CN112031008A - 一种可控型钢筋砼强冻桩连续墙及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可控型钢筋砼强冻桩连续墙及其施工方法，可控型钢筋砼强冻桩连续墙由钢筋砼强冻桩和桩间冻土构成，钢筋砼强冻桩与桩间冻土相间分布，所述钢筋砼强冻桩包括混凝土、钢筋笼、U型冻结器和传热钢板。(A)钻孔场地和孔位准备；(B)钻孔到底、钢筋笼和U型冻结器加工准备；(C)下放U型冻结器和钢筋笼；(D)配置低温早强高性能混凝土；(E)浇筑强冻桩混凝土；(F)钢筋砼成桩；(G)制冷系统安装；(H)积极冻结；(I)维护冻结；(J)工程结束。本发明从根本上解决了现有各种桩墙施工技术“止水效果差，施工复杂、可靠性低”等问题和不足。可用于城市地下空间的深部开发，有利于保护地下水资源，显著提高城市地下工程施工的安全性和可靠性。

Description

一种可控型钢筋砼强冻桩连续墙及其施工方法

技术领域

本发明涉及市政工程冻结施工技术领域。具体地说是一种可控型钢筋砼强冻桩连续墙及其施工方法。

背景技术

我国近年来正在加大城市地下水的保护，严格控制因地下抽水和降水导致的城市水资源浪费，并有效控制地层沉降和生态环境恶化，建设海绵城市。因此，许多城市都出台了一系列控制地层抽降水的政策，导致地下工程施工时面临更多的地下水涌入和地层塌方等风险。

为了地下工程向纵深发展和降低施工风险，地下工程发展了诸如：混凝土地连墙、SMW、TRW、混凝土咬合桩等施工工法。但这些工法在施工场地等方面还存在较多制约条件，而且止水的可靠性仍然不高；例如：现行钢筋混凝土桩墙施工的强度高但止水效果差。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种止水效果好且强度高的可控型钢筋砼强冻桩连续墙及其施工方法。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种可控型钢筋砼强冻桩连续墙，由钢筋砼强冻桩和桩间冻土构成，所述钢筋砼强冻桩与所述桩间冻土相间分布，所述钢筋砼强冻桩包括混凝土、钢筋笼、U型冻结器和传热钢板，所述钢筋笼与所述U型冻结器相对固定且均位于所述混凝土内，所述U型冻结器的两个纵向钢管沿所述钢筋笼的长度方向；所述传热钢板的第一纵向侧边与所述U型冻结器直接固定连接或通过所述钢筋笼与所述U型冻结器间接固定连接，所述传热钢板的第二纵向侧边伸出到所述钢筋砼强冻桩外侧并伸入到所述桩间冻土内，所述第一纵向侧边与所述第二纵向侧边为两个相对的侧边。

上述可控型钢筋砼强冻桩连续墙，所述钢筋笼位于所述U型冻结器的两个纵向钢管之间，所述传热钢板的第一纵向侧边与所述U型冻结器直接固定连接。

上述可控型钢筋砼强冻桩连续墙，所述U型冻结器由第一纵向钢管、第二纵向钢管和弯头组成，所述弯头的两端分别与所述第一纵向钢管的下端和所述第二纵向钢管的下端焊接并导通；所述弯头外表面包覆有PEF保温材料层。

上述可控型钢筋砼强冻桩连续墙，所述第一纵向钢管的上端和所述第二纵向钢管的上端包覆有PEF保温材料层，所述PEF保温材料层的厚度为20mm。

上述可控型钢筋砼强冻桩连续墙，所述传热钢板的厚度为10mm、横向宽度为200mm。

上述可控型钢筋砼强冻桩连续墙，所述U型冻结器的钢管直径d＝60～140mm。

一种可控型钢筋砼强冻桩连续墙施工方法，包括如下步骤：

(A)钻孔场地和孔位准备；

(B)设计和施工的钢筋混凝土灌注桩：桩径D＝400mm～2000mm，桩间距＝D+2ε％+λmm；ε为灌注桩孔偏斜率，λ为间距富裕系数，λ＝50～150mm，钻孔到底形成灌注桩孔；钢筋笼和U型冻结器加工准备：将所述钢筋笼与所述U型冻结器相对固定起来，所述U型冻结器的两个纵向钢管沿所述钢筋笼的长度方向，并将所述钢筋笼、所述U型冻结器与传热钢板三者相对固定起来；所述传热钢板的第一纵向侧边与所述U型冻结器直接固定连接或通过所述钢筋笼与所述U型冻结器间接固定连接，所述传热钢板的第二纵向侧边伸出到所述钢筋混凝土灌注桩外侧并伸入到桩间土层内，所述第一纵向侧边与所述第二纵向侧边为两个相对的侧边；

(C)将所述钢筋笼、所述U型冻结器和所述传热钢板一起下放到所述灌注桩孔内；

(D)配置混凝土；

(E)向所述灌注桩孔内浇筑混凝土；

(F)所述钢筋笼与混凝土凝固在一起形成钢筋混凝土灌注桩；

(G)制冷系统安装；

(H)积极冻结：向所述U型冻结器内注入低温循环盐水，使得所述钢筋混凝土灌注桩周围土体降温形成冻土帷幕，所述钢筋混凝土灌注桩成为钢筋砼强冻桩，所述钢筋混凝土灌注桩之间的土体成为桩间冻土，任意相邻两个所述钢筋砼强冻桩交圈，形成强冻桩连续墙；

(I)维护冻结；

(J)工程结束。

上述可控型钢筋砼强冻桩连续墙施工方法，所述钢筋笼位于所述U型冻结器的两个纵向钢管之间，所述传热钢板的第一纵向侧边与所述U型冻结器直接固定连接。

本发明的技术方案取得了如下有益的技术效果：

本发明是基于在钻孔钢筋混凝土灌注桩中插入U型冻结器形成，形成了由钢筋混凝土桩和冻结圆柱联合作用而成的冻桩连续墙的基本方法，并发展一种“可控的钢筋砼强冻桩连续墙新技术”，应用于复杂含水的地下空间开发的地下围护结构中。

本发明是针对现行钢筋混凝土桩墙施工的强度高但止水效果差的特点，直接融合冻结法可靠封水的技术优势，形成一种新的由冻土+钢筋混凝土桩组合而成的连续墙施工方法。一方面发挥冻土封水效果好，地层适应性强的优势；另一方面可充分利用钢筋混凝土的强度和稳定性。该施工方法还降低了施工设备的要求，促进地下连续墙的设备小型化和向地下暗筑的方向发展。

本发明是针对目前市政工程向地下深部空间开发的一项新型施工工法，该工法既可避免地下排水，减少地下水资源浪费，又确保地下空间开挖支护施工安全。同时在工程结束后，又部分恢复地层的地下水沟通和渗流的状态，从而提高绿色海绵城市建设的技术水平。

本发明适用于现今深基坑封水围护、地下车站的暗筑帷幕等工程。该新工法，工艺简单，技术可靠，设备灵活，施工方便。可在地下空间开挖构筑过程中控制地下水涌入和地层塌方的风险。施工完毕后，冻土融化，可恢复地层的渗透性。该工法有助于保护地下水资源和提高“海绵城市”的建设水平。

附图说明

图1为本发明中钢筋砼强冻桩结构示意图。

图2为本发明中钢筋砼强冻桩连续墙结构示意图。

图3为本发明中强冻桩内U型冻结器结构图。

图中：1-混凝土(低温早强高性能砼)；2-钢筋笼；3-U型冻结器；31-第一纵向钢管；32-第二纵向钢管；33-弯头；4-传热钢板；5-冻土帷幕；6-低温盐水循环；7-PEF保温材料层。100-钢筋砼强冻桩；200-桩间冻土。

图4为基坑临空侧敷设保温材料示意图。图中：8-冠梁。

图5本发明可控型钢筋砼强冻桩连续墙施工方法流程图。

具体实施方式

如图1和图2所示，本实施例可控型钢筋砼强冻桩连续墙由钢筋砼强冻桩100和桩间冻土200构成，所述钢筋砼强冻桩100与所述桩间冻土200相间分布，所述钢筋砼强冻桩100包括混凝土1、钢筋笼2、U型冻结器3和传热钢板4，所述钢筋笼2与所述U型冻结器3相对固定且均位于所述混凝土1内，所述U型冻结器3的两个纵向钢管沿所述钢筋笼2的长度方向；所述钢筋笼2位于所述U型冻结器3的两个纵向钢管之间，所述传热钢板4的第一纵向侧边与所述U型冻结器3直接固定连接，所述传热钢板4的第二纵向侧边伸出到所述钢筋砼强冻桩100外侧并伸入到所述桩间冻土200内，所述第一纵向侧边与所述第二纵向侧边为两个相对的侧边。本实施例中所述传热钢板4的厚度为10mm、横向宽度为200mm。孔位准备到位后，下放钢筋笼2和U型冻结器3，其后浇筑混凝土，养护成桩。U型冻结器3的具体埋置深度可根据设计封水要求确定，本实施例中其位于钢筋笼2外侧，在设计时可选用若干管体作为测温孔或额外设置测温管线；U型冻结器3的使用提高了排桩的抗弯剪能力，也减少了水泥的使用量；U型冻结器3的钢管内注入低温循环盐水，促使混凝土桩周围土体降温形成冻土帷幕。

如图3所示，所述U型冻结器3由第一纵向钢管31、第二纵向钢管32和弯头33组成，所述弯头33的两端分别与所述第一纵向钢管31的下端和所述第二纵向钢管32的下端焊接并导通；所述弯头33外表面包覆有PEF保温材料层7。所述第一纵向钢管31的上端和所述第二纵向钢管32的上端包覆有PEF保温材料层7，所述PEF保温材料层7的厚度为20mm。所述U型冻结器3的钢管直径d＝60～140mm。本实施例针对含水层特征，通过在U型冻结器3敷设PEF保温材料实现局部冻结；局部冻结段焊接10mm厚、宽200mm的传热钢板4，充分利用钢板导热性强、混凝土导热性弱的特点，实现冷量定向传递，桩间土强化冻结，U型冻结器3的底部用PEF材料做保温处理，保温层的厚度为20mm，实现减少冷量损失的目的。

图4所示为基坑等临空侧铺贴PEF保温材料层7，通过粘接或锚索定位等方式固定于墙体外侧，使得U型冻结器内冷媒剂的冷量形成定向传导，加快挡墙内侧土体与冷媒剂的热量交换效率，减少冷能向临空侧的散失。

如图5所示，本实施例可控型钢筋砼强冻桩连续墙施工方法，包括如下步骤：

A、钻孔场地和孔位准备。

B、设计和施工的钢筋混凝土灌注桩：桩径D＝400mm～2000mm，桩间距＝D+2ε％+λmm；ε为灌注桩孔偏斜率，λ为间距富裕系数，λ＝50～150mm，钻孔到底形成灌注桩孔；钢筋笼2和U型冻结器3加工准备：将所述钢筋笼2与所述U型冻结器3相对固定起来，所述U型冻结器3的两个纵向钢管沿所述钢筋笼2的长度方向，并将所述钢筋笼2、所述U型冻结器3与传热钢板4三者相对固定起来；所述钢筋笼2位于所述U型冻结器3的两个纵向钢管之间，所述传热钢板4的第一纵向侧边与所述U型冻结器3直接固定连接，所述传热钢板4的第二纵向侧边伸出到所述钢筋混凝土灌注桩外侧并伸入到桩间土层内，所述第一纵向侧边与所述第二纵向侧边为两个相对的侧边。

C、将所述钢筋笼2、所述U型冻结器3和所述传热钢板4一起下放到所述灌注桩孔内；在钢筋混凝土灌注桩下放钢筋笼时，也可根据设计要求设置1～2根测温线，U型冻结器3的钢管直径d＝60～140mm。

D、配置混凝土。

E、向所述灌注桩孔内浇筑混凝土：在灌注桩孔内按需求搁置钢筋笼2、U型冻结器3和传热钢板4后，并浇筑3～14天内低温早强高性能混凝土，强度等级按结构计算受力分析确定；早强时间也可按施工工期安排而定。

F、所述钢筋笼2与混凝土凝固在一起形成钢筋混凝土灌注桩。

G、制冷系统安装。

H、积极冻结：向所述U型冻结器3内注入低温循环盐水，使得所述钢筋混凝土灌注桩周围土体降温形成冻土帷幕，所述钢筋混凝土灌注桩成为钢筋砼强冻桩100，所述钢筋混凝土灌注桩之间的土体成为桩间冻土200，任意相邻两个所述钢筋砼强冻桩100交圈，形成强冻桩连续墙。

在完成带U型冻结器3的混凝土桩之后，U型冻结器3连接到冷冻机的低温盐水冷源。U型冻结器3冷媒剂循环将对混凝土桩附近的含水土层进行降温，使桩间土体变成冻土，桩间冻土将各个独立的钢筋混凝土桩连接起来，形成完全封水的冻土+钢筋混凝土桩的复合帷幕结构，即钢筋混凝土强冻桩连续墙，该结构既起到止水效果，又具备较强的抗弯抗剪承载能力。

I、维护冻结。

J、达到设计要求后，工程结束，可以进入下一步的地下工程开挖和支护工作。

按地下结构需求，通过在钢筋砼强冻桩体内定向增设安装导热钢板4控制冷能导向，充分利用钢板导热性强、混凝土导热性弱的特点，使冷量具有导向性，加强必要部位的冻结强度，实现快速冻结、减少冷能损失、以及强化冻结的目的。同时在不需要冻结段通过在U型冻结器3敷设PEF保温材料层实现局部冻结。

排桩浇筑前，按地层含水层分布需求，设置局部冻结器和保温结构，针对性地对所需地层进行控制性冻结，减少非必要冻结，减少冻胀融沉对地下构筑物的影响。

U型冻结器3钢管的连接应预布置在地下结构中或固定好位置，确保冻结循环管路施工不受干扰；排桩边缘冻结管可作为测温孔，实时监控桩体垂深范围内的温度变化，掌握冻结壁形成状况。

本发明充分利用地层冻结原理解决钢筋混凝土桩之间的封水难题，形成钢筋混凝土桩与冻土复合的地下连续墙结构，从根本上解决了现有各种桩墙施工技术“止水效果差，施工复杂、可靠性低”等问题和不足。同时也充分发挥钢筋混凝土连续墙的高抗弯、抗拉、抗剪切的承载能力，该发明可用于城市地下空间的深部开发，有利于保护地下水资源，显著提高城市地下工程施工的安全性和可靠性；既适用于地面施工，也适合地下暗筑施工。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本专利申请权利要求的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种可控型钢筋砼强冻桩连续墙，其特征在于，由钢筋砼强冻桩(100)和桩间冻土(200)构成，所述钢筋砼强冻桩(100)与所述桩间冻土(200)相间分布，所述钢筋砼强冻桩(100)包括混凝土(1)、钢筋笼(2)、U型冻结器(3)和传热钢板(4)，所述钢筋笼(2)与所述U型冻结器(3)相对固定且均位于所述混凝土(1)内，所述U型冻结器(3)的两个纵向钢管沿所述钢筋笼(2)的长度方向；所述传热钢板(4)的第一纵向侧边与所述U型冻结器(3)直接固定连接或通过所述钢筋笼(2)与所述U型冻结器(3)间接固定连接，所述传热钢板(4)的第二纵向侧边伸出到所述钢筋砼强冻桩(100)外侧并伸入到所述桩间冻土(200)内，所述第一纵向侧边与所述第二纵向侧边为两个相对的侧边。

2.根据权利要求1所述的一种可控型钢筋砼强冻桩连续墙，其特征在于，所述钢筋笼(2)位于所述U型冻结器(3)的两个纵向钢管之间，所述传热钢板(4)的第一纵向侧边与所述U型冻结器(3)直接固定连接。

3.根据权利要求1-2任一所述的一种可控型钢筋砼强冻桩连续墙，其特征在于，所述U型冻结器(3)由第一纵向钢管(31)、第二纵向钢管(32)和弯头(33)组成，所述弯头(33)的两端分别与所述第一纵向钢管(31)的下端和所述第二纵向钢管(32)的下端焊接并导通；所述弯头(33)外表面包覆有PEF保温材料层(7)。

4.根据权利要求3所述的一种可控型钢筋砼强冻桩连续墙，其特征在于，所述第一纵向钢管(31)的上端和所述第二纵向钢管(32)的上端包覆有PEF保温材料层(7)，所述PEF保温材料层(7)的厚度为20mm。

5.根据权利要求1-3任一所述的一种可控型钢筋砼强冻桩连续墙，其特征在于，所述传热钢板(4)的厚度为10mm、横向宽度为200mm。

6.根据权利要求1-3任一所述的一种可控型钢筋砼强冻桩连续墙，其特征在于，所述U型冻结器(3)的钢管直径d＝60～140mm。

7.一种可控型钢筋砼强冻桩连续墙施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

(A)钻孔场地和孔位准备；

(B)设计和施工的钢筋混凝土灌注桩：桩径D＝400mm～2000mm，桩间距＝D+2ε％+λmm；ε为灌注桩孔偏斜率，λ为间距富裕系数，λ＝50～150mm，钻孔到底形成灌注桩孔；钢筋笼(2)和U型冻结器(3)加工准备：将所述钢筋笼(2)与所述U型冻结器(3)相对固定起来，所述U型冻结器(3)的两个纵向钢管沿所述钢筋笼(2)的长度方向，并将所述钢筋笼(2)、所述U型冻结器(3)与传热钢板(4)三者相对固定起来；所述传热钢板(4)的第一纵向侧边与所述U型冻结器(3)直接固定连接或通过所述钢筋笼(2)与所述U型冻结器(3)间接固定连接，所述传热钢板(4)的第二纵向侧边伸出到所述钢筋混凝土灌注桩外侧并伸入到桩间土层内，所述第一纵向侧边与所述第二纵向侧边为两个相对的侧边；

(C)将所述钢筋笼(2)、所述U型冻结器(3)和所述传热钢板(4)一起下放到所述灌注桩孔内；

(D)配置混凝土；

(E)向所述灌注桩孔内浇筑混凝土；

(F)所述钢筋笼(2)与混凝土凝固在一起形成钢筋混凝土灌注桩；

(G)制冷系统安装；

(H)积极冻结：向所述U型冻结器(3)内注入低温循环盐水，使得所述钢筋混凝土灌注桩周围土体降温形成冻土帷幕，所述钢筋混凝土灌注桩成为钢筋砼强冻桩(100)，所述钢筋混凝土灌注桩之间的土体成为桩间冻土(200)，任意相邻两个所述钢筋砼强冻桩(100)交圈，形成强冻桩连续墙；

(I)维护冻结；

(J)工程结束。

8.根据权利要求7所述的一种可控型钢筋砼强冻桩连续墙施工方法，其特征在于，所述钢筋笼(2)位于所述U型冻结器(3)的两个纵向钢管之间，所述传热钢板(4)的第一纵向侧边与所述U型冻结器(3)直接固定连接。

Images