CN112761158B - 逆作地下工程钢砼键销咬合排桩整体三墙合一外墙的绿色建造方法 - Google Patents

逆作地下工程钢砼键销咬合排桩整体三墙合一外墙的绿色建造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了工程建设领域中一种适用于开挖深度H≤16m、逆作法建造二~三层地下室外围护新技术、新工艺的绿色建造方法,它采用“临永结合、桩墙合一”手段,先以“化整为零”的排桩墙作基坑围护挡墙骨架,后经排桩墙内衬叠合层砼的浇捣整合,又“化零为整”地升级成永久性地下室整体外墙,即在二道临时止水帷幕组合下,施工前期桩身上半段含键销咬合孔的排桩墙以稀疏、松散构件形成基坑四周外侧作挡土、止水的临时围挡骨架体系;在逆作地下楼层梁板兼作基坑水平支撑体系中,其排桩挡墙内侧各围檩环梁兼作日后各楼层框架柱体系的边梁而合一;部分预开孔顶板则兼作施工栈桥;土方分层向下开挖后,经相邻桩间、桩缝间暗柱及内衬叠合层钢筋连接与自迎坑面基础底板起顺作的单侧支模、二次浇筑叠合层砼后,就如同在桩缝间插入钢砼键销且像链条般地将原松散的一根根竖向排桩逐一连接,一气呵成地在围护墙迎坑面外表形成紧密、连续、刚度大、整体性好、外表平整且具有一定厚度、刚性自防水的钢砼墙体,还可经扩容拓展、升级,最终成为“逆作地下工程钢砼键销咬合排桩整体三墙合一外墙”——兼有基坑围护墙、地下室外墙、承重墙的永久性多功能新型钢砼地下围护结构外墙。

Description

逆作地下工程钢砼键销咬合排桩整体三墙合一外墙的绿色建 造方法
技术领域
本发明公开了涉及地下工程结构建造领域中的一种新型外围护结构,适用于上海及长三角等我国沿海的软土地基地区,特别涉及适用于一种在设计与施工紧密相结合、实施“逆作法施工”工艺且开挖深度H≤16m的地下二~三层的地下室永久性结构外墙,它通过技术创新、工艺变革,对当前传统技术的“临时排桩围护墙”进行完善、升级,即采用“临永结合、桩墙合一(施工阶段的临时围护墙与使用阶段地下室永久性结构外墙最终合一)”的新技术方案,在二道组合临时止水帷幕相结合的条件下,施工前期桩身上半段含键销咬合孔的排桩墙以稀疏、松散的构件形成基坑四周外侧用作挡土、止水的临时围护挡墙结构骨架体系(兼作日后部分永久性地下室外墙),基坑围护经逆作楼层梁板兼作水平支撑及土方开挖后,在排桩墙孔槽内、桩缝间经清洗、相邻桩间、暗柱及内衬叠合层钢筋连接与迎坑面单侧支模、二次浇筑叠合层砼后,经整合封闭后连成一体,如同就像插入钢砼键销且像链条般的将原为松散的一根根竖向排桩逐一连接起来,一气呵成地在围护墙迎坑面外表形成紧密、连续、封闭、刚度大、整体性好、外表平整光滑且具有一定厚度、刚性自防水的永久性地下室结构,还可再经升级进而最终将形成具有“三墙合一”(基坑围护墙、地下室外墙、承重墙)永久性多功能的钢砼墙体,在力学性能与结构整体性上已接近或相当于“篱笆型整体式地下连续墙”。故本发明系传统“钻孔灌注临时排桩围护墙”的技术升级版,它以“桩墙结合与三墙合一”的形式较好地实现了“逆作法”三大关键性技术之一——“以基坑临时围护墙兼(部分)永久性地下室外墙”的目标,因而属于适用在一定开挖深度范围内建设地下工程外围护结构的一种绿色设计与施工新技术、新工艺、高性价比的新型建造方法。
背景技术
作为非重力坝挡土围护墙的传统“钻孔灌注排桩围护墙”(泥浆护壁技术)在我国沿海软土地基地区应用较为广泛,其主要优势为:排桩墙挡土时刚度较大、抗弯能力较强,变形相对较小,施工时无噪音、无震动、不挤土,在周边环境不太复杂情况下施工对环境影响也不太大。目前在上海地区的应用一般仅作基坑的临时围护墙,且限于一般稍深的基坑支护(如常见的地下1~2层地下室、开挖深度≤10m)。当然,该项传统工艺技术也存在一些明显缺陷与不足,除施工中有废泥浆排放外,因受传统技术与工艺上及施工条件限制,当前施工时相邻圆形桩体截面难以做到相切,桩与桩之间一般需留设约150mm间隙,虽设计时在排桩墙外侧设置一至二道临时止水帷幕(一般常见为外侧套打水泥土搅拌桩+桩缝间压密注浆),但基坑开挖后桩缝处漏水时有发生;又因各排桩中桩与桩之间并未连接,故其墙体结构在整体性、刚度上远不如地下连续墙;再因现基坑临时围护墙与永久性地下室外墙平面尺寸不重合,临时围护墙的基坑纵向、横向轴线尺寸长度均需放大约4m,以留作施工作业面(施工时基坑内四周周边留设作业面不可避免地要增加开挖、回填土方与作业面内数道短小临时水平支撑支与拆的工作量);而且在永久地下室外墙下还需另行布置工程桩等不足。另在资源节约、环境保护方面:目前建造地下二~三层以“顺作法”为主的传统“临时排桩墙支护体系”,从设计的源头上就设置了大量均为临时性、一次性、用后便废弃的构件(如钢砼排桩围护墙、立柱桩、型钢格构立柱、二至三道钢砼水平支撑体系及施工栈桥等临时性构件),除部分构件废弃在基坑内及周边的地下外,其余大部分临时构件在永久性地下室结构完成中还要经换撑后予以切割、凿除后再作为建筑垃圾外运,不仅工效低下、增加不少拆除、运输费用,还产生大量建筑垃圾且破坏环境。
当前我国的地下工程建设正面临着传统技术的升级与工艺更新,从长远角度且向“质量效益型”转型的发展看,逆作地下工程的绿色建造技术无疑具有强大优势与良好前景,其日后绿色发展的强劲趋势主要依托三大关键技术——一是以“围护墙兼(部分)外墙”,即以施工前期基坑临时围护墙兼作后期的部分永久性结构外墙”(如地下连续墙或含咬合连接的排桩围护墙),在此基坑围护墙的内侧增设复合墙或叠合整体墙,最终使之“两墙合一”或“桩墙合一”。二是“以梁板兼撑”,即利用地下室各楼层梁(板)兼作施工前期基坑的水平支撑体系及预设好大开孔的部分顶板兼作施工栈桥,用来停靠挖土机械与土方运输车辆,以避免“顺筑法”施工时产生大量临时性、一次性、多道水平支撑(含施工栈桥)及数量众多的临时竖向支承体系(含钢构立柱及其下的立柱桩等)的设置、拆除或废弃。三是实施(钢砼)“以桩兼柱”,通过“临永结合、远近统一”的技术手段,实现施工阶段基坑内支承临时水平支撑体系的“中间支承柱”(含立柱桩与钢构立柱)与使用阶段地下室内支承永久性楼层梁板的“工程桩与钢砼框架结构柱”竖向构件群实质性的合一目标,故以上述“三大关键技术”作支撑的逆作地下工程绿色建造方法具有节约资源、降低能耗、缩短工期、大大减少废弃物,保护环境等优点,体现出低碳经济、绿色设计与施工的时代要求,具有光明的发展前景。
发明内容
针对原传统(顺、逆作法)“钻孔灌注临时排桩临时围护墙”中存在排桩构件间各自分离的不连续、未连接、止水差、易渗漏、刚度小、整体性弱以及因定位于“临时性、一次性构件所致耗材大、废弃物多、代价高”的缺陷与不足,以及在同样工程地下二~三层的条件下采用地下连续墙方案费用昂贵、不够经济的情况,本发明对原传统“排桩临时围护墙”作了以下变革与改进,现将升级、完善后新的技术方案分述如下:
(一)、技术路径(设计总体思路的更新)
从设计总体思路看,本发明是将前期“基坑围护墙”与后期“永久性地下室外墙”紧密结合与高度统一的总体框架前提下,依托逆作法设计与施工技术,始终围绕排桩围护挡墙工程各阶段所承担的角色与作用,采用“思前顾后、临永结合”的策划及技术创新与工艺变革的手段,在克服原有弊病的同时也较好地处理了在基坑阶段结构前期排桩整体墙“化整为零”与使用阶段中后期“化零为整”的矛盾,破解了各构件间相关连接与因接缝较多而易产生渗漏的难点,采用循序渐进、分步到位的预埋钢筋逐步连接、分设止水防线与叠合砼整浇方法,最终实现施工阶段与使用阶段目标的终极统一,即“通过“以“基坑临时围护墙兼(部分)永久性地下室外墙”“的措施与手段,将原“排桩临时围护墙”经变革,完善、整合、升级后提升成成片密实、刚度大、整体性好、既挡土、又止水、抗渗、防裂与兼顾承重的新型桩墙结合后成为排桩整体墙的一项绿色设计与施工新技术、新工艺,最终将整合成具有“三墙合一”(基坑围护墙、地下室外墙、承重墙)永久性结构的多功能的钢砼外墙。
(二)、技术布局
1、基坑外围护尺寸布局方面:基坑外围护尺寸在设计时应与地下室平面(确保地下室使用面积前提条件下)的外围护墙身轴线与室内相关柱网等各尺寸需重合或协调一致。
2、基坑临时止水帷幕与围护结构骨架“化整为零”布局(请参考图1、图2):首先在灌注排桩墙的外侧(迎土面)采用3Φ850@1200单排三轴整圆套打的水泥土搅拌桩(或GS土体固化剂搅拌桩);其次视开挖深度在基坑外围选用设置直径约为0.8~1.0m的钢筋混凝土灌注桩作围护排桩墙,排桩间中心间距1.1~1.6m,桩间净距拉开放大至约300mm~600mm且呈稀疏布置;第三,在紧靠灌注砼桩桩缝间的迎土面,视砼桩直径的外圆弧与桩缝净距,设置直径为0.6m~0.9m的高压旋喷桩进行封闭处理,即以“外围3Φ850@1200单排三轴整圆套打的水泥土搅拌桩(或GS土体固化剂搅拌桩)+桩缝处高压旋喷桩”组合搭配,在基坑外围形成内外二道连续封闭、优化组合止水效果更强、更为牢靠的临时组合抗渗帷幕且与紧邻灌注排桩墙结合在一起,其中桩身上半段两侧含有键销咬合孔槽成型的排桩围护墙施工前期以稀疏、松散的构件(砼系自密性水下砼),构成基坑四周外侧用作挡土、止水的挡墙结构骨架体系,同时也兼作日后部分的永久性地下室结构外墙,以上两者结合既可抵抗土压力、水压力,又起挡水抗渗透作用,有利于提升基坑支护结构的整体稳定及防渗成效,以满足排桩围护墙挡土、临时止水的第一阶段功能。(注:上述所提倡利用的GS土体固化剂原材料为工业固废、副产物,加工后为干粉混合、排放较低,以节约水泥。)
3、排桩长度尺寸与垂直精度控制的布局:进场后在通长、硬化、平整的场地基础上分别对不同类型的桩钢筋笼的总长度、分层长度、各楼层围檩梁连接的接驳器、预埋件等具体位置进行现场实线放样与标出定位,经复核无误后即可分别作为按此基准同一、重复、批量制作“桩墙合一”一体化钢筋笼成型的尺寸工具样板。桩笼总长的控制点应在桩顶钢笼上做好油漆标识,便于排桩沉桩就位后调整至同一标高。另在具体实施时的质量标准控制:排桩纵向定位轴线偏差≤5、相邻桩间净距偏差≤20,桩顶标高偏差≤5、桩垂直精度控制不大于1/200。
4、排桩两侧键销咬合孔成型的布局(请参考图4、图5、图6、图8):与传统“排桩临时围护墙”不同的是:因需在桩身上半段钢筋笼两侧形成键销咬合孔,在排桩该截面构造配筋上增设了Φ10@200点焊组成的呈“外圆内井字形箍筋网片”(见图5),即在需留设的键销咬合孔的井字形箍筋网片两侧孔内穿入预埋钢管;井字形中央部位则用于排桩施工中下导管(见图8),使该中央的空间部位在下导管时能上下贯通,以满足浇灌桩身水下砼的施工需要。另外还增加桩与桩间(含暗柱)、桩与内衬叠合墙间的拉结甩筋(见图4、图8、图7)。下半段桩钢筋笼配筋与构造上则同普通排桩(见图9)。桩笼外侧全长整段缠绕Φ8@150螺旋箍筋绑扎或局部加强焊接连接(见8、图9),使吊装时桩笼具有一定的整体刚度。在桩笼成型、吊放、沉桩并浇筑水下砼后,待等到砼初凝后终凝前(视气温与水泥品种而定)将经涂刷隔离剂且所预埋钢管就地略作旋转、逐步松动,使钢管表层与混凝土有轻微脱离且无粘接。当砼终凝后且强度达到0.1~0.2Mpa后,开始用吊车或液压顶升架提拉钢管并使之缓缓提升,拔出后应用清水冲洗、且用专用筒刷洗刷去除孔内表层泥皮使之洁净后,即可做好砼后期养护工作。
5、排桩与相应各构件的钢筋连接的布局:①、“排桩墙墙顶与盖梁及地下室顶板的连接(请参考图11):排桩墙桩顶外伸钢筋锚入压顶盖梁,盖梁钢筋绑扎成型时在其梁侧的相应部位已埋设好与顶板及梁连接的接驳器、插筋等,经盖梁砼浇筑成型,日后即可为与地下室顶板与梁连接创造条件;②、“排桩墙与相邻桩间、桩缝处暗柱与后浇内衬叠合层的钢筋连接”(请参考图4、图8、图7):沉桩前在排桩钢笼成型时在其相应部位已埋设好各自连接的甩筋(如相邻桩间与桩缝处暗柱的连接甩筋、排桩与后浇叠合层墙板的连接甩筋,以上甩筋均应向上弯起…),排桩墙砼经浇筑后经养护、土方分层开挖、桩缝间去土、修整、清洗,即可将在桩缝内、桩侧原预埋的甩筋弯直就位后分别与相邻桩间、暗柱、叠合层钢筋进行绑扎连接或焊接连接,其中桩缝间两侧的连接可利用井字形网片两端伸出的延长部分就位后进行绑扎搭接或焊接连接,迎坑面则采用预埋的附加拉结筋甩筋与叠合墙板钢筋连接。③、“排桩墙与地下室各楼层围檩梁板、底板钢筋的连接”(请参考图12、图13、图14、图15、图17):沉桩前在排桩钢筋笼的桩身相应连接部位(各楼层围檩梁、基础底板)处预先敷设且固定好与各楼层(围檩)梁板、底板的各类接驳器(套筒)、连接件、插筋埋件等……,砼桩成型且经土方分层开挖后,即可与地下室顶板、各楼层梁板的边梁(围檩)、底板等钢筋与先行浇筑的排桩墙进行连接。④“后浇内衬叠合层竖筋与盖梁底及围檩梁底、梁顶的连接”(请参考图11、图12、图17):后浇叠合层砼板的主筋(竖筋)则是在先浇筑盖梁、各楼层围檩环梁砼时,在梁底、梁顶的相应部位进行上下对准的预先插筋,以便日后进行后浇叠合层板竖筋的连接。
6、桩墙后浇砼浇捣孔、振捣孔留设的布局:因本发明施工主要采用“地下楼层逆作、内衬叠合层砼顺作”工艺,即桩墙叠合层后浇砼是在基础大底板砼完成后才开始自下而上地分段顺作浇筑。为满足施工工艺需要:①、盖梁顶部留设浇捣孔眼(请参考图10、图11):为此盖梁不同于传统临时排桩墙盖梁为一次整浇成型而是需分二次,其中在第一次整浇成型后的盖梁顶部其腹部为一呈多处开孔但仍系一整体受力(类似桁架梁)的卧梁构件,即支模时在盖梁顶部每一桩缝间的近中央部位留设了梯形后浇孔、又在每根桩顶键销咬合孔的上方预埋相同孔径的密目钢板网卷筒作侧模留孔固定,以用作为后浇孔兼振捣孔,以上留设后浇孔的深度均与盖梁厚度相同;②、各楼层围檩梁顶部桩缝处留设浇捣孔眼(请参考图12):基坑内土方经分层开挖至楼层围檩梁底标高平整后(在土模上支木模),一是在排桩墙每一桩缝处去除土方且进行清洗,形成竖向凹槽的空间;二是围檩梁支模时,在近桩缝处的内侧模板采用一次性通长的加强型密目钢板网侧模作界面固定,以使每一桩缝间分别自上而下形成竖向凹槽空间通道且留设好作为二次填充补缺浇捣、振捣孔;另在近迎坑面围檩梁顶与后浇内衬叠合墙交汇的梁顶处表面留设固定Φ159钢管、间距@≤550~850作为叠合层砼的浇筑振捣口,内衬叠合层与桩缝间填充补缺砼的浇捣可从已预设好墙段各楼层内模板底部的“门子板”或直至盖梁顶的孔洞灌入,从各楼层相应预埋或留设的振捣口进行振捣,从基础底板起自下而上逐层浇捣(含桩身键销孔及暗柱),且宜分段、成片、越层整浇而一气呵成。
7、桩墙后浇砼各接缝处永久性止水防线的布局:“永久性桩墙结构接缝设置的二道止水防线:包含桩与桩间竖缝的止水处理;桩墙与盖梁、各楼层围檩梁板、基础底板连接接缝处的止水处理”,其布局分别如下:①、桩与桩间竖缝的止水处理:在排桩墙迎水面的桩身上半段设计与施工时已预设键销咬合孔及相应止水构造措施并浇筑成型,当桩缝间后浇砼灌注后,如同含键销的链条一样,不仅将排桩间通过键销咬合而连成一体(整体墙),而且从其平面构造图中也可知(请参考图3):后浇砼主要通过延长竖向接缝处咬合孔的抗渗阻水的路径,以及利用在键销咬合孔周边抗渗路线上增设弧形拐点的构造,使自迎水面进入的渗漏之水既使能深入也只能是强弩之末,加上排桩墙内侧又设有一定厚度、一起整浇且为整体封闭的内衬叠合式抗裂防渗实体墙板这一可靠的止水屏障作后盾,故此二道永久性止水防线能行之有效地提高钢砼排桩墙间竖向接缝的防渗止漏功能;②、桩墙与盖梁接缝处的止水处理(请参考图10、图11):桩墙顶部盖梁分两次整浇成型,第一次浇筑后盖梁在桩缝处其腹部呈多处开孔(预留设后浇孔及振捣孔)形成似类为桁架式的卧梁,但盖梁仍系一整体受力构件;第二次桩缝间孔洞灌满砼后即阻断迎水面之水沿桩顶梁底的行进路线,同时再在盖梁底部与内衬叠合墙交接处设3mm厚通长镀锌薄型钢板的第二道止水防线;③、桩墙与各楼层围檩(边梁)接缝的止水处理(请参考图12、图13):在桩墙与各楼层围檩梁相交的内衬叠合层部位处其梁底、梁顶都设置3mm厚通长止水镀锌薄钢板,经桩缝、暗柱间与内衬墙浇筑二次砼后,自迎水面就形成了“键销咬合孔止水构造+围檩梁顶、梁底止水薄钢板止水”的二道永久性止水防线抗裂防渗砼的自防水整体外墙;④、排桩墙与基础底板止水处理(请参考图14、图15、16、图17):基坑底浇筑素砼垫层时在桩墙迎坑面底部周边设置“上凸型踢脚板”,为基础大底板下敷设第一道自粘型防水卷材收头提供条件;同时在“上凸型踢脚板”近顶部设置一水平状3mm厚通长止水镀锌薄钢板,以形成阻止排桩与基础底板接缝处的渗漏水的第二道止水防线;对桩缝根部处“踢脚板外侧局部凹进、不规整、零星小块素砼垫层上的防水层则选用与防水卷材材质相同、材性相容的防水涂料进行涂刷,结合“踢脚板”共同构成二道止水防线(以上请参考图14、图15);又在排桩墙迎水面每根桩间与基础底板顶部相交处的咬合孔槽内设置600~800高“砼凸榫”(高门槛)的止水构造;还在排桩内衬墙与基板顶相交处接缝部位设置3mm厚通长第二道止水镀锌薄钢板,以阻止排桩间沿桩缝底部进入的渗漏水(以上请参考图16、图17)。
8、后浇叠合层等“化零为整”的布局:本发明因采用“临永结合、桩墙合一”(临时围护墙与永久性地下室外墙重合)的路径,通过“远近结合、分步实施”的措施,实现了施工阶段与使用阶段目标的终极统一,最终经过在桩缝(暗柱)间及排桩墙内侧叠合层的钢筋连接与砼的填充补缺与浇筑,将原来由单根集合且呈松散、稀疏、有缺口的“排桩临时围护墙”逐步紧密地咬合成“桩墙合一”的整体墙,继而提升成连续、成片、密实、刚度大、整体性强、外表平整光滑、具有一定厚度、既挡土又止水、抗渗、防裂的刚性自防水的地下室结构承重外墙(请参考图18),其力学性能与节地优势(可挖潜增加环周边地下室面积)已接近“两墙合一”的地下连续墙的围护墙结构。以上经后浇砼在桩缝间部位的补缺、填充及内衬叠合墙的浇筑(砼系振捣密实性水上砼),在完成施工中期经整合、封闭、升级后,则进而实现第二阶段功能的挡土、围护、防裂、抗渗、自承重且为“桩墙合一”的地下室永久性结构整体外墙。
9、“排桩围护墙功能可扩容拓展、升级为“三墙合一”永久性的多功能墙体“的布局(请参考图18、图19):本发明还可根据工程需要,在原有地下室框架柱网的平面尺寸格局下,利用排桩围护墙墙身内相应部位的部分排桩兼作整体外墙内骨架的暗桩与暗柱,即把隐藏在墙身中的少数桩身长度向下适当延伸至地基土持力层兼作外墙及承重用的工程桩(即部分围护桩桩身延长兼作工程桩的“两桩合一”),工程桩上部则为隐身于排桩墙内兼作整体墙身内骨架暗柱的“桩柱合一”)相结合的新技术、新工艺,经内衬叠合层砼的二次浇捣整合、连成一体后将形成具有永久性结构的“三墙合一”(基坑围护墙、地下室外墙、承重墙)的多功能钢砼墙体。此时,完全成型后的“钻孔键销咬合叠合式排桩整体外墙,通过“桩墙结合与三墙合一”,在力学性能与结构整体性上已接近或相当于“篱笆型整体式地下连续墙”,即以相当于排桩墙的造价实现地下连续墙的性能,故有较高的性价比,因此它与其它两项与之配套的“逆作法”关键技术的“以梁板兼撑”及钢砼“以桩兼柱”优势组合、结合一起建设地下工程而相得益彰。
(三)、技术选择
1、技术路径与施工工艺的选择:本发明在技术路径(设计总体思路)上选择是将施工阶段的基坑临时外围护与使用阶段地下室外墙结构两者平面尺寸高度统一起来,选择“临永结合、桩墙合一”工艺,经浇筑后浇内衬叠合层砼后,使基坑临时围护墙与使用阶段地下室永久性外墙结构最终合一。又在施工工艺上基坑阶段结构前期布置上选择“化整为零”,施工中后期则选择“化零为整”,即在临时止水帷幕组合条件下,施工前期排桩墙以稀疏、松散的排桩构件形成基坑四周外侧用作挡土、止水的临时围护挡墙结构的骨架体系(兼作日后的部分永久性地下室结构外墙),在施工中后期经整合、封闭,升级后则成为“桩墙合一”永久性地下室结构整体外墙,即选择“一次规划、分步实施”策略,将施工阶段基坑临时围护墙与使用阶段地下室永久性外墙结构最终合一的一项新工艺、新技术。
2、排桩围护墙轴线及桩内分层及精度控制的选择:排桩围护墙内分层及精度控制的选择:①、施工现场做“硬地坪“时,同时也要求做好围护排桩轴线上预留好排桩孔的砼导墙;②、桩笼在按照现场通长、平整硬地坪上出具的“工具式尺寸样板”条件下同一、重复、批量地制作、成型;③、桩笼入孔后经沉桩至一定标高位置后作临时固定,再采用测量工具等进行桩轴线定位、标高的调整(最终以满足桩顶同一标高来控制整段桩长及柱分层长度的精度)、校垂,直至满足精度后作永久固定为止(质量标准:桩轴线定位偏差≤5mm;相邻桩间净距偏差≤20mm;桩顶标高偏差≤5mm;垂直精度偏差≤1/200)。
3、键销咬合孔留设部位与孔径的选择:在桩截面上预留键销咬合孔部位的选择主要是考虑到基坑开挖后,排桩作为受弯构件,其杆件受力后截面边缘处(分别为桩体的近迎土面处与近迎坑面处)一处边缘系受压,另一处边缘处为受拉,其中桩受弯截面中性轴部位应力理论上则为零,因此在不影响构件整体受力的大局下,选择该应力最小或较小处的近中性轴部位处留设键销咬合孔是恰当与合理的,故一般选择在位于排桩轴线中心的两侧呈对称布置以便于相邻桩间进行咬合连接(请参考图8,注:角端桩除外)。设计时键销咬合孔直径的选择一般约为排桩直径的1/4且取整数,设置后桩截面在施工初、中期的计算假定可按圆工字形截面作计算与配筋。
4、排桩整体墙内侧模板选用与砼养护条件的选择:内衬叠合墙模板设计时,除排桩墙迎土面利用修整后以作土模外,迎坑面一侧模板长度按以留设后浇带划分的施工段且分层配制,模板围檩体系宜优先考虑采用单侧轻钢桁架式支架大模板,大模板还应在各楼层(围檩梁)面的每一桩缝间暗柱的底部留设600×600的门子板作砼浇捣及振捣入口。在模板材质选用上宜优先选用保水性良好的木模(如九夹板)作模板,以便使内衬叠合墙浇筑砼后且淋水、覆盖能进行早期带模保温、保湿养护,为模板在早期养护一段时间内保持湿润环境创造良好条件。带模保湿、保温养护一般不少于一周,拆模后,其后续的保湿、保温养护(如淋水后覆盖塑料薄膜养护)需及时跟进。
5、后浇砼防裂抗渗配比的选择:“后浇排桩内衬叠合层墙板及桩间暗柱砼的抗裂自防水技术”选择方面:除在构造上沿墙身总长选择每隔20~30m长度进行分段并设置净长度为800~1000mm后浇带外,其砼配比选择系在普通防水混凝土上增加“三掺”,即通过优化防渗抗裂砼配比手段,同时在构造上满足桩缝间外墙最薄处具有一定厚度(如≥900mm)的共同条件下达到地下室外墙永久自防水的目的。与一般地下室防水砼配比不同之处为:内衬叠合墙砼配比主要采用“中低水化热水泥+三掺组分(同时掺外加剂、磨细粉煤灰或硅粉、聚丙烯纤维)”所合成的防水、抗渗、抗裂砼。特别是添加了聚丙烯纤维后,由大量均匀分布的纤维在砼的内部水泥砂浆中形成呈乱象分布的空间网状撑托体系,浇捣成型后以承托骨料,能有效减少骨料下沉和水泥浆上浮的泌水离析现象所产生初始沉降裂缝,减少空腔并使与水泥基料更紧密结合,当水分蒸发时塑性混凝土因收缩产生拉应力而极易引发裂缝,大量均匀分散砼中的单丝纤维可承受此种拉应力,同时纤维能够承担混凝土基体开裂的应力,从而有效提高砼材料的初裂强度,故能大大减少砼硬化建立强度前的早期裂缝或延迟裂缝的产生。当混凝土受到内外温差应力或受到不同强与弱的约束下,以及日后硬化阶段各种原因的收缩(含温度收缩、干燥收缩、碳化收缩、各类不均匀、非对称的收缩等)时,聚丙烯纤维能在微细裂缝发展过程中起到了阻遏作用,消耗其能量,能阻断裂缝进一步的发展而起到抗裂作用。故在原材料选择上,选用合适的粗细骨料:如5~30连续级配碎石,细度模数约为2.50的中粗砂,并严控粗细骨料的含泥量(石子≤1%、黄砂≤2%);在满足商品砼的和易性、流动性等条件,坍落度控制在120~150间,砂率控制在35-40%,最大限度地减少早期产生的干缩裂缝;掺适量的磨细粉煤灰或硅粉、矿粉,以能节约水泥、降低水化热、增强可泵性,浇筑中可发挥“滚珠效应”,日后则提高抗渗能力,减少砼徐变有利于保证叠合砼施工质量;掺防水型外加剂:如引气剂、减水剂、三乙醇胺早强防水剂等,以减少用水量,增强防水、抗渗等功能;掺聚丙烯纤维:采用高强度聚丙烯束状单丝纤维,经特殊表面或两端外形的处理技术,确保纤维在混凝土中具有分散性及与水泥基体中的握裹力,掺后不仅大幅度地提高了混凝土的韧性,还促使作为防水构件的地下室外墙在“抗裂”上分工明确,即钢砼外墙在宏观整体上结构受力(抗弯、抗拉、抗压、局部受剪等)后产生的裂缝,由砼内受力主筋及钢筋构造骨架承担,而微观或局部因各类收缩原因产生的细小裂缝则由砼内的聚丙烯纤维来进行阻遏。通过物理加筋,依托聚丙烯纤维在混凝土中巨大数量、均匀分布且与水泥基料的紧密结合,形成砼内部从微观世界到局部直至整体集料的支撑体系,依靠微纤维分散与有效抵抗了定向或不定向收缩所产生的拉应力,以及施工中实施有效保温、保湿、保期的养护,将进一步阻止了各类微细裂缝的产生与发展,避免贯通毛细孔道的形成,彻底改善了混凝土的抗裂性能,以能适应因不同约束情况与内外温差差异过大条件下砼变形所产生的裂缝,阻止混凝土早期裂缝的产生、扩展与延伸,使之达到阻裂、抗渗的功能,最终实现了地下室外墙(桩墙合一型)的抗裂与防水的目的。
(四)、技术对比与预见
与传统地下工程建设中采用“顺作法”的“临时排桩围护墙基坑支护体系”相比,本发明避免了该传统技术建设之初需付出高投入、高代价、高能耗,低品质、破坏环境(高投入资金、能源、资源后却利用率低下,产生出一大批临时性、一次性的钢砼群体构件),致使在施工后期又要面对大量废弃物与建筑垃圾等待处理这一损害环境的败局。为避免“重蹈覆辙”,因而采用“临永结合、分步到位”的技术手段与工艺措施,通过“循序渐进、步步为营”地得以实现。本发明(以下简称前者)在桩截面构造与桩配筋上与传统“排桩临时围护墙”(以下简称后者)既有共性,又有差异,其主要差异为:在结构上前者将为日后永久性整体外墙中的骨架部分,后者却无此担当,则为临时性、一次性、使用后便废弃的构件;前者在成桩后,桩上半段截面的两侧已留设有键销咬合的预留孔槽以及相应的(相邻桩间、暗柱、内衬叠合墙)连接的拉结甩筋,后者则无;前者设有后浇的内衬叠合墙(含桩缝间砼的填充与补缺)砼,后者则无;另在围护桩配筋上不像后者钢筋笼为整段截面相同的配筋,而前者桩身下半段(伸入基坑底下大部分)与上半段(坑底以上及深入基础底板以下局部)桩截面则采用不同的配筋连接,以满足预设键销孔槽咬合连接及止水构造要求等需要;在构造上前者由原单独、各自分离的桩体杆件通过后浇叠合层砼咬合成永久性整体墙,而后者仍以单独、松散的非连体构件形式出现直至“昙花一现”后被废弃。由此与当前的顺、逆作法(临时排桩墙方案)相比,本发明克服了原“临时排桩墙支护体系”传统技术在发展模式上存在受力杆件功能的单一、刚度小、整体性差;资源消耗巨大却利用率低、废弃物多(尤其是“顺作法”先是大建不久后又大拆、大弃,致使材料利用率与施工工效低下);以及节约土地与挖潜的能效低(传统法基坑四周因需留设施工作业面,故在基坑围护周长相等条件下周边空间与面积相对利用率低)等诸多方面上技术粗放、效率低下的缺陷与弊病。
与当前逆作法中的两大成熟围护体系相比,本发明介于现两大成熟围护体系——“排桩临时围护墙(桩墙分离型)”与“地下连续墙(两墙合一型)”之间,该项新技术、新工艺是在逆作地下工程“排桩临时围护墙(两墙分离型)”的基础上,经过吸收“地下连续墙(两墙合一型)”中的优势及长处,在技术、构造上进行了改良、优化、整合与创新,通过扬长补短、博采众长、兼收并蓄而集约合成,最终实现了以排桩围挡与内衬叠合墙有机结合的传承与发展(桩墙合一型)。它除兼有上述逆作两大围护体系的各自优势外,还具有良好的技术经济性。在以上“逆作法”三者之间,除水平支撑体系均利用主体结构各楼层梁板及基础底板差异不大外(其中“排桩临时围护墙”方案的环基坑周边预留的施工作业面部位处还需增设数道短小临时钢支撑),在施工初期(第一阶段)“键销咬合叠合整浇排桩整体墙”与“排桩临时围护墙”两者差异并不大,但在施工中、后期开始进行发力(第二阶段),前者的排桩墙随着相邻桩缝间甩筋的连接且与桩间暗柱及内衬叠合层板的钢筋连成一体,又经内衬叠合墙与桩缝间及键销咬合孔内砼填充、补缺的浇筑实施,使之进行整合后在结构上连成一体,达到了质的提升后与后者渐行渐远,当形成“桩墙合一”的整体墙后,它与“排桩临时围护墙”彻底分道扬镳。另墙体在构造与结构上与“排桩临时围护墙”区别为:它是在排桩墙桩身部分上半段,通过在每根桩缝两侧已预设形成键销咬合孔槽,当桩缝间、孔槽内及内衬叠合层浇筑混凝土后,就如同插入钢砼键销且像链条般的将原为松散的一根根竖向排桩逐一连接起来,不仅一气呵成地在排桩墙的桩缝处完成砼的填充补缺,注满后又在桩间形成具有销键咬合的砼暗柱,还在围护墙的迎坑面外表构成排桩内衬叠合整体墙,整合后最终形成紧密、连续、刚度大、整体性好、外表平整光滑且具有一定厚度、刚性、能自防水的永久性地下室结构外墙,故后期它在排桩墙体(桩身上半段)在结构、整体刚度与构造上属“钢砼桩墙合一的篱笆型整体墙”,其力学性能已接近“两墙合一”的地下连续墙。因此在与相同地下三层的工程而采用地下连续墙围护结构方案相比,具有施工方便、节约资金、降低造价等不可忽视的较大经济优势,在降本增效同时也大大提高了性价比,即以排桩临时围护墙价格,接近或基本达到了地下连续墙的性能水平(其相关对比详见表一)。
逆作法常用围护墙技术构造、性能、特点及经济性等比较表(表一)
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本发明依靠科技进步与创新,采用“临永结合、桩墙合一”思路,通过思前顾后、远近结合、循序渐进、分步到位的方法与工艺,注重发掘、拓展排桩围护基坑每个受力构件“一桩多用”的功能性、构造合理性与提升整合后围护墙的整体性,以及充分提高资源有效的利用率,从源头上转变建筑业传统“顺作法建造地下室”时所致“高成本、低效率、粗放型”的经济发展方式,改变了传统“顺作法”与当前“逆作法”在“排桩临时围护墙”施工中产生大量(或部分)临时性、一次性废弃物。通过技术创新、设计方案优化及精心施工管理对传统技术进行升级与实施节材、节能、节水、节地的“低成本、高效率、环保型”的绿色建造实现转型发展,故具有良好技术经济性与现实意义,有利于地下工程建设(地下三层内)加快进度、缩短工期、降低造价、使工程提前交付使用,体现出资源节约、环境友好、物尽其用、提质增效,以期取得良好的经济、社会、环保效益。
附图说明:
图1为本发明“灌注桩、临时止水帷幕组合的基坑围护墙局部平面示意图;”
图2为本发明“图1中A-A围护档墙剖面示意图;”
图3为本发明“外侧为临时止水帷幕与具有键销咬合孔排桩围护墙组合的平面大样示意图;”
图4为本发明“排桩箍筋构造及相邻钢筋相应连接平面示意图”;
图5为本发明“具有键销咬合孔排桩的外圆内井字形网片箍筋平面示意图”;
图6为本发明“排桩墙不同角端部位钢筋构造连接平面示意图”(桩身上半段部位,自左向右依次顺序为西北角、西南角、东南角、东北角);
图7为本发明“键销咬合叠合整浇排桩整体墙(桩墙合一)配筋平面示意图”;
图8为本发明“具有键销咬合孔排桩配筋平面示意图(桩身上半段)”;
图9为本发明“排桩配筋平面示意图(桩身下半段)”;
图10为本发明“压顶盖梁砼首次浇捣后预留孔洞平面图”;
图11为本发明图10中B-B“排桩墙与压顶梁钢筋连接、止水构造剖面图”;
图12为本发明“楼层围檩(环梁)浇捣后预留孔洞平面示意图;”
图13为本发明图12中C-C“排桩墙与环梁楼板主要连接预埋构造、止水处理及留设砼浇捣口”剖面示意图;”
图14为本发明“基坑底排桩墙根部设踢脚板、桩缝配筋局部平面示意图(基础底板浇捣前)”;
图15为本发明图14中D-D“基底根部桩缝间配筋及防水处理剖面示意图”;图16为本发明“基坑底板面局部平面示意图(基础底板浇捣后)”;
图17为本发明图16中E-E“排桩墙(桩缝间)与基础底板的连接及防水处理剖面示意图”;
图18为本发明“整合后钢砼键销咬合排桩三墙合一整体外墙平面示意图”;
图19为本发明图18中F-F“排桩整体外墙地下层剖面示意图”;
图20为本发明“逆作地下工程钢砼键销咬合排桩三墙合一整体外墙的主要施工工艺流程图”。
图中标号如下:
3Φ850@1200单排水泥土搅拌桩(整圆套打)1;D=600~900高压旋喷桩2;桩身上半段含键销咬合孔槽的挡土排桩墙3;后浇含桩缝间补缺的内衬叠合墙砼墙板4;排桩外圆内井字形点焊箍筋网片5;预埋空心钢管或砼成型后的键销咬合孔6;井字形网片中央作浇筑水下砼时下导管的位置7;相邻桩间连接的预埋甩筋8;排桩与内衬叠合墙连接的预埋甩筋9;西北角端排桩与内村叠合墙间连接预埋的甩筋10;西南角端排桩与内村叠合墙间连接预埋的甩筋11;东南角端排桩与内村叠合墙间连接预埋甩筋12;东北角端排桩与内村叠合墙间连接预埋甩筋13;围护排桩纵向主筋14;桩缝间暗柱箍筋15;暗柱主筋16;后浇内衬叠合层墙板竖向主筋17;内衬叠合墙水平分布筋18;预埋双侧通长40厚120宽倒角木条19;外覆Φ8@150螺旋箍筋缠绕点焊20;顶部留孔的压顶盖梁21;盖梁底、桩顶咬合孔部位处预埋钢板网卷筒后浇孔22;盖梁底桩缝处预留梯形钢板网后浇孔23;预埋内衬叠合墙板部位处Φ159钢管@1300~1600振捣孔24;压顶盖梁侧面主筋25;压顶盖梁底部、顶部主筋26;压顶盖梁箍筋27;盖梁内预埋与顶层梁、板钢筋连接的套筒(梁部位)与甩筋(板部位)28;预留与后浇内衬叠合墙钢筋连接的插筋29;预埋3mm厚止水钢板30;楼层围檩环形边梁31;楼层梁311;楼层板312;一次性通长加强型密目网作侧模固定32;排桩桩缝间预留后浇口(孔内含挖土、清洗、钢筋连接等)33;围檩环梁预埋暗柱箍筋、主筋插筋34;后浇内衬叠合墙板的竖向主筋35;排桩墙内预埋与楼层围檩梁钢筋连接的套筒与抗剪插筋36;抗剪槽口37;穿墙拉结紧固模板螺栓(钢筋种植或焊接固定)38;桩缝处后浇叠合层模板底部设门子板浇捣口39;基层素土40;基础底素砼垫层面41;自粘型防水卷材层42;40厚细石砼保护层43;沿桩根部外侧设通长闭合钢砼踢脚板44(注:以上44与41一起整浇);基板底部预埋伸入桩缝根部钢筋45;局部零星坑底素砼垫层上涂刷与防水卷材材性相容的防水涂料46;基础底板顶部砼面47;桩缝间基板底部键销咬合孔槽内一次性钢板网凸榫模板48;桩缝间咬合孔槽内(高门槛)止水凸榫砼49;基板面内衬叠合墙含止水片构造基底50(注:以上49、50与底板砼一起整浇);排桩墙内预埋与基础底板连接的套筒51;基础底板内暗梁钢筋52;排桩墙内预埋与基础底板连接的抗剪插筋53;“三墙合一(基坑围护墙、地下室外墙、承重墙)”的排桩整体外墙54;排桩整体墙内的暗骨架(围护桩群)55;墙身内暗骨架的围护桩底部向下延伸至地基土持力层兼作工程桩(两桩合一)56;工程桩根部可扩底及桩底、桩侧注浆57;地基土持力层58。
具体实施方式
以下结合附图(可参考“逆作键销咬合叠合整浇排桩整体外墙主要施工工艺流程图”图20)和具体实施过程,对本发明就五个主要关键施工工序:1、“含键销咬合孔的排桩围护墙(桩墙合一型)平面布置与实施”;2、排桩长度尺寸与垂直精度的控制;3、“排桩外圆内井箍筋网片设计与制作”及“排桩桩身上、下半段横向构造配筋不同的处理”;4、“砼排桩键销咬合孔的成型”;5、“整合封闭后形成三墙合一型的多功能整体墙”作进一步详细说明(其余相对次要方面则略)。需说明的是:上述附图均采用非常简化的形式且使用非精准比例的示意图,仅以方便、明晰地辅助说明本发明实施建造的目的与方法的描述。
(一)、施工主要工序的简述
本发明是按“逆作法”的施工原理、工序,施工总过程分别通过两个阶段的实施得以实现:其中第一阶段系在排桩墙及盖梁完成后即可进行自上而下的“楼层逆作”,即利用地下各楼层梁板结构(含边跨端部的围檩)兼作基坑的水平支撑体系(其中预开孔后的地下室顶板兼作施工栈桥供停靠挖土机械进行挖土),在保证施工阶段基坑外围临时止水、排桩围护骨架墙成型、工程桩及坑内楼层竖向支承结构整体稳定性的前提条件下,创造出自上而下、分步开挖和分层施工的条件,直至基础大底板完成。第二阶段则为排桩墙骨架的内衬叠合墙顺作,即在完成基础底板砼的条件下,实施自下而上的分段(以后浇带为界)、越层、成片的排桩叠合式内衬墙钢筋、单侧大模板、砼浇筑的施工,经后浇带连接、封闭,最终实现“三墙合一”地下连续整体墙,其工艺流程详见(图20)。
(二)、实施主要关键工序的目的方法描述
下面结合附图对本发明五个主要关键工序的目的与方法作详细描述:
1、“含键销咬合孔的排桩围护墙(桩墙合一型)平面布置与实施”:
请参考图1、图2、图3,(1)、首先在灌注排桩墙的外侧(迎土面)布设3Φ850@1200单排三轴整圆套打的水泥土搅拌桩或GS土体固化剂搅拌桩1(为图中标号以下同),作第一道临时止水防线;其次,视开挖深度在基坑外围选用设置直径约为0.8~1.0m预设键销咬合孔槽且成型的钢筋混凝土灌注桩形成稀疏、松散排桩围护墙的骨架体系,兼作日后的部分永久性地下室结构外墙3,排桩间中心间距约1.1~1.6m,桩间净距适当拉开放大至约300mm~600mm;第三,在紧靠灌注砼桩桩缝间的迎土面,视砼桩直径的外圆弧与桩缝净距,设置直径为0.6m~0.9m的高压旋喷桩2进行封闭处理,旋喷桩可采用二重管工艺施工,桩长度视土层实际分布情况而定,一般均应伸入基板底下不少于0.5m且进入相对不透水土层为宜,其水泥掺量为350kg/m3,加掺3%水玻璃液,工作压力约为15~20Mpa,以作第二道临时止水防线。与一般传统的临时止水帷幕相比,还特别针对性地在砼排桩桩缝间增设了高压旋喷桩,即以“外围3Φ850@1200单排三轴整圆套打水泥土搅拌桩(或GS土体固化剂搅拌桩)+桩缝处高压旋喷桩”组合搭配,分别占据了排桩墙外侧与桩缝间防渗堵漏通道的有利位置,既可使桩与桩之间的净距适当地拉开放大,又使桩缝间隙处(抗渗漏通道)水泥土止水帷幕较传统做法既厚且更为密实,成型后在基坑外围能紧密地形成内外两层共二道连续封闭且止水效果更强也更为可靠的临时性组合抗渗帷幕。紧贴组合抗渗帷幕内侧布设的是桩身上半段两侧预留键销咬合孔槽成型的排桩墙,施工前期以稀疏、松散的构件(砼系自密性水下砼),共同形成基坑四周外侧用作挡土、止水的临时排桩围护挡墙结构骨架体系,兼作日后的部分永久性地下室结构外墙。排桩墙在与上述二道临时止水帷幕的配套组合下,两者结合既可抵抗土压力、水压力,又起挡水抗渗透作用,有利于提升支护结构的整体稳定及防渗成效,以满足排桩围护墙挡土、临时止水的第一阶段功能。以上,挡土的灌注桩与抗渗的三轴水泥土搅拌桩及高压旋喷桩可采取分段间隔错开施工。
2、排桩长度尺寸与垂直精度的控制:(1)、桩笼总长度、分层长度尺寸及轴线定位、砼桩成型后垂直精度的控制:进场后在通长、硬化、平整的场地基础上分别对不同类型的桩钢筋笼的总长度、分层长度、各楼层围檩梁连接的接驳器、预埋件等具体位置进行现场实线放样与标出定位,经复核无误后即可分别作为按此基准同一、批量、重复制作不同“桩墙合一”一体化钢筋笼成型的尺寸工具样板,以保证桩笼制作与成型精度。桩笼总长的控制点应在桩顶钢笼上做好油漆标识,便于排桩沉桩就位后调整至同一标高,以控制各竖向段尺寸精度。另在具体实施沉桩时排桩纵向定位轴线偏差≤5、相邻桩间净距偏差≤20,桩顶标高偏差≤5、砼桩成型后桩垂直精度控制不大于1/200。
3、“排桩外圆内井箍筋网片设计与制作”及“排桩钢笼上、下半段横向构造配筋的不同”处理:先请参考图5、图4,本发明因需在排桩桩身上半段钢筋笼两侧形成键销咬合孔,故在排桩上半段横向圆截面构造配筋基础上增加了Φ10@200点焊组成的呈“外圆内井字形”箍筋网片5;其在功能上(请参考图4与图8)分工为:在需留设的键销咬合孔的井字形箍筋网片两侧孔内穿入预埋钢管6以使日后成型,;井字形中央部位则用于排桩施工中下导管7,使该部位的中央空间在下导管时能上下贯通,以满足浇灌水下砼的施工需要。另外还增加桩与桩间(含暗柱)连接甩筋8、桩与内衬叠合墙钢筋连接的甩筋9。在桩笼成型前,应先将作为键销咬合成孔的预埋件——壁厚约为5mm且经调直的空心钢管6、其管底采用10mm厚钢板作封底焊接后作磨光处理且按所需长度准备就绪,同时在钢管外表预涂好脱模隔离剂,外圆内井字形的构造箍筋网片5能兼作定位支架,桩笼成型水平搁放后,能使预埋钢管在穿入桩笼内后作临时固定;按地面所放的大样图预埋各部位连接件并就位固定,下半段钢筋笼横向构造配筋则同普通排桩(请参考图9),在布设纵向主筋、埋件固定好且架空后,桩笼外侧全长整段缠绕Φ8@150螺旋箍筋20绑扎或局部加强焊接连接,使吊装桩笼时具有一定的整体刚度。
4、“砼排桩键销咬合孔的成型”:在桩笼成型、吊放、沉桩并浇筑水下砼后,待等到砼初凝后终凝前(视气温与水泥品种而定),施工人员应将所预埋钢管6就地略作旋转,轻轻逐步松动直至约半圈,使钢管表层与混凝土有轻微脱离且无粘接。当砼终凝后强度达到0.1~0.2Mpa后,开始用吊车或液压顶升架提拉钢管6并使之缓缓提升,上拔速度一般为3~4m/小时,同时注意防止损坏键销咬合孔周边的表层砼,拔出后应用清水冲洗且用专用筒刷洗刷去除孔内表层泥皮使之洁净后,即可做好砼后期养护工作。
5、“整合封闭后形成三墙合一的多功能整体墙”:请参考图18、图19,本发明施工中排桩墙骨架经后浇的内衬叠合层砼整合后,就已形成了“桩墙合一型”的排桩整体围护墙兼地下室外墙54,但由于一般地下室外墙还需兼作承重墙,其墙下还需另外布置工程桩基,故本发明还可根据工程需要进行拓展,即在原地下室框架柱网的平面尺寸格局下,利用排桩围护墙墙身内相应部位的部分排桩兼作整体外墙内骨架的暗桩与暗柱,把原隐藏在排桩墙身中的少数围护桩桩身长度向下适度延伸至地基土持力层58(该桩桩底根部可实施扩底、注浆57),兼作外墙承重用工程桩56(即部分围护桩下部桩身延长后兼作工程桩的“两桩合一”),工程桩上部兼作整体墙身内骨架暗柱(桩柱合一),围护桩群则隐身于排桩墙内55,以上经第二次叠合层砼浇捣整合、连成一体后将形成具有“三墙合一”(基坑围护墙、地下室外墙、承重外墙)的多功能钢砼墙体54。此时,完全封闭成型后的“钢砼键销咬合叠合整浇的排桩整体墙(桩墙结合、三墙合一型)”在力学性能与结构整体性上已接近或相当于“篱笆型整体式地下连续墙”(请参考图18、图19)。综上,本发明属于一种通过以新型“桩墙结合、三墙合一”形式实现逆作地下工程建设“三大关键技术”之中的以“基坑围护墙兼(部分)地下室外墙”中的一项,它系传统技术“排桩临时围护墙基坑”的一种节材、节地、环保的优化升级版,且在地下工程建造中将临时与永久相结合,即施工阶段的基坑临时围护墙与使用阶段的永久性地下室外墙相统一的一项地下工程外围护结构新技术、新工艺的绿色建造方法,具有节约资源、降低能耗、缩短工期、大大减少废弃物,保护环境及控制基坑变形、减少对周边影响等优点,体现出低碳经济、绿色建造的时代要求,具有较为光明的发展前景。
本发明依靠技术创新与科技进步,从源头上注重临时性的基坑围护墙与永久性地下室外墙其发展上客观规律性的内在逻辑关系,在满足不同阶段结构受力工况下实施“临永结合”,同时以构造合理性以及提高资源的利用率的根本目的为出发点,来转变传统建筑业“顺作法地下室工程”粗放、低效型经济发展的方式,改变传统顺作法“排桩临时围护墙”在施工中产生大量临时性、一次性废弃物致使破坏环境的困境与败局,对提高工效、降低成本、升级传统技术与实现转型发展,具有较好的技术经济性,同时有利于地下工程建设加快进度、缩短工期,使工程提前交付使用,体现出资源节约、环境友好、物尽其用、提质增效,走绿色设计与施工的可持续发展之路,实现地下工程建造的高质量发展,以期取得良好的经济、社会、环保效益等方面具有重要意义。
本发明领域的其他技术人员根据上述揭示内容所做的任何变更、修饰,均属于本发明权利要求以及保护的范围之内。

Claims (3)

1.一种用于逆作地下工程钢砼键销咬合排桩整体三墙合一外墙的绿色建造方法,它在建造中采取施工阶段前期与后期分期实施的方式,且以临时围护墙兼部分永久性地下室外墙结合为手段、远近统一为目标,即施工前期在预留键销咬合孔排桩墙作基坑临时围护墙的基础上,在排桩墙身的上半段通过后浇内衬叠合层且含桩缝间咬合的墙板砼而形成一体,从而在施工后期实现永久性整体目标所建成的一种新型地下工程的钢砼外围护结构墙体,其特征在于,包括:桩笼制作、成型及沉桩后尺寸精度的控制;桩身上半段两侧含有键销咬合孔构造的排桩以稀疏、松散状布置构成基坑外围的临时排桩围护墙;排桩围护墙外侧迎土面设置二道临时组合止水帷幕;在排桩墙稀疏的桩缝间设置暗柱;叠合前施工前期各构件间的钢筋连接:含排桩墙中桩顶与盖梁及与地下室顶板和梁的连接、各相邻桩间与桩缝处暗柱以及与后浇内衬叠合层钢筋的连接、排桩墙与地下室各楼层围檩梁及基础底板的钢筋连接,围檩梁即边梁、后浇排桩墙内衬叠合层竖筋与盖梁底及各楼层围檩梁顶、梁底钢筋的连接;后浇排桩墙内衬叠合层墙板及桩缝间暗柱砼的抗裂自防水技术;排桩墙与后浇的内衬叠合层砼接缝处设置二道永久性的止水防线:含桩与桩间竖缝的止水处理、桩墙与盖梁连接接缝处的止水处理、桩墙与地下室各楼层围檩及基础底板连接接缝处的止水处理;排桩整体围护墙功能经扩容拓展可升级为基坑围护墙、地下室外墙、承重墙三墙合一的永久性、多功能的新型钢砼地下围护结构外墙;
其中,所述桩身上半段两侧含有键销咬合孔构造的排桩以稀疏、松散状布置构成基坑外围的临时排桩围护墙的施工方法为:工程设计时桩身上半段两侧含键销咬合孔的排桩围护墙沿基坑外围轴线呈稀疏、松散状布置,即视工程地质条件相邻两桩间的中心轴线净距长度为300~600mm;同时视基坑开挖地下二~三层深度情况,桩径选用0.8~1.0m,桩垂直度≤1/200;又沿墙身总长每隔20m~30m分段设后浇带,其长度为800~1000mm;又桩身上半段两侧的键销咬合孔直径尺寸控制为排桩直径的1/4且取整数,孔的平面形状为圆形,位置在相邻每根桩平面轴线中心的两侧对称布置,角端桩除外;又在排桩的钢筋笼内沿纵向预先间隔设置且为外圆内方的井字形箍筋网片,其中网片中心两侧对称的空腔用于预埋与临时固定以作砼成型用的键销咬合孔钢管,中心部位的空腔则形成竖向空间的通道,以便于施工中下导管进行水下砼浇筑;当砼桩浇筑终凝硬化成型后且抽拔预埋钢管后,在砼桩身上半段,即地下室深度段的两侧形成呈竖向通长、开口内凹的键销孔圆形管槽;
所述排桩围护墙外侧迎土面设置二道临时组合止水帷幕的施工方法为:在排桩围护墙外侧设一道3Φ850@1200单排三轴整圆套打的水泥土搅拌桩或GS土体固化剂搅拌桩,其中GS土体固化剂搅拌桩的原材料为工业固废、副产物,加工后为干粉混合,用以替代水泥且降低碳排放;另在其内侧增加一道镶嵌在迎土面桩缝间Φ600~900mm的高压旋喷桩共同组合而成,两者组合分别占据了排桩墙外侧与桩缝间防渗堵漏通道的有利位置,形成两道既厚又实的水泥土抗渗帷幕墙,以实施基坑围护阶段的临时止水;
所述在排桩墙稀疏的桩缝间设置暗柱的施工方法为:暗柱位于排桩墙相邻两桩缝隙间,且与相邻两桩所预埋伸出就位后的甩筋连接;暗柱箍筋的平面形状为等腰梯形,其中迎土面系等腰梯形顶边且为短边,迎坑面系等腰梯形底边且为长边,暗柱竖筋的底部伸入桩缝间的基础底板内,竖筋的顶部则锚入盖梁内;
所述叠合前施工前期各构件间的钢筋连接:其中所述排桩墙中桩顶与盖梁及与地下室顶板和梁的连接的施工方法为:排桩墙桩顶外伸钢筋锚入压顶盖梁,盖梁钢筋绑扎成型时在其迎坑面梁侧的相应部位已预埋设好与顶板、梁连接的套筒、接驳器、插筋,经盖梁砼浇筑成型,日后即可为与地下室顶板与梁连接创造条件;所述各相邻桩间与桩缝处暗柱以及与后浇内衬叠合层钢筋连接的施工方法为:沉桩前在排桩钢笼内埋设与相邻桩间、暗柱及内衬叠合层墙板砼连接用的甩筋,排桩墙浇筑后经土方开挖、修整、桩缝内清洗、甩筋弯直就位后即可进行与相邻桩缝间、暗柱、内衬叠合层钢筋的连接;所述排桩墙与地下室各楼层围檩梁及基础底板的钢筋连接的施工方法为:沉桩前在排桩钢筋笼的桩身相应连接部位处预先敷设且固定好地下室各楼层围檩梁、底板的各类接驳器,接驳器为套筒、连接件、插筋埋件,砼桩成型且经土方分层开挖、其围檩梁部位经清洗后,即可使围檩梁钢筋与先行浇筑的排桩墙预埋件进行连接,经围檩梁钢筋连接、相关连接件预埋且钢笼成型后,即可与地下室各相应楼层的梁板、底板钢筋进行连接,再通过自上而下浇筑各楼层围檩梁与地下室每一楼层梁板砼、底板砼而连成一体;所述后浇排桩墙内衬叠合层竖筋与盖梁底及各楼层围檩梁顶、梁底钢筋连接的施工方法为:后浇叠合层砼板的主筋则是在盖梁与各楼层围檩环梁及基础底板浇砼筑时,分别在各梁底、梁顶与基板面的相应部位进行上下对准的预埋插筋,以便日后进行后浇叠合层墙板竖筋的连接;
所述后浇排桩墙内衬叠合层墙板及桩缝间暗柱砼的抗裂自防水技术的施工方法为:除在构造上沿墙身纵向总长每隔20~30m长度进行分段并设置净长度为800~1000mm后浇带外,后浇内衬叠合层砼浇筑采用顺作法,即在基础底板砼完成后方自下而上分段跃层进行,且与桩缝间暗柱的填充补缺砼一起整浇;其配比系在普通防水混凝土上掺加外加剂、磨细粉煤灰、聚丙烯纤维,即通过防渗抗裂砼配比优化的手段,同时在构造上满足桩缝间最薄处的外墙具有一定厚度,即厚度≥900mm的共同条件下达到地下室外墙抗裂与永久自防水的目的;
所述排桩墙与后浇的内衬叠合层砼接缝处设置二道永久性的止水防线,其中所述桩与桩间竖缝的止水处理的施工方法为:在排桩墙的桩身上半段设计与施工时预设了键销咬合孔及相应止水构造措施且在首次排桩砼已浇筑成型情况下,当二次后浇砼在桩缝间补缺及叠合层墙板一起浇筑后,如同含键销的链条一样,不仅将排桩间通过键销咬合孔灌实而连成一体形成整体墙,而且从其平面构造图中也可知,外墙止水路线自迎水面起,采取延长竖向接缝处抗渗阻水的路径,以及利用在键销咬合孔周边抗渗路线上增设弧形拐点的构造,加上排桩墙内侧又设有一起整浇且为整体封闭的内衬叠合式抗裂防渗实体墙板这一可靠的止水屏障作后盾;所述桩墙与盖梁连接接缝处的止水处理的施工方法为:桩墙顶部盖梁分两次整浇成型,第一次浇筑后盖梁在桩缝处其腹部呈多处开孔,即预留设后浇孔及振捣孔形成桁架式的卧梁,但盖梁仍系一整体受力构件;第二次桩缝间孔洞灌满砼后即阻断迎水面之水沿桩顶梁底的行进路线,同时再在盖梁底部与内衬叠合墙接缝处设3mm厚通长镀锌薄型钢板的第二道止水防线;所述排桩墙与地下室各楼层围檩梁及基础底板连接接缝处的止水处理的施工方法为:其中在所述排桩墙与地下室各楼层围檩梁相交的内衬叠合层部位处其梁底、梁顶都设置3mm厚通长止水镀锌薄钢板,经桩缝、暗柱间与内衬墙浇筑二次砼后,自迎水面就形成了含有键销咬合孔止水构造+围檩梁顶、梁底止水薄钢板片止水的二道永久性止水防线抗裂防渗砼的自防水整体外墙;所述排桩墙与基础底板连接接缝处止水处理的施工方法为:在基坑底浇筑素砼垫层时应伸入至各桩缝间一起整浇,同时在桩墙迎坑面底部周边设置钢砼上凸型踢脚板,既为基础大底板下敷设第一道自粘型防水卷材端部收头提供条件,又兼作为防水卷材与防水涂料的分界面,同时还在上凸型踢脚板近顶部设置一水平状3mm厚通长止水镀锌薄钢板,以形成阻止排桩与基础底板接缝处的渗漏水的第二道止水防线;对桩缝根部处踢脚板外侧迎土面局部凹进、不规整、零星小块素砼垫层上的防水层则选用与防水卷材材质相近、材性相容的防水涂料进行涂刷,结合踢脚板共同构成二道止水防线;又在排桩墙每根桩缝间与基础底板顶部相交处的咬合孔槽内设置600~800mm高的砼凸榫,即高门槛的止水构造,且与基础大底板浇筑时一起整浇;还在排桩内衬墙与基板顶相交处接缝部位设置3mm厚通长第二道止水镀锌薄钢板,以阻止迎水面沿排桩间桩缝根部与基板面层交接处进入的渗漏水。
2.根据权利要求1所述的一种用于逆作地下工程钢砼键销咬合排桩整体三墙合一外墙的绿色建造方法,其特征在于:所述的桩笼制作、成型及沉桩后尺寸精度控制的施工方法为:桩笼在现场通长、平整的砼硬地坪上弹线放出大样,形成内含桩笼总长、各楼层分层高度及各类相应预埋件位置,经复核无误后出具工具式尺寸样板,以利于桩笼进行同一、重复、批量地制作且成型;桩笼入孔后经沉桩初步就位后作临时固定,再采用测量工具进行桩轴线定位、标高的调整——最终以控制排桩桩笼顶部某点为同一标高来满足桩长与各楼层层高及整个竖向长度尺寸的精度、校垂,直至满足所有精度后且固定为止;其质量标准为:桩轴线定位偏差≤5mm;相邻桩间净距偏差≤20mm;桩顶标高偏差≤5mm;垂直精度偏差控制≤1/200。
3.根据权利要求1所述的一种用于逆作地下工程钢砼键销咬合排桩整体三墙合一外墙的绿色建造方法,其特征在于:所述的排桩整体围护墙功能经扩容拓展、可升级为基坑围护墙、地下室外墙、承重墙三墙合一的永久性、多功能的新型钢砼地下围护结构外墙的施工方法为:根据工程需要,按地下室框架柱网平面尺寸的布置格局,利用排桩围护墙墙身内相应部位的部分排桩兼作地下室整体外墙墙身内承重骨架的暗柱与暗桩,即把隐藏在排桩墙身中相应部位的少数围护桩的桩身长度向下适当延伸至地基土持力层兼作外墙承重用工程桩,即部分围护桩兼作工程桩的两桩合一,在功能上可划分为:其围护桩延长后的下半段桩身为承重工程桩,其桩的上半段桩身则作为排桩杆件隐身于排桩墙身内,日后则成为地下室整体外墙墙身内的骨架暗柱,经二次内衬叠合层后浇砼浇捣整合,连成一体后将形成具有基坑围护墙、地下室外墙、承重墙三墙合一的钢砼键销咬合排桩整体外墙,此时,在地下工程施工中经桩墙结合与三墙合一封闭成型后所形成永久性、多功能的新型钢砼地下围护结构外墙。
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