WO2010121519A1 - 一种在沉井施工中用于支撑沉井结构的内支撑桩 - Google Patents

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Description

说 明 书 一种在沉井施工中用于支撑沉井结构的内支撑桩 技术领域
本发明涉及一种沉井结构支撑装置, 尤其是指在沉井施工中用于支撑沉 井的内支撑桩。 背景技术
沉井作为地下空间构筑物或高层建筑深基础或深基坑支护施工的一种结 构, 有其独特的工程应用条件范围。 比如, 一般在较好的硬土地质条件下, 可不采用沉井技术, 而采用其它基坑施工技术方法则更为便捷经济。 然而在 软土地区, 由于地质疏松, 稳定性差, 承载力差, 因此采用一般的基坑支护 结构则将导致高昂的支护费用, 同时导致施工的工期变长, 此外, 施工的风 险也较大。 而采用沉井技术方案亦有其特殊的成本构成与施工风险。 为了降 低工程成本和施工风险, 申请号为 200810026012.6、 发明名称为 《沉井结构 及将沉井结构平稳准确沉入地面的方法》 的发明专利就提供了一种非常的解 决办法。
下面筒单介绍上述发明专利的技术方案, 如图 1所示为上述技术方案的 一种具体的实施例, 沉井结构 10的底部框架梁 13通过内支撑桩体 11支撑着 以防止沉井结构 10的不可控的自由下沉, 在底部框架梁 13与内支撑桩体 11 之间设置有千斤顶 12。千斤顶 12被分成两批(第一批千斤顶和第二批千斤顶 ), 初始状态下全部的千斤顶 12是处于伸长状态的, 第一次同时操作全部的千斤 顶缩短高度, 沉井 10便实现了第一次下沉。
为了实现沉井 10的第二次下沉, 操作第一批千斤顶缩短一定的高度, 使 其处于脱离支撑工作状态, 此时由第二批千斤顶支撑着沉井结构; 接着将第 一批千斤顶之下的桩体截断一节长度, 恢复第一批千斤顶的伸长状态接受荷 载以支撑沉井结构。 接着操作第二批千斤顶缩短一定的高度, 使其处于脱离 支撑工作状态, 此时由第一批千斤顶支撑着沉井结构; 接着将第二批千斤顶 之下的桩体截断一节长度, 恢复第二批千斤顶的伸长状态接受荷载, 此时全 部的千斤顶共同支撑沉井结构, 此时, 再次同时操作全部的千斤顶缩短高, 沉井 10便实现了第二次下沉。
按照上述沉井结构 10第二次下沉的方法, 如此循环操作即可将沉井结构 10安全、 平稳、 准确地下沉到预定的深度。
上述沉井结构虽然能够有效地降低工程成本和施工风险, 但是, 上述内 支撑桩体在沉井下沉时需要不断的人工截断, 这种桩体一般都是很粗的钢筋 混凝土桩或者钢管桩, 在基坑内对其进行截断操作施工难度非常大, 不利于 加快施工进度; 而且截断后的桩体不能再次回收利用, 一根混凝土桩体或者 钢管桩体只能完成一次施工, 造成了资源的浪费。 发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种在沉井施工中用于支撑沉井结构的 内支撑桩, 这种组合装置在能够有效地保证沉井结构的安全下沉情况下, 不 但能降低劳动强度与加快施工进度, 而且还能回收利用桩节, 减少了资源的 浪费。
为了解决上述技术问题, 本发明用于支撑沉井结构的内支撑桩由若干段 桩节采用可拆卸的安装方式组成。
在本发明技术方案中采用可拆卸的方式将多个桩节安装构成内支撑桩, 在沉井结构下沉时, 通过不断地人工拆卸桩节来实现桩顶千斤顶位置变化, 进而实现沉井结构的可控下沉。 与现有的通过人工切割内支撑桩实现沉井结 构可控下沉的技术方案相比, 其不但能降低劳动强度与加快施工进度, 而且 还能回收利用桩节, 减少了资源的浪费。
上述桩节包括钢管以及固定在钢管两端的法兰, 通过相邻的法兰之间的 紧固将桩节安装在一起。 采用这种桩体结构的组合方式成本较低, 并且能够 有效地将桩节固定在一起。 上述桩节结构还可以有钢管、 安装在钢管一端带有凸缘的第一法兰以及 安装在钢管另一端的带有内螺纹的第二法兰构成, 所述凸缘上设有外螺纹, 相邻的第一法兰与第二法兰通过螺纹的方式配合以将桩节安装在一起。
本发明要解决的另一个技术问题是提供另一种在沉井施工中用于支撑沉 井结构的内支撑桩。 这种内支撑桩相比上面所述的内支撑桩, 不但能进一步 降低劳动强度与加快施工进度, 回收利用桩节, 减少了资源的浪费; 而且其 成本更加氐廉。
为了解决上述技术问题, 本发明用于支撑沉井结构的内支撑桩包括基桩 以及组合桩, 该组合桩由若干段桩节采用可拆卸的安装方式组成, 基桩和组 合桩被固定在一起构成内支撑桩。
上述技术方案在采用桩节组合的基础上, 将永久性埋在地下用于支撑沉 井的内支撑桩改为低成本的基桩, 需要拆卸的部分采用桩节组合的方式, 这 样其不但能够实现降低劳动强度与加快施工进度的优点, 而且还能回收利用 桩节, 减少了资源的浪费。 附图说明
图 1是现有的在沉井施工中沉井结构支撑装置示意图;
图 2是本发明内支撑桩的第一种优选实施方式的结构示意图; 图 3a是图 2所示的桩节结构的剖视图;
图 3b是图 2所示的桩节结构的俯视图;
图 4是本发明内支撑桩应用在沉井结构中示意图; 图 5是本发明内支撑桩的第二种优选实施方式的结构示意图; 图 6是图 5所示的桩节结构的示意图;
图 7是在软土层中沉井结构下沉到预定位置后的状态图;
图 8是本发明内支撑桩的第三种优选实施方式的结构示意图。 具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明在沉井施工中用于支撑沉 井结构的内支撑桩作进一步详细说明。
如图 2所示, 本发明内支撑桩由若干个桩节 21组成, 各个桩节 21之间 通过可拆卸的方式安装在一起。 在本发明中需要说明的是, 相邻两个桩节 21 的横截面应该全等, 即在两个桩节结合的位置不能出现突出部分, 因为突出 部分不利于内支撑桩在土层中的下沉, 会对内支撑桩下沉造成一定的阻力。 图 2、 图 3a和图 3b中给出了一种可拆卸式的安装方式, 在本实施例中, 桩节 21 包括圓形钢管 211 以及安装在圓形钢管两端的法兰 212, 在具体实施时钢 管 211的形状并不限于为圓形, 也可以根据具体情况选择其他形状(如矩形 ) 的钢管。 相邻两个桩节 21之间通过穿过法兰 212上圓孔 214的螺栓 213被固 定在一起, 在法兰 212的内侧对应于每个法兰孔 214固定有螺母 215 , 在本实 施例中, 在安装法兰 212之前, 螺母 215被预先焊接在法兰 212内侧。 在最 底端的桩节的下端安装有桩尖 22。本实施例中的桩节 21两端采用惯用的法兰 结构, 法兰 212可以被直接焊接的圓形钢管 211的两端, 结构非常筒单, 容 易加工制造。
如图 4示为本发明内支撑桩应用在沉井结构中的示意图, 在本图中, 通 过位于相互交错的纵横梁下面的内支撑桩 2以及千斤顶 3支撑沉井结构 4可 控下沉。 施工时, 首先在地面之下预先打入了预定数量的内支撑桩 2, 在打桩 的过程中需要先将若干个桩节 21组合在一起。 内支撑桩 2的下沉深度、 数量 与分布取决于沉井的结构及地质情况。 待内支撑桩 2打入预定深度后, 在地 面上预留一部分长度, 并在每个内支撑桩 2上设置千斤顶 3 , 所有千斤顶 3均 处于伸长状态, 然后再在千斤顶 3上构建沉井结构 4, 沉井结构 4构建完成后 即可在沉井内施工挖土。
在本发明中, 为了描述的方便, 将内支撑桩上的千斤顶 3分为两批, 将 其分别命名为第一批千斤顶和第二批千斤顶, 至于哪些千斤顶命名为第一批 千斤顶, 哪些千斤顶命名为第二批千斤顶, 视具体的施工环境不同而划分。 但是, 在划分时不能任意划分, 要保证沉井结构 4在第一批千斤顶被取出时, 第二批千斤顶能够安全稳定地支撑沉井结构 4。 同样, 在第二批千斤顶被取出 时, 第一批千斤顶也能够安全稳定地支撑沉井结构 4。
待施工到一定程度后需要第一次下沉沉井结构时, 同时操作全部的千斤 顶缩短一个设定的行程高度, 沉井结构 4便实现了第一次下沉。
待施工到一定程度后需要第二次下沉沉井结构时, 首先缩短第一批千斤 顶脱离荷载并移位让出空间, 从与第一批千斤顶对应的内支撑桩 2上拆卸一 节桩节 21 , 拆卸时可采用套筒扳手拆卸; 再将第一批千斤顶安装到内支撑桩 2上并保持第一批千斤顶保持伸长顶紧接受荷载。再使第二批千斤顶缩短脱离 荷载并移位让出空间, 从与第二批千斤顶对应的内支撑桩 2上拆卸一节桩节 21 , 再将第二批千斤顶安装到内支撑桩 2上并保持第二批千斤顶保持伸长顶 紧接受荷载。 此时全部的千斤顶都处于伸长顶紧状态, 同时操作全部的千斤 顶缩短一个设定的行程高度, 沉井 4便实现了第二次下沉。
如此循环操作即可将沉井结构 4 下沉到预定的深度。 为了在沉井结构下 沉过程中可以有效控制沉井结构每次下沉的距离以方便沉井结构下的施工, 最好将上述桩节 21制作成长度相等的桩节, 这样就保证沉井结构每次下沉的 距离相同。
上述施工时, 拆卸桩节 21的过程相比现有的截断混凝土桩, 其操作过程 非常快捷, 大大缩短了施工工期。 而且, 拆卸下的桩节可回收利并能够在其 他的工程项目中周转使用, 相比截断的钢筋混凝土桩被废弃, 本发明内支撑 桩减少了资源浪费。 上述技术方案尤其适用于桩端持力层较浅的地质条件。
图 5和图 6所示为本发明内支撑桩的另一种优选实施方式的结构示意图, 在本实施例中, 桩节 21包括钢管 211、 安装在钢管一端带有凸缘 411的第一 法兰 41以及安装在钢管另一端的带有内螺纹的第二法兰 42,所述凸缘 411上 设有外螺纹, 相邻的第一法兰 41与第二法兰 42通过螺纹的方式配合以将桩 节 21安装在一起。 相比上面所述的桩节结构在安装时需要安装多个螺栓, 本 实施例中的桩节安装和拆卸更加快捷, 只需要使用链条管钳拆卸即可, 更加 有利于缩短施工时间。 但此螺纹连接方式不适应于矩形截面而特别适用于圓 形截面的组合桩。
然而在某些土壤环境中, 例如广州南沙地区的软土层中, 由于软土的蠕 变特性对下沉到位的沉井结构不能有效地长期稳定支撑, 因此上述内支撑桩 并不是所有的桩节都能够回收利用, 为了保证沉井结构的长期安全稳定性, 内支撑桩 2—般打入地面深度直到与地质岩土持力层接触, 沉井结构下沉到 位后, 位于沉井结构预定位置与地质岩土持力层之间的桩节会被永久性的留 于软土中用来支撑沉井结构, 一般称这种永久性的内支撑桩为基桩 25 , 如图 7所示。 同时, 在沉井结构下沉到预定位置后, 还可以在内支撑桩与沉井结构 之间设置混凝土承台 6,承台 6将沉井结构 4与基桩永久性连接在一起。使基 桩可承受竖向向下的压力或向上的拔力。
由于在软土施工中沉井结构下沉到位后需要预留一段内支撑桩永久性地 支撑沉井结构, 如图 8所示, 本发明中又提供了另外一种结构的内支撑桩 2, 其具体包括由 PHC管桩(预应力高强混凝土管桩)构成的基桩 25以及由若 干段桩节 21采用可拆卸的安装方式组成的组合桩 20; 其中, 上述基桩 25和 组合桩 20被固定在一起构成内支撑桩 2。 基桩 25为预制的 PHC管桩或者钢 筋混凝土桩或者钢管桩, 基桩 25的长度一般通过各种参数由设计所确定。 当 然在预制 PHC管桩时须在其上端同时预制能够与组合桩 20安装配合的结构, 在其下端要预制有桩尖 31以有利于内支撑桩 2的下沉。 这种结构的内支撑桩 2 在沉井施工中的使用方法与完全由桩节组合而成的内支撑桩的使用方法基 本上相同, 这里不再赘述。 待沉井结构下沉到预定位置后, 直接在基桩顶上 浇筑混凝土承台以将沉井结构与基桩永久性的连接。 使基桩可承受竖向向下 的压力或向上的拔力。 这种技术方案尤其适用于桩端持力层较深的地质条件。
如图 8所示为上述内支撑桩的第三种优选实施方式的结构示意图, 其下 部为基桩 25 , 在基桩 25的上端预制有金属钢板 251 , 金属钢板 251与组合桩 20的最下端通过焊接的方式固定连接,并且在与基桩 25焊接的最底端的桩节 21内设有应力扩散肋 252以扩散应力及降低应力强度。基桩 25的下端为桩尖 31。 当然, 基桩 25与组合桩 20的安装方式并不限于焊接方式的连接, 也可 以采用其他的方式连接, 例如: 在用混凝土预制基桩时, 可以在其上端预先 埋设有螺栓或带有螺母的法兰, 待混凝土凝固后螺栓或带有螺母的法兰也被 样就可以将基桩上的所有桩节拆卸下。 而组合桩的桩节结构可以采用图 2或 者图 5的内支撑桩的结构, 这里不再赘述。
这里需要说明的是, 由于岩土工程的复杂性和基桩持力层非水平性, 在 工程施工时支撑桩的下沉深度时不可避免的存在施工与设计的误差, 即支撑 桩下沉后, 基桩的顶部标高可能高于设计标高 (即超高), 也可能低于设计标 高 (即欠高)。 对于基桩的顶部标高超高的情况, 只要随着沉井的下沉不断地 截除超高部分的桩体即可, 由于切割的距离并不是 4艮长, 所以对施工进度并 不会产生太大的影响。 对于欠高部分的桩体, 就不拆除剩余的桩节 21 , 只要 在桩节 21内插入钢筋, 灌入混凝土, 形成钢管混凝土桩体, 达到设计标高即 可, 由于是计算误差造成的, 这段距离一般不会太长, 通常情况下 1至 2节 桩节即可补偿误差。
以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已, 当然不能以此来限定本发 明之权利范围, 因此依本发明申请专利范围所作的等同变化, 仍属本发明所 涵盖的范围。

Claims

1. 一种用于支撑沉井结构的内支撑桩, 其特征在于, 所述内支撑桩由若 干段桩节采用可拆卸的安装方式组成。
2. 如权利要求 1所述的用于支撑沉井结构的内支撑桩, 其特征在于, 所 述桩节包括钢管以及固定在钢管两端的法兰, 通过相邻的法兰之间的紧固将 桩节安装在一起。
3. 如权利要求 2所述的用于支撑沉井结构的内支撑桩, 其特征在于, 相 邻法兰之间通过螺栓紧固, 该螺栓与固定在其中一个法兰内侧的螺母配合, 该螺母对应与每个法兰孔。
4. 如权利要求 1所述的用于支撑沉井结构的内支撑桩, 其特征在于, 所 述桩节由钢管、 安装在钢管一端带有凸缘的第一法兰以及安装在钢管另一端 的带有内螺纹的第二法兰构成, 所述凸缘上设有外螺纹, 相邻的第一法兰与 第二法兰通过螺纹的方式配合以将桩节安装在一起。
5. 如权利要求 2至 4任一所述的用于支撑沉井结构的内支撑桩, 其特征 在于, 在所述桩节长度相等。
6. 一种用于支撑沉井结构的内支撑桩, 其特征在于, 其包括基桩以及组 合桩, 该组合桩由若干段桩节采用可拆卸的安装方式组成, 上述基桩和组合 桩被固定在一起构成内支撑桩。
7. 如权利要求 6所述的用于支撑沉井结构的内支撑桩, 其特征在于, 所 述桩节包括钢管以及固定在钢管两端的法兰, 通过相邻的法兰之间的紧固将 桩节安装在一起。
8. 如权利要求 7所述的用于支撑沉井结构的内支撑桩, 其特征在于, 相 邻法兰之间通过螺栓紧固, 该螺栓与固定在其中一个法兰内侧的螺母配合, 该螺母对应与每个法兰孔。
9. 如权利要求 6所述的用于支撑沉井结构的内支撑桩, 其特征在于, 所 述桩节由钢管、 安装在钢管一端带有凸缘的第一法兰以及安装在钢管另一端 的带有内螺纹的第二法兰构成, 所述凸缘上设有外螺纹, 相邻的第一法兰与 第二法兰通过螺纹的方式配合以将桩节安装在一起。
10. 如权利要求 6所述的用于支撑沉井结构的内支撑桩, 其特征在于, 所述基桩为 PHC管桩或者钢管桩或者钢筋混凝土桩。
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