用薄壁筒桩作围护桩的建筑物基坑围护结构的施工方法”，以沉管桩工艺为基础，通过同时压入内钢筒模板、外钢筒模板和预制桩头，并在内外钢筒模板围成的环形空间内放置钢筋笼、浇筑混凝土形成薄壁筒桩；通过“灌芯”加强内支撑处的桩体强度，保证了围护桩的质量。但该桩存在以下不足之处：（1）预制桩头和现浇桩身没有紧固连接，不能很好的整体工作，导致整个桩体根部锚固能力欠缺，不利于围护墙受力；（2）与整个桩的挤土体积比较，该技术桩头处的贯通孔能透过的土体体积有限，该桩仍然接近于完全挤土桩，不适用于周围环境对挤土效应严格的场地；（3）基坑开挖过程中，起支护作用的筒桩和“灌芯”的混凝土用量仍然较大，筒桩钢筋用量也较大。

申请号为201510882374.5的发明专利“一种基于BIM的预应力管桩的施工方法和预应力管桩”，先将钢筋混凝土管桩压入土层中，根据BIM技术确定不同工况下管桩的水平最大剪力及位置，通过在管桩中吊入设有工字钢的钢筋笼加强薄弱位置，增强预应力管桩的水平抗剪能力，实现基坑安全围护与施工。但该技术存在以下不足之处：依然属于挤土桩，不适于周围环境对挤土效应严格的场地；后植入管桩内部空间的工字钢、钢筋笼与管桩内壁之间存在一定的缝隙，不易和管桩共同工作，对基坑的水平位移控制不利。

综上，当周围存在对土体位移敏感的既有建筑物或构筑物、且场地施工狭窄时，目前的传统基坑围护方法存在诸多技术缺陷，且对钢筋、混凝土等建筑材料用量较大。

发明内容

针对现有技术的上述技术问题，本发明的目的是提供一种格构式混凝土复合围护桩墙及基于BIM的施工方法，当基坑回填完毕后，基坑侧壁的受力在一定程度上恢复到基坑开挖前的初始状态，不再需要高强度的围护墙体；可将一部分围护结构设计为仅在基坑的开挖和回填过程中存在的临时性结构，基坑回填结束后，这部分临时性结构可回收循环使用；当周围环境有特殊要求时，基坑的围护墙施工组织计划要对此要求考虑周全，同时兼顾施工方便。

为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种格构式混凝土复合围护桩墙，包括混凝土桩身，所述混凝土桩身的底部设有组合桩靴，混凝土桩身内设有格构体，所述的格构体和混凝土桩身之间设有隔离套管，所述格构体内填充有回填材料，且格构体与隔离套管之间设有封口板，所述封口板通过连接型钢与格构体连接。

所述的组合桩靴包括预制筒体，所述的预制筒体连接有翼缘钢筋网。

所述的格构体包括内部环撑和外侧筒体，外侧筒体与内部环撑固定连接，内部环撑顶部设有竖向螺孔，外侧筒体顶部设有水平螺孔。

所述的隔离套管设有底部透浆孔、阻力钉和定位孔，所述的定位孔位于阻力钉的上方，且定位孔与外侧筒体顶部的水平螺孔匹配，通过螺栓将隔离套管和格构体固定连接，所述的阻力钉位于底部透浆孔的上方。

所述的混凝土桩身包括现浇混凝土，所述现浇混凝土上设有构造钢筋笼，所述构造钢筋笼上设有预埋套筒，所述预埋套筒上设有橡胶帽。

所述的封口板包括连接螺孔和型钢连接件，所述的连接螺孔与内部环撑顶部的竖向螺孔、预埋套筒均连接，通过螺栓连接使格构体、隔离套管和混凝土桩身固结在一起。

一种格构式混凝土复合围护桩墙基于BIM的施工方法，包括以下步骤：

（1）建立场地的BIM三维模型，优化围护桩参数；

（2）桩孔施工：测量定位，在安全的情况下将围护桩桩孔施工至设计深度；

（3）沉放组合桩靴：将组合桩靴沉放在桩孔底部，并准确定位，使其形心与桩孔形心重合；

（4）放入增强格构体；

（5）在隔离套管的外侧安放构造钢筋笼；

（6）浇筑翼缘钢筋网周围的混凝土和桩身现浇混凝土，使组合桩靴、隔离套管和混凝土桩身固结成一个整体；

（7）安装桩顶封口板；

（8）形成复合围护墙：重复步骤（2）至步骤（7），逐一施工围护桩，将连接型钢和封口板上的型钢连接件螺栓连接，形成复合围护桩墙；

（9）制定格构体，拔出施工组织计划：通过BIM模型，结合施工进度，确定格构体的拔出时间和拔出顺序，确保施工现场安全的前提下尽早实现格构体的循环使用；

（10）按照施工组织计划，回收格构体：格构体以单桩为单位逐个回收。

所述的步骤（4）包括以下步骤：

（4-1）、在地表平台上拼装格构体，并在外侧筒体表面涂刷一层脱模剂，以便后期顺利吊出；

（4-2）、将隔离套管套在格构体上，调整隔离套管使定位孔和水平螺孔重合；

（4-3）、用螺栓由内及外，通过水平螺孔和定位孔将格构体和隔离套管连接；

（4-4）、将格构体及隔离套管一起起吊并安放桩孔中，使其形心与桩孔形心重合；此时格构体搁置在组合桩靴的预制筒体上，隔离套管底部则套在预制筒体上部的外侧。

所述的步骤（7）包括以下步骤：

（7-1）、拧去构造钢筋笼顶端预埋套筒上的橡胶帽；

（7-2）、将封口板放在在格构体上，调整使连接螺孔与预埋套筒、格构体上的竖向螺孔准确对应；

（7-3）、用连接螺栓通过连接螺孔将封口板固定在格构体和混凝土桩身上。

所述步骤（10）每个格构体的回收包括以下步骤：

（10-1）、拆除连接型钢；

（10-2）、拆除桩顶封口板；

（10-3）、吊出格构体；

（10-4）、用回填材料回填桩孔，优先采用工地现场的建筑垃圾进行回填。

本发明格构式混凝土复合围护桩墙及基于BIM的施工方法，与传统的基坑围护体系相比，具有以下优点：

1、采用人工挖孔形式，不挤土，没有泥浆循环，满足了周围存在对土体位移敏感的既有建筑物或构筑物、且场地施工狭窄时的施工要求。目前的传统基坑围护方法存在诸多技术缺陷，且对钢筋、混凝土等建筑材料用量较大。

2、采用格构体代替围护桩墙内的实心钢筋混凝土，用构造钢筋笼代替受力钢筋笼，且格构体在施工后期可以完全拔出，实现循环使用。与传统方法相比，基坑围护桩墙节省了约1/3的混凝土用量，同时节省了钢筋用量。

3、采用预制部分和现浇部分相结合的组合桩靴，在保证施工质量的同时，确保整个复合围护桩固结在一起协同工作。

4、格构体拔出后，现场建筑垃圾可用来填充相应桩孔，减少了建筑垃圾的污染和处理费用。

5、 围护桩墙的深度、直径设计和格构体拔出的施工组织，均通过BIM三维模型进行优化。

附图说明

图1 为本发明中的组合桩靴的结构示意图；

图2 为本发明中的格构体的结构示意图；

图3为本发明中的隔离套管的结构示意图；

图4为本发明中的单个桩体未浇混凝土前的横截面的结构示意图；

图5为本发明中的混凝土桩身顶部的结构示意图；

图6为本发明中的封口板的结构示意图；

图7 为本发明中的格构体吊出后复合桩体纵向剖面结构示意图；

图8 为本发明中的围护墙整体结构示意图；

图9为本发明的单个桩体内部填充回填材料后的横截面结构示意图；

其中： 1-组合桩靴，11-预制筒体，12-翼缘钢筋网；2-格构体，21-内部环撑，22外侧筒体，23-竖向螺孔，24-水平螺孔；3-隔离套管，31-定位孔，32-阻力钉，33-底部透浆孔；4-混凝土桩身，41-构造钢筋笼，42-预埋套筒，43-橡胶帽，44-现浇混凝土；5-封口板，51-连接螺孔，52-型钢连接件；6-连接型钢；7-回填材料；8-桩侧土体。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

实施例

某基坑工程，深度为6.00m。基坑西侧为砖石结构的某名人故居，南侧为某烈士纪念碑，均为重点保护文物；东侧为某电信大楼，北侧为城市主干道。施工场地狭小，且周围环境不允许挤土、振动。

本实施例中的格构式混凝土复合围护桩墙，包括混凝土桩身4，混凝土桩身4的底部设有组合桩靴1，混凝土桩身4内设有格构体2，格构体2和混凝土桩身4之间设有隔离套管3，格构体2内填充有回填材料7，且格构体2与隔离套管3之间设有封口板5，封口板5通过连接型钢6与格构体2连接，连接型钢6主要起到将单个桩体连接成围护墙的作用，优选工字钢或槽钢。回填材料7为能够充填桩孔的材料，优选现场施工垃圾。

本实施例中的组合桩靴1包括预制筒体11，预制筒体11连接有翼缘钢筋网12，用来保证桩底的混凝土质量。

本实施例中的格构体2包括内部环撑21和外侧筒体22，外侧筒体22与内部环撑21固定连接，内部环撑21顶部设有竖向螺孔23，外侧筒体22顶部设有水平螺孔24。基坑工程施工过程中，格构体2代替常规灌注桩的桩芯混凝土加固基坑侧壁，抵抗外侧推力；基坑工程施工完毕后，格构体2可以完全回收。

本实施例中的隔离套管3设有底部透浆孔33、阻力钉32和定位孔31，定位孔31位于阻力钉32的上方，阻力钉32分布在隔离套管3的外侧，沿隔离套管深度方向每隔0.5m净间距设置一组，每组3排，对称排列；可以增加隔离套管3和外侧现浇混凝土44的摩擦阻力。

且定位孔31与水平螺孔24匹配，通过螺栓将隔离套管3和格构体2固定连接，阻力钉32位于底部透浆孔33的上方。底部透浆孔33仅在隔离套管3底部对称设置1排，可使外侧现浇混凝土44中的水泥砂浆透过并达到预制筒体11的外侧，使组合桩靴1、隔离套管3、混凝土桩身4形成一个承力整体。

作为优选的，隔离套管3选用PVC材质。

本实施例中的混凝土桩身4包括现浇混凝土44，现浇混凝土44上设有构造钢筋笼41，构造钢筋笼41上设有预埋套筒42，预埋套筒42上设有橡胶帽43。

本实施例中的封口板5包括连接螺孔51和型钢连接件52，连接螺孔51与竖向螺孔23、预埋套筒42均连接，通过螺栓连接使格构体2、隔离套管3和混凝土桩身4固结在一起。

本实施例还提供一种格构式混凝土复合围护桩墙及其基于BIM的施工方法，主要包括以下步骤：

（1）建立场地的BIM三维模型,优化设计。根据现场情况和工程图纸，对将要施工的工程进行建模，并将基坑周围的道路、管道、已有建筑等信息输入模型，优化围护桩的深度、直径等参数。

采用本发明一种格构式混凝土复合围护桩墙及其基于BIM的施工方法：围护混凝土桩设计总桩长12.00m，外直径1.50m，内直径1.00m，壁厚0.25m；组合桩靴1总高0.20m，预制筒体11的底部直径1.50m、高0.10m；预制筒体11的上部外直径0.98m、壁厚0.1m，高0.10m；隔离套管3为PVC材质，外直径1.00m，内直径0.98m，壁厚0.01m，长11.90m；格构体2外直径0.98m，长11.80m。

（2）桩孔施工。测量定位，在安全的情况下将围护桩桩孔施工至设计深度。优选地，采用人工挖孔。

（3）沉放组合桩靴1。将组合桩靴1沉放在桩孔底部，并准确定位，使其形心与桩孔形心重合。

（4）放入增强格构体2。该步骤包括以下4个环节：

（4-1）在地表平台上拼装格构体2，并在外侧筒体22表面涂刷一层脱模剂，以便后期顺利吊出；

（4-2）将隔离套管3套在格构体上，调整隔离套管3使定位孔31和水平螺孔24重合；

（4-3）用螺栓由内及外，通过水平螺孔24和定位孔31将格构体2和隔离套管3连接；

（4-4）将格构体2及隔离套管3一起起吊并安放桩孔中，使其形心与桩孔形心重合；此时格构体2搁置在组合桩靴1的预制筒体11上，隔离套管3底部则套在预制筒体11上部的外侧。

（5）在隔离套管3的外侧安放构造钢筋笼41。

（6）浇筑翼缘钢筋网12周围的混凝土和桩身现浇混凝土44，使组合桩靴1、隔离套管3和混凝土桩身4固结成一个整体。

（7）安装桩顶封口板5。该步骤包括以下4个环节：

（7-1）拧去构造钢筋笼41顶端预埋套筒42上的橡胶帽43；

（7-2）将封口板5放在在格构体2上，调整使连接螺孔51与预埋套筒42、格构体2上的竖向螺孔23准确对应；

（7-3）用连接螺栓通过连接螺孔51将封口板5固定在格构体2和混凝土桩身4上。

（8）形成复合围护墙。重复步骤（2）至步骤（7），逐一施工围护桩，将连接型钢6和封口板5上的型钢连接件52螺栓连接，形成复合围护桩墙。

（9）制定格构体2拔出施工组织计划。通过BIM模型，结合施工进度，确定格构体2的拔出时间和拔出顺序，确保施工现场安全的前提下尽早实现格构体2的循环使用。

经过BIM模型模拟，确定本基坑的格构体拔出方案为：在基坑全部回填完毕后开始拔出格构体；拔出的先后顺序依次为北侧城市主干道侧边、东侧某电信大楼侧边、南侧烈士纪念碑侧边、东侧名人故居西侧边；每拔出两个格构体，立即采用现场建筑垃圾回填相应桩孔。

（10）按照施工组织计划，回收格构体2。格构体以单桩为单位逐个回收，每个格构体2的回收均包含以下步骤：

（10-1）拆除连接型钢6；

（10-2）拆除桩顶封口板5；

（10-3）吊出格构体2；

（10-4）用回填材料7回填桩孔，优先采用工地现场的建筑垃圾进行回填。

上述实施例仅用于解释说明本发明的发明构思，而非对本发明权利保护的限定，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种格构式混凝土复合围护桩墙，其特征在于：包括混凝土桩身，所述混凝土桩身的底部设有组合桩靴，混凝土桩身内设有格构体，所述的格构体和混凝土桩身之间设有隔离套管，所述格构体内填充有回填材料，且格构体与隔离套管之间设有封口板，所述封口板通过连接型钢与格构体连接；所述的组合桩靴包括预制筒体，所述的预制筒体连接有翼缘钢筋网；所述的隔离套管设有底部透浆孔、阻力钉和定位孔，所述的定位孔位于阻力钉的上方，且定位孔与外侧筒体顶部的水平螺孔匹配，通过螺栓将隔离套管和格构体固定连接，所述的阻力钉位于底部透浆孔的上方。

2.如权利要求1所述的格构式混凝土复合围护桩墙，其特征在于：所述的格构体包括内部环撑和外侧筒体，所述的外侧筒体与内部环撑固定连接，所述的内部环撑顶部设有竖向螺孔，所述的外侧筒体顶部设有水平螺孔。

3.如权利要求1所述的格构式混凝土复合围护桩墙，其特征在于：所述的混凝土桩身包括现浇混凝土，所述现浇混凝土上设有构造钢筋笼，所述构造钢筋笼上设有预埋套筒，所述预埋套筒上设有橡胶帽。

4.如权利要求1所述的格构式混凝土复合围护桩墙，其特征在于：所述的封口板包括连接螺孔和型钢连接件，所述的连接螺孔与内部环撑顶部的竖向螺孔、预埋套筒均连接，通过螺栓连接使格构体、隔离套管和混凝土桩身固结在一起。

5.一种如权利要求1所述的格构式混凝土复合围护桩墙基于BIM的 施工方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）建立场地的BIM三维模型，优化围护桩参数；

（2）桩孔施工：测量定位，在安全的情况下将围护桩桩孔施工至设计深度；

（3）沉放组合桩靴：将组合桩靴沉放在桩孔底部，并准确定位，使其形心与桩孔形心重合；

（4）放入增强格构体；

（5）在隔离套管的外侧安放构造钢筋笼；

（6）浇筑翼缘钢筋网周围的混凝土和桩身现浇混凝土，使组合桩靴、隔离套管和混凝土桩身固结成一个整体；

（7）安装桩顶封口板；

（8）形成复合围护墙：重复步骤（2）至步骤（7），逐一施工围护桩，将连接型钢和封口板上的型钢连接件螺栓连接，形成复合围护桩墙；

（9）制定格构体，拔出施工组织计划：通过BIM模型，结合施工进度，确定格构体的拔出时间和拔出顺序，确保施工现场安全的前提下尽早实现格构体的循环使用；

（10）按照施工组织计划，回收格构体：格构体以单桩为单位逐个回收。

6.如权利要求5所述格构式混凝土复合围护桩墙基于BIM的施工方法，其特征在于所述的步骤（4）包括以下步骤：

（4-1）、在地表平台上拼装格构体，并在外侧筒体表面涂刷一层脱模剂，以便后期顺利吊出；

（4-2）、将隔离套管套在格构体上，调整隔离套管使定位孔和水平螺孔重合；

（4-3）、用螺栓由内及外，通过水平螺孔和定位孔将格构体和隔离套管连接；

（4-4）、将格构体及隔离套管一起起吊并安放桩孔中，使其形心与桩孔形心重合；此时格构体搁置在组合桩靴的预制筒体上，隔离套管底部则套在预制筒体上部的外侧。

7.如权利要求5所述格构式混凝土复合围护桩墙基于BIM的施工方法，其特征在于所述的步骤（7）包括以下步骤：

（7-1）、拧去构造钢筋笼顶端预埋套筒上的橡胶帽；

（7-2）、将封口板放在格构体上，调整使连接螺孔与预埋套筒、格构体上的竖向螺孔准确对应；

（7-3）、用连接螺栓通过连接螺孔将封口板固定在格构体和混凝土桩身上。

8.如权利要求5所述格构式混凝土复合围护桩墙基于BIM的施工方法，其特征在于所述步骤（10）每个格构体的回收包括以下步骤：（10-1）、拆除连接型钢；

（10-2）、拆除桩顶封口板；

（10-3）、吊出格构体；

（10-4）、用回填材料回填桩孔，优先采用工地现场的建筑垃圾进行回填。