CN212375845U - 一种基于拱圈式微型钢管桩的隔离桩体系 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于拱圈式微型钢管桩的隔离桩体系，所述体系包括在既有构筑物与新建隧道之间施作的拱圈式分布的钢管桩；钢管桩布置有两排，深入新建隧道拱底以下，一排与新建隧道纵向平行布置，另一排呈弧形布置。本实用新型利用隔离桩与拱圈式系梁的围闭效应，提高隔离桩自身抗弯强度，同时通过压力注浆加固桩周土体，充分调动围闭土体的强度，使微型隔离桩、围闭土体与刚性系梁形成一个受力耦合结构，基于三角形微型钢管桩与桩间加固土为基本单元的承载体系，可最大程度削弱由于隧道穿越施工引起的地层损失对既有构筑物的不利影响；布桩形式灵活，施工机械化程度高，耦合桩的空间布置限制因素少，对地质条件和生态环境适应性高，具有较高的工程效益。

Description

一种基于拱圈式微型钢管桩的隔离桩体系

技术领域

本实用新型属于地下工程技术领域，具体涉及一种基于拱圈式微型钢管桩的隔离桩体系。

背景技术

随着经济的快速发展，为引导城市合理布局和有序发展，通过轨道交通为中心城区居民提供便捷的出行条件，减轻出行成本，实现绿色出行与低碳生活方式，越来越受到重视。因此，轨道交通线路在规划时，一般选择人口密集的商业有住宅地段，施工时对临近构筑物的影响不可避免。近年来，各地城市轨道交通工程建设过程中，面临的周边环境越来越复杂，构筑物保护要求越来越苛刻。在工程建设水平与隧道工法没有根本性改善之前，应尽量采取主动保护措施，将隧道施工导致的地层损失及其影响进行有效隔离，最大程度减少隧道施工对周边环境的不利影响。

近年来，各地城市轨道交通工程建设导致周边临近构筑物出现沉降变形、局部裂缝或张开的情况非常普遍，区间隧道工程对周边的影响无法从自身工艺角度进行根本性的规避，因此如遇到地层条件、空间关系、构筑物基础条件及其使用现状等相对不利的工况，则隧道穿越施工期间的安全风险就很大，在一定程度上制约了城市轨道交通线路走向与站点的设置，在某些条件下甚至成为了城市轨道交通走向方案是否成立的控制性因素。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种基于拱圈式微型钢管桩的隔离桩体系，于新建隧道与既有构筑物之间设置拱圈式微型钢管桩隔离体系，基于微型钢管桩、系梁与桩间加固土组成的桩土耦合承载体系，不但增加了钢管桩自身的抗弯刚度，同时由钢管桩与系梁组成的拱圈式围闭结构，尤其是弧形系梁起到了刚性拱圈的围闭作用，可有效提升桩间加固土的强度，进而提高拱圈式新型隔离桩体系的整体承载能力，尤其是抗弯能力，同时隔离桩底部伸入新建隧道拱底以下一定距离，可将隧道施工引起的地层扰动与地层损失进行有效隔离，在一定程度上可以实现既有构筑物侧地层“零位移”变形控制要求，进而确保既有构筑物的安全。

本实用新型所采用的技术方案为：

一种基于拱圈式微型钢管桩的隔离桩体系，其特征在于：

所述体系包括在既有构筑物与新建隧道之间施作的拱圈式分布的钢管桩；

钢管桩布置有两排，深入新建隧道拱底以下，一排与新建隧道纵向平行布置，另一排呈弧形布置。

两排钢管桩纵向两端共用同一个钢管桩，钢管桩顶部通过长系梁、短系梁与弧形系梁进行刚性连接；

长系梁与短系梁为刚性系梁，弧形系梁为刚性拱圈。

系梁之间地层通过注浆加固后形成桩间加固土。

钢管桩与周边系梁刚性连接，形成每三个钢管桩与桩间加固土组成基本单元的承载体系。

钢管桩内设有环向钢筋、纵向钢筋与定位钢筋；

环向钢筋与定位钢筋沿深度方向分层间隔布置，并位于同一高度；

纵向钢筋沿环向钢筋四周均匀布置；

定位钢筋沿钢管桩直径方向布置。

钢管桩四周侧壁上设置注浆孔，梅花型布置。

纵向钢筋与环向钢筋、环向钢筋与定位钢筋通过焊接方式连接，组成一个整体，插入钢管桩内。

在已经放置钢筋的钢管桩内注入水泥砂浆，浆液通过管壁的注浆孔向周边地层扩散，形成桩间加固土。

本实用新型具有以下优点：

本实用新型涉及的基于拱圈式微型钢管桩的隔离桩体系，丰富了现有的地下工程隔离桩施工方法。长系梁、短系梁与弧形系梁均为常规钢筋混凝土结构，环向钢筋、定位钢筋与纵向钢筋均为常规钢螺纹钢筋，钢管桩为常规Q345钢材，钢管内压注的水泥砂浆也为常规材料，其设计尺寸为常规类型，简单易作，施工工艺成熟，所涉及的系梁混凝土浇筑用模板、钢管桩成孔所用的地质钻与跟管钻进工艺及其他辅助设施均为常规设备；钢管桩的平面布置方式，可以采用网格式布置，也可采用梅花型布置，布置方式灵活；隔离桩的竖向长度，可按照深入隧道拱底以下一定距离控制，也可按照深入隧道开挖影响轮廓线以下一定距离控制。确保了拱圈式隔离桩体系的现场快速施工问题，经济技术效益显著。

在新建隧道穿越施工之前，在既有构筑物与新建隧道之间设置网格状布置的微型钢管隔离桩体系，可以将隧道穿越施工期间开挖扰动与地层损失进行有效隔离，确保既有构筑物侧地层稳定与构筑物安全。网格状布置的微型钢管隔离桩，主要基于钢管桩与刚性拱圈系梁组成的围闭结构，增加了整个隔离体系的承载力与刚度，尤其是水平向抗弯刚度。本实用新型具有较高的经济效益和社会效益，在城市轨道交通、市政公路、民用建筑等地下结构工程中有广泛的应用前景。

附图说明

图1为拱圈式钢管隔离桩平面布置图。

图2 为拱圈式钢管隔离桩断面图。

图3 为钢管桩横断面图。

图4为钢管桩纵剖面图。

图中，1-既有构筑物，2-新建隧道，3-钢管桩，4-长系梁，5-短系梁，6-弧形系梁，7-桩间加固土，8-环向钢筋，9-纵向钢筋，10-定位钢筋，11-注浆孔。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型进行详细的说明。

本实用新型涉及一种基于拱圈式微型钢管桩的隔离桩体系，于既有构筑物1与新建隧道2之间，打设网格状分布的钢管桩3，在钢管桩3内插入组合钢筋，组合钢筋提前由环向钢筋8、纵向钢筋9与定位钢筋10焊接而成，随后在钢管桩3内部压注水泥砂浆，浆液通过钢管桩3侧壁注浆孔11向周边地层渗透，形成桩间加固土7，最后钢管桩3顶部采用系梁连接，通过长系梁4、短系梁6与弧形系梁5形成围闭型拱圈式刚性系梁组合体系，提高构件的整体强度与抗弯刚度。

钢管桩3的平面布置方式，可以采用网格式布置，也可采用梅花型布置，布置方式灵活；隔离桩的竖向长度，可按照深入隧道2拱底以下一定距离控制，也可按照深入隧道2开挖影响轮廓线以下一定距离控制。

网格状分布的钢管桩3与成圈封闭布置的各类系梁，对桩间加固土7进行了有效的围闭，形成了基于三角形微型钢管桩与桩间加固土为基本单元的承载体系，通过空间三维封闭与加强作用，将拱圈式微型钢管桩隔离体系的整体强度与抗弯刚度提升了到了新的高度，可有效隔断了隧道1穿越施工扰动与地层损失可能引发的地层位移，在一定程度上可以实现构筑物1侧地层的“零位移”变形控制目标。最大程度满足了现场快速施工与重要构筑物的保护要求。

上述基于拱圈式微型钢管桩的新型隔离桩体系及其构建方法的构建方法，包括以下步骤：

步骤一：按要求将一定直径的三级螺纹钢筋截成相同长度的钢筋，随后将每一截钢筋弯曲成环，制作环向钢筋8；

步骤二：根据环向钢筋8直径与所用钢管桩4内径，按照钢管桩4内径比环向钢筋8直径与定位钢筋10长度之和大约100mm的要求，进行定位钢筋10制作，靠近钢管桩4内壁处的定位钢筋10端头需打磨圆滑；

步骤三：将环向钢筋8与定位钢筋10进行焊接，环向钢筋8对侧的两根定位钢筋10，应设置在环向钢筋8同一直径方向；

步骤四：按照一定间距要求，将环向钢筋8与纵向钢筋9进行焊接，纵向钢筋9沿环向钢筋8四周均匀分布，定位钢筋10与环向钢筋位于同一标高，并位于相邻纵向钢筋9中间部位；

步骤五：将钢管桩4桩身进行开孔11，开孔直径可按30mm考虑，间距按200×200mm、梅花型布置；

步骤六：根据设计方案，对每个微型钢管桩4进行坐标定位，每根钢管桩4位置都需要严格控制其与新建隧道2、既有构筑物1之间的水平距离；

步骤七：在现场进行测量放样，随后按要求进行地质钻成孔施工，相邻钢管桩4采用跳孔成孔，跟管钻进工艺，桩底深入新建隧道2拱底以下约3m；

步骤八：待所有钢管桩4成孔作业完成后，将预先制作好的环纵向钢筋插入钢管桩4内，尽量沿钢管中心位置插入；

步骤九：按照先两端、后中间的顺序进行钢管桩4内压注水泥砂浆施工，采用后退式注浆工艺，基于注浆压力与注浆量双重控制标准，确保钢管桩4四周一定半径范围内地层被有效加固，形成具有一定强度的桩间加固土7；

步骤十：将地表以下一定深度范围内的钢管桩4挖出，随后按照冠梁浇筑方式，先进行钢筋绑扎，随后进行混凝土浇筑，形成刚性系梁，沿隧道2纵向的系梁为长系梁4，沿外侧弧形布置的系梁为弧形系梁5，形成外侧刚性拱圈，其余系梁为短系梁6；

步骤十一：在拱圈式隔离桩体系的保护下，进行隧道2侧穿既有构筑物1施工。

参见图1、图2、图3和图4对本实用新型进行进一步具体说明：

本实用新型的基于拱圈式微型钢管桩的新型隔离桩体系，于既有构筑物1与新建隧道2之间，打设网格状分布的钢管桩3，在钢管桩3内插入组合钢筋，组合钢筋提前由环向钢筋8、纵向钢筋9与定位钢筋10焊接而成，随后在钢管桩3内部压注水泥砂浆，浆液通过钢管桩3侧壁注浆孔11向周边地层渗透，形成桩间加固土7，最后钢管桩3顶部采用系梁连接，通过长系梁4、短系梁6与弧形系梁5形成围闭型拱圈式刚性系梁组合体系，提高构件的整体强度与抗弯刚度。

钢管桩3的平面布置方式，隔离桩的竖向长度，由实际需要与可靠度综合确定。

网格状分布的钢管桩3与成圈封闭布置的各类系梁，对桩间加固土7进行了有效的围闭，形成了基于三角形微型钢管桩与桩间加固土为基本单元的承载体系，通过空间三维封闭与加强作用，将拱圈式微型钢管桩隔离体系的整体强度与抗弯刚度提升了到了新的高度，可有效隔断了隧道1穿越施工扰动与地层损失可能引发的地层位移，在一定程度上可以实现构筑物1侧地层的“零位移”变形控制目标。最大程度满足了现场快速施工与重要构筑物的保护要求。

基于拱圈式微型钢管桩的新型隔离桩体系及其构建方法，包括以下步骤：

步骤一：按要求将一定直径的三级螺纹钢筋截成相同长度的钢筋，随后将每一截钢筋弯曲成环，制作环向钢筋8；

步骤二：根据环向钢筋8直径与所用钢管桩4内径，按照钢管桩4内径比环向钢筋8直径与定位钢筋10长度之和大约100mm的要求，进行定位钢筋10制作，靠近钢管桩4内壁处的定位钢筋10端头需打磨圆滑；

步骤三：将环向钢筋8与定位钢筋10进行焊接，环向钢筋8对侧的两根定位钢筋10，应设置在环向钢筋8同一直径方向；

步骤四：按照一定间距要求，将环向钢筋8与纵向钢筋9进行焊接，纵向钢筋9沿环向钢筋8四周均匀分布，定位钢筋10与环向钢筋位于同一标高，并位于相邻纵向钢筋9中间部位；

步骤五：将钢管桩4桩身进行开孔11，开孔直径可按30mm考虑，间距按200×200mm、梅花型布置；

步骤六：根据设计方案，对每个微型钢管桩4进行坐标定位，每根钢管桩4位置都需要严格控制其与新建隧道2、既有构筑物1之间的水平距离；

步骤七：在现场进行测量放样，随后按要求进行地质钻成孔施工，相邻钢管桩4采用跳孔成孔，跟管钻进工艺，桩底深入新建隧道2拱底以下约3m；

步骤八：待所有钢管桩4成孔作业完成后，将预先制作好的环纵向钢筋插入钢管桩4内，尽量沿钢管中心位置插入；

步骤九：按照先两端、后中间的顺序进行钢管桩4内压注水泥砂浆施工，采用后退式注浆工艺，基于注浆压力与注浆量双重控制标准，确保钢管桩4四周一定半径范围内地层被有效加固，形成具有一定强度的桩间加固土7；

步骤十：将地表以下一定深度范围内的钢管桩4挖出，随后按照冠梁浇筑方式，先进行钢筋绑扎，随后进行混凝土浇筑，形成刚性系梁，沿隧道2纵向的系梁为长系梁4，沿外侧弧形布置的系梁为弧形系梁5，形成外侧刚性拱圈，其余系梁为短系梁6；

步骤十一：在拱圈式隔离桩体系的保护下，进行隧道2侧穿既有构筑物1施工。

钢管桩3的直径与壁厚，钢管桩3的平面布置形式，钢管柱3之间的各类系梁尺寸，等均可根据实际需要进行灵活调整。

钢管桩3内插入的钢筋组合可根据需要确定其具体形式，一般来说宜尽量以增大单根钢管桩3水平向抗侧刚度为基本原则，压注的水泥砂浆应尽量采用自流平与微膨胀水泥，根据地层渗透性可适当考虑超细水泥，确保桩间地层被有效加固。

长系梁4、短系梁6与弧形系梁5均为常规钢筋混凝土结构，环向钢筋8、定位钢筋10与纵向钢筋9均为常规钢螺纹钢筋，钢管桩3为常规Q345钢材，钢管内压注的水泥砂浆也为常规材料，其设计尺寸为常规类型，简单易作，施工工艺成熟，所涉及的系梁混凝土浇筑用模板、钢管桩3成孔所用的地质钻与跟管钻进工艺及其他辅助设施均为常规设备.

本实用新型具有设计简单、简洁易作、施工成本低廉、工艺简便且质量易于现场施工的优点。实现了抗侧刚度高、整体稳定性好的新型隔离桩体系，在一定程度上可以实现既有构筑物侧地层的“零位移”变形控制要求，增加了轨道交通沿线重要构筑物的安全保障。

本实用新型涉及的钢管桩为常规材质的微型钢管桩，桩间系梁为常规冠梁，桩间土体加固注浆所用注浆材料与工艺也较为普通，因此施工效率较高，工程质量较易控制。

本实用新型的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本实用新型说明书而对本实用新型技术方案采取的任何等效的变换，均为本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种基于拱圈式微型钢管桩的隔离桩体系，其特征在于：

所述体系包括在既有构筑物（1）与新建隧道（2）之间施作的拱圈式分布的钢管桩（3）；

钢管桩（3）布置有两排，深入新建隧道（2）拱底以下，一排与新建隧道（2）纵向平行布置，另一排呈弧形布置。

2.根据权利要求1所述的一种基于拱圈式微型钢管桩的隔离桩体系，其特征在于：

两排钢管桩（3）纵向两端共用同一个钢管桩（3），钢管桩（3）顶部通过长系梁（4）、短系梁（6）与弧形系梁（5）进行刚性连接；

长系梁（4）与短系梁（6）为刚性系梁，弧形系梁（5）为刚性拱圈。

3.根据权利要求2所述的一种基于拱圈式微型钢管桩的隔离桩体系，其特征在于：

系梁之间地层通过注浆加固后形成桩间加固土（7）。

4.根据权利要求3所述的一种基于拱圈式微型钢管桩的隔离桩体系，其特征在于：

钢管桩（3）与周边系梁刚性连接，形成每三个钢管桩（3）与桩间加固土（7）组成基本单元的承载体系。

5.根据权利要求4所述的一种基于拱圈式微型钢管桩的隔离桩体系，其特征在于：

钢管桩（3）内设有环向钢筋（8）、纵向钢筋（9）与定位钢筋（10）；

环向钢筋（8）与定位钢筋（10）沿深度方向分层间隔布置，并位于同一高度；

纵向钢筋（9）沿环向钢筋（8）四周均匀布置；

定位钢筋（10）沿钢管桩（3）直径方向布置。

6.根据权利要求5所述的一种基于拱圈式微型钢管桩的隔离桩体系，其特征在于：

钢管桩（3）四周侧壁上设置注浆孔（11），梅花型布置。

7.根据权利要求6所述的一种基于拱圈式微型钢管桩的隔离桩体系，其特征在于：

纵向钢筋（9）与环向钢筋（8）、环向钢筋（8）与定位钢筋（10）通过焊接方式连接，组成一个整体，插入钢管桩（3）内。

8.根据权利要求7所述的一种基于拱圈式微型钢管桩的隔离桩体系，其特征在于：

在已经放置钢筋的钢管桩（3）内注入水泥砂浆，浆液通过管壁的注浆孔（11）向周边地层扩散，形成桩间加固土（7）。

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