CN109403345A - 一种桁架式双排桩基坑围护结构及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
一种桁架式双排桩基坑围护结构，包括有桁架式双排桩单元；所述桁架式双排桩单元有一组，沿着基坑边缘平行间隔设置；其中，每个桁架式双排桩单元包括有一根前排单臂钢管桩和一根后排单臂钢管桩，并且前排单臂钢管桩和后排单臂钢管桩沿着垂直于基坑边缘的方向间隔设置；所述前排单臂钢管桩设置在靠近基坑一侧，且前排单臂钢管桩的内侧埋设在土体中、前排单臂钢管桩的外侧超出土体的侧壁外；所述前排单臂钢管桩与后排单臂钢管桩之间设有水平连接板、加强板和斜向连接板。本发明解决了传统的围护结构施工不环保、材料浪费以及型钢、钢板桩等围护结构抗弯刚度小、不能有效控制支护变形的技术问题。
Description
技术领域
本发明属于地基基础领域，特别涉及一种桁架式双排桩基坑围护结构及其施工方法。
背景技术
当前深基坑的围护结构从材料上划分，可分为混凝土围护结构和钢围护结构，混凝土围护结构包括支护桩及地下连续墙等，钢围护结构包括SMW工法、TRD工法以及CSM工法等形成的型钢水泥土墙，以及各种形式的钢板桩等。对于现有的混凝土围护结构虽然具有刚度大，有利于变形控制的优点，但存在施工泥浆污染环境，基坑临时围护结构不可回收、材料浪费的弊端，不符合国家节能环保、绿色建造的发展要求。对于钢围护结构虽然可以在使用完成后回收，节约了围护结构材料，且施工过程中不存在泥浆污染环境问题，但是现有型钢、钢板桩均为单排，围护结构的刚度较小，对支护体系的变形控制不利，往往需要设置更多的内支撑来实现控制变形的目的，经济性较差。
发明内容
本发明的目的是提供一种桁架式双排桩基坑围护结构及其施工方法，要解决传统的围护结构施工不环保、材料浪费以及型钢、钢板桩等围护结构抗弯刚度小、不能有效控制支护变形的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
一种桁架式双排桩基坑围护结构，埋设在基坑周围的土体中；包括有桁架式双排桩单元；所述桁架式双排桩单元有一组，沿着基坑边缘平行间隔设置；其中，每个桁架式双排桩单元包括有一根前排单臂钢管桩和一根后排单臂钢管桩，并且前排单臂钢管桩和后排单臂钢管桩沿着垂直于基坑边缘的方向间隔设置；所述前排单臂钢管桩设置在靠近基坑一侧，且前排单臂钢管桩的内侧埋设在土体中、前排单臂钢管桩的外侧超出土体的侧壁外；所述前排单臂钢管桩与后排单臂钢管桩之间设有水平连接板、加强板和斜向连接板；所述水平连接板有一组、沿竖向平行间隔布置，并且水平连接板两端分别与对应一侧的钢管桩可拆卸连接；所述加强板有一块，设置在最下部的水平连接板的下方，加强板的两端分别与对应一侧的钢管桩可拆卸连接；所述斜向连接板有一组、分别倾斜连接在上下相邻的水平连接板之间。
优选的，所述前排单臂钢管桩包括有前排钢管和用以连接水平连接板、加强板、斜向连接板的第一连接板；所述第一连接板沿竖向通长连接在前排钢管的外侧、面向后排单臂钢管桩一侧的侧壁上；所述后排单臂钢管桩包括有后排钢管和用以连接水平连接板、加强板、斜向连接板的第二连接板；所述第二连接板沿竖向通长连接在后排钢管的外侧、面向前排单臂钢管桩一侧的侧壁上。
优选的，所述前排单臂钢管桩与后排单臂钢管桩之间的间距为前排钢管直径或者后排钢管直径的2~3倍；其中，前排钢管和后排钢管的外径均不小600mm；前排钢管和后排钢管的壁厚均不小于8mm。
优选的，所述第一连接板的宽度为150mm~200mm，厚度为10mm~15mm；第二连接板的宽度为150mm~200mm，厚度为10mm~15mm。
优选的，所述水平连接板、加强板和斜向连接板分别通过螺栓与第一连接板连接，并且水平连接板、加强板和斜向连接板分别通过螺栓与第二连接板连接。
优选的，所述第一连接板的底边为由下而上逐渐倾斜的斜边，该斜边与第一连接板靠近前排钢管一侧的竖向侧边形成尖角；所述第二连接板的底边为由下而上逐渐倾斜的斜边，该斜边与第二连接板靠近后排钢管一侧的竖向侧边形成尖角；所述加强板的下部逐渐削薄，形成刃口，以便桁架式双排桩单元沉入土体中。
优选的，埋设在基坑周围的土体中的相邻桁架式双排桩单元之间的间距为前排钢管直径或者后排钢管直径的1.5~2.5倍。
一种桁架式双排桩基坑围护结构的施工方法，包括步骤如下。
步骤一，根据拟建场地的水文地质条件、基坑开挖深度、周边环境和场地条件，通过设计计算确定每根桁架式双排桩单元中前排单臂钢管桩的尺寸、后排单臂钢管桩的尺寸、水平连接板的尺寸、加强板的尺寸和斜向连接板的尺寸，并根据需要进行组件工厂加工，运输到施工现场。
步骤二，沿基坑周边测量放线，标识出基坑围护结构的位置。
步骤三，将桁架式双排桩单元中的各组件在施工现场进行装配，并在振动施工前，将一组装配完成的桁架式双排桩单元沿着基坑围护结构的设计位置放置，做好施工准备。
步骤四，桩基就位，通过双夹具免共振振动锤将桁架式双排桩单元的前排单臂钢管桩、后排单臂钢管桩分别夹住，提升，移动并下落到位。
步骤五，启动振动锤，将桁架式双排桩单元振沉到位；振沉过程中，水平连接板和加强板均保持水平。
步骤六，重复步骤四至步骤五的过程施工下一个桁架式双排桩单元，直至施工完所有的桁架式双排桩单元，形成桁架式双排桩基坑围护结构。
优选的，当每个桁架式双排桩单元由多个桁架式双排桩单元段拼接而成时，步骤五中，前一节桁架式双排桩单元段振沉到上端距地表1.0m~1.5m的位置时，停止振动并且移去振动锤；然后焊接后一节桁架式双排桩单元段，焊接完成后，再将振动锤的夹具分别夹持在后一节桁架式双排桩单元段的前排单臂钢管桩和后排单臂钢管桩上，继续振沉；直到将桁架式双排桩单元的所有节段振沉到位。
优选的，当桁架式双排桩单元在基坑周围的土体中振沉速度小于5mm/min时，在框架式双排桩施工前，在土体上、对应桁架式双排桩单元上水平连接板的位置处预设圆孔，以便桁架式双排桩单元的振沉；其中，圆孔的直径为8mm～12mm。
与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果。
1、本发明中的桁架式双排桩单元由前排单臂钢管桩、后排单臂钢管桩、水平连接板、斜向连接板和加强板连接通过螺栓在现场装配形成桁架式式双排桩，通过免共振振动锤振沉入地层中形成桁架式双排桩基坑围护结构，基坑使用完成后，通过振动回收桁架式双排桩单元，拆卸螺栓后回收全部组件，实现了围护结构的循环使用、节能节材，与传统刚架式双排桩相比，显著改善了结构的受力特点，大幅度降低前、后排单臂钢管桩的内力。
2、本发明的桁架式双排桩单元，通过在前后排直径较大单臂钢管桩之间设置水平连接板和斜向连接板，形成抗弯刚度显著提高的桁架式双排桩单元，有利于保护周边环境，在同等基坑变形控制条件下，可以减少内支撑、锚索设置数量，并且减少了施工工序、加快了施工进度以及缩短工期，经济效益显著。
3、本发明中的桁架式双排桩单元，全部组件均在工厂加工完成，组件施工精度高，后运输到现场装配形成双排桩基坑围护结构，组件尺寸小，运输方便；并且桁架式双排桩单元，在现场由免共振振动锤振沉入地层中，无需预先成槽，无护壁泥浆污染环境，施工现场文明环保。
4、本发明的桁架式双排桩单元，最下端加强钢板为宽度较大的钢板，且下缘逐渐削薄，形成刃口，有助于在振动锤作用下贯入地层。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
图1是本发明的桁架式双排桩基坑围护结构的平面示意图。
图2是本发明的桁架式双排桩单元的结构示意图。
图3是本发明的桁架式双排桩单元设置在土体中的结构示意图。
图4是本发明的加强板的结构示意图。
附图标记：1－前排单臂钢管桩、1.1－前排钢管、1.2－第一连接板、2－后排单臂钢管桩、2.1－后排钢管、2.2－第二连接板、3－水平连接板、4－斜向连接板、5－加强板、6－圆孔、7－土体。
具体实施方式
如图1-4所示，这种桁架式双排桩基坑围护结构，埋设在基坑周围的土体7中；该桁架式双排桩基坑围护结构包括有桁架式双排桩单元；所述桁架式双排桩单元有一组，沿着基坑边缘平行间隔设置；其中，每个桁架式双排桩单元包括有一根前排单臂钢管桩1和一根后排单臂钢管桩2，并且前排单臂钢管桩1和后排单臂钢管桩2沿着垂直于基坑边缘的方向间隔设置；所述前排单臂钢管桩1设置在靠近基坑一侧，且前排单臂钢管桩1的内侧埋设在土体7中、前排单臂钢管桩1的外侧超出土体7的侧壁外；所述前排单臂钢管桩1与后排单臂钢管桩2之间设有水平连接板3、加强板5和斜向连接板4；所述水平连接板3有一组、沿竖向平行间隔布置，并且水平连接板3两端分别与对应一侧的钢管桩可拆卸连接；所述加强板5有一块，设置在最下部的水平连接板3的下方，加强板5的两端分别与对应一侧的钢管桩可拆卸连接；所述斜向连接板4有一组、分别倾斜连接在上下相邻的水平连接板3之间。
本实施例中，所述前排单臂钢管桩1包括有前排钢管1.1和用以连接水平连接板3、加强板5、斜向连接板4的第一连接板1.2；所述第一连接板1.2沿竖向通长连接在前排钢管1.1的外侧、面向后排单臂钢管桩2一侧的侧壁上；所述后排单臂钢管桩2包括有后排钢管2.1和用以连接水平连接板3、加强板5、斜向连接板4的第二连接板2.2；所述第二连接板2.2沿竖向通长连接在后排钢管2.1的外侧、面向前排单臂钢管桩1一侧的侧壁上。
本实施例中，所述前排单臂钢管桩1与后排单臂钢管桩2之间的间距为前排钢管1.1直径或者后排钢管2.1直径的2~3倍；其中，前排钢管1.1和后排钢管2.1的外径均不小600mm；前排钢管1.1和后排钢管2.1的壁厚均不小于8mm。
本实施例中，所述第一连接板1.2的宽度为150mm~200mm，厚度为10mm~15mm；第二连接板2.2的宽度为150mm~200mm，厚度为10mm~15mm。
本实施例中，所述水平连接板3、斜向连接板4以及加强板5均由钢板制成；所述水平连接板3、加强板5和斜向连接板4分别通过螺栓与第一连接板1.2连接，并且水平连接板3、加强板5和斜向连接板4分别通过螺栓与第二连接板2.2连接。
本实施例中，所述水平连接板3的宽度为200mm~300mm，厚度为10mm，加强板5的宽度为连接钢板3宽度的1.5倍，厚度为15mm，斜向连接板4的宽度为200mm~300mm，厚度为10mm；每榀桁架式双排桩单元中，各水平连接板3和最下端的加强板5的长度均相等。
本实施例中，所述第一连接板1.2的底边为由下而上逐渐倾斜的斜边，该斜边与第一连接板1.2靠近前排钢管1.1一侧的竖向侧边形成尖角；所述第二连接板2.2的底边为由下而上逐渐倾斜的斜边，该斜边与第二连接板2.2靠近后排钢管2.1一侧的竖向侧边形成尖角；所述加强板5的下部逐渐削薄，形成刃口，以便桁架式双排桩单元沉入土体7中。
本实施例中，所述桁架式双排桩单元的各组件均可在工厂加工完成后运输到现场装配形成；所述第一连接板1.2上、沿竖向间隔设置有单列螺栓孔，螺栓孔上下对齐，孔径23~25mm左右；所述第二连接板2.2上、沿竖向间隔设置有单列螺栓孔，螺栓孔上下对齐，孔径23~25mm左右；所述水平连接板3、加强板5和斜向连接板4通过螺栓分别与第一连接板1.2、第二连接板2.2相连；其中，水平连接板3、斜向连接板4通过两个螺栓孔分别与第一连接板1.2、第二连接板2.2相连，加强板5通过三个螺栓孔分别与第一连接板1.2、第二连接板2.2相连。
这种桁架式双排桩基坑围护结构的施工方法，包括步骤如下。
步骤一，根据拟建场地的水文地质条件、基坑开挖深度、周边环境和场地条件，通过设计计算确定每根桁架式双排桩单元中前排单臂钢管桩1的尺寸、后排单臂钢管桩2的直径、桩长，水平连接板3的宽度和长度、加强板5的宽度和长度以及斜向连接板4的宽度和长度，并根据需要进行组件工厂加工，运输到施工现场。
步骤二，沿基坑周边测量放线，标识出基坑围护结构的位置。
步骤三，将桁架式双排桩单元中的各组件在施工现场进行装配，并在振动施工前，将一组装配完成的桁架式双排桩单元沿着基坑围护结构的设计位置放置，做好施工准备。
步骤四，桩基就位，通过双夹具免共振振动锤将桁架式双排桩单元的前排单臂钢管桩1、后排单臂钢管桩2分别夹住，提升，移动并下落到位。
步骤五，启动振动锤，将桁架式双排桩单元振沉到位；振沉过程中，水平连接板3和加强板5均保持水平。
步骤六，重复步骤四至步骤五的过程施工下一个桁架式双排桩单元，直至施工完所有的桁架式双排桩单元，形成桁架式双排桩基坑围护结构。
本实施例中，当每个桁架式双排桩单元由多个桁架式双排桩单元段拼接而成时，步骤五中，前一节桁架式双排桩单元段振沉到上端距地表1.0m~1.5m的位置时，停止振动并且移去振动锤；然后焊接后一节桁架式双排桩单元段，焊接完成后，再将振动锤的夹具分别夹持在后一节桁架式双排桩单元段的前排单臂钢管桩1和后排单臂钢管桩2上，继续振沉；直到将桁架式双排桩单元的所有节段振沉到位。
本实施例中，当桁架式双排桩单元在基坑周围的土体7中振沉速度小于5mm/min时，在框架式双排桩施工前，在土体7上、对应桁架式双排桩单元上水平连接板3的位置处预设圆孔6，以便桁架式双排桩单元的振沉；其中，圆孔6的直径为8mm～12mm。
上述实施例并非具体实施方式的穷举，还可有其它的实施例，上述实施例目的在于说明本发明，而非限制本发明的保护范围，所有由本发明简单变化而来的应用均落在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种桁架式双排桩基坑围护结构，埋设在基坑周围的土体（7）中；其特征在于：包括有桁架式双排桩单元；所述桁架式双排桩单元有一组，沿着基坑边缘平行间隔设置；其中，每个桁架式双排桩单元包括有一根前排单臂钢管桩（1）和一根后排单臂钢管桩（2），并且前排单臂钢管桩（1）和后排单臂钢管桩（2）沿着垂直于基坑边缘的方向间隔设置；所述前排单臂钢管桩（1）设置在靠近基坑一侧，且前排单臂钢管桩（1）的内侧埋设在土体（7）中、前排单臂钢管桩（1）的外侧超出土体（7）的侧壁外；所述前排单臂钢管桩（1）与后排单臂钢管桩（2）之间设有水平连接板（3）、加强板（5）和斜向连接板（4）；所述水平连接板（3）有一组、沿竖向平行间隔布置，并且水平连接板（3）两端分别与对应一侧的钢管桩可拆卸连接；所述加强板（5）有一块，设置在最下部的水平连接板（3）的下方，加强板（5）的两端分别与对应一侧的钢管桩可拆卸连接；所述斜向连接板（4）有一组、分别倾斜连接在上下相邻的水平连接板（3）之间。
2.根据权利要求1所述的桁架式双排桩基坑围护结构，其特征在于：所述前排单臂钢管桩（1）包括有前排钢管（1.1）和用以连接水平连接板（3）、加强板（5）、斜向连接板（4）的第一连接板（1.2）；所述第一连接板（1.2）沿竖向通长连接在前排钢管（1.1）的外侧、面向后排单臂钢管桩（2）一侧的侧壁上；所述后排单臂钢管桩（2）包括有后排钢管（2.1）和用以连接水平连接板（3）、加强板（5）、斜向连接板（4）的第二连接板（2.2）；所述第二连接板（2.2）沿竖向通长连接在后排钢管（2.1）的外侧、面向前排单臂钢管桩（1）一侧的侧壁上。
3.根据权利要求2所述的桁架式双排桩基坑围护结构，其特征在于：所述前排单臂钢管桩（1）与后排单臂钢管桩（2）之间的间距为前排钢管（1.1）直径或者后排钢管（2.1）直径的2～3倍；其中，前排钢管（1.1）和后排钢管（2.1）的外径均不小600mm；前排钢管（1.1）和后排钢管（2.1）的壁厚均不小于8mm。
4.根据权利要求3所述的桁架式双排桩基坑围护结构，其特征在于：所述第一连接板（1.2）的宽度为150mm～200mm，厚度为10mm～15mm；第二连接板（2.2）的宽度为150mm～200mm，厚度为10mm～15mm。
5.根据权利要求3所述的桁架式双排桩基坑围护结构，其特征在于：所述水平连接板（3）、加强板（5）和斜向连接板（4）分别通过螺栓与第一连接板（1.2）连接，并且水平连接板（3）、加强板（5）和斜向连接板（4）分别通过螺栓与第二连接板（2.2）连接。
6.根据权利要求3所述的桁架式双排桩基坑围护结构，其特征在于：所述第一连接板（1.2）的底边为由下而上逐渐倾斜的斜边，该斜边与第一连接板（1.2）靠近前排钢管（1.1）一侧的竖向侧边形成尖角；所述第二连接板（2.2）的底边为由下而上逐渐倾斜的斜边，该斜边与第二连接板（2.2）靠近后排钢管（2.1）一侧的竖向侧边形成尖角；所述加强板（5）的下部逐渐削薄，形成刃口，以便桁架式双排桩单元沉入土体（7）中。
7.根据权利要求1所述的桁架式双排桩基坑围护结构，其特征在于：埋设在基坑周围的土体（7）中的相邻桁架式双排桩单元之间的间距为前排钢管（1.1）直径或者后排钢管（2.1）直径的1.5～2.5倍。
8.一种权利要求1-7中任意一项所述的桁架式双排桩基坑围护结构的施工方法，其特征在于，包括步骤如下：
步骤一，根据拟建场地的水文地质条件、基坑开挖深度、周边环境和场地条件，通过设计计算确定每根桁架式双排桩单元中前排单臂钢管桩（1）的尺寸、后排单臂钢管桩（2）的尺寸、水平连接板（3）的尺寸、加强板（5）的尺寸和斜向连接板（4）的尺寸，并根据需要进行组件工厂加工，运输到施工现场；
步骤二，沿基坑周边测量放线，标识出基坑围护结构的位置；
步骤三，将桁架式双排桩单元中的各组件在施工现场进行装配，并在振动施工前，将一组装配完成的桁架式双排桩单元沿着基坑围护结构的设计位置放置，做好施工准备；
步骤四，桩基就位，通过双夹具免共振振动锤将桁架式双排桩单元的前排单臂钢管桩（1）、后排单臂钢管桩（2）分别夹住，提升，移动并下落到位；
步骤五，启动振动锤，将桁架式双排桩单元振沉到位；振沉过程中，水平连接板（3）和加强板（5）均保持水平；
步骤六，重复步骤四至步骤五的过程施工下一个桁架式双排桩单元，直至施工完所有的桁架式双排桩单元，形成桁架式双排桩基坑围护结构。
9.根据权利要求8所述的桁架式双排桩基坑围护结构的施工方法，其特征在于：当每个桁架式双排桩单元由多个桁架式双排桩单元段拼接而成时，步骤五中，前一节桁架式双排桩单元段振沉到上端距地表1.0m～1.5m的位置时，停止振动并且移去振动锤；然后焊接后一节桁架式双排桩单元段，焊接完成后，再将振动锤的夹具分别夹持在后一节桁架式双排桩单元段的前排单臂钢管桩（1）和后排单臂钢管桩（2）上，继续振沉；直到将桁架式双排桩单元的所有节段振沉到位。
10.根据权利要求8所述的桁架式双排桩基坑围护结构的施工方法，其特征在于：当桁架式双排桩单元在基坑周围的土体（7）中振沉速度小于5mm/min时，在框架式双排桩施工前，在土体（7）上、对应桁架式双排桩单元上水平连接板（3）的位置处预设圆孔（6），以便桁架式双排桩单元的振沉；其中，圆孔（6）的直径为8mm～12mm。
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