CN110273436A - 明挖隧道利用支护桩及冠梁的压顶抗浮结构及其施工方法 - Google Patents

明挖隧道利用支护桩及冠梁的压顶抗浮结构及其施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种明挖隧道利用支护桩及冠梁的压顶抗浮结构，应用在隧道施工领域，其技术方案要点是：包括主体结构，所述主体结构包括侧墙和顶板，所述侧墙外设有支护桩，所述支护桩沿侧墙的长度方向设有多个，所述侧墙一侧的支护桩顶部设有冠梁，所述冠梁延伸向顶板上部，所述冠梁与顶板之间设有填充料层；具有的技术效果是：利用了固有的支护桩结构，节约资源、经济性好，并且抗浮性能安全可靠，施工流程简便快捷，施工效率高。

Description

明挖隧道利用支护桩及冠梁的压顶抗浮结构及其施工方法
技术领域
本发明涉及隧道施工领域，特别涉及一种明挖隧道利用支护桩及冠梁的压顶抗浮结构及其施工方法。
背景技术
随着城市化水平的不断提高，城市空间拥挤、交通拥堵、环境恶化、资源匮乏等问题愈演愈烈。向地下要空间已经成为增加城市功能、改善城市环境的必要手段，成为城市经济发展与环境、资源协调可持续科学发展的重要内容，也成为提高城市总体防灾能力的重要途径。为了改善交通环境，我国采取了各种措施，经实践证明，城市隧道工程是解决城市用地紧张、交通拥挤的有效办法之一。
在城市隧道施工中，绝大多数隧道埋深浅，采用明挖法施工，而很多城市的地下水位比较高，水位也不稳定，且隧道设计使用寿命均为百年，这使得抗浮技术在城市隧道的设计中占有重要的地位。目前隧道抗浮的常见措施有配重法、抗拔桩下拉法，但这些方法多存在工艺复杂、造价高等弊端。
发明内容
本发明的目的是提供一种明挖隧道利用支护桩及冠梁的压顶抗浮结构，其优点是：利用了固有的支护桩结构，节约资源、经济性好，并且抗浮性能安全可靠，施工流程简便快捷，施工效率高。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种明挖隧道利用支护桩及冠梁的压顶抗浮结构，包括主体结构，所述主体结构包括侧墙和顶板，所述侧墙外设有支护桩，所述支护桩沿侧墙的长度方向设有多个，所述侧墙一侧的支护桩顶部设有冠梁，所述冠梁延伸向顶板上部，所述冠梁与顶板之间设有填充料层。
通过上述技术方案，冠梁将明挖隧道的主体结构和支护桩连接成一体，当隧道在受水浮力上浮时，冠梁可以对隧道产生向下压力，并且支护桩的自重以及与土体之间的侧摩擦力也可以对隧道产生向下压力，从而达到抗浮效果，由于支护桩是施工隧道过程中必不可缺的，而本抗浮结构利用了固有的支护桩，节约资源、经济性好，并且抗浮性能安全可靠，施工流程简便快捷，施工效率高。
本发明进一步设置为：所述填充料层设置为微膨胀混凝土。
通过上述技术方案，微膨胀混凝土在水化期间能够依靠膨胀剂的作用而发生一定的膨胀，从而弥补了填充料层与冠梁和顶板之间的间隙，使得冠梁和顶板之间稳固连接，减少因间隙而导致的结构强度缺失、影响冠梁对顶板施力的情况发生。
本发明进一步设置为：当所述顶板与侧墙之间形成一折角时，所述顶板与填充料层之间还设有素砼压顶支墩，所述素砼压顶支墩的上表面平整。
通过上述技术方案，素砼压顶支墩可以将与侧墙之间形成一折角的顶板补平，从而使得顶板与冠梁之间为一平面，此时便于填充料层的施工，并且冠梁通过填充料层对顶板施力更加稳定，顶板与填充料层之间也不易因具有剪力而松动。
本发明进一步设置为：所述冠梁内设有钢结构支架。
通过上述技术方案，钢结构直接可以加强冠梁的结构强度，减少冠梁长期受力而产生变形的可能。
本发明进一步设置为：所述钢结构支架包括长方形外框和若干组内加强筋，每组所述内加强筋设有两个并交叉设置，且两个所述加强筋的两端分别连接在外框横截面的四个角上。
通过上述技术方案，两个内加强筋的两端分别抵触在外框横截面的四个角上，并交叉形成X形，可以对冠梁的底面起到一个支撑力，从而进一步减少冠梁受力弯曲变形的可能，延长冠梁的使用寿命。
本发明进一步设置为：所述支护桩背离冠梁的一端设有延伸沟槽，所述延伸沟槽内设有防塌J形板，所述延伸沟槽内灌注有混凝土层，所述支护桩与混凝土层固定连接。
通过上述技术方案，混凝土层、支护桩以及冠梁形成一个匚形，土体则位于这个匚形内，从而可以增大支护桩与土体沿竖直方向上的摩擦力，并且这个匚形内的土体自身重力又可以对混凝土层起到一个压力，进一步的提高了隧道的抗浮能力。
本发明的另一个目的是提供一种明挖隧道利用支护桩及冠梁的压顶抗浮结构的施工方法，包含以下步骤：步骤A：在土体内根据预设位置进行支护桩施工，最终形成两排支护排桩；步骤B：在支护桩的顶部浇注出冠梁；步骤C：在两排支护排桩之间开挖隧道基坑；步骤D：施工隧道主体结构，形成两侧墙和一顶板；步骤E：在冠梁和顶板之间浇注微膨胀混凝土，形成填充料层。
通过上述技术方案，先施工支护桩以对基坑形成支护，减少土体坍落的可能，然后施工冠梁和隧道主体结构，可以保证隧道主体结构的稳定性，减少隧道主体结构所受应力，提高隧道主体的安全性，最后施工填充料层，填充料层充斥在顶板和冠梁之间，正好可以填补部分施工误差，使得顶板和冠梁稳定的连接起来。
本发明进一步设置为：步骤B包括以下步骤：步骤b1：采用放坡形式开挖冠梁基坑土方，从外侧向中心开挖；步骤b2：凿除桩头松散混凝土，并将桩头破除至设计桩顶标高；步骤b3：将基底整平并夯实，然后铺设一层水泥砂浆作为底模；步骤b4：将钢结构支架放置并固定在底模上；步骤b6：将混凝土浇筑于钢结构支架上并进行养护，控制砼的内部温度与表面温度之差以及表面温度与环境温度之差均不超过 20℃。
通过上述技术方案，先铺设底模，再放置钢结构支架，可以保证钢结构支架的位置水平，以防钢结构支架的因安装不平整而达不到设计要求，最后浇注混凝土并养护，即可完成冠梁的施工，并且整个冠梁的结构稳定、位置精确，施工难度小。
本发明进一步设置为：在步骤b4和步骤b6之间还设有步骤b5：沿钢结构支架长度方向的两侧壁上贴覆竹胶板，在两个竹胶板相背的一侧设置侧模板，侧模板和竹胶板之间间隔放置若干方木，然后将两个侧模板通过对拉螺栓连接。
通过上述技术方案，浇注混凝土时，两个竹胶板对混凝土起到一个聚拢限位的作用，混凝土凝结以后，与竹胶板粘结在一起，而竹胶板本身是以毛竹材料作主要架构和填充材料，经高压成坯的建材，因此竹胶板硬度高，抗折，抗压，与混凝土结合使用可以大大提高冠梁的结构强度，也能将大段的混凝土连接起来，减少冠梁产生裂缝的可能。
本发明进一步设置为：步骤E包含以下步骤：步骤e1：对顶板的基层表面进行吹扫干净，并洒水湿润；步骤e2：在顶板的基层表面竖立竹胶板，竹胶板背离冠梁的一侧放置横向背楞、竖向背楞以及斜撑作为支撑，然后向竹胶板与冠梁、顶板之间的空间内浇捣微膨胀混凝土形成填充料层；步骤e3：浇捣完成 12小时内，采用薄膜包裹或喷涂混凝土养护液对填充料层进行保湿养护，养护 14 天以上。
通过上述技术方案，竹胶板、冠梁以及顶板之间会形成一个槽体，操作者将混凝土灌注在这个槽体内，即可快速的形成填充料层，并且由于微膨胀混凝土具有微膨胀性能，因此可以稳固的抵紧在冠梁和顶板之间。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、与围护结构相结合使用，节约资源、经济性好；
2、利用围护结构的自重及侧摩阻力共同达到抗浮目的，且抗浮性能安全可靠；
3、施工流程简便快捷，施工效率高。
附图说明
图1是实施例1的整体结构示意图。
图2是实施例1中顶板与侧墙形成一折角时的结构示意图。
图3是实施例2用于体现冠梁施工的结构示意图。
图4是实施例2用于体现填充料层的结构示意图。
附图标记：1、主体结构；11、侧墙；12、顶板；2、支护桩；3、冠梁；4、填充料层；5、素砼压顶支墩；6、钢结构支架；61、外框；62、加强筋；7、延伸沟槽；71、J形板；72、混凝土层；8、竹胶板；81、侧模板；82、方木；83、对拉螺栓；9、横向背楞；91、竖向背楞；92、斜撑；93、预埋筋。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例1：一种明挖隧道利用支护桩及冠梁的压顶抗浮结构，如图1，包括主体结构1，主体结构1包括侧墙11和顶板12，侧墙11外设有支护桩2，支护桩2沿侧墙11的长度方向设有多个并形成支护排桩，以对主体结构1起到一个支护作用，减少隧道的主体结构1受到侧方土体的压力。两个侧墙11相背一侧的支护桩2顶部均设有冠梁3，冠梁3延伸向顶板12上部，冠梁3与顶板12之间设有填充料层4，填充料层4设置为C30微膨胀混凝土，C30微膨胀混凝土在水化期间能够依靠膨胀剂的作用而发生一定的膨胀，从而弥补了填充料层4与冠梁3和顶板12之间的间隙，使得冠梁3和顶板12之间稳固连接。
如图1，冠梁3内设有钢结构支架6，钢结构支架6包括长方形外框61和若干组内加强筋62，每组加强筋62设有两个，并且两个加强筋62呈X形交叉设置，两个加强筋62的两端分别焊接在外框61横截面的四个角上，各组加强筋62之间的间距设置为一米，冠梁3收到向上的压力时，加强筋62对冠梁3的底面起到一个支撑力，从而可以减少冠梁3受力弯曲变形的可能，延长冠梁3的使用寿命。
如图2，因隧道设计需要，顶板12有时会与侧墙11形成一折角，此时在顶板12与填充料层4之间还设有素砼压顶支墩5，素砼压顶支墩5的上表面平整，以便于填充料层4的施工，并且冠梁3通过填充料层4对顶板12施力更加稳定，顶板12与填充料层4之间也不易因具有剪力而松动。
如图1，支护桩2背离冠梁3的一端开设有延伸沟槽7，延伸沟槽7向着远离侧墙11的方向延伸，延伸沟槽7内设有防塌J形板71，防塌J形板71的长边位于底部，延伸沟槽7内灌注有混凝土层72，并且混凝土层72凝固后与支护桩2粘结固定在一起，此时混凝土层72、支护桩2和冠梁3形成匚形结构，土体嵌置在混凝土层72、支护桩2和冠梁3形成匚形结构内，这样的结构增大了支护桩2与土体沿竖直方向上的摩擦力，并且这个匚形结构内的土体自身重力又可以对混凝土层72起到一个压力，进一步的提高了隧道的抗浮能力。
工作原理：当隧道的主体结构1在受水浮力上浮时，冠梁3可以对隧道产生向下压力，并且支护桩2的自重以及与土体之间的侧摩擦力也可以对隧道产生向下压力，从而达到抗浮效果，由于支护桩2是施工隧道过程中必不可缺的，而本抗浮结构利用了固有的支护桩2，节约资源、经济性好，并且抗浮性能安全可靠，施工流程简便快捷，施工效率高。
实施例2：一种明挖隧道利用支护桩及冠梁的压顶抗浮结构的施工方法，首先根据预设位置，在土体上开挖钻孔并放入支护桩2，多个支护桩2排列形成两排支护排桩，然后操作者在支护桩2顶部采用放坡形式开挖冠梁3基坑土方，从外侧向中心开挖，凿除支护桩2桩头松散混凝土，并将桩头破除至设计桩顶标高，此时支护桩2顶部碎石散乱，操作者将支护桩2顶部作为基底，整平并夯实，然后铺设一层水泥砂浆作为底模，底模的表面平整，将钢结构支架6放置并通过膨胀螺栓固定在底模上。
如图3，此时操作者沿钢结构支架6长度方向的两侧壁上贴覆竹胶板8，在两个竹胶板8相背的一侧设置侧模板81，在侧模板81和竹胶板8之间间隔放置若干方木82，然后将两个侧模板81通过对拉螺栓83连接，此时两个竹胶板8和底模之间形成一个沉槽，操作者将混凝土浇筑于钢结构支架6上，并使得混凝土与竹胶板8相粘结，最后对混凝土并进行养护，控制砼的内部温度与表面温度之差以及表面温度与环境温度之差均不超过 20℃，从而完成冠梁3的浇注。
在两排支护桩2之间开挖隧道基坑，然后在基坑的底部开挖延伸沟槽7并推入防塌J形板71，再向延伸沟槽7内浇注混凝土形成混凝土层72，并进行养护，混凝土层72凝固后与支护桩2固定连接在一起。然后操作者在基坑内施工隧道主体结构1，形成两侧墙11和一顶板12。
如图4，若设计中顶板12与侧墙11垂直设置，即顶板12与冠梁3平行，则在顶板12施工完毕后，操作者直接对顶板12的基层表面进行吹扫，直至顶板12干净平整，然后洒水湿润，在顶板12的基层表面竖立竹胶板8，此时竹胶板8、顶板12和冠梁3底部之间形成一个凹槽，操作者在竹胶板8背离冠梁3的一侧放置横向背楞9、竖向背楞91以及斜撑92作为支撑，横向背楞9的两端分别抵触在竖向背楞91和竹胶板8上，顶板12上设有预埋筋，斜撑92分别抵触在竖向背楞91和预埋筋93上，从而对竖向背楞91起到一个支撑作用，横竖向背楞91、斜撑92均采用方木82，以便于拆卸。最后操作者向竹胶板8、顶板12和冠梁3底部之间形成的凹槽内浇注C30微膨胀混凝土，混凝土浇筑过程中必须振捣，振捣要均匀充分，保证混凝土不离析，使气泡基本排出，但也不得过振。然后在混凝土浇捣完成的12小时内，及时采用薄膜包裹或喷涂混凝土养护液等方法对C30微膨胀混凝土进行保湿养护，养护时间为14天以上。C30微膨胀混凝土凝固后形成填充料层4，C30微膨胀混凝土在水化期间能够依靠膨胀剂的作用而发生一定的膨胀，从而弥补了填充料层4与冠梁3和顶板12之间的间隙，使得冠梁3和顶板12之间稳固连接。
若设计中顶板12与侧墙11形成一折角，即顶板12与冠梁3不平行，则操作者在施工顶板12的同时，在顶板12上浇注C40素混凝土形成素砼压顶支墩5，并且保证素砼压顶支墩5的上表面平整，此时素砼压顶支墩5的上表面与冠梁3相平行，操作者将竹胶板8放置在素砼压顶支墩5的上表面后，根据上述顶板12与冠梁3平行时相同的施工方法施工填充料层4即可。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种明挖隧道利用支护桩及冠梁压顶抗浮结构，其特征在于：包括主体结构(1)，所述主体结构(1)包括侧墙(11)和顶板(12)，所述侧墙(11)外设有支护桩(2)，所述支护桩(2)沿侧墙(11)的长度方向设有多个，所述侧墙(11)一侧的支护桩(2)顶部设有冠梁(3)，所述冠梁(3)延伸向顶板(12)上部，所述冠梁(3)与顶板(12)之间设有填充料层(4)。
2.根据权利要求1所述的明挖隧道利用支护桩及冠梁压顶抗浮结构，其特征在于：所述填充料层(4)设置为微膨胀混凝土。
3.根据权利要求2所述的明挖隧道利用支护桩及冠梁压顶抗浮结构，其特征在于：当所述顶板(12)与侧墙(11)之间形成一折角时，所述顶板(12)与填充料层(4)之间还设有素砼压顶支墩(5)，所述素砼压顶支墩(5)的上表面平整。
4.根据权利要求3所述的明挖隧道利用支护桩及冠梁压顶抗浮结构，其特征在于：所述冠梁(3)内设有钢结构支架(6)。
5.根据权利要求4所述的明挖隧道利用支护桩及冠梁压顶抗浮结构，其特征在于：所述钢结构支架(6)包括长方形外框(61)和若干组内加强筋(62)，每组所述内加强筋(62)设有两个并交叉设置，且两个所述加强筋(62)的两端分别连接在外框(61)横截面的四个角上。
6.根据权利要求5所述的明挖隧道利用支护桩及冠梁压顶抗浮结构，其特征在于：所述支护桩(2)背离冠梁(3)的一端设有延伸沟槽(7)，所述延伸沟槽(7)内设有防塌J形板(71)，所述延伸沟槽(7)内灌注有混凝土层(72)，所述支护桩(2)与混凝土层(72)固定连接。
7.一种明挖隧道利用支护桩及冠梁的压顶抗浮结构的施工方法，其特征在于包含以下步骤：
步骤A：在土体内根据预设位置进行支护桩施工，最终形成两排支护排桩；
步骤B：在支护桩的顶部浇注出冠梁；
步骤C：在两排支护排桩之间开挖隧道基坑；
步骤D：施工隧道主体结构，形成两侧墙和一顶板；
步骤E：在冠梁和顶板之间浇注微膨胀混凝土，形成填充料层。
8.根据权利要求7所述的明挖隧道利用支护桩及冠梁的压顶抗浮结构的施工方法，其特征在于，步骤B包括以下步骤：
步骤b1：采用放坡形式开挖冠梁基坑土方，从外侧向中心开挖；
步骤b2：凿除桩头松散混凝土，并将桩头破除至设计桩顶标高；
步骤b3：将基底整平并夯实，然后铺设一层水泥砂浆作为底模；
步骤b4：将钢结构支架放置并固定在底模上；
步骤b6：将混凝土浇筑于钢结构支架上并进行养护，控制砼的内部温度与表面温度之差以及表面温度与环境温度之差均不超过 20℃。
9.根据权利要求7所述的明挖隧道利用支护桩及冠梁的压顶抗浮结构的施工方法，其特征在于：在步骤b4和步骤b6之间还设有步骤b5：沿钢结构支架长度方向的两侧壁上贴覆竹胶板，在两个竹胶板相背的一侧设置侧模板，侧模板和竹胶板之间间隔放置若干方木，然后将两个侧模板通过对拉螺栓连接。
10.根据权利要求7所述的明挖隧道利用支护桩及冠梁的压顶抗浮结构的施工方法，其特征在于，步骤E包含以下步骤：
步骤e1：对顶板的基层表面进行吹扫干净，并洒水湿润；
步骤e2：在顶板的基层表面竖立竹胶板，竹胶板背离冠梁的一侧放置横向背楞、竖向背楞以及斜撑作为支撑，然后向竹胶板与冠梁、顶板之间的空间内浇捣微膨胀混凝土形成填充料层；
步骤e3：浇捣完成 12小时内，采用薄膜包裹或喷涂混凝土养护液对填充料层进行保湿养护，养护 14 天以上。
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