CN108071118A - 一种支护结构及其施工方法和兼做支护结构的叠合桩墙 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种支护结构及其施工方法和兼做支护结构的叠合桩墙，它包括有水泥土搅拌墙，空腹型钢。空腹型钢置于水泥土搅拌墙内，在基坑外形成一道侧向挡土隔水围护墙。本发明通过对现有的型钢进行改造、组合，并可将其与主体结构共同参与永久工作，提高等单位重量条件下钢材的力学性能，具有侧向刚度大、造价节约、施工便捷等优点。提高了资源利用率，增强了支护结构的安全度，本发明具有经济、环保、安全度大等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型的基坑支护结构及其施工方法，属于建筑工程领域。
背景技术
基坑支护结构是一种临时结构，具有资源消耗大，风险高，周期长，易污染等特点。基坑支护结构在地下结构施工期间起到挡土隔水、保护周边环境的作用。当主体结构出地面，支护结构就失去作用，不能回收或拆除的部分就变成地下障碍物。随着城市地下空间的大量开发，如何降低支护结构资源消耗，降低对环境影响一直是工程界研究的重要课题。
常见的支护结构包括灌注桩、地下连续墙、SMW工法、重力式挡墙等，其中SMW工法由日本引进，是以多轴型钻掘搅拌机在现场向一定深度进行钻掘，同时在钻头处喷出水泥系强化剂而与地基土反复混合搅拌，在各施工单元之间则采取重叠搭接施工，然后在水泥土混合体未结硬前插入H型钢或钢板作为其应力补强材，至水泥结硬，便形成一道具有一定强度和刚度的、连续完整的、无接缝的地下墙体。但是由于型钢自身刚度限制，对于深大基坑，SMW工法控制变形能力较弱，不能满足深大基坑及环境复杂的要求。
且当主体结构出地面，支护结构就失去作用，不能回收或拆除的部分就变成地下障碍物。叠合墙的理念是利用支护结构作为主体结构的一部分，参与永久工作，从而节约工程造价和占地空间。
地下连续墙，排桩等支护形式均有条件与地下室外墙结合形成叠合墙，目前地下连续墙与外墙结合形成叠合墙的实例较多，但地下连续墙具有造价昂贵、施工速度慢且工艺复杂等缺点，一般用在环境保护要求高的深大基坑工程中。钻孔灌注桩由于具有平整性差、污染大等缺点，作为叠合墙的运用较少。而型钢作为支护结构往往考虑回收，若不回收则成本较大，故一般也不作为叠合墙。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种支护结构及其施工方法和兼做支护结构的叠合桩墙，具有侧向刚度大、资源利用率高、节约工程造价、施工便捷等优点。
本发明的实现由以下技术方案完成：
一种支护结构，包括水泥土搅拌墙，其特征在于，还包括空腹型钢，所述空腹型钢置于水泥土搅拌墙内，在基坑外形成一道侧向挡土隔水围护墙。
优选地，所述空腹型钢由实腹型钢从腹板切割成两块后卡接形成。
优选地，所述空腹型钢由实腹型钢从腹板切割成两块后焊接形成。
优选地，所述空腹型钢是由实腹型钢沿腹板切割成两块形状相同的凹凸状型钢再错峰焊接形成的拼接空腹型钢。
优选地，所述空腹型钢是由实腹型钢沿腹板切割成两半、再由焊接钢构件连接成一体的组合空腹型钢。
优选地，所述实腹型钢是热轧型钢整材。
优选地，所述水泥土搅拌墙沿所述基坑边线布置，所述空腹型钢插入基坑底以下长度为基坑深度的0.5～3.0倍。
优选地，还包括支撑体系，所述支撑体系由一道或若干道围檩及支撑和/或锚组成。
优选地，所述围檩包括钢砼围檩、钢围檩；所述支撑和/或锚包括水平钢和/或钢砼支撑，斜向钢和/或钢砼支撑，水平和/或斜向锚杆；每道支撑和/或锚均与同道围檩浇筑或焊接形成该道支撑体系。
优选地，所述水泥土搅拌墙通过机械搅拌或者旋喷在土中掺入一定量的水泥形成一定宽度的水泥土加固体；所述水泥土搅拌墙是若干单轴水泥土搅拌桩、两轴水泥土搅拌桩、三轴水泥土搅拌桩、五轴水泥土搅拌桩、旋喷桩、TRD中的至少一种。
还提供一种兼做支护结构的叠合桩墙，包括水泥土搅拌墙，桩侧混凝土面墙，其特征在于，还包括空腹型钢和桩墙连接件，所述空腹型钢置于水泥土搅拌墙内；所述桩侧混凝土面墙与所述空腹型钢通过所述桩墙连接件连接形成地下室外墙。
优选地，所述空腹型钢由实腹型钢从腹板切割成两块后卡接形成。
优选地，所述空腹型钢由实腹型钢从腹板切割成两块后焊接形成。
优选地，所述空腹型钢是由实腹型钢沿腹板切割成两块形状相同的凹凸状型钢再错峰焊接形成的拼接空腹型钢。
优选地，所述空腹型钢是由实腹型钢沿腹板切割成两半、再由焊接钢构件连接成一体的组合空腹型钢。
优选地，所述实腹型钢是热轧型钢整材。
优选地，所述水泥土搅拌墙沿所述基坑边线布置，所述空腹型钢插入基坑底以下长度为基坑深度的0.5～3.0倍。
并提出一种支护结构的施工方法，包括如下步骤:
100，沿基坑边线施工水泥土搅拌桩以形成水泥土搅拌墙，水泥土搅拌桩施工后及时插入空腹型钢；
优选地，还包括：
200，施工第一支撑体系或悬臂；
300，待支第一撑体系达到设计强度或形成悬臂后沿支护结构侧壁垂直开挖土方至第二道支撑体系底部；
400，按照第二、三步骤依次施工第二至最下支撑体系或悬臂；
500，基坑开挖至坑底后，施工主体地下结构，依次施工换撑，拆除对应支撑体系或悬臂；
600，主体地下结构施工完成后，密实回填主体地下结构外墙与水泥土搅拌墙之间的空隙。
优选地，所述空腹型钢由实腹型钢从腹板切割成两块后卡接形成。
优选地，所述空腹型钢由实腹型钢从腹板切割成两块后焊接形成。
优选地，所述空腹型钢是由实腹型钢沿腹板切割成两块形状相同的凹凸状型钢再错峰焊接形成的拼接空腹型钢。
优选地，所述空腹型钢是由实腹型钢沿腹板切割成两半、再由焊接钢构件连接成一体的组合空腹型钢。
优选地，所述实腹型钢是热轧型钢整材。
优选地，所述水泥土搅拌墙沿所述基坑边线布置，所述空腹型钢插入基坑底以下长度为基坑深度的0.5～3.0倍。
本发明的有益效果是：同样钢材材料条件下，通过再加工形成空腹型钢提高型钢的侧向刚度，进而使支护结构侧向刚度大、资源利用率高、节约工程造价；且形成主体结构后无需拆除支护结构中的水泥土墙，使其形成叠合桩墙，施工便捷提高资源利用率。
附图说明
图1是现有技术中型钢横截面示意图；
图2A.是一种空腹型钢形成示意图；；
图2B.是图2A中实腹型钢切割后横截面示意图；
图2C.是图2A空腹型钢横截面示意图
图3A.是图2A中空腹型钢构建支护结构示意图
图3B.是图2A中空腹型钢构建叠合桩墙示意图
图4A.是一种空腹型钢形成示意图
图4B.是图4A中实腹型钢切割后横截面示意图
图4C.是图4A中空腹型钢横截面示意图
图5A.是图4A中空腹型钢构建支护结构示意图
图5B.是图4A中空腹型钢构建叠合桩墙示意图
图6.是一种空腹型钢形成示意图
图7.是支护结构的施工方法流程图
图中1为实腹型钢；2为实腹型钢翼缘；3为实腹型钢腹板；4为腹板切割缝；5为切割后实腹型钢；6为切割后实腹型钢；7为腹板焊缝；8为腹板镂空；9为拼接空腹型钢；10为水泥土搅拌墙；11为第一支撑体系；12为第二支撑体系；13为第三支撑体系；14为主体地下结构；15为底板换撑；16为对称切割后实腹型钢；17为组合空腹型钢；18为菱形钢板；19为中楼板换撑；20为桩墙连接件；21为桩侧混凝土面墙；22为支撑围檩；41为卡接结构。
下面结合附图，通过实施例对本发明做进一步描述。
具体实施方式
为解决现有技术中存在的问题，申请人提出一种水泥土搅拌墙内插拼接空腹型钢的支护结构及其施工方法，如图7所示，并参考图2A～图6，该支护结构的施工方法包括如下步骤：
第一步100，沿基坑边线施工水泥土搅拌桩以形成水泥土搅拌墙10，水泥土搅拌桩施工后及时插入空腹型钢；
在施工地下室或主体地下结构14中，可在后续形成多道支撑体系或悬臂以达到逐层次形成支撑结构并最终形成地下室或主体地下结构14。因而可以还包括如下步骤：
第二步200，施工第一支撑体系11或悬臂(未示出)；
第三步300，待第一支撑体系11达到设计强度或形成悬臂(未示出)后沿支护结构侧壁垂直开挖土方至第二支撑体系12底部；
第四步400，按照200、300步骤依次施工第二至最下支撑体系或悬臂，即第三支撑体系13；
第五步500，基坑开挖至坑底后，施工主体地下结构14，依次施工底板换撑，底板换撑达到设计强度后拆除对应支撑体系或悬臂(未示出)；
第六步600，主体地下结构14施工完成后，密实回填主体地下结构14外墙与水泥土搅拌墙10之间的空隙。
以下说明步骤100：
现有技术中在步骤100中直接插入图1所示的实腹型钢1(为型钢整材)，其横截面成工字型，包括结构实腹型钢翼缘2和实腹型钢腹板3；由于实腹型钢1横向惯性矩较小，直接插入水泥土搅拌桩内形成水泥土搅拌墙10后，挡土体系侧向刚度较小，资源利用率低。
为解决上述技术问题，申请人在试验中发现一种通过增加两侧Y翼缘2间距，在实腹型钢腹板3上形成空腔结构的空腹型钢可以实现增加实腹型钢1横向惯性矩，提高侧向刚度、且相同规格水泥土搅拌桩插入的空腹型钢资源利用率高，有效节约造价。
申请人在本实施例中采用的空腹型钢由实腹型钢1从腹板切割成后焊接形成。
较佳地，上述空腹型钢是由实腹型钢1沿腹板切割成形状相同的凹凸状型钢再错峰焊接形成的拼接空腹型钢。
参考图2A～2C，详细说明本实施例，申请人使用现有实腹型钢1形成一种拼接空腹型钢9，现有实腹型钢1原截面长D1，沿腹板切割缝4将型钢切割成两半，型钢整材切割后实腹型钢5和6腹板凸处长h2，凹处长h1，其中h2大于D1的一半，h1小于D1的一半。将实腹型钢1切割后的切割后实腹型钢5和6进行错峰拼接，拼接缝7处进行焊接后形成拼接空腹型钢9，在拼接空腹型钢9内形成腹板镂空8，该腹板镂空8的几何边沿增加了向实腹型钢翼缘2的应力，从而拼接空腹型钢9的侧向刚度大于实腹型钢1。空腹型钢9截面长D2，比实腹型钢1截面长D1增加△h，即在同样规格的水泥土搅拌桩插入拼接空腹型钢9，使用的钢材更少。因而拼接空腹型钢9的侧向刚度大、资源利用率高，可有效节约造价。拼接空腹型钢9截面长度D2通过调整腹板切割缝4的h2-h1之差控制。
优选地，上述形成拼接空腹型钢9中腹板镂空8形状的腹板切割缝4可采取其他构造，如椭圆和直线交替连接的腹板切割缝4，将切割后实腹型钢5和6在各自直线上对准焊接，从而形成椭圆边沿的腹板镂空8，该种腹板镂空8向实腹型钢翼缘2的应力更大，并且可以节约更多的钢材。
申请人在另一个实施例中，所述空腹型钢是由实腹型钢1沿腹板切割成两半、再由焊接钢构件连接成一体的组合空腹型钢。
参考图4A～4C，详细说明本另一个实施例，申请人使用现有实腹型钢1形成一种拼接空腹型钢，现有实腹型钢1截面长D1，沿腹板切割缝4将实腹型钢1切割成相同的两半，实腹型钢1切割后实腹型钢16截面长为D1的一半。使用若干块菱形钢板18把两根对称切割后实腹型钢16焊接成一根组合空腹型钢17，组合空腹型钢17横截面长D2，比原实腹型钢1截面长D1增加△h。组合空腹型钢17侧向刚度大、且相同规格水泥土搅拌桩插入的空腹型钢资源利用率高，有效节约造价。组合空腹型钢17横截面长D2通过调整菱形钢板18的宽度控制，组合空腹型钢17腹板的镂空率通过菱形钢板18大小和间距调整。
参考图6，申请人还提出了另外一种无须焊接同样也可以实现侧向刚度大、且相同规格水泥土搅拌桩插入的空腹型钢资源利用率高，有效节约造价的空腹型钢。申请人设计特定腹板切割缝4以一次或多次切割出若干相同形状的卡接结构41，两块切割后实腹型钢错峰卡接即可牢固卡接在一起形成空腹型钢，具有侧向刚度大、资源利用率高，可有效节约造价。当然还有其他多种卡接形状，申请人在此不再赘述。
需要说明的是，申请人在实际中也采取直接工业化生产一次成型的、在预定规格水泥土搅拌桩使用的空腹型钢。该种一次成型的空腹型钢能更有效控制腹板镂空向实腹型钢翼缘的应力，同样具有侧向刚度大、资源利用率高，可有效节约造价并且设计、生产便捷。
较佳地，上述实腹型钢1为与现有技术中相同的热轧型钢整材或型钢整材。
较佳地，水泥土搅拌墙10底标高略低于空腹型钢9或17底标高，以确保空腹型钢9或17顺利插入，支护结构插入基坑底以下长度为基坑深度的0.5～3.0倍。
参考图3A和5A，以下详细说明步骤200～600：
形成水泥土搅拌墙10后，施工第一支撑体系11；第一支撑体系11由一道或若干道围檩及支撑和/或锚组成。
待支撑体系11达到设计强度后沿支护结构侧壁垂直开挖土方至第二支撑体系12；第二支撑体系12由一道或若干道围檩及支撑和/或锚组成。按上述循环依次施工，开挖至基坑坑底后，施工主体地下结构14，施工底板换撑15，待底板换撑15达到设计强度后拆除第二支撑体系12；施工中楼板换撑19，待中楼板换撑19达到设计强度后，拆除第一支撑体系11；主体地下结构14施工出地面后，地下室外墙与搅拌墙10之间回填密实。
较佳地，上述围檩包括但不限于钢砼围檩、钢围檩；所述支撑和/或锚包括但不限于水平钢和/或钢砼支撑，斜向钢和/或钢砼支撑，水平和/或斜向锚杆；每道支撑和/或锚均与同道围檩浇筑或焊接形成该道支撑体系。
在另外一个实施例中，采用悬臂(未示出)代替上述支撑体系。悬臂(未示出)是现有技术，申请人在此不再赘述。
较佳地，上述水泥土搅拌墙通过机械搅拌或者旋喷在土中掺入一定量的水泥形成一定宽度的水泥土加固体；所述水泥土搅拌墙是若干单轴水泥土搅拌桩、两轴水泥土搅拌桩、三轴水泥土搅拌桩、五轴水泥土搅拌桩、旋喷桩、TRD中的至少一种。
通过上述支护结构的施工方法形成了本发明的支护结构，包括水泥土搅拌墙10，支撑体系；还包括空腹型钢，所述空腹型钢置于水泥土搅拌墙10内，在基坑外形成一道侧向挡土隔水围护墙，所述支撑体系由一道或若干道围檩及支撑和/或锚组成。
该支护结构的各技术特征在施工方法中已作详细叙述，申请人在此不再赘述。
形成支护结构并以之完成主体地下结构14后，现有技术中一般回收水泥土搅拌墙中的型钢。申请人在采用空腹型钢后，回收钢材价值有限、且容易造成污染，因而申请人将该水泥土搅拌墙10与主体地下结构14外墙结合形成一叠合桩墙，可以施工便捷、提高土地利用率、降低施工难度。
参考图3B和5B，详细说明该兼做支护结构的叠合桩墙，包括水泥土搅拌墙10，桩侧混凝土面墙21，还包括空腹型钢和桩墙连接件20，所述空腹型钢置于水泥土搅拌墙内10；所述桩侧混凝土面墙21与所述空腹型钢通过所述桩墙连接件20连接形成地下室外墙。叠合桩墙既为围护结构，同时作为主体地下室外，墙通过对现有的型钢进行改造、组合，提高等单位重量条件下钢材的力学性能，并将其与主体结构共同参与永久工作。本申请具有侧向刚度大、造价节约、施工便捷等优点。
叠合桩墙中的上述空腹型钢在施工方法中已作详细叙述，申请人在此不再赘述。以下说明桩墙连接件20。
空腹型钢置于水泥土搅拌墙10内，施工支撑围檩22，同时在安装支撑围檩22上桩墙连接件20。
土方开挖至坑底后，凿除基坑内侧空腹型钢附着的水泥土，并将空腹型钢间水泥土凿平后，空腹型钢上焊接桩墙连接件20。
在桩侧混凝土面墙21上绑扎钢筋，并将桩墙连接件20与桩侧混凝土面墙21上的钢筋焊接，支模后浇筑混凝土面墙21，混凝土面墙21与空腹型钢9和17及水泥土搅拌墙10共同形成地下室外墙。
在其他实施例中，若需要回收空腹型钢，在拔出空腹型钢后，应及时注浆填充留下的空隙。
本申请具有有益效果：依照本施工方法形成的支护结构完成地下主体结构后作为叠合桩墙，该施工方法及其支护结构和叠合桩墙具有侧向刚度大、资源利用率高、节约工程造价、施工便捷等优点。
虽然以上实施例已经参照附图对本发明的目的的构思和实施例做了详细说明，但本领域普通技术人员可以认识到，在没有脱离权利要求限定范围的前提条件下，仍然可以对发明作出各种改进和变换，如：各部件具体的结构形式、尺寸大小、数量等，故在此不一一赘述。
Claims (17)
1.一种支护结构，包括水泥土搅拌墙，其特征在于，还包括空腹型钢，所述空腹型钢置于水泥土搅拌墙内，在基坑外形成一道侧向挡土隔水围护墙。
2.根据权利要求1所述的支护结构，其特征在于：所述空腹型钢由实腹型钢从腹板切割后卡接和/或焊接形成。
3.根据权利要求2所述的支护结构，其特征在于：所述空腹型钢是由实腹型钢沿腹板切割成形状相同的凹凸状型钢再错峰焊接形成的拼接空腹型钢。
4.根据权利要求2所述的支护结构，其特征在于：所述空腹型钢是由实腹型钢沿腹板切割、再由焊接钢构件连接成一体的组合空腹型钢。
5.根据权利要求1所述的支护结构，其特征在于：所述水泥土搅拌墙沿所述基坑边线布置，所述空腹型钢插入基坑底以下长度为基坑深度的0.5～3.0倍。
6.根据权利要求1所述的支护结构，其特征在于：还包括支撑体系，所述支撑体系由一道或若干道围檩及支撑和/或锚组成。
7.一种兼做支护结构的叠合桩墙，包括水泥土搅拌墙，桩侧混凝土面墙，其特征在于，还包括空腹型钢和桩墙连接件，
所述空腹型钢置于水泥土搅拌墙内；
所述桩侧混凝土面墙与所述空腹型钢通过所述桩墙连接件连接形成地下室外墙。
8.根据权利要求7所述的叠合桩墙，其特征在于：所述空腹型钢由实腹型钢从腹板切割后卡接和/或焊接形成。
9.根据权利要求8所述的叠合桩墙，其特征在于：所述空腹型钢是由实腹型钢沿腹板切割成形状相同的凹凸状型钢再错峰焊接形成的拼接空腹型钢。
10.根据权利要求8所述的叠合桩墙，其特征在于：所述空腹型钢是由实腹型钢沿腹板切割、再由焊接钢构件连接成一体的组合空腹型钢。
11.根据权利要求7所述的叠合桩墙，其特征在于：所述水泥土搅拌墙沿所述基坑边线布置，所述空腹型钢插入基坑底以下长度为基坑深度的0.5～3.0倍。
12.一种支护结构的施工方法，包括如下步骤:
100，沿基坑边线施工水泥土搅拌桩以形成水泥土搅拌墙，水泥土搅拌桩施工后及时插入空腹型钢。
13.根据权利要求12所述的施工方法，其特征在于：还包括步骤，
200，施工第一支撑体系或悬臂；
300，待第一支撑体系达到设计强度或形成悬臂后沿支护结构侧壁垂直开挖土方至第二支撑体系底部；
400，按照第二、三步骤依次施工第二至最下道支撑体系或悬臂；
500，基坑开挖至坑底后，施工主体地下结构，依次施工换撑，拆除对应支撑体系或悬臂；
600，主体地下结构施工完成后，密实回填主体地下结构外墙与水泥土搅拌墙之间的空隙。
14.根据权利要求12所述的施工方法，其特征在于：所述空腹型钢由实腹型钢从腹板切割后卡接和/或焊接形成。
15.根据权利要求14所述的施工方法，其特征在于：所述空腹型钢是由实腹型钢沿腹板切割成形状相同的凹凸状型钢再错峰焊接形成的拼接空腹型钢。
16.根据权利要求14所述的施工方法，其特征在于：所述空腹型钢是由实腹型钢沿腹板切割、再由焊接钢构件连接成一体的组合空腹型钢。
17.根据权利要求12所述的施工方法，其特征在于：所述水泥土搅拌墙沿所述基坑边线布置，所述空腹型钢插入基坑底以下长度为基坑深度的0.5～3.0倍。
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