CN114134904B - 一种深基坑支护和降水的一体式预制管桩施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于基坑降水技术领域，公开了一种深基坑支护和降水的一体式预制管桩施工方法，为了解决现有深基坑支护和深基坑降水井单独施工而存在的工程造价大以及施工周期长的问题。本发明包括：（1）测量放线，确定管桩的数量和位置；（2）计算得到该深基坑降水的总涌水量；（3）确定每根管桩的单管桩出水能力；（4）依据单管桩出水能力确定管桩下端的钢质过滤管的内径和长度；（5）现场开挖形成桩孔，向桩孔内植入管桩；在管桩的钢质过滤管与桩孔壁之间填充滤料；（6）取出管桩内的封堵机构（7）向管桩内安装入水泵和管道进行降水。本发明集深基坑支护和深基坑降水井施工一体，大大降低深基坑支护和深基坑降水的施工成本和施工周期。
Description
技术领域
本发明属于基坑降水技术领域，具体涉及一种深基坑支护和降水的一体式预制管桩施工方法。
背景技术
基坑降水是指在开挖基坑时，地下水位高于开挖底面，地下水会不断渗入坑内，为保证基坑能在干燥条件下施工，防止边坡失稳、基坑流砂、坑底隆起、坑底管涌和地基承载力下降而做的降水工作。
基坑降水主要方式有：明沟加集水井降水、轻型井点降水、喷射井点降水、电渗井点降水和深井井点降水等。其中对于深基坑而言，一般采用深井井点降水。井点降水是在基坑开挖前，在基坑梓州施工一定数量的降水井，在降水井内设置井管和滤管，利用抽水设备把井内的地下水抽出，井点降水的主要流程为：井点测量定位-开挖井口-安装护筒钻机就位-成孔-放入井管和滤管-回填虑管与孔壁之间的间隙并形成过滤层-洗井-井管内下放水泵。
管桩按混凝土强度等级和壁厚分为预应力混凝土管桩(PC管桩)、预应力混凝土薄壁管桩（PTC管桩）和预应力高强混凝土管桩(PHC管桩)。PC桩的混凝土强度不得低于C50砼，PTC管桩强度等级不得低于C60，PHC桩的混凝土强度等级不得低于C80。PC桩和PTC桩一般采用常压蒸汽养护，一般要经过28天才能施打。而PHC桩，脱模后要进入高压釜蒸养，经10个大气压、180度左右的蒸压养护，混凝土强度等级达C80从成型到使用的最短时间只需三、四天。
当地质条件不好，地基承载力较小时，需要将一根根的管桩打入地下，将上面建筑物的重量通过管桩传导下层承载力高的土层上，同时利用管桩和周围土壤之间的摩擦力来支撑上部建筑物的重量。同时，基坑的支护桩一般采用钻孔桩、加强搅拌桩等，但是由于在软土地层的特殊性质导致成桩时间长，影响整个基坑支护工期，而管桩具有成桩速度快的特点，因此管桩也广泛运用于基坑的支护。
因此，对于深基坑支护和深基坑降水而言，都是独立分开的进行，这种方式存在着造价高、以及施工周期长的问题。
发明内容
本发明为了解决现有深基坑支护和深基坑降水井单独施工而存在的工程造价大以及施工周期长的问题，而提供一种深基坑支护和降水的一体式预制管桩施工方法，集深基坑支护和深基坑降水井施工一体，大大降低深基坑支护和深基坑降水的施工成本和施工周期。
为解决技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种深基坑支护和降水的一体式预制管桩施工方法，其特征在于，包括：
（1）测量放线，根据施工现场的地质条件和深基坑的参数确定管桩的数量和位置；
（2）根据施工现场的地质条件计算得到该深基坑降水的总涌水量；
（3）根据总涌水量与管桩的数量确定每根管桩的单管桩出水能力；
（4）依据单管桩出水能力确定管桩下端的钢质过滤管的内径和长度；
（5）现场开挖形成桩孔，向桩孔内植入管桩；在管桩的钢质过滤管与桩孔壁之间填充滤料；
（6）取出管桩内的封堵机构，使得钢质过滤管的过滤孔处于导通状态；
（7）向管桩内安装入水泵和管道进行降水。
在一些实施例中，所述管桩包括混凝土管桩，所述混凝土管桩的下端焊接连接有钢质过滤管，所述钢质过滤管上开设有若干过滤孔，所述钢质过滤管配设有封管机构，所述封管机构包括呈筒状的固定筒，所述固定筒设置有多个沿竖直方向设置并与固定筒的内腔相互贯通的安装槽，所述安装槽内安装有多根滑块，所述滑块的内侧壁能够穿过安装槽并延伸入固定筒的内腔，所述滑块上安装有若干与钢质过滤管上的过滤孔相互适配的堵头，所述固定筒的内部安装有移动柱，所述移动柱沿着固定筒内移动的时候能够与滑块接触并带动滑块在安装槽内滑动从而使得堵头与钢质过滤管的过滤孔相互卡持或者分离。
在一些实施例中，所述钢质过滤管的外径小于等于混凝土管桩的外径。
在一些实施例中，所述钢质过滤管的下端为封闭端并且具有尖端。
在一些实施例中，所述安装槽内安装有用于抵持滑块的复位弹簧。
在一些实施例中，所述滑块的内侧面为倾斜面使得滑块上端伸入到固定筒内腔的长度小于滑块下端伸入到固定筒内腔的长度。
在一些实施例中，所述移动柱的外圆周上设置有与滑块的位置相互对应并与滑块的倾斜面相互贴合的楔形面。
在一些实施例中，所述安装槽内配设有与安装槽的长度相互适配的并且可拆卸的垫块。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的深基坑支护和降水的一体式预制管桩施工方法在使用过程中，在基坑的外围先预先钻取桩孔，然后将混凝土管桩和钢质过滤管连接在一起，然后将封堵机构安装在钢质过滤管内，并在固定筒内移动移动柱，使得移动柱挤压安装槽内的滑块，使得滑块向外延伸使得堵头进入到钢质过滤管内的过滤孔内，从而将过滤孔进行堵塞,防止管桩（混凝土管状和钢质过滤管）在下压的过程中土体进入到钢质过滤管的过滤孔内；然后通过敲击或者下压的方式将混凝土管桩和钢质过滤管一起置入桩孔中，随着混凝土管桩和钢质过滤管的下放，逐步在混凝土管桩的上方拼接新的混凝土管桩，继续向桩孔内下压直至到设定深度（钢质过滤管的上端位于基坑的底面之下）。然后通过绳索牵引的方式向上提取移动柱，使得移动柱与滑块相互分离（从而使得过滤孔处于开启的状态，地下水进入到钢质过滤管的内部进行聚集，便于通过管道和水泵将地下水进行抽出达到降水的目的），滑块在复位弹簧的作用下复位并使得堵头从钢质过滤管的过滤孔中脱离并使得堵头位于固定筒的安装槽内，然后再将固定筒从混凝土管桩和钢质过滤管内提取出，重复进行下一桩孔内管桩的安装。
相比于现有技术，本发明集深基坑支护和深基坑降水为一体，实现了一管多用的作用，大大降低了深基坑支护和深基坑降水的施工成本和施工周期。更为重要的是，由于管桩（混凝土管状和钢质过滤管）沿着基坑外围设置，距离基坑位置相比于现有技术中基坑布置的降水井距离基坑的位置更近，因此具有降水效果好的特点。而现有技术中由于降水井群距离基坑位置较远，加上每口降水井的影响范围有限，导致基坑底部区域降水效果较差（从而使得基坑底部湿润，还需要设置多个排水沟进行抽水作业）。而本发明由于管桩（混凝土管状和钢质过滤管）沿着基坑的外围设置，每一根管桩（混凝土管状和钢质过滤管）都能够对辐射到基坑底部（即每一根管桩的降水影响区域都能覆盖到基坑的底部），从而提高基坑降水的效果；并且本发明由于管桩沿着基坑的外围设置（即距离基坑的距离较近），管桩降水影响的区域仅仅是基坑的区域与每根管桩影响范围之和，即降水区域也是沿着基坑的外围部分，能够大大降低对基坑外围原土体（即基坑外围未开挖区域）的影响。
并且，本发明在使用过程中，直接利用现有生产的混凝土管桩，不需要重新设计和制造混凝土管桩，也不会影响混凝土管桩的结构和强度。同时本发明的封堵机构具有安装和拆卸快捷的特点，能够进一步提高管桩植入到桩孔内的效率。
附图说明
图1为本发明一实施例的结构示意图；
图2为本发明的封堵机构的剖视图结构示意图；
图3为本发明的移动柱的结构示意图；
图中标记：1、混凝土管桩，11、不锈钢钢板，2、钢质过滤管，21、底板，3、封堵机构，31、固定筒，32、端盖，33、安装槽，34、滑块，35、堵头，36、移动柱，361、凸条，37、复位弹簧，38、吊耳，39、拉绳，310、通孔。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，并不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所用实施例，都属于本发明的保护范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以结合具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
结合附图，本发明的深基坑支护和降水的一体式预制管桩施工方法，包括：
（1）测量放线，根据施工现场的地质条件和深基坑的参数确定管桩的数量和位置；
（2）根据施工现场的地质条件计算得到该深基坑降水的总涌水量；
（3）根据总涌水量与管桩的数量确定每根管桩的单管桩出水能力；
（4）依据单管桩出水能力确定管桩下端的钢质过滤管的内径和长度；
（5）现场开挖形成桩孔，向桩孔内植入管桩；在管桩的钢质过滤管与桩孔壁之间填充滤料；
（6）取出管桩内的封堵机构，使得钢质过滤管的过滤孔处于导通状态；
（7）向管桩内安装入水泵和管道进行降水。
其中，根据施工现场的地质条件和深基坑的参数确定管桩的数量和位置对于本领域技术人员来说是清楚和明白的，管桩的数量和位置的确定，主要是确保管桩具有足够的支护能力，确保深基坑开挖的安全性。并且基坑开挖不会影响旁临建筑物的完全和正常使用。
对于据施工现场的地质条件计算得到该深基坑降水的总涌水量，对于本领域的技术人员来说也是清楚和明白的。不同地质条件下，总用水量的都会不同。
其中，通过勘察即可获得该深基坑地质的条件和参数，例如参数包括静水水位h、渗透系数k、含水层厚度H、降水区域的长度A、降水区域的宽度B、等效半径r0=(A*B/π)1/2。并通过这些参数可以确定地下水位的设计降深Sw（m）和总涌水量Q（m3/d）。
根据确定的参数和确定的地下水位的设计降深计算降水影响半径R（m）,QUOTE
;
其中，Sw ──水位降深 (m)；
K──渗透系数（m/d）；
H──含水层厚度（m）。
对于总涌水量、设计降深Sw、降水影响半径等等，对于本领域技术人员来说都是清楚和明白的，在此不再赘述。
在一些实施例中，所述管桩包括混凝土管桩1，其中，混凝土管桩1的下端安装有不锈钢钢板11，不锈钢钢板11的中部具有与混凝土管桩内径相同的贯通孔；不锈钢钢板11的作用是便于将上下相邻的混凝土管桩1相互通过焊接的方式连接在一起，即是说，不锈钢钢板11本身属于混凝土管桩1的一部分。其中，混凝土管桩1的上端也设置有不锈钢钢板11，便于与其上方的混凝土管桩1进行拼接；所述混凝土管桩的下端焊接连接有钢质过滤管2，即是说，混凝土管桩1与钢质过滤管2之间通过不锈刚钢板11相互焊接在一起；所述钢质过滤管2上开设有若干过滤孔21，优选的，钢质过滤管2选用不锈钢制作而成，以便于提高钢质过滤管2的抗腐蚀性能。在一些实施例中，钢质过滤管2还设置有防腐蚀层，进一步提高钢质过滤管2的防腐蚀性能。所述钢质过滤管2配设有封管机构3，所述封管机构包括呈筒状的固定筒31，所述固定筒31设置有多个沿竖直方向设置并与固定筒的内腔相互贯通的安装槽33，所述安装槽33内安装有多根滑块34，所述滑块34的内侧面能够穿过安装槽33并延伸入固定筒31的内腔，即是说滑块34上更加靠近固定筒31的一侧面能够穿过安装槽33并延伸入固定筒31的内腔中，所述滑块34上安装有若干与钢质过滤管2上的过滤孔21相互适配的堵头35，所述固定筒31的内部安装有移动柱36，所述移动柱36沿着固定筒31内移动的时候能够与滑块34接触并带动滑块34在安装槽33内滑动从而使得堵头35与钢质过滤管2的过滤孔21相互卡持或者分离。其中，固定筒31上还开设有与堵头35相互对应的通孔310，以便于堵头35在挤压之后能够延伸出固定筒31并插入到钢质过滤管2的过滤孔内。
优选的，堵头35的外围包覆有缓冲层，防止堵头35在运动过程中损伤钢质过滤管2上的防腐层。优选的，堵头35上远离固定筒31轴线的一端呈半球状，以便于具有导向作用。
在一些实施例中，所述钢质过滤管2的外径小于等于混凝土管桩1的外径，以便于在钢质过滤管2与桩孔之间填充砾石，通过砾石对地下水进行过滤和除杂。
在一些实施例中，所述钢质过滤管2的下端为封闭端并且具有尖端，优选的，钢质过滤管2的下端安装有底板21，底板21呈上端大、下端小的圆台状。
在一些实施例中，所述安装槽33内安装有用于抵持滑块34的复位弹簧37，通过复位弹簧37的作用能够将滑块34进行复位，当滑块34没有移动柱36的挤压作用时，堵头35能够收纳在固定筒31内，从而便于从管桩（混凝土管桩1和钢质过滤管2）内取出固定筒31。
在一些实施例中，所述滑块34的内侧面为倾斜面使得滑块34上端伸入到固定筒31内腔的长度小于滑块下端伸入到固定筒内腔的长度，所述移动柱36的外圆周上设置有与滑块34的位置相互对应并与滑块34的倾斜面相互贴合的楔形面。其中，结合附图1，楔形面即可以直接设置在移动柱36的外圆周上。结合附图3，在一些实施例中，移动柱36的外圆周上设置与滑块位置相互对应的凸条361，楔形面设置在凸条361上。
在一些实施例中，所述安装槽33内配设有与安装槽33的长度相互适配的并且可拆卸的垫块。其中，通过设置垫块可以改变滑块34能够在安装槽33内滑动的距离，从而改变堵头35能够延伸出固定筒31的距离，以便于适用于不同壁厚的钢质过滤管2，以进一步提高本发明的使用范围，能够针对不同壁厚的钢质过滤管2进行使用。
在一些实施例中，固定筒31的上端可拆卸连接有端盖32，当向安装槽33内安装好滑块和复位弹簧之后，通过端盖32进行封盖，端盖32的中部具有便于移动柱通过的贯通孔，使得移动柱36的上端能够延伸出端盖。
优选的，移动柱36的上端配设有吊耳，便于通过绳索等方式从管桩（混凝土管桩和钢质过滤管）内拔动移动柱36，从而使得移动柱36不再挤压滑块34，从而使得堵头35与钢质过滤管2上的过滤孔21相互分离。
优选的，移动柱36的上端与端盖32之间通过拉绳39或者钢丝绳进行连接，从而在拔出移动柱36的时候，固定筒31与移动柱36相互之间连接为一个整体取出。
优选的，固定筒31的外径略小于混凝土管桩1的内径，从而便于取出，进一步提高拆卸的效率。
本发明的深基坑支护和降水的一体式预制管桩施工方法在使用过程中，在基坑的外围先预先钻取桩孔，然后将混凝土管桩和钢质过滤管连接在一起，然后将封堵机构安装在钢质过滤管内，并在固定筒内移动移动柱，使得移动柱挤压安装槽内的滑块，使得滑块向外延伸使得堵头进入到钢质过滤管内的过滤孔内，从而将过滤孔进行堵塞,防止管桩（混凝土管状和钢质过滤管）在下压的过程中土体进入到钢质过滤管的过滤孔内；然后通过敲击或者下压的方式将混凝土管桩和钢质过滤管一起置入桩孔中，随着混凝土管桩和钢质过滤管的下放，逐步在混凝土管桩的上方拼接新的混凝土管桩，继续向桩孔内下压直至到设定深度（钢质过滤管的上端位于基坑的底面之下）。然后通过绳索牵引的方式向上提取移动柱，使得移动柱与滑块相互分离（从而使得过滤孔处于开启的状态，地下水进入到钢质过滤管的内部进行聚集，便于通过管道和水泵将地下水进行抽出达到降水的目的），滑块在复位弹簧的作用下复位并使得堵头从钢质过滤管的过滤孔中脱离并使得堵头位于固定筒的安装槽内，然后再将固定筒从混凝土管桩和钢质过滤管内提取出，重复进行下一桩孔内管桩的安装。
相比于现有技术，本发明集深基坑支护和深基坑降水为一体，实现了一管多用的作用，大大降低了深基坑支护和深基坑降水的施工成本和施工周期。更为重要的是，由于管桩（混凝土管状和钢质过滤管）沿着基坑外围设置，距离基坑位置相比于现有技术中基坑布置的降水井距离基坑的位置更近，因此具有降水效果好的特点。而现有技术中由于降水井群距离基坑位置较远，加上每口降水井的影响范围有限，导致基坑底部区域降水效果较差（从而使得基坑底部湿润，还需要设置多个排水沟进行抽水作业）。而本发明由于管桩（混凝土管状和钢质过滤管）沿着基坑的外围设置，每一根管桩（混凝土管状和钢质过滤管）都能够对辐射到基坑底部（即每一根管桩的降水影响区域都能覆盖到基坑的底部），从而提高基坑降水的效果；并且本发明由于管桩沿着基坑的外围设置（即距离基坑的距离较近），管桩降水影响的区域仅仅是基坑的区域与每根管桩影响范围之和，即降水区域也是沿着基坑的外围部分，能够大大降低对基坑外围原土体（即基坑外围未开挖区域）的影响。
并且，本发明在使用过程中，直接利用现有生产的混凝土管桩，不需要重新设计和制造混凝土管桩，也不会影响混凝土管桩的结构和强度。同时本发明的封堵机构具有安装和拆卸快捷的特点，能够进一步提高管桩植入到桩孔内的效率。
Claims (4)
1.一种深基坑支护和降水的一体式预制管桩施工方法，其特征在于，包括：
（1）测量放线，根据施工现场的地质条件和深基坑的参数确定管桩的数量和位置；
（2）根据施工现场的地质条件计算得到该深基坑降水的总涌水量；
（3）根据总涌水量与管桩的数量确定每根管桩的单管桩出水能力；
（4）依据单管桩出水能力确定管桩下端的钢质过滤管的内径和长度；
（5）现场开挖形成桩孔，向桩孔内植入管桩，所述管桩包括混凝土管桩，所述混凝土管桩的下端焊接连接有钢质过滤管，所述钢质过滤管上开设有若干过滤孔，所述钢质过滤管配设有封管机构，所述封管机构包括呈筒状的固定筒，所述固定筒设置有多个沿竖直方向设置并与固定筒的内腔相互贯通的安装槽，所述安装槽内安装有多根滑块，所述滑块的内侧壁能够穿过安装槽并延伸入固定筒的内腔，所述滑块上安装有若干与钢质过滤管上的过滤孔相互适配的堵头，所述固定筒的内部安装有移动柱，所述移动柱沿着固定筒内移动的时候能够与滑块接触并带动滑块在安装槽内滑动从而使得堵头与钢质过滤管的过滤孔相互卡持或者分离；所述钢质过滤管的外径小于等于混凝土管桩的外径；所述钢质过滤管的下端为封闭端并且具有尖端；所述安装槽内安装有用于抵持滑块的复位弹簧；在管桩的钢质过滤管与桩孔壁之间填充滤料；
（6）取出管桩内的封堵机构，使得钢质过滤管的过滤孔处于导通状态；
（7）向管桩内安装入水泵和管道进行降水。
2.根据权利要求1所述的深基坑支护和降水的一体式预制管桩施工方法，其特征在于，所述滑块的内侧面为倾斜面使得滑块上端伸入到固定筒内腔的长度小于滑块下端伸入到固定筒内腔的长度。
3.根据权利要求2所述的深基坑支护和降水的一体式预制管桩施工方法，其特征在于，所述移动柱的外圆周上设置有与滑块的位置相互对应并与滑块的倾斜面相互贴合的楔形面。
4.根据权利要求1所述的深基坑支护和降水的一体式预制管桩施工方法，其特征在于，所述安装槽内配设有与安装槽的长度相互适配的并且可拆卸的垫块。
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