CN114351720A - 一种预制管桩作为基坑内支撑支承立柱的施工方法 - Google Patents

Abstract

一种预制管桩作为基坑内支撑支承立柱的施工方法，属于岩土与地下空间工程技术领域，1）、按桩位将预制管桩进行沉桩施工到位。预制管桩包括立柱和立柱上固定的多个套筒。2）、开挖到第一道支撑的支撑底标高。预制管桩的立柱桩头与第一道内支撑整体浇筑混凝土。3）、开挖到下一个中道内支撑道底部，将钢牛腿焊接在套筒上形成竖向承托结构。中道内支撑的支撑梁在套筒位置进行加宽，使得纵筋从两侧过绕过套筒。4）、开挖到基坑底部，在底板中心线标高附近，将止水板固定到套筒上。底板浇筑混凝土后至可以拆除预制管桩时，将底板面标高以上预制管桩截除，整平封闭底板。预制管桩一体化制作，施工周期短，竖向承载力容易控制。

Description

一种预制管桩作为基坑内支撑支承立柱的施工方法

技术领域

本发明属于岩土与地下空间工程技术领域，特别涉及一种预制管桩作为基坑内支撑支承立柱的施工方法，是一种新型的基坑内支撑立柱设计方法及施工方案。

背景技术

随着高层建筑和地下空间开发的增加，地下空间开挖逐渐加深，为保障基坑开挖安全、减少开挖对周边环境的影响，内支撑体系越来越多被工程界所应用。内支撑体系约每200~400平方米（基坑投影面积）就设置一根立柱，面积1万平方的基坑大概需要40根立柱，常规做法是采用型钢加工的格构式立柱，需要采购大量的钢材并配置合格的作业工人，单根造价达1~2万元，且随钢材价格波动出现不可预见的成本增长。

常规的立柱分为两个部分，上部为采用角钢为主要受力构件的钢格构柱，下部为钢筋混凝土灌注桩，具体做法参考《建筑基坑支护结构构造》（11SG814）。一般来说，上部及下部均是现场分开施工。即在设计图纸出来后，分别施工上部钢格构柱，格构柱的桩基础成孔，格构柱与桩基础钢筋笼对中上下焊接，一起放入地下并浇筑桩基础混凝土。该过程有几个不易解决的问题，一旦控制不严容易引发事故：第一是钢格构柱尺寸小于灌注桩，吊装后格构柱的垂直度不易保障。第二是浇筑桩基础的混凝土时，混凝土容易灌注到格构柱内部，后续凿除难度和成本均较高。第三是格构柱在底板处需设置止水片，该止水片形状较不规则，按图集一根立柱需要焊接至少8片钢板，节点多，质量不易保障。

立柱体系主要是对上部大跨度水平布置的内撑起到支承作用，主要承受竖向力，且竖向轴力相对比较小（一般是几百到一千多千牛），采用现浇和预制钢筋混凝土实心桩基础过于浪费，并且周期长、造价高。

以立柱体系总长度15m（钢格构柱顶部到底长度）考虑，采用传统钢格构柱加灌注桩，每根立柱体系造价约为1.55万。如采用本预制管桩，则单根立柱体系造价可降低至0.5万。

发明内容

本发明的目的是提供一种预制管桩作为基坑内支撑支承立柱的施工方法，以解决现有技术中存在的问题，预制管桩一体化制作，施工周期短，竖向承载力容易控制。

一种预制管桩作为基坑内支撑支承立柱的施工方法，主要包括下列步骤：

1）、按桩位将预制管桩进行沉桩施工到位。预制管桩包括立柱和立柱上固定的多个套筒。

2）、开挖到第一道支撑的支撑底标高。

对预制管桩采用混凝土进行灌芯形成顶部混凝土层，并在顶部混凝土层内插入连接钢筋笼，钢筋笼上方露出的钢筋锚固到第一道支撑梁内，预制管桩的立柱桩头与第一道内支撑整体浇筑混凝土。

3）、开挖到下一个中道内支撑道底部，将钢牛腿焊接在套筒上形成竖向承托结构。中道内支撑的支撑梁在套筒位置进行加宽，使得纵筋从两侧过绕过套筒。

向下重复此步骤施工多道中道内支撑。

4）、开挖到基坑底部，在底板中心线标高附近，将与套筒形状匹配的至少一道止水板对扣固定到套筒上，浇筑底板。

底板浇筑混凝土后至可以拆除预制管桩时，将底板面标高以上预制管桩截除，采用膨胀混凝土将灌芯填实形成底部灌芯层，整平封闭底板。

纵筋从套筒两侧绕开预制管桩对应的套筒处，纵筋局部加宽始末位置，设置附加多个箍筋。

1、本发明要求在常规预制桩生产过程中，直接加入钢套筒一同预制，该钢套筒是后续各个节点处理时的关键。

2、本发明将用于主体预制桩基础结构中的桩头连接方法，用于立柱体系与内支撑梁的连接上。

3、本发明利用钢套筒，将止水板与预制管桩形成有效止水连接，可使得底板一次性浇筑，不产生漏水隐患。

4、采用预制管桩与钢套筒结合体系作为内支撑立柱体系领域内。

其优点在于：

本发明提供一种新的立柱体系设计及施工方法，以解决现有技术中存在的问题：

1、不再如同传统立柱系统分为上下两个构件，而是直接一体化工厂预制后运输到现场，省掉了现场制作工期。

2、不需要现场先进行灌注桩基础成孔及灌注，可现场采用静压或者锤击设备将该结构施工完成，单根立柱体系施工周期小于2个小时，且不需要养护，节省了灌注桩成孔费用，缩短工期。

3、立柱桩的竖向承载力可在实际施工过程中直接通过设备压桩力或贯入度控制，不需另行检测。

4、一体化生产及成熟的施工工艺可保障施工垂直度满足设计要求。

5、止水板焊接最少可缩减至2片，质量容易控制。

6、施工工艺简单，步骤少。本发明整体采用预制生产，现场只需进行沉桩，即可完成立柱体系的大部分系统，无龄期问题。

7、施工精度高，效果可控。本发明沉桩工艺与一般预制桩相同，施工精度可达到主体工程桩的精度，施工技术成熟。

8、成本较低。本发明主要成本在于预制桩成本，对一般预制桩进行特殊加工，成本有小幅度提升，但是相对于灌注桩更为经济，综合造价减少40%以上。

附图说明

图1为预制管桩的结构示意图。

图2为图1中的a-a剖视图。

图3为图1中的b-b剖视图。

图4为本发明的预制管桩的体系构造图。

图5为图4中的c-c剖视图。

图6为图4中的d-d剖视图。

1-第一道内支撑（钢筋混凝土）、2-钢筋笼、3-填芯封底、4-预制管桩、5-套筒（钢）、6-中道内支撑（钢筋混凝土）、7-纵筋、8-箍筋、9-牛腿（钢）、10-止水板、11-底板（钢筋混凝土）、 12-底部填芯（膨胀混凝土）、桩芯13、横箍筋14、竖箍筋15、立柱16、顶部混凝土层17。

具体实施方式

一种预制管桩作为基坑内支撑支承立柱的施工方法，主要包括下列步骤：

设计方案：

1、按现行规范及商业软件进行计算，得出预制管桩4体系所受的内力，主要为轴力及弯矩。

2、根据规范（《预应力混凝土管桩技术标准》）及弯矩选择合适的预制桩型，可以是预应力高强度混凝土管桩（PHC）、混合配筋混凝土管桩（PRC）或混凝土管桩（PC），桩外径根据需求为400~800mm。

3、根据勘察报告及轴力选择合适的桩端持力层或桩长。根据第一道内支撑1支撑底标高确定立柱体系顶标高（支撑底标高+0.1m）。

4、明确第一道~第n道内支撑中心线标高及底板中心线标高。

5、要求预制桩厂家在预制管桩时，在前述第4条中所述标高（支撑中心线标高及底板中心线标高）上下各3m范围采用5~10mm厚Q235套筒5（钢套筒）包裹，套筒5与管桩4为一体化生产预制。通过设计确定预制管桩4桩顶标高、沉桩底标高、多道内支撑6的内支撑中心线及底板中心线标高，并将数据反馈到预制桩厂家。厂家生产制作预制管桩4时，按设计位置加入套筒5（套筒数量为n-1个，n为全部内支撑道数+一道底板11，就是除了第一道内支撑1处不用套筒5，预制管桩4和全部中道内支撑6和底板11相交处都需要套筒5）一次性成型生产。注意此时套筒4为嵌入预制管桩4中，立柱16（空心）最终外径不变。

6、施工方案：

1、施工单位按桩位，根据设计要求将预制管桩4进行沉桩施工，可采用锤击或者静压工艺将生产好的预制管桩4按设计要求施工到位。其中设计方案中套筒5包裹范围为6m是为了防止地质因素导致预制管桩4最终沉桩标高有所误差，如有较多经验可进行减少。

2、开挖到第一道支撑1的支撑底标高，将预制管桩4桩顶标高控制在支撑底标高+0.1m，对预制管桩4进行局部灌芯及加入连接钢筋笼2，做法可参考《预应力管桩图集》（10G409）。

对预制管桩4采用混凝土进行灌芯（即在立柱16的桩芯13内灌入顶部混凝土层17），顶部混凝土层17长度为预制管桩4桩顶标高往下3m），在顶部混凝土层17底部用膨胀混凝土作为填芯封底3，并在顶部混凝土层17内插入连接钢筋笼3（做法可参考国家建筑标准设计图集10G409第41页与42页的“桩顶与承台连接详图”），钢筋笼3插入立柱16内3m长度，上方露出的钢筋（露出长度为45倍钢筋直径）锚固到第一道支撑梁1内，立柱16桩头上部的0.1米与第一道内支撑1整体混凝土浇筑。

3、开挖到下一个中道内支撑道6底部，将钢牛腿8焊接在套筒5上形成竖向承托结构。施工中道内支撑6的支撑梁在套筒5位置进行加宽，使得纵筋7两侧过绕过套筒5。在局部加宽始末位置，设置附加箍筋7，以承受纵筋7的侧向张力。详见c-c横剖面图。

下方的多个中道内支撑6与预制管桩4的套筒5交接时应通过加宽支撑梁宽度，将支撑梁的纵筋7从两侧绕过套筒5的方式连接，同时根据计算，加设牛腿9可直接采用钢板焊接到套筒5上）作为支撑梁的支座以传递剪力。在局部加宽始末位置，设置附加多个箍筋8，箍筋8分为多个横箍筋14和多个竖箍筋15以承受纵筋7的侧向张力。

横箍筋14从横向连接横向设置的每层纵筋7，竖箍筋15从竖向连接竖向设置的每层纵筋7，箍筋8形成方框形。

向下重复此步骤施工多道混凝土中道内支撑6。

4、开挖到基坑底部，在底板中心线标高附近，将半圆环形止水板10（钢板）对扣成圆形焊接到套筒5上，止水钢板11厚度、宽度和道数可根据实际情况调整。如有必要可多增设至少一道止水板10以通过延长渗水路径起到止水目的，并浇筑底板11。详见d-d横剖面图。

5、底板11浇筑混凝土后至可以拆除预制管桩4时，可以采用切除或者凿除的方式将预制管桩4截除（底板面标高以上全部截除并拆除上方全部内支撑），在底板11位置应细致施工，采用与底板11强度同等级的膨胀混凝土将灌芯填实形成底部灌芯层12（底部灌芯层12灌芯范围为底板面标高至沉桩底标高），整平封闭底板11。

在按施工图正常绑扎底板纵筋钢筋时（钢筋可同上述支撑梁纵筋方法从两侧绕开预制管桩4的套筒5处，在局部加宽始末位置，设置附加多个底板箍筋，底板箍筋分为多个底板横箍筋和多个底板竖箍筋以承受底板纵筋的侧向张力。底板横箍筋从横向连接横向设置的每层底板纵筋，底板竖箍筋从竖向连接竖向设置的每层底板纵筋。与第三步所述结构相同）。

通过以上实施方案达到使用新型支撑立柱体系的目的，减少工期，节约成本。操作简便，降低施工难度。

Claims (6)

1.一种预制管桩作为基坑内支撑支承立柱的施工方法，其特征在于主要包括下列步骤：

1）、按桩位将预制管桩（4）进行沉桩施工到位；预制管桩（4）包括立柱（16）和立柱（16）上固定的多个套筒（5）；

2）、开挖到第一道支撑（1）的支撑底标高；

预制管桩（4）内顶部混凝土层（17）内插入连接钢筋笼（3），钢筋笼（3）上方露出的钢筋锚固到第一道支撑梁（1）内，预制管桩（4）的立柱（16）桩头与第一道内支撑（1）整体浇筑混凝土；

3）、开挖到下一个中道内支撑道（6）底部，将钢牛腿（8）焊接在套筒（5）上形成竖向承托结构；中道内支撑（6）的支撑梁在套筒（5）位置进行加宽，使得纵筋从（7）两侧过绕过套筒（5）；

向下重复此步骤施工多道中道内支撑（6）；

4）、开挖到基坑底部，在底板中心线标高附近，将与套筒（5）形状匹配的至少一道止水板（10）对扣固定到套筒（5）上，浇筑底板（11）。

2.根据权利要求1所述的一种预制管桩作为基坑内支撑支承立柱的施工方法，其特征在于主要包括下列步骤：

套筒（5）位置的纵筋（7）局部加宽始末位置，设置附加多个箍筋（8）。

3.根据权利要求1所述的一种预制管桩作为基坑内支撑支承立柱的施工方法，其特征在于主要包括下列步骤：

底板（11）浇筑混凝土后至可以拆除预制管桩（4）时，将底板面标高以上预制管桩（4）截除，采用膨胀混凝土将灌芯填实形成底部灌芯层（12），整平封闭底板（11）。

4.根据权利要求3所述的一种预制管桩作为基坑内支撑支承立柱的施工方法，其特征在于主要包括下列步骤：

底板（11）的底板纵筋从两侧绕开预制管桩（4）对应的套筒（5）处。

5.根据权利要求4所述的一种预制管桩作为基坑内支撑支承立柱的施工方法，其特征在于主要包括下列步骤：

套筒（5）位置的底板纵筋局部加宽始末位置，设置附加多个底板箍筋。

6.根据权利要求1所述的一种预制管桩作为基坑内支撑支承立柱的施工方法，其特征在于主要包括下列步骤：

在顶部混凝土层（17）底部用膨胀混凝土作为填芯封底（3）。

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