CN220433745U - 一种旋流井施工期间利用支护桩进行抗浮的结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种旋流井施工期间利用支护桩进行抗浮的结构。所述结构包括在支护桩邻近旋流井井壁的一侧凿挖而成的多个缓冲槽和在旋流井井壁钢筋绑扎时预留的固定插筋，所述的固定插筋一部分作为主筋浇筑在旋流井的井壁内，另一部分插入对应的缓冲槽内；本实用新型在基坑开挖至设计底标高，进行旋流井井壁钢筋绑扎时，在每副顶标高区域支护桩桩身凿挖缓冲槽，旋流井井壁钢筋绑扎时预留插筋插入缓冲槽顶部位置，利用支护桩结构抗拔力和自重阻止旋流池在施工过程中水位过高产生上浮，缓冲槽下部预留一定距离防止旋流池施工完成后，工后沉降可能对井壁产生拉裂破坏，利用了支护桩作为施工期间抗浮结构产生抗浮作用。

Description

一种旋流井施工期间利用支护桩进行抗浮的结构

技术领域

本实用新型属于冶金行业旋流井施工领域，具体是一种旋流井施工期间利用支护桩进行抗浮的结构，所述抗浮结构用于抗浮水位较高地层的旋流井正作法施工期间利用深基坑支护桩进行抗浮，其施工简单，费用较低，减少旋流井施工过程中降水深度和工作量。

背景技术

在冶金行业钢厂建设施工过程中，旋流井是钢厂中主要的水资源循环系统之一，通过旋流井将废水过滤、分离、净化，使水资源得到充分利用。

旋流井施工主要采用正做法施工，包括三大部分：深基坑支护部分、土石方部分、旋流池结构部分。主要特点是基坑开挖深，地下水丰富、抗浮水位较高地层对施工降水要求较高，从土方开挖前开始进行基坑降水，地下水水位标高满足施工要求后方可进行土方开挖、旋流井结构施工。

通常基坑施工降水水位要求降至基坑底-50cm～-100cm，旋流井主体结构设计时会考虑在一定范围内通过增加主体结构自重或直接将建成后井内蓄水增加重力进行抗浮设计计算。因此在整个施工周期中，随旋流井井壁主体结构浇筑高度增加，旋流井逐渐形成整体，需要持续进行基坑及基坑周边降排水工作，确保基坑水位始终保持在基坑底-50cm～-100cm，同时必要时候会通过井底临时增加荷载和配重，确保施工过程中旋流井不因地下水位上升而产生较大浮力，导致旋流井主体结构上浮。但是在遇到雨季或暴雨天气，因地下水水位较高或井内水位突然升高仍然会导致旋流井主体结构上浮。

发明内容

本实用新型针对现有技术存在的问题，提供一种旋流井施工期间利用支护桩进行抗浮的结构，该结构通过旋流井井壁施工过程中预留插筋插入支护桩桩身缓冲槽，预留插筋与旋流井井壁形成整体，利用基坑支护所形成的整体结构产生向下重力，阻止或避免旋流井施工过程中因地下水水位上升浮力增加而导致的旋流井主体上浮。

为了达到上述技术目的，本实用新型提供了一种旋流井施工期间利用支护桩进行抗浮的结构，所述结构在旋流井施工期间利用支护桩施工而成，包括在支护桩邻近旋流井井壁的一侧凿挖而成的多个缓冲槽和在旋流井井壁钢筋绑扎时预留的固定插筋，所述的固定插筋一部分作为主筋浇筑在旋流井的井壁内，另一部分插入对应的缓冲槽内。

本实用新型较优的技术方案：所述缓冲槽从支护桩邻近旋流井井壁的一面水平延伸至支护桩桩体内，每个缓冲槽的竖向截面为顶部呈半圆形、下部呈渐变梯形，其顶部的半圆形的直径与固定插筋的直径d相等。

本实用新型较优的技术方案：所述固定插筋为倒置L型插筋，其竖向部位固定在旋流井井壁内作为旋流井井壁的主筋，横向部分水平插入缓冲槽内。

本实用新型较优的技术方案：所述缓冲槽沿着支护桩垂直方向和水平方向均等距布设，最上层缓冲槽布设在支护桩顶部，最下层缓冲槽布设在支护桩对应旋流井井壁边缘的位置，相邻两个缓冲槽之间的垂直间距多为2.5～5.0m，水平间距为为1.2～4.8m。

本实用新型较优的技术方案：所述固定插筋的直径d大于或等于旋流井井壁的主筋设计直径。

本实用新型较优的技术方案：缓冲槽下部渐变梯形上截面宽度为d、下截面宽度为d+10mm；缓冲槽半圆形区域与渐变梯形整体高度为2d～3d，缓冲槽水平延伸至支护桩桩体内深度为10d～15d。

本实用新型的的缓冲槽凿挖操作简单，工艺技术要求低，施工成本低；所述的预留插筋绑扎操作简单，工艺技术要求低，施工成本低；所述的预留插筋插入缓冲槽操作简单，工艺技术要求低，施工成本低。

本实用新型在基坑开挖至设计底标高，进行每副旋流井井壁钢筋绑扎时，在每副顶标高区域支护桩桩身凿挖缓冲槽，旋流井井壁钢筋绑扎时预留插筋插入缓冲槽顶部位置，本实用新型利用旋流井井壁施工过程中预留插筋插入支护桩桩身缓冲槽，预留插筋与旋流井井壁形成整体，利用支护桩结构抗拔力及支护所形成的整体结构产生的向下重力，阻止或避免旋流井施工过程中因地下水水位上升浮力增加而导致的旋流井主体上浮。所述缓冲槽下部预留一定距离防止旋流池施工完成后，工后沉降可能对井壁产生拉裂破坏，利用了支护桩作为施工期间抗浮结构产生抗浮作用。

本实用新型整体结构简单、成本低，施工工艺操作简便，减少了旋流井施工过程中降水深度和工作量；减少了施工过程中增加坑底荷载、筏板厚度、井壁厚度等相应抗浮措施；既缩短施工周期，减少施工成本，又对支护桩后期进行了有效利用。

附图说明

图1是本实用新型的剖面结构示意图；

图2是本实用新型的俯视结构示意图；

图3是本实用新型中抗浮结构细部结构示意图；

图4是本实用新型中缓冲槽竖向截面示意图；

图5是本实用新型中缓冲槽横向截面示意图。

图中：1—旋流井井壁，2—支护桩，3—缓冲槽，4—固定插筋，5—旋流井。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。附图1至图5均为实施例的附图，采用简化的方式绘制，仅用于清晰、简洁地说明本实用新型实施例的目的。以下对在附图中的展现的技术方案为本实用新型的实施例的具体方案，并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“垂直”、“顶部”、“钢筋直径d”、“2d～3d”、“10d～15d”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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备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实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，固定插筋以及相对应的缓冲槽的位置、数量，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的位置和数量，因此不能理解为对本实用新型的限制。对于本领域的设计人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例提供的一种旋流井施工期间利用支护桩进行抗浮的结构，如图1至图5所示，所述结构在旋流井5施工期间利用支护桩2施工而成，包括在支护桩2邻近旋流井井壁1的一侧凿挖而成的多个缓冲槽3和在旋流井井壁1钢筋绑扎时预留的固定插筋4，所述缓冲槽3沿着支护桩2垂直方向和水平方向均等距布设，且相邻两个缓冲槽3之间的垂直间距多为2.5～5.0m，水平间距为为1.2～4.8m。所述缓冲槽3从支护桩2邻近旋流井井壁1的一面水平延伸至支护桩2桩体内，每个缓冲槽3的竖向截面为顶部呈半圆形、下部呈渐变梯形，其顶部的半圆形的直径与固定插筋4的直径d相等，缓冲槽3下部渐变梯形上截面宽度为d、下截面宽度为d+10mm；缓冲槽3半圆形区域与渐变梯形整体高度为2d～3d，缓冲槽3水平延伸至支护桩2桩体内深度为10d～15d。所述的固定插筋4一部分作为主筋浇筑在旋流井5的井壁内，另一部分插入对应的缓冲槽3内，且插入缓冲槽3内的部分与插入旋流井井壁1的部分呈垂直状态。所述固定插筋4为倒置L型插筋，其竖向部位固定在旋流井井壁1内作为旋流井井壁1的主筋，横向部分水平插入缓冲槽3内。

实施例中一种旋流井施工期间利用支护桩进行抗浮的结构的施工方法，具体步骤如下：

S1、通过对应项目岩土工程勘察报告、支护桩及旋流井的施工设计图和工程规范获得支护桩和旋流井的各项施工参数，并计算出旋流井施工过程中产生浮力F_浮；具体是通过对应项目岩土工程勘察报告确定每根支护桩在每层侧岩土层中的抗拔系数α、每根支护桩在每层侧岩土层极限摩阻力标准值q_si和场地抗浮水位；通过支护桩和旋流井施工图、施工记录获取每根支护桩自重G_桩、旋流井自重G和旋流井设计高度H；通过规范查询获得预留插筋与缓冲槽内壁摩擦系数f_rb；还可以进行现场试验验证参数合理性；所述施工设计阶段旋流井允许沉降值、旋流井井壁结构受力可根据旋流井施工图获取；所述施工设计阶段止水帷幕、施工降水施工设计为固有旋流井施工图专项设计，可直接获取使用，过程中可辅以地下水水位监测验证；实施例计算过程中应用到的参数都是可以通过现场勘察数据或设计图纸或规范查询得到。固定插筋直径d和插筋抗剪强度设计值f_v可根据插筋出厂铭牌获取。在进行施工先，先确定固定插筋的直径d，固定插筋直径d大于或等于旋流井井壁主筋直径的钢筋作为固定插筋，根据选取的固定插筋可以按照以下公式确定出固定插筋的总数量N：

f_s×F_浮≤N×F_抗浮+G

其中：f_s为抗浮安全计算系数，可取1.2；

F_浮为旋流井结构产生的浮力，单位：kN；

F_抗浮为单根固定插筋提供抗浮力，单位：kN；

G为旋流井自重，单位：kN。

S2、根据S1步骤中选择的固定插筋依据地下水抗浮设计计算和插筋受力验算确定缓冲槽的水平深度即固定插筋插入缓冲槽的深度h_槽；确保插筋不因本身抗剪强度不足而被剪断或剪弯失效破坏，且不因插筋插入缓冲槽深度不足导致相对摩擦力过小而产生相对位移，进而使得插筋失效破坏或旋流井产生上浮，进而影响旋流井施工；其验算过程如下：

F_抗浮＝F_抗剪+F_摩擦

F_抗剪＝0.25πd²×f_v

F_摩擦＝f_rb×s

s＝π×d×h_槽×50％

h_槽＝10d～15d

其中:F_抗剪为单根固定插筋能提供的抗剪强度(kN)；F_摩擦为单根固定插筋入缓冲槽部分能提供的极限摩擦力(kN)；d为固定插筋的直径(m)；f_v为单根固定插筋抗剪强度设计值(kN/m²)；s为位于缓冲槽内的固定插筋与缓冲槽接触部分表面积(m²)，可取整体表面积的50％；f_rb为固定插筋与缓冲槽内壁摩擦系数(kN/m²)；h_槽为固定插筋插入缓冲槽内的水平深度(m)；N为旋流井固定插筋总数量；其余同上。

S3、确定好预留固定插筋的数量N及固定插筋插入缓冲槽的深度h_槽后便可确定在支护桩上预留缓冲槽的数量及水平深度，并根据选择好的固定插筋直径d确定单个预留缓冲槽的尺寸，缓冲槽为上部呈半圆形、下部呈渐变梯形的结构，其上部半圆形的直径与固定插筋直径d相等，下部渐变梯形上截面宽度为d、下截面宽度为d+10mm，缓冲槽的半圆形区域与渐变梯形整体高度为2d～3d，缓冲槽水平延伸至支护桩桩体内深度为h_槽；然后按照相邻两个缓冲槽之间的垂直间距为2.5～5.0m，水平间距为1.2～4.8m设计出缓冲槽的布设方案。

S4、固定插筋及缓冲槽的布设参数确定好之后，开始进行旋流井的施工，首先施工基坑支护结构，在基坑支护结构施工完成后，进行基坑降排水和土方开挖，开挖至旋流井设计井底标高后，开始旋流井主体结构施工，并在井壁钢筋绑扎前根据S1步骤至S3步骤中确定的参数进行支护桩上缓冲槽定位放线，利用风镐或电锤进行缓冲槽凿挖；所述缓冲槽凿挖时避开支护桩的钢筋，缓冲槽凿挖完成后利用空压机吹气或水管冲洗将槽内残渣等清理干净，确保固定插筋顺利插入；所述基坑支护结构施工前验算支护桩桩身长度满足由于地下水浮力传递到桩身的抗拔要求，确保任意时刻被利用支护桩自重和被利用支护桩能提供的极限抗拔力之和均应大于或等于已施工旋流井结构产生的浮力和已施工旋流井自重之差，具体如下：

f_s×F_浮-G≤(0.5×∑α_1j×q_1jsi×L_1j×πZ_1j+G_桩1)+...+(0.5×∑α_ij×q_ijsi×L_ij×πZ_ij+G_桩i)

其中：α_ij为第i根支护桩第j层侧岩土抗拔系数，q_ijsi为第i根支护桩第j层侧岩土层极限摩阻力标准值(kPa)，L_ij为第i根支护桩位于第j层侧岩土长度(m)；Z_ij为第i根支护桩位于第j层侧岩土桩直径，G_桩i为第i根支护桩自重(kN)。

S5、缓冲槽凿挖完成后，进行相应区域旋流井井壁钢筋绑扎，同时进行固定插筋绑扎，井壁部分与井壁主体结构钢筋绑扎在一起，插入部分应垂直插入缓冲槽，确保固定插筋处于缓冲槽顶部半圆形的位置，钢筋绑扎完成后完成该层旋流井混凝土浇筑；所述井壁部分绑扎牢固，确保混凝土浇筑过程中固定插筋不会松动和下移；在旋流井施工过程中，针对每个时刻已施工旋流井的自重与已安装的固定插筋提供的总抗浮力进行验算，当已施工旋流井自重和已施工固定插筋提供的总抗浮力之和小于已施工旋流井结构产生的浮力时，通过增加固定筋数量或者替换大直径固定筋进行调整，确保施工任意时刻已施工旋流井自重和已施工固定插筋提供的总抗浮力之和均应大于或等于已施工旋流井结构产生的浮力，其验算过程如下：

n_i＝πD_i/l_i

f_s×F_浮i≤(n₁×F_抗浮1+...+n_i×F_抗浮i)+G_i

F_浮i＝γ_w×V_i

其中：n_i为施工某一时刻水平向某层固定插筋的数量；

D_i为施工某一时刻旋流井外直径，单位：m；

l_i为施工某一时刻固定插筋水平间距；

f_s为抗浮安全计算系数，可取1.2；

F_浮i为施工某一时刻旋流井结构产生的浮力(kN)；

F_抗浮i为施工某一时刻水平向某层固定插筋提供的总抗浮力(kN)；

G_i为施工某一时刻旋流井自重(kN)；

γ_w为水重度，取10KN/m³；

V_i为施工某一时刻已施工的位于地下水面以下部分的旋流井外缘轮廓内体积，单位m³。

下面结合具体实施例对本实用新型进一步说明，实施例为某钢厂炼钢单元旋流井，旋流井外筒壁外径35.2m，内径32m，壁厚1.6m，深35.2m，施工期间实际测得地下水位稳定埋深在9.50m，旋流井采用顺作法施工，每幅施工高度为5.0m；旋流井基坑支护采用混凝土排桩，桩径1.0m，桩长28.0m，共计90根支护桩，顶部设钢筋混凝土冠梁，沿筒壁外侧均匀布置，相邻两根桩中心间距为1.2m。

该项目插筋选用牌号为HRB400、直径为40mm的螺纹钢筋，水平间距上每隔1根支护桩设置一处植筋点，单圈共计45根，垂向上间距与每幅施工高度一致为5m，共计7圈，合计植筋数为315根。植筋伸入缓冲槽深度为15倍植筋直径为600mm，植筋与钢筋混凝土摩擦系数取0.7，对地下水抗浮设计和钢筋受力验算如下：

N＝45*7＝315根

F_浮＝γ_w×V＝10*3.14*17.6²*(35.2-9.5)＝249970.1kN

F_抗剪＝0.25πd²×f_v＝0.25*3.14*0.04²*400*1000＝502.4kN

F_摩擦＝f_rb×s＝0.7*400*3.14*0.04*0.3*50％＝5.2kN

G＝3.14*(17.6²-16²)*35.2*25＝148549.6kN

F_抗浮＝315*(502.4+5.2)＝159894.0kN

F_抗浮+G＝159894+148549.6＝308443.6kN

F_浮*1.2＝249970.1*1.2＝299964.1kN

308443.6kN＞299964.1kN，地下水抗浮设计和钢筋受力验算符合要求。

根据地勘资料及支护桩施工记录，对该项目支护桩抗拔要求进行验算，具体如下。

需要支护桩提供的最大抗浮力1.2*249970.1-148549.6＝151414.5kN

单根支护桩能提供抗拔力为3.14*0.5*0.5*28*24+0.3*5000＝2027.5kN；

支护桩顶部设钢筋混凝土冠梁，可按整体考虑，对应支护桩群提供的抗拔总力为90*2027.5＝182475kN

182475kN＞151414.5kN，支护桩抗拔验算符合要求。

上述实施例通过旋流井施工期间利用支护桩进行抗浮，理论计算可行并经现场应用检验：现场地下水降水动态调整，随旋流井顺作法施工往上的同时，场地地下水降水水头高度亦同步上升，只需确保地下水位于当前施工作业面以下0.5m即可，此举可大大降低地下水抽排工作量，本项目施工期间预计可避免地下水抽排近100万方；同时本项目未设置抗浮桩/抗浮锚杆、或通过刻意增大旋流井壁厚来增大自重等单独附属抗浮措施，仅通过利用旋流井支护桩并采用该发明结构及对应施工方法进行抗浮，节省抗浮费用近500万元；且现场监测数据未出现异常，目前本项目已完成主体建设，待投产中。

以上所述，只是本实用新型的一个实施例，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种旋流井施工期间利用支护桩进行抗浮的结构，其特征在于：所述结构在旋流井(5)施工期间利用支护桩(2)施工而成，包括在支护桩(2)邻近旋流井井壁(1)的一侧凿挖而成的多个缓冲槽(3)和在旋流井井壁(1)钢筋绑扎时预留的固定插筋(4)，所述的固定插筋(4)一部分作为主筋浇筑在旋流井(5)的井壁内，另一部分插入对应的缓冲槽(3)内。

2.根据权利要求1所述的一种旋流井施工期间利用支护桩进行抗浮的结构，其特征在于：所述缓冲槽(3)从支护桩(2)邻近旋流井井壁(1)的一面水平延伸至支护桩(2)桩体内，每个缓冲槽(3)的竖向截面为顶部呈半圆形、下部呈渐变梯形，其顶部的半圆形的直径与固定插筋(4)的直径d相等。

3.根据权利要求1或2所述的一种旋流井施工期间利用支护桩进行抗浮的结构，其特征在于：所述固定插筋(4)为倒置L型插筋，其竖向部位固定在旋流井井壁(1)内作为旋流井井壁(1)的主筋，横向部分水平插入缓冲槽(3)内。

4.根据权利要求1或2所述的一种旋流井施工期间利用支护桩进行抗浮的结构，其特征在于：所述缓冲槽(3)沿着支护桩(2)垂直方向和水平方向均等距布设，最上层缓冲槽(3)布设在支护桩(2)顶部，最下层缓冲槽(3)布设在支护桩(2)对应旋流井井壁(1)下边缘的位置，相邻两个缓冲槽(3)之间的垂直间距为2.5～5.0m，水平间距为1.2～4.8m。

5.根据权利要求1或2所述的一种旋流井施工期间利用支护桩进行抗浮的结构，其特征在于：所述固定插筋(4)的直径d大于或等于旋流井井壁(1)的主筋设计直径。

6.根据权利要求2所述的一种旋流井施工期间利用支护桩进行抗浮的结构，其特征在于：缓冲槽(3)下部渐变梯形上截面宽度为d、下截面宽度为d+10mm；

缓冲槽(3)半圆形区域与渐变梯形整体高度为2d～3d，缓冲槽(3)水平延伸至支护桩(2)桩体内深度为10d～15d。