CN109403347B - 一种框架式双排桩水泥土墙基坑围护结构及其施工方法 - Google Patents

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Abstract

一种框架式双排桩水泥土墙基坑围护结构，设置在基坑周围的土体中，包括框架式双排桩单元和水泥土搅拌桩止水帷幕；水泥土搅拌桩止水帷幕沿着基坑的边缘设置，与基坑边缘留有间距；水泥土搅拌桩止水帷幕由一组水泥土搅拌桩构成，相邻水泥土搅拌桩之间咬合设置；框架式双排桩单元有一组、沿着基坑边缘平行间隔布置；每根框架式双排桩单元包括有前排单臂钢管桩、后排单臂钢管桩和水平连接板；前排单臂钢管桩插设在基坑周围的土体中、靠近基坑一侧；后排单臂钢管桩插设在水泥土搅拌桩止水帷幕中。本发明解决了传统的混凝土围护结构施工不环保和材料浪费的技术问题以及型钢或钢板桩围护结构抗弯刚度小和不能有效控制支护变形的技术问题。

Description

一种框架式双排桩水泥土墙基坑围护结构及其施工方法
技术领域
本发明涉及属地基基础领域，特别是一种框架式双排桩水泥土墙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。其中，混凝土围护结构包括支护桩和地下连续墙等；钢围护结构包括SMW工法、TRD工法、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和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和材料浪费的弊端。钢板桩虽然可以回收，也不存在泥浆污染问题；但钢板桩支护结构存在刚度小、不利于基坑变形控制和施工受地层条件限制；虽然SMW工法、TRD工法以及CSM工法等能够将型钢与水泥土桩墙联合应用，同时具有挡土止水功能，但这些工法中的型钢要全埋入水泥土桩墙中，截面受限、刚度受限。可见现有型钢水泥土墙、钢板桩等，围护结构的刚度均较小，不利于支护围护结构的变形控制。
发明内容
本发明的目的是提供一种框架式双排桩水泥土墙基坑围护结构及其施工方法，要解决传统的混凝土围护结构施工不环保和材料浪费的技术问题以及型钢或钢板桩围护结构抗弯刚度小和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。
一种框架式双排桩水泥土墙基坑围护结构，设置在基坑周围的土体中；包括有框架式双排桩单元和水泥土搅拌桩止水帷幕；所述水泥土搅拌桩止水帷幕沿着基坑的边缘设置，且与基坑边缘留有间距；所述水泥土搅拌桩止水帷幕由一组水泥土搅拌桩构成，相邻水泥土搅拌桩之间咬合设置；所述框架式双排桩单元有一组、沿着基坑边缘平行间隔布置；其中，每根框架式双排桩单元均为框架结构，包括有前排单臂钢管桩、后排单臂钢管桩和水平连接板；所述前排单臂钢管桩插设在基坑周围的土体中、靠近基坑一侧；所述后排单臂钢管桩插设在水泥土搅拌桩止水帷幕中，并且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桩直径的2～3倍；所述水平连接板有一组、沿竖向平行间隔布置；在最下部的水平连接板的下方设置有加强板；所述加强板的下部逐渐削薄，形成刃口，以便框架式双排桩单元沉入土体中。
优选的，所述前排单臂钢管桩与后排单臂钢管桩的连线与土体的边缘垂直；其中，前排单臂钢管桩由前排钢管和第一连接板构成，并且第一连接板垂直连接在前排钢管的外壁上、面向后排单臂钢管桩一侧；后排单臂钢管桩由后排钢管和第二连接板构成，并且第二连接板垂直连接在后排钢管的外壁上、面向前排单臂钢管桩一侧。
优选的，所述前排钢管和后排钢管的外径均不小于600mm，前排钢管和后排钢管的壁厚均不小于8mm。
优选的，所述第一连接板沿竖向通长设置在前排钢管外壁上，在第一连接板上、沿竖向间隔开设有第一连接孔；所述第二连接板沿竖向通长设置在后排钢管外壁上，在第二连接板上、沿竖向间隔开设有第二连接孔；所述水平连接板一端通过穿设在第一连接孔中的螺栓与第一连接板可拆卸连接，水平连接板另一端通过穿设在第二连接孔中的螺栓与第二连接板可拆卸连接。
优选的，所述第一连接板的宽度为150mm～200mm，厚度为10mm～15mm，第一连接板的底部、靠近前排钢管一侧设有尖角；第二连接板的宽度为150mm～200mm，厚度为10mm～15mm，第二连接板的底部、靠近后排钢管一侧设有尖角。
优选的，相邻框架式双排桩单元之间的间距为1.5～2.5倍钢管桩桩径，所述水泥土搅拌桩止水帷幕至基坑边缘之间的间距与前排单臂钢管桩至后排单臂钢管桩之间的间距相适应。
一种框架式双排桩水泥土墙基坑围护结构的施工方法，包括步骤如下。
步骤一，根据设计要求在工厂加工框架式双排桩单元的各个组件，并运输至施工现场。
步骤二，沿基坑周边测量放线，标识出围护结构的位置。
步骤三，将框架式双排桩单元中的各组件在施工现场进行装配，组装成一组框架式双排桩单元。
步骤四，施工水泥土搅拌桩止水帷幕：按设计要求依次施工一组水泥土搅拌桩，所述水泥土搅拌桩止水帷幕沿着基坑的边缘设置，且与基坑边缘留有间距；该间距为前排钢管直径或者后排钢管桩直径的2～3倍。
步骤五，在已施工完成的水泥土搅拌桩的位置，就位桩基、起吊和定位框架式双排桩单元，远离基坑一侧的后排钢管设置在水泥土搅拌桩位置处。
步骤六，在已施工的水泥土搅拌桩的水泥终凝前，通过免共振振动锤将框架式双排桩单元振沉入地层中；振沉过程中，水平连接板保持水平。
步骤七，重复步骤四至步骤六的过程施工下一位置的水泥土搅拌桩和施工下一位置的框架式双排桩单元，直至施工完所有的水泥土搅拌桩和框架式双排桩单元，形成框架式双排桩水泥土墙基坑围护结构。
优选的，当每根框架式双排桩单元由多个框架式双排桩单元段拼接而成时，步骤六中，前一节框架式双排桩单元段振沉到上端距地表1.0m～1.5m位置时，停止振动并且移去振动锤；然后焊接后一节框架式双排桩单元段，焊接完成后，再将振动锤的夹具分别夹持在后一节框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；直到将框架式双排桩单元的所有节段振沉到位。
优选的，当振沉过程中框架式双排桩在基坑周围的土体中振沉速度小于5mm/min时，可在框架式双排桩施工前，在土体上、对应框架式双排桩上水平连接板的位置处预设圆孔，以便框架式双排桩振沉；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、本发明的框架式双排桩水泥土墙基坑围护结构，由框架式双排桩单元与水泥土搅拌桩搭接咬合而成，水土压力由框架式双排桩单元承担，由于框架式双排桩单元中的前排单臂钢管桩和后排单臂钢管桩为直径较大的钢管桩，并通过水平连接板和加强板连接，形成框架式结构，结构抗侧刚度显著提高，有利于基坑支护围护结构的变形控制，保护周边环境，既能挡土又可止水。
2、为了克服当前深基坑工程中，排桩、地下连续墙等混凝土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等缺陷，本发明中的框架式双排桩水泥土墙基坑围护结构由两排单臂钢管桩和连接钢管桩的水平连接板通过螺栓在现场装配形成框架式双排桩，框架式双排桩的后排单臂钢管桩与水泥土搅拌桩搭接咬合形成水泥土墙基坑围护结构；该结构承载力高，抗侧刚度大，在同等变形控制条件下，有利于减少内支撑和锚索设置数量，并且缩减施工流程，经济效益显著。
3、本发明的框架式双排桩单元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，并且框架式双排桩水泥土墙基坑围护结构在基坑使用完成后，通过振动回收型钢双排桩，拆卸螺栓后回收全部组件，并多次反复利用，节能节材，低碳环保。
4、本发明中的水泥土搅拌桩与型钢双排桩搭接咬合，地层变形时，刚度很大的型钢双排桩对搅拌桩止水帷幕形成支点，有效地减小了止水帷幕的内力和变形，显著降低止水帷幕开裂、止水失效的风险。
5、本发明中的加强板下部逐渐削薄形成刃口，有助于框架式双排桩单元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是本发明的框架式双排桩水泥土墙基坑围护结构的水平结构示意图。
图2是本发明的框架式双排桩单元的结构示意图。
图3是本发明的框架式双排桩单元设置在水泥土搅拌桩止水帷幕中的结构示意图。
图4是本发明的前排单臂钢管桩的结构示意图。
图5是本发明的后排单臂钢管桩的结构示意图。
图6是本发明的加强板的结构示意图。
附图标记：1－土体、2－框架式双排桩单元、2.1－前排单臂钢管桩、2.1.1－前排钢管、2.1.2－第一连接板、2.2－后排单臂钢管桩、2.2.1－后排钢管、2.2.2－第二连接板、2.3－水平连接板、2.4－加强板、3－水泥土搅拌桩止水帷幕、3.1－水泥土搅拌桩、4－第一连接孔、5－第二连接孔、6－圆孔。
具体实施方式
如图1-6所示，这种框架式双排桩水泥土墙基坑围护结构，设置在基坑周围的土体1中；包括有框架式双排桩单元2和水泥土搅拌桩止水帷幕3；所述水泥土搅拌桩止水帷幕3沿着基坑的边缘设置，且与基坑边缘留有间距；所述水泥土搅拌桩止水帷幕3由一组水泥土搅拌桩3.1构成，相邻水泥土搅拌桩3.1之间咬合设置；所述框架式双排桩单元2有一组、沿着基坑边缘平行间隔布置；其中，每根框架式双排桩单元2均为框架结构，承载力高、刚度大，该框架式双排桩单元2包括有前排单臂钢管桩2.1、后排单臂钢管桩2.2和水平连接板2.3；所述前排单臂钢管桩2.1插设在基坑周围的土体1中、靠近基坑一侧；所述后排单臂钢管桩2.2插设在水泥土搅拌桩止水帷幕3中，并且前排单臂钢管桩2.1与后排单臂钢管桩2.2之间的间距为前排钢管2.1.1直径或者后排钢管2.2.1桩直径的2～3倍；所述水平连接板2.3有一组、沿竖向平行间隔布置；在最下部的水平连接板2.3的下方设置有加强板2.4；所述加强板2.4的下部逐渐削薄，形成刃口，以便框架式双排桩单元2沉入土体1中。
本实施例中，框架式双排桩单元2的各组件均在工厂加工完成，后运输到现场装配形成。
本实施例中，所述前排单臂钢管桩2.1与后排单臂钢管桩2.2的连线与土体1的边缘垂直；其中，前排单臂钢管桩2.1由前排钢管2.1.1和第一连接板2.1.2构成，并且第一连接板2.1.2垂直连接在前排钢管2.1.1的外壁上、面向后排单臂钢管桩2.2一侧；后排单臂钢管桩2.2由后排钢管2.2.1和第二连接板2.2.2构成，并且第二连接板2.2.2垂直连接在后排钢管2.2.1的外壁上、面向前排单臂钢管桩2.1一侧。
本实施例中，所述前排钢管2.1.1和后排钢管2.2.1的外径均不小于600mm，前排钢管2.1.1和后排钢管2.2.1的壁厚均不小于8mm。
本实施例中，所述第一连接板2.1.2沿竖向通长设置在前排钢管2.1.1外壁上，在第一连接板2.1.2上、沿竖向间隔开设有第一连接孔4；所述第二连接板2.2.2沿竖向通长设置在后排钢管2.2.1外壁上，在第二连接板2.2.2上、沿竖向间隔开设有第二连接孔5；所述水平连接板2.3一端通过穿设在第一连接孔4中的螺栓与第一连接板2.1.2可拆卸连接，水平连接板2.3另一端通过穿设在第二连接孔5中的螺栓与第二连接板2.2.2可拆卸连接。
本实施例中，第一连接板2.1.2中的第一连接孔4上下对齐设置，孔径为23～25mm。由上而下，单前排单臂钢管桩2.1上的第一连接孔4两个为一组，最下端的三个为一组，除了第一连接板2.1.2最下端的一组第一连接孔4外，每组第一连接孔4间距均相同，间距为1500mm~2500mm，最下端的第一连接孔4与其上相邻第一连接孔4组的距离不大于2000mm；最下端的第一连接孔4与加强板2.4的位置相对应。
本实施例中，所述第一连接板2.1.2的宽度为150mm～200mm，厚度为10mm～15mm，第一连接板2.1.2的底部、靠近前排钢管2.1.1一侧设有尖角；第二连接板2.2.2的宽度为150mm～200mm，厚度为10mm～15mm，第二连接板2.2.2的底部、靠近后排钢管2.2.1一侧设有尖角。
本实施例中，所述水平连接板2.3的宽度为20mm～300mm，厚度为10mm；所述加强板2.4设置有一根，加强板2.4的宽度为连接钢板3宽度的1.5倍，厚度为15mm；框架式双排桩单元2中，各水平连接板2.3和最下端加强板2.4的长度均相等；加强板2.4的两端均设有三个螺栓孔，孔径和位置与前、后排单臂钢管桩2.2最下端的一组第一连接孔4和第二连接孔5相匹配。
本实施例中，水平连接板2.3的两端均设置两个螺栓孔，螺栓孔的直径和位置与前、后排单臂钢管桩上的对应的第一连接孔4和第二连接孔5的直径和位置相匹配。
本实施例中，相邻框架式双排桩单元2之间的间距为1.5～2.5倍钢管桩桩径，所述水泥土搅拌桩止水帷幕3至基坑边缘之间的间距与前排单臂钢管桩2.1至后排单臂钢管桩2.2之间的间距相适应。
这种框架式双排桩水泥土墙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、场地条件等，通过设计计算确定框架式双排桩单元2中的前排单臂钢管桩2.1和后排单臂钢管桩2.2的直径、桩长，水平连接板2.3的宽度和长度以及加强板2.4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，标识出围护结构的位置。
步骤三，将框架式双排桩单元2中的各组件在施工现场进行装配，组装成一组框架式双排桩单元2。
步骤四，施工水泥土搅拌桩止水帷幕3：按设计要求依次施工一组水泥土搅拌桩3.1，所述水泥土搅拌桩止水帷幕3沿着基坑的边缘设置，且与基坑边缘留有间距；该间距为前排钢管2.1.1直径或者后排钢管2.2.1桩直径的2～3倍。
步骤五，在已施工完成的水泥土搅拌桩3.1的位置，就位桩基、起吊和定位框架式双排桩单元2，远离基坑一侧的后排钢管2.2.1设置在水泥土搅拌桩3.1位置处。
步骤六，在已施工的水泥土搅拌桩3.1的水泥终凝前，通过免共振振动锤将框架式双排桩单元2振沉入地层中；振沉过程中，水平连接板2.3保持水平。
步骤七，重复步骤四至步骤六的过程施工下一位置的水泥土搅拌桩3.1和施工下一位置的框架式双排桩单元2，直至施工完所有的水泥土搅拌桩3.1和框架式双排桩单元2，形成框架式双排桩水泥土墙基坑围护结构。
本实施例中，当每根框架式双排桩单元2由多个框架式双排桩单元段拼接而成时，步骤六中，前一节框架式双排桩单元段振沉到上端距地表1.0m～1.5m位置时，停止振动并且移去振动锤；然后焊接后一节框架式双排桩单元段，焊接完成后，再将振动锤的夹具分别夹持在后一节框架式双排桩单元段的前排单臂钢管桩2.1和后排单臂钢管桩2.2上，继续振沉；直到将框架式双排桩单元2的所有节段振沉到位。
本实施例中，当振沉过程中框架式双排桩在基坑周围的土体1中振沉速度小于5mm/min时，可在框架式双排桩施工前，在土体1上、对应框架式双排桩上水平连接板2.3的位置处预设圆孔6，以便框架式双排桩振沉；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 (4)

1.一种框架式双排桩水泥土墙基坑围护结构的施工方法，框架式双排桩水泥土墙基坑围护结构，设置在基坑周围的土体（1）中；其特征在于，
包括有框架式双排桩单元（2）和水泥土搅拌桩止水帷幕（3）；所述水泥土搅拌桩止水帷幕（3）沿着基坑的边缘设置，且与基坑边缘留有间距；所述水泥土搅拌桩止水帷幕（3）由一组水泥土搅拌桩（3.1）构成，相邻水泥土搅拌桩（3.1）之间咬合设置；所述框架式双排桩单元（2）有一组、沿着基坑边缘平行间隔布置；其中，每根框架式双排桩单元（2）均为框架结构，包括有前排单臂钢管桩（2.1）、后排单臂钢管桩（2.2）和水平连接板（2.3）；所述前排单臂钢管桩（2.1）插设在基坑周围的土体（1）中、靠近基坑一侧；所述后排单臂钢管桩（2.2）插设在水泥土搅拌桩止水帷幕（3）中，并且前排单臂钢管桩（2.1）与后排单臂钢管桩（2.2）之间的间距为前排钢管（2.1.1）直径或者后排钢管（2.2.1）桩直径的2～3倍；所述水平连接板（2.3）有一组、沿竖向平行间隔布置；在最下部的水平连接板（2.3）的下方设置有加强板（2.4）；所述加强板（2.4）的下部逐渐削薄，形成刃口，以便框架式双排桩单元（2）沉入土体（1）中；所述前排单臂钢管桩（2.1）与后排单臂钢管桩（2.2）的连线与土体（1）的边缘垂直；其中，前排单臂钢管桩（2.1）由前排钢管（2.1.1）和第一连接板（2.1.2）构成，并且第一连接板（2.1.2）垂直连接在前排钢管（2.1.1）的外壁上、面向后排单臂钢管桩（2.2）一侧；后排单臂钢管桩（2.2）由后排钢管（2.2.1）和第二连接板（2.2.2）构成，并且第二连接板（2.2.2）垂直连接在后排钢管（2.2.1）的外壁上、面向前排单臂钢管桩（2.1）一侧；
所述前排钢管（2.1.1）和后排钢管（2.2.1）的外径均不小于600mm，前排钢管（2.1.1）和后排钢管（2.2.1）的壁厚均不小于8mm；
所述第一连接板（2.1.2）沿竖向通长设置在前排钢管（2.1.1）外壁上，在第一连接板（2.1.2）上、沿竖向间隔开设有第一连接孔（4）；所述第二连接板（2.2.2）沿竖向通长设置在后排钢管（2.2.1）外壁上，在第二连接板（2.2.2）上、沿竖向间隔开设有第二连接孔（5）；所述水平连接板（2.3）一端通过穿设在第一连接孔（4）中的螺栓与第一连接板（2.1.2）可拆卸连接，水平连接板（2.3）另一端通过穿设在第二连接孔（5）中的螺栓与第二连接板（2.2.2）可拆卸连接；
该方法包括步骤如下：
步骤一，根据设计要求在工厂加工框架式双排桩单元（2）的各个组件，并运输至施工现场；
步骤二，沿基坑周边测量放线，标识出围护结构的位置；
步骤三，将框架式双排桩单元（2）中的各组件在施工现场进行装配，组装成一组框架式双排桩单元（2）；
步骤四，施工水泥土搅拌桩止水帷幕（3）：按设计要求依次施工一组水泥土搅拌桩（3.1），所述水泥土搅拌桩止水帷幕（3）沿着基坑的边缘设置，且与基坑边缘留有间距；该间距为前排钢管（2.1.1）直径或者后排钢管（2.2.1）桩直径的2～3倍；
步骤五，在已施工完成的水泥土搅拌桩（3.1）的位置，就位桩基、起吊和定位框架式双排桩单元（2），远离基坑一侧的后排钢管（2.2.1）设置在水泥土搅拌桩（3.1）位置处；
步骤六，在已施工的水泥土搅拌桩（3.1）的水泥终凝前，通过免共振振动锤将框架式双排桩单元（2）振沉入地层中；振沉过程中，水平连接板（2.3）保持水平；当每根框架式双排桩单元（2）由多个框架式双排桩单元段拼接而成时，前一节框架式双排桩单元段振沉到上端距地表1.0m～1.5m位置时，停止振动并且移去振动锤；然后焊接后一节框架式双排桩单元段，焊接完成后，再将振动锤的夹具分别夹持在后一节框架式双排桩单元段的前排单臂钢管桩（2.1）和后排单臂钢管桩（2.2）上，继续振沉；直到将框架式双排桩单元（2）的所有节段振沉到位；
步骤七，重复步骤四至步骤六的过程施工下一位置的水泥土搅拌桩（3.1）和施工下一位置的框架式双排桩单元（2），直至施工完所有的水泥土搅拌桩（3.1）和框架式双排桩单元（2），形成框架式双排桩水泥土墙基坑围护结构。
2.根据权利要求1所述的框架式双排桩水泥土墙基坑围护结构的施工方法，其特征在于：所述第一连接板（2.1.2）的宽度为150mm～200mm，厚度为10mm～15mm，第一连接板（2.1.2）的底部、靠近前排钢管（2.1.1）一侧设有尖角；第二连接板（2.2.2）的宽度为150mm～200mm，厚度为10mm～15mm，第二连接板（2.2.2）的底部、靠近后排钢管（2.2.1）一侧设有尖角。
3.根据权利要求1所述的框架式双排桩水泥土墙基坑围护结构的施工方法，其特征在于：相邻框架式双排桩单元（2）之间的间距为1.5～2.5倍钢管桩桩径，所述水泥土搅拌桩止水帷幕（3）至基坑边缘之间的间距与前排单臂钢管桩（2.1）至后排单臂钢管桩（2.2）之间的间距相适应。
4.根据权利要求1所述的框架式双排桩水泥土墙基坑围护结构的施工方法，其特征在于：当振沉过程中框架式双排桩在基坑周围的土体（1）中振沉速度小于5mm/min时，在框架式双排桩施工前，在土体（1）上、对应框架式双排桩上水平连接板（2.3）的位置处预设圆孔（6），以便框架式双排桩振沉；其中，圆孔（6）的直径为8mm～12mm。
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