CN112726623A - 基于互锁式扩孔钢沉管的深层土壤开挖及回填施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于互锁式扩孔钢沉管的深层土壤开挖及回填的施工方法，包括：在待处理区边界线上选定起始点，以起始点为第一钢沉管中心，采用沉管设备沉入土壤中；根据设定的推进方向，以互锁结构为基点，确定第二钢沉管的沉入点并沉入，依推进方向依次沉入第三、第四钢沉管，各沉管下部的正六边形紧密贴合；对第一钢沉管内的土壤开挖后，边起拔吊出钢沉管边回填；然后将第一钢沉管作为第四钢沉管，留在土壤中的钢沉管顺次变更为第一、第二和第三钢沉管，依次重复操作，实现特定区域的开挖处理及回填。本发明通过多管互锁、外扩孔体及底部靴管，实现了沉管内土壤的开挖处理及回填，施工过程简单，不需要大规模基坑和支护，有效节约了施工成本。

Description

基于互锁式扩孔钢沉管的深层土壤开挖及回填施工方法

技术领域

本发明属于环境治理、土建基础工程处理领域，特别涉及一种基于互锁式扩孔钢沉管的深层土壤开挖及回填施工方法。

背景技术

随着工业化、城市化的发展，土壤污染修复成为环境治理中越来越关键的环节；对于特定地质条件下如地下深层的污染土体，需要进行开挖施工进行专门处理。土木工程中的特定基础处理，也会涉及局部区域进行开挖处理，多采用基坑开挖及支护的方式进行。

现有技术中，进行土壤治理或特定基础处理时，若采用基坑开挖及支护方式，施工过程复杂，且费用昂贵，不利于环境治理及建筑基础处理的成本控制。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，本发明旨在提供一种基于互锁式扩孔钢沉管的深层土壤开挖及回填施工方法，通过多管互锁和钢沉管外扩孔体及底部靴管，实现沉管内土壤的开挖处理及回填，满足土壤治理及工程的需要，施工过程简单，不需要支护，有效节约了施工成本。

为了实现上述目的，本发明实施例采用如下技术方案：

本发明实施例提供了一种基于互锁式扩孔钢沉管的深层土壤开挖及回填施工方法，所述施工方法包括如下步骤：

步骤S1，准备至少四根互锁式钢沉管运输到施工现场，安装沉桩设备及起拔设备；所述互锁式钢沉管设置有同轴心的从上至下分布的正六边形扩孔锥体，钢沉管底部为底部靴管；扩孔锥体的六个边中间有贯穿上下的缺口，缺口内设置有贯穿上下的互锁结构，互锁结构焊接于钢沉管外壁上，从底部靴管的底刃上部沿轴线方向延伸至管口；

步骤S2，划定待开挖区域的最大边界，并在边界线上选定起始点；

步骤S3，以起始点为第一互锁式钢沉管中心，通过沉桩设备将第一互锁式钢沉管沉入待开挖的土壤中；

步骤S4，以第一互锁式钢沉管上离边界线最近的互锁结构为基点，将当前互锁结构与第二互锁式钢沉管的互锁结构进行锁定，确定第二互锁式钢沉管的沉入点，通过沉桩设备将第二互锁式钢沉管沉入待开挖土壤中，钢沉管下部通过正六边形的方式实现密合连接；

步骤S5，以第一互锁式钢沉管和第二互锁式钢沉管中心连线向边界线内侧、且距离最近的两个未锁定的互锁结构为基础，与第三跟钢沉管对接互锁联结，并沉入待开挖的土壤中，三个钢沉管下部通过正六边形的方式实现联接贴合，同时，三个钢沉管的中心形成正三角形；

步骤S6，在边界线内侧以开挖推进方向上的两个互锁式钢沉管的距离最近的两个未锁定的互锁结构为基础，与第四钢沉管对接互锁联结，通过沉桩设备将第四互锁式钢沉管沉入待开挖土壤中；

步骤S7，对第一互锁式钢沉管内的土壤进行开挖清理完成后，吊出第一钢沉管，并在吊出过程进行回填；

步骤S8，判断钢沉管是否覆盖边界线内所有需要待开挖区域；若是，则结束施工；若否，则将第一互锁式钢沉管作为第四互锁式钢沉管，留在土壤中的三根钢沉管顺次变更为第一、第二和第三钢沉管，转入步骤S6。

作为本发明的一个优选实施例，所述步骤S6中的推进方向，从构成正三角形顶点的第三互锁式钢沉管中心点出发的两条边中，选择其中一条边对应的成120度角的两个未锁定的互锁结构，作为推进方向。

作为本发明的一个优选实施例，所述互锁式钢沉管采用壁厚大于10mm的厚壁钢管。

作为本发明的一个优选实施例，所述从上至下分布的正六边形每个角对应的扩孔锥体内，分别具有一个空腔和预埋于空腔两侧的压力水管；所述空腔内充填无收缩水泥砂浆；所述压力水管用于沉管时辅助高压冲水，辅助沉管施工。

作为本发明的一个优选实施例，所述互锁结构，为带有三个折角的J形或L形勾状结构，一个插入到另外一个形成互锁，其中长边与钢管主体焊接在一起。

作为本发明的一个优选实施例，所述钢沉管底部的扩孔靴管除中间的互锁机构外，整体是一个外部为正六边形、内部为圆形、从上至下逐渐外扩的六瓣形结构，形成具有外倾角的喇叭口底刃，钢沉管下沉过程中将喇叭口对应的土壤挤入钢沉管内部。

作为本发明的一个优选实施例，对所述钢沉管内的土壤进行开挖，通过螺旋钻斗和旋挖料斗，实现钢沉管内的土体的开挖取料，进行处理，然后再进行回填。

作为本发明的一个优选实施例，步骤S7还包括：在回填到高程后，为了确保回填密实度和加快沉降，堆高回填土体。

作为本发明的一个优选实施例，所述方法还包括：在同一边界线内分组进行施工，准备现场施工孔位和顺序布置图，每组四根钢沉管，向一侧交替推进；多组配合，且每组钢沉管施工时边缘部位或已处理部位预留至少20cm以上的重叠覆盖区。

本发明实施例所提供的技术方案具有如下有益效果：

通过多管互锁和钢沉管外扩孔体及底部靴管，实现沉管内土壤的开挖和回填，满足土壤治理及工程的需要，施工过程简单，不需要支护，有效节约了施工成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1是本发明提供的基于互锁式扩孔钢沉管的深层土壤开挖及施工方法流程图；

图2是本发明所述深层土壤开挖及回填施工方法推进方向示意图；

图3是本发明所述深层土壤开挖及回填施工原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1所示，本发明实施例提供了一种基于互锁式钢沉管的深层土壤开挖及施工方法，包括如下步骤：

步骤S1，工程准备，包括：准备至少四根互锁式钢沉管运输到施工现场，安装沉桩设备及起拔设备；所述互锁式钢沉管底部设置有同轴心的从上至下分布的正六边形扩孔锥体延伸到底部为底部靴管；扩孔锥体的中间有贯穿上下的缺口，缺口内设置有贯穿上下的互锁结构，互锁结构焊接于钢沉管外壁上，从底部靴管的靴管底刃上部沿轴线方向延伸至管口。

步骤S2，划定待开挖区域的最大边界，并在边界线上选定起始点。

步骤S3，以起始点为第一互锁式钢沉管中心，通过沉桩设备将第一互锁式钢沉管沉入待开挖土壤中。

其中，所述互锁式钢沉管采用壁厚大于10mm的厚壁钢管。所述互锁式钢沉管采用统一设计尺寸，工厂统一下料，也可以采用分节加工从而保证加工精度，现场对各节钢沉管进行焊接或采用高强度螺栓连接加长。所述钢沉管易于加工，所需设备为常规桩工设备，容易取得，施工方法可操作性强。

步骤S4，以第一互锁式钢沉管上离边界线最近的互锁结构为基点，将当前互锁结构与第二互锁式钢沉管的任一互锁结构进行锁定，确定第二互锁式钢沉管的沉入点，通过沉桩设备将第二互锁式钢沉管沉入待开挖土壤中，钢沉管下部通过正六边形的方式实现密合拼接。

所述互锁式钢沉管底部设置有同轴心的六边形扩孔靴管，扩孔靴管的六个边中心具有贯穿上下的缺口，缺口内设置有互锁结构，互锁结构焊接于钢沉管外壁上，且沿轴线延伸至管口。优选地，所述六个缺口所隔断的六边形的六个角所对应的扩孔锥体内，分别具有一个空腔和预埋于空腔两侧的压力水管。钢沉管之间的间歇土体体积小于钢沉管内部土体体积的10％。在旋挖时通过压力水管采取冲水等辅助措施，可在不同的土壤地质条件下进行开挖施工。所述空腔内充填无收缩水泥砂浆，增加整体性和刚度。

所述互锁结构，为带有三个折角的J形或L形勾状结构，一个插入到另外一个形成互锁，无法脱出，其中长边与钢管主体焊接在一起。通过所述互锁结构，实现多根钢沉管的互相锁定，多管构成一个相互联系的整体，而底部靴管除互锁结构外呈相互密合拼接的正六边形，实现基本上覆盖底部区域。

本步骤中，第二互锁式钢沉管的扩孔靴管的六边形其中一边与第一互锁式钢沉管的扩孔靴管的其中一边平行叠加，使上部圆形钢沉管间的土壤以下部的六边形密接的方式，通过扩孔靴管挤入钢沉管内部，土壤开挖或置换覆盖整个待开挖区域，钢沉管间不再存在间隙，圆形钢沉管间隙中的土体分别被压入钢沉管内。

在本发明的一个优选实施例中，所述钢沉管底部的扩孔靴管除中间的互锁机构外，整体是一个外部为正六边形、内部为圆形、从上至下逐渐外扩的六瓣形结构，形成具有外倾角的喇叭口底刃，钢沉管下沉过程中将喇叭口对应的土壤挤入钢沉管内部。

步骤S5，以第一互锁式钢沉管和第二互锁式钢沉管中心连线向边界线内侧、且距离最近的两个未锁定的互锁结构为基础，将当前两个互锁结构与第三互锁式钢沉管的任意相邻两个互锁结构进行锁定，确定第三互锁式钢沉管的沉入点，通过沉桩设备将第三互锁式钢沉管沉入待开挖土壤中，三个钢沉管下部通过正六边形的方式实现密合拼接，同时，三个钢沉管的中心形成正三角形。

步骤S6，在边界线内侧以开挖推进方向上的两个互锁式钢沉管的距离最近的两个未锁定的互锁结构为基础，将当前两个互锁结构与第四互锁式钢沉管的任意相邻两个互锁结构进行锁定，确定第四互锁式钢沉管的沉入点，通过沉桩设备将第四互锁式钢沉管沉入待开挖土壤中。

本步骤中，所述推进方向，如图2和图3所示，从构成正三角形顶点的第三互锁式钢沉管中心点出发的两条边中，选择其中一条边对应的成120度角的两个未锁定的互锁结构，作为推进方向。此时，互锁点为两个，下沉难度小。

当第四互锁式钢沉管沉入后，第二、第三和第四钢沉管构成一个与原正三角形共边的新的正三角形，后续的推进方向，以最新形成正三角形的顶点出发的两条边中，进行推进方向的选择。

步骤S7，对第一互锁式钢沉管内的土壤进行开挖清理完成后，吊出第一钢沉管，并在吊出过程进行回填。

本步骤中，对所述钢沉管内的土壤进行开挖，通过螺旋钻斗和旋挖料斗，实现钢沉管内的土体的快速开挖取料。

本步骤完成后，此时剩余的第二钢沉管、第三钢沉管和第四钢沉管的中心形成与原三角形共边的新的正三角形；通过振动或液压拔管机，结合起吊设备，可以将本钢沉管从地下取出；在取出钢沉管过程中，回填适当的回填材料，达到对特区域进行置换处理的目的，避免了复杂的基坑开挖或支护工作，减少对周边环境的影响。

本步骤还可以包括：堆高回填土体。由于回填的土体属于松方，初始回填密实度不高，为了平衡回填土体的沉降，在完成孔内回填的区域，把回填料适当堆高一定高度，加快回填土体的沉降，也能减少对周边的影响。

步骤S8，判断钢沉管是否覆盖边界线内所有需要待开挖区域；若是，则结束施工；若否，则将第一互锁式钢沉管作为第四互锁式钢沉管，留在土壤中的三根钢沉管顺次变更为第一、第二和第三钢沉管，转入步骤S6。

本实施例中，采用四根钢沉管进行重复操作，覆盖整个待开挖区域。在本发明的另一实施例中，还可以采用四根以上的钢沉管进行顺次操作。所述钢沉管的数据至少为四根，是为了保证土壤中至少保留三根钢沉管，三根钢沉管中心形成正三角形的稳定结构，不会由于其他钢沉管的吊出，影响其他钢沉管的稳定性。

当采用五根钢沉管时，则土壤中可一直保持四根钢沉管，推进方向的选择以最终覆盖边界线内所有区域为目标。

在实际操作中，上述步骤可在同一边界线内分组进行，准备现场施工孔位和顺序布置图，每组四个钢沉管，向一侧交替推进；多组配合，实现现场设备资源的流水作业，提高施工效率。每根钢沉管施工时边缘部位或已处理部位预留至少20cm以上的重叠覆盖区，避免遗漏处理区域或土体。

以上描述仅为本发明的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本发明中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本发明中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (9)

1.一种基于互锁式扩孔钢沉管的深层土壤开挖及回填施工方法，其特征在于，所述施工方法包括如下步骤：

步骤S1，准备至少四根互锁式钢沉管运输到施工现场，安装沉桩设备及起拔设备；所述互锁式钢沉管设置有同轴心的从上至下分布的正六边形扩孔锥体，钢沉管底部为底部靴管；扩孔锥体的六个边中间有贯穿上下的缺口，缺口内设置有贯穿上下的互锁结构，互锁结构焊接于钢沉管外壁上，从底部靴管的底刃上部沿轴线方向延伸至管口；

步骤S2，划定待开挖区域的最大边界，并在边界线上选定起始点；

步骤S3，以起始点为第一互锁式钢沉管中心，通过沉桩设备将第一互锁式钢沉管沉入待开挖的土壤中；

步骤S4，以第一互锁式钢沉管上离边界线最近的互锁结构为基点，将当前互锁结构与第二互锁式钢沉管的互锁结构进行锁定，确定第二互锁式钢沉管的沉入点，通过沉桩设备将第二互锁式钢沉管沉入待开挖土壤中，钢沉管下部通过正六边形的方式实现密合连接；

步骤S5，以第一互锁式钢沉管和第二互锁式钢沉管中心连线向边界线内侧、且距离最近的两个未锁定的互锁结构为基础，与第三跟钢沉管对接互锁联结，并沉入待开挖的土壤中，三个钢沉管下部通过正六边形的方式实现联接贴合，同时，三个钢沉管的中心形成正三角形；

步骤S6，在边界线内侧以开挖推进方向上的两个互锁式钢沉管的距离最近的两个未锁定的互锁结构为基础，与第四钢沉管对接互锁联结，通过沉桩设备将第四互锁式钢沉管沉入待开挖土壤中；

步骤S7，对第一互锁式钢沉管内的土壤进行开挖清理完成后，吊出第一钢沉管，并在吊出过程进行回填；

步骤S8，判断钢沉管是否覆盖边界线内所有需要待开挖区域；若是，则结束施工；若否，则将第一互锁式钢沉管作为第四互锁式钢沉管，留在土壤中的三根钢沉管顺次变更为第一、第二和第三钢沉管，转入步骤S6。

2.根据权利要求1所述的深层土壤开挖及回填施工方法，其特征在于，所述步骤S6中的推进方向，从构成正三角形顶点的第三互锁式钢沉管中心点出发的两条边中，选择其中一条边对应的成120度角的两个未锁定的互锁结构，作为推进方向。

3.根据权利要求1或2所述的深层土壤开挖及回填施工方法，其特征在于，所述互锁式钢沉管采用壁厚大于10mm的厚壁钢管。

4.根据权利要求1或2所述的深层土壤开挖施工方法，其特征在于，所述从上至下分布的正六边形每个角对应的扩孔锥体内，分别具有一个空腔和预埋于空腔两侧的压力水管；所述空腔内充填无收缩水泥砂浆；所述压力水管用于沉管时辅助高压冲水，辅助沉管施工。

5.根据权利要求1或2所述的深层土壤开挖及回填施工方法，其特征在于，所述互锁结构，为带有三个折角的J形或L形勾状结构，一个插入到另外一个形成互锁，其中长边与钢管主体焊接在一起。

6.根据权利要求1或2所述的深层土壤开挖及回填施工方法，其特征在于，所述钢沉管底部的扩孔靴管除中间的互锁机构外，整体是一个外部为正六边形、内部为圆形、从上至下逐渐外扩的六瓣形结构，形成具有外倾角的喇叭口底刃，钢沉管下沉过程中将喇叭口对应的土壤挤入钢沉管内部。

7.根据权利要求1或2所述的深层土壤开挖及回填施工方法，其特征在于，对所述钢沉管内的土壤进行开挖，通过螺旋钻斗和旋挖料斗，实现钢沉管内的土体的开挖取料，进行处理，然后再进行回填。

8.根据权利要求1或2所述的深层土壤开挖及回填施工方法，其特征在于，步骤S7还包括：在回填到高程后，为了确保回填密实度和加快沉降，堆高回填土体。

9.根据权利要求1或2所述的深层土壤开挖及回填施工方法，其特征在于，所述方法还包括：在同一边界线内分组进行施工，准备现场施工孔位和顺序布置图，每组四根钢沉管，向一侧交替推进；多组配合，且每组钢沉管施工时边缘部位或已处理部位预留至少20cm以上的重叠覆盖区。

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