CN117107784B - 一种采用可回收式钢管桩的盖挖逆作施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及地下工程技术领域，具体涉及一种采用可回收式钢管桩的盖挖逆作施工方法。依据图纸打设钢管桩形成基坑支护结构，将钢管桩桩顶与顶板通过传力构件连接，使钢管桩传递竖向荷载，将顶板覆土回填时，同步沿钢管桩设置拔桩槽，将地下结构划分为N段，对地下结构柱和底板进行施工，在同一个分段的结构柱全部完成后，进行分段内侧墙施工，并在侧墙和钢管桩之间设置减摩模板，完成全部N个分段地下结构的施工后，解除钢管桩桩顶与顶板之间的连接，拔出钢管桩，填充钢管桩孔位并回填拔桩槽。实现了钢管桩的回收利用，降低了工程造价，且无需预置中间柱的盖挖逆作施工方法，减少了中间柱施工工序，加快了路面交通恢复的进度。
Description
技术领域
本发明涉及地下工程技术领域，具体涉及一种采用可回收式钢管桩的盖挖逆作施工方法。
背景技术
盖挖逆作法是在交通繁忙的城市中心地区修建浅埋地铁车站等地下工程的一种有效方法。该方法具有如下优势：路面敞口作业时间较短，对工程周边的商业及交通环境影响较小；自上而下由顶板和中板进行支撑，结构的刚度比较大，可显著减小围护结构及周边环境的变形；施工过程中不易受到季节气候的影响，施工噪音非常低，对周围居民的生活生产影响较小；盖挖逆作法造价介于明挖与暗挖之间，工程造价适中。
因工艺要求，盖挖逆作法需利用支护结构和中间柱作为顶板的竖向支撑构建，因此支撑的支护结构一般采用刚度较大的钢筋混凝土钻孔灌注桩、地下连续墙、钢板桩，中间柱一般采用钢管柱、H钢柱，且需要设置桩基础，承载力及刚度较大，工程造价昂贵，且支护结构在地下工程永久结构完成后废弃于地下，造成极大的工程浪费。已公开的改进技术也有一定的局限性。
如申请号为201810626735.3的发明公开了一种盖挖逆作法中侧墙外岩土层支护的施工方法，采用密排钢管桩替代常规的支护桩或地连墙，顶板下土方分层开挖并分层浇筑侧墙，到底后浇筑形成主体结构底板，但该方法钢管桩仍留存于地下，存在大量的不可再生资源浪费。以及申请号为201610486812.0的发明公开了一种无预作竖向支撑体系地下结构盖挖逆作施工方法。该方法在传统盖挖逆作法基础上采用拉森钢板桩作为地下结构施工过程中的主要围护结构，同时不预先施作竖向支撑，采用临时格构柱钢支撑配合分部阶梯式开挖的方法对土体进行开挖，在充分发挥土体自承能力的前提下，分部施作墙、立柱等竖向支撑体系，完成主体结构的施作。但该方法钢板桩同样需留存于地下，且需要临时格构柱钢支撑作为顶板临时承载柱，考虑到格构柱的尺寸及重量，对运输及安装设备要求很高。另外出土井仍在顶板上方，需要以出土井为中心局部围蔽道路，作为施工场地，对盖挖逆作法已经恢复的路面交通仍存在一定的影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种采用可回收式钢管桩的盖挖逆作施工方法，以解决现有技术中作为前期支护结构的钢管桩无法回收的问题，以及预置中间柱施工复杂和影响道路交通的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种采用可回收式钢管桩的盖挖逆作施工方法，包括如下步骤：
S100、依据设计图纸定位钢管桩位置，打设钢管桩以形成基坑支护结构；
S200、施工顶板，利用传力构件将钢管桩桩顶与顶板连接，以使得钢管桩传递竖向荷载；
S300、顶板覆土回填，同步沿钢管桩设置拔桩槽，恢复路面交通，以主跨为单位，将地下结构划分为N段；
S400、对地下结构柱和底板进行施工，形成竖向承重结构，在同一个分段的结构柱全部完成后，进行分段内侧墙施工，形成箱型结构体系，并在侧墙和钢管桩之间设置减摩模板以便于后期拔桩；
S500、完成全部N个分段地下结构的施工后，解除钢管桩桩顶与顶板之间的连接，拔出钢管桩，在拔桩期间同步进行钢管桩孔位填充并回填拔桩槽。
进一步，在S200中，施工顶板具体包括：利用基坑支护结构，开挖浅层土方至顶板设计位点，铺设顶板地模，施工顶板，并在顶板的内部预埋套筒，钢管桩的顶部穿过所述套筒通过传力构件与顶板连接，所述传力构件由钢梁、软木衬垫、高强度U型钢筋、加强钢筋网组成，所述钢梁、软木衬垫叠合放置在钢管桩桩顶，所述高强度U型钢筋的两端与顶板内的加强钢筋网固定连接，并承托在软木衬垫上。
进一步，S200还包括：在钢管桩的纵向预留拔桩槽，钢管桩桩头及传力构件主要部分均布置于拔桩槽内，并在拔桩槽的顶部设置盖板。
进一步，在S400之前还包括：在地下结构施工区域的侧边提前施工外挂工作井，外挂工作井与地下结构的出入口通道连通，出入口通道处设置有缓坡道作为马道，施工人员、设备、材料通过马道进行运输，沿外挂工作井向地下结构方向进行巷道开挖，先扩挖临侧墙土方，完成侧墙马头门结构施工，再进一步巷道开挖到结构柱计柱位点。
进一步，在S400中形成竖向承重结构具体包括：
S401、围绕结构柱设计柱位进行分部土方放坡开挖到底，并预留梯形土方作为顶板的临时支撑；
S402、在相邻的两个预留梯形土方之间铺设混凝土垫层、防水层，绑扎钢筋、浇筑结构柱及柱下底板，完成一个结构柱分部施工；
S403、重复S401和S402直至完成同一个分段的所有结构柱施工，挖除相邻结构柱之间的预留梯形土方，连接底板以形成整体结构。
进一步，在S402中，柱下底板面积A根据以下公式计算：
A≥（FK+GK）/fa；其中，FK为结构柱承受的竖向力标准值，GK为底板的自重，fa为修正后的地基承载力特征值。
进一步，在S400中，施工侧墙具体包括：
开挖地下结构外墙处土方，挂网喷砼、对侧壁的土方进行加固处理，在钢管桩与侧墙位置处安装减摩模板，并在减摩模板的外部涂抹有润滑油脂以减小钢管桩与减摩模板之间的摩擦力，再进行侧墙施工。
进一步，在S400中，N段地下结构柱的施工顺序为：
先沿着巷道延伸方向进行第一分段内多个结构柱的连续施工；然后沿着垂直于第一分段的方向，同时开展多个分段内结构柱工作面的交错施工，同步施工的结构柱工作面之间至少设置有一个结构柱。
进一步，在S100中，根据地下结构高度或侧墙竖向土方分层开挖高度，对应的设置钢管桩的型号、桩间距以及钢管桩排数。
本发明的有益效果是：
1.本发明通过对传力构件及减摩模板的设计，实现了钢管桩的回收利用，减少了地下废弃物，降低了工程造价。
2.本发明无需预置中间柱的盖挖逆作施工方法，减少了中间柱施工工序，降低了工程造价，加快了路面交通恢复的进度。
3.本发明通过设置侧向工作井，降低了地下结构施工难度，且路面一次恢复到位，进一步降低了工程对市政交通的影响。
4.本发明通过调节钢管型号、桩间距及桩排数等参数，可以满足不同基坑的防护要求，同时也能够提高施工的灵活性和便利性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单 地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。
图1为本发明实施例提供的地下结构打设钢管桩时的主视图；
图2为本发明实施例提供的地下结构完成顶板施工时的主视图；
图3为本发明实施例提供的地下结构进行巷道开挖时的俯视图；
图4为本发明实施例提供的地下结构进行巷道开挖时的主视图；
图5为本发明实施例提供的地下结构完成第一分段施工后的俯视图；
图6为本发明实施例提供的地下结构完成第一分段施工后的主视图；
图7为本发明实施例提供的地下结构进行交错施工时的俯视图；
图8为本发明实施例提供的地下结构进行交错施工时的主视图；
图9为本发明实施例提供的地下结构中钢管桩拔出时的主视图；
图10为图8的A处放大图。
附图标记：1、钢管桩；2、顶板；3、套筒；4、拔桩槽；5、减摩模板；6、侧墙；7、结构柱；8、底板；9、侧墙马头门；10、工作井；11、传力构件；12、地面；13、巷道；14、梯形土方；15、施工围挡；16、柱下底板；17、钢梁；18、软木衬垫；19、高强度U型钢筋；20、加强钢筋网；21、马道。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
下面结合图1至图10所示，本发明实施例提供了一种采用可回收式钢管桩的盖挖逆作施工方法，包括如下步骤：
S100、依据设计图纸的主体结构侧墙6放线，设置施工围挡15，在地面12开挖管线探沟，以避免钢管桩1引孔破坏地下管线，通过施工混凝土密排导孔，以达到精准定位钢管桩1，采用钻孔引孔和静压植桩机打设钢管桩1，在打设钢管桩1阶段，钢管桩1可根据实际情况设置钢管桩1的规格、桩间距及桩排数等参数，在盖挖逆作法土方开挖时，以满足基坑的支护要求，抵挡侧向土压力；
S200、施工顶板2，利用传力构件11将钢管桩1桩顶与顶板2连接，以使得钢管桩1传递竖向荷载；
S300、顶板2覆土回填，同步沿钢管桩1设置拔桩槽4，恢复路面交通，以主跨为单位，将地下结构划分为N段；
S400、对地下结构柱7和底板8进行施工，形成竖向承重结构，在同一个分段的结构柱7全部完成后，进行分段内侧墙6施工，形成箱型结构体系，并在侧墙6和钢管桩1之间设置减摩模板5以便于后期拔桩；
S500、完成全部N个分段地下结构的施工后，解除钢管桩1桩顶与顶板2之间的连接，拔出钢管桩1，为防止钢管桩1抽出后留下空腔，在钢管桩1拔桩的同时，在钢管桩1的孔位压注细石混凝土进行填充，当钢管桩1拔出后，立即采用高压清水冲洗干净内壁，确保无堵管以实现循环使用。
具体地，在S200中，施工顶板2，具体包括：利用基坑支护结构，进行开挖浅层土方至顶板2设计位点，铺设顶板2地模，对顶板2进行施工，并在顶板2的内部预埋套筒3，以防止顶板2的混凝土结构硬化后与钢管桩1粘结在一起，使钢管桩1无法拔出，钢管桩1的顶部穿过套筒3通过传力构件11与顶板2连接，传力构件11由钢梁17、软木衬垫18、高强度U型钢筋19、加强钢筋网20组成，钢梁17、软木衬垫18叠合放置在钢管桩1桩顶，高强度U型钢筋19的两端与顶板2内的加强钢筋网20固定连接，并承托在软木衬垫18上，钢梁17作为高强度U型钢筋19的支点，将后者承担的荷载传递至钢管桩1，再由钢管桩1传递至地层，软木衬垫18固定高强度U型钢筋19位置，并使荷载分布更均匀，高强度U型钢筋19承受顶板2自重、顶板2覆土重量及地面12超载并通过软木衬垫18传递至钢梁17，加强钢筋网20与顶板2内的钢筋骨架连接，作为高强度U型钢筋19两端的吊点。如此设计高强度U型钢筋19作为吊筋功能，沿钢管桩1打设的位置连续布置，设计参数可根据顶板2覆土厚度等输入条件调整，连接简单可靠，且拔桩前解除传力构件11连接非常方便，剪断高强度U型钢筋19即可。
具体地，S200还包括：在钢管桩1的纵向预留拔桩槽4，并在拔桩槽4的顶部设置盖板，如此设计可以在拔桩阶段无需大规模破坏路面，即可确定钢管桩1的位置，方便钢管桩1的拔出，同时钢梁17、软木衬垫18及高强度U型钢筋19均设置在拔桩槽4内，可实现传力构件11的回收再利用。
具体地，在S400之前还包括：在地下结构施工区域的侧边提前施工外挂工作井10，外挂工作井10利用地下工程附属出入口，其坡道可作为材料进出装载车水平运输马道21，极大地提高了施工效率，降低了地下结构施工难度，降低了工程造价，且在施工阶段不影响道路的交通，沿外挂工作井10向地下结构方向进行巷道13开挖，先扩挖临侧墙6土方（纵向不超过4m），完成侧墙马头门9结构施工，再进一步巷道13开挖到结构柱7设计柱位点。
具体地，在S400中形成竖向承重结构具体包括：
S401、围绕结构柱7设计柱位进行分部土方放坡开挖到底，并预留梯形土方14作为顶板2的临时支撑，以确保施工过程中的安全性；
S402、在相邻的两个预留梯形土方14之间铺设混凝土垫层、防水层，绑扎钢筋、浇筑结构柱7及柱下底板16，完成一个结构柱7分部施工；
S403、重复S401和S402直至完成同一个分段的所有结构柱7施工，挖除相邻结构柱7之间的预留梯形土方14，连接底板8以形成整体结构。
具体地，在S401中，分部开挖采取放坡开挖，预留梯形土方14为顶板2提供了临时支撑的作用，并确保施工过程中的安全性，梯形土方14的形状可以提供稳定的支撑面积，以防止土方坍塌和结构柱7周围土体的滑移。
具体地，在S402中，柱下底板16面积A根据以下公式计算：
A≥（FK+GK）/fa；其中，FK为结构柱7承受的竖向力标准值，GK为底板8的自重，fa为修正后的地基承载力特征值。
具体地，在S400中，施工侧墙6具体包括：
开挖地下结构外墙处土方，根据地质情况或钢管桩1设计参数，外墙竖向可一次或多次开挖到底（从上至下），同时挂网喷砼，若地层较差，可打设土钉或注浆锚管，进行侧壁土方加固处理，在钢管桩1与侧墙6位置处安装减摩模板5，减摩模板5可以将钢管桩1与侧墙6隔离开，防止钢管桩1与侧墙6形成一体后钢管桩1无法拔出，同时设置减摩模板5使侧墙6外侧表面变得平整方便了侧墙6的施工，同时在减摩模板5安装完毕后，在减摩模板5的外部涂抹有润滑油脂以减小钢管桩1与减摩模板5之间的摩擦力，方便后期钢管桩1的拔出，润滑油脂可选用复合钙基润滑脂，复合钙基润滑脂在潮湿环境中也能保持较好的润滑性能，具有良好的抗水性，能够防止地下水分和湿气破坏润滑脂性能。
具体而言，即针对第一分段的地下结构施工，在形成第一段箱型结构体系后，不再先进行巷道13开挖，而以结构柱7为中心及柱下底板16范围（纵横柱跨围合面积）进行分部开挖，进行下一分段结构施工，直至永久结构全部完成。对于一个具体实施例而言，如图7所示：
先沿着巷道13延伸方向进行第一分段内多根结构柱7的连续施工；
然后沿着垂直于第一分段的方向，同时开展多个分段内结构柱7工作面的交错施工，工作面相互之间不小于一个结构柱7，前后多个Ⅰ分部同期进行土方开挖及结构施工，然后再进行Ⅱ分部施工，当Ⅱ分部完成施工后，重复Ⅱ分部的施工顺序将Ⅲ、Ⅳ分部完成。通过同时进行多个分段内结构柱7工作面的交错施工，可以充分利用施工资源，提高施工效率，不同工作面之间的施工可以并行，减少了施工的等待时间，缩短了施工周期，土方开挖和结构施工可以同时进行，避免了先进行土方开挖再进行结构施工的重复工作，可以有效地控制施工过程中的风险和安全隐患。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (7)
1.一种采用可回收式钢管桩的盖挖逆作施工方法，其特征在于，包括如下步骤：
S100、依据设计图纸定位钢管桩（1）位置，打设钢管桩（1）以形成基坑支护结构；
S200、施工顶板（2），利用基坑支护结构，开挖浅层土方至顶板（2）设计位点，铺设顶板（2）地模，施工顶板（2），并在顶板（2）的内部预埋套筒（3），钢管桩（1）的顶部穿过所述套筒（3）通过传力构件（11）与顶板（2）连接，以使得钢管桩（1）传递竖向荷载;所述传力构件（11）由钢梁（17）、软木衬垫（18）、高强度U型钢筋（19）、加强钢筋网（20）组成，所述钢梁（17）、软木衬垫（18）叠合放置在钢管桩（1）桩顶，所述高强度U型钢筋（19）的两端与顶板（2）内的加强钢筋网（20）固定连接，并承托在软木衬垫（18）上;同时在钢管桩（1）的纵向预留拔桩槽（4）、钢管桩（1）桩头及传力构件（11）主要部分均布置于拔桩槽（4）内，并在拔桩槽（4）的顶部设置盖板；
S300、顶板（2）覆土回填，同步沿钢管桩（1）设置拔桩槽（4），恢复路面交通，以主跨为单位，将地下结构划分为N段；
S400、在巷道（13）内对地下结构柱（7）和底板（8）进行施工，形成竖向承重结构，在同一个分段的结构柱（7）全部完成后，进行分段内侧墙（6）施工，形成箱型结构体系，并在侧墙（6）和钢管桩（1）之间设置减摩模板（5）以便于后期拔桩；
S500、完成全部N个分段地下结构的施工后，解除钢管桩（1）桩顶与顶板（2）之间的连接，拔出钢管桩（1），在拔桩期间同步进行钢管桩（1）孔位填充并回填拔桩槽（4）。
2.根据权利要求1所述一种采用可回收式钢管桩的盖挖逆作施工方法，其特征在于，在S400之前还包括：在地下结构施工区域的侧边提前施工外挂工作井（10），外挂工作井（10）与地下结构的出入口通道连通，出入口通道处设置有缓坡道作为马道（21），施工人员、设备、材料通过马道（21）进行运输，沿外挂工作井（10）向地下结构方向进行巷道（13）开挖，先扩挖临侧墙（6）土方，完成侧墙马头门（9）结构施工，再进一步巷道（13）开挖到结构柱（7）设计柱位点。
3.根据权利要求1所述一种采用可回收式钢管桩的盖挖逆作施工方法，其特征在于，在S400中形成竖向承重结构具体包括：
S401、围绕结构柱（7）设计柱位进行分部土方放坡开挖到底，并预留梯形土方（14）作为顶板（2）的临时支撑；
S402、在相邻的两个预留梯形土方（14）之间铺设混凝土垫层、防水层，绑扎钢筋、浇筑结构柱（7）及柱下底板（16），完成一个结构柱（7）分部施工；
S403、重复S401和S402直至完成同一个分段的所有结构柱（7）施工，挖除相邻结构柱（7）之间的预留梯形土方（14），连接底板（8）以形成整体结构。
4.根据权利要求3所述一种采用可回收式钢管桩的盖挖逆作施工方法，其特征在于，在S402中，柱下底板（16）面积A根据以下公式计算：
A≥（FK+GK）/fa；其中，FK为结构柱（7）承受的竖向力标准值，GK为底板（8）的自重，fa为修正后的地基承载力特征值。
5.根据权利要求1所述一种采用可回收式钢管桩的盖挖逆作施工方法，其特征在于，在S400中，施工侧墙（6）具体包括：
开挖地下结构外墙处土方，挂网喷砼、对侧壁的土方进行加固处理，在钢管桩（1）与侧墙（6）位置处安装减摩模板（5），并在减摩模板（5）的外部涂抹有润滑油脂以减小钢管桩（1）与减摩模板（5）之间的摩擦力，再进行侧墙（6）施工。
6.根据权利要求1所述一种采用可回收式钢管桩的盖挖逆作施工方法，其特征在于，在S400中，N段地下结构柱（7）的施工顺序为：
先沿着巷道（13）延伸方向进行第一分段内多个结构柱（7）的连续施工；
然后沿着垂直于第一分段的方向，同时开展多个分段内结构柱（7）工作面的交错施工，同步施工的结构柱（7）工作面之间至少设置有一个结构柱（7）。
7.根据权利要求1所述一种采用可回收式钢管桩的盖挖逆作施工方法，其特征在于，在S100中，根据地下结构高度或侧墙（6）竖向土方分层开挖高度，对应的设置钢管桩（1）的型号、桩间距以及钢管桩（1）排数。
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