CN103015431B - 人工挖孔水泥土型钢桩基坑支护方法 - Google Patents

Abstract

一种人工挖孔水泥土型钢桩基坑支护施工方法，其工艺流程是：采用人工一根挨一根或间隔挖出圆柱形桩孔；用吊车将加工好的型钢吊入桩孔内并固定；将搅拌机中搅拌好的水泥土浆液灌入桩孔，必要时可进行局部振捣密实，形成水泥土型钢桩；在水泥土型钢桩顶端制作桩顶连梁；在基坑较深时采用内支撑或可拆式锚杆对水泥土型钢桩进行复合支护；在基坑开挖时在水泥土型钢桩侧面挂网喷射混凝土；基坑肥槽回填达到要求时拆除锚杆或内支撑；最后拔除型钢，回收利用。本发明的优点是：适应的地层主要针对北方地区较硬土层例如密实砂卵石地层无地下水机械施工较为困难或经抽水后适用人工挖孔的地层；成本降低；人工挖孔经济，易于实施，保证质量和工期而且环保。

Description

人工挖孔水泥土型钢桩基坑支护方法

技术领域

本发明属于建筑地基基础施工中基坑支护方法，特别涉及一种人工挖孔水泥土型钢桩及其施工工艺。本发明适应的地层主要针对北方地区较硬土层例如密实砂卵石地层无地下水机械施工较为困难或经抽水后适用人工挖孔的地层。 

背景技术

目前SMW（水泥土搅拌墙）工法以其节能环保质量可靠而在软土地区广泛应用，其设计与施工技术也日趋成熟，包括型钢起拔回收技术也变得成熟，基坑支护工程型钢回收率可达100%。三轴搅拌机设备功率大，效率高，施工深度大，质量可靠，应用也日益广泛。但在如北京地区这样的硬土地层应用还极为有限，到目前为止，在北京地区采用三轴搅拌机施工水泥土连续墙采用钢管内支撑仅有一个案例，而且未涉及到北京的砂卵石地层。当遇到较大卵石地层时(如北京西部地区)更是无能为力。 

水泥土搅拌桩由于其施工简便、成本低廉，而被广泛应用于基坑支护、止水帷幕及地基处理等领域，但搅拌桩在现有设备条件下施工较硬土层，受到极大限制，尤其搅拌砂层或砂卵石层更是无法实施。水泥土旋喷桩包括单管、双管和三管，虽然在软土地区基坑支护、止水帷幕及地基处理等领域也得到成功应用，但在施工较硬土层时，同样受到极大限制，尤其遇到砂层或砂卵石层同样无法实施。 

长螺旋旋喷搅拌桩技术较好的解决了硬土地区成孔成桩问题，目前已在北京、河北、山东、云南、内蒙等地得到较好应用，实践证明是一项实用可行的技术，能达到设计的桩径和设计的桩长，如果利用该技术施工连续的帷幕墙***型钢配以内支撑或锚杆进行基坑支护是完全可以实现的。但遇到较大卵石地层时(如北京西部地区)同样无能为力。 

目前常用的旋挖钻进方法，正反循环钻进方法，长螺旋钻进方法，包括冲击钻进方法不仅实施效率低，甚至无法实施，也变得没有必要实施，更有甚者工作面小，工作空间很矮，施工设备无法进入施工作业面。 

发明内容

为了克服以上技术的不足, 本发明提供一种人工挖孔水泥土型钢桩基坑支护施工方法,该发明能在较硬土层中成孔，达到设计深度及桩径，吊入型钢等劲型材料后灌注搅拌好的水泥土材料，实现基坑支护目的，从而保证基坑安全。    

本发明的技术方案是：一种人工挖孔水泥土型钢桩基坑支护施工方法，其特征是：其工艺流程是：采用人工一根挨一根或间隔挖出圆柱形桩孔；用吊车将加工好的型钢吊入桩孔内并固定；将搅拌机中搅拌好的水泥土浆液灌入桩孔，必要时可进行局部振捣密实，形成水泥土型钢桩；在水泥土型钢桩顶端制作桩顶连梁；在基坑较深时采用内支撑或可拆式锚杆对水泥土型钢桩进行复合支护；在基坑开挖时在水泥土型钢桩侧面挂网喷射混凝土；基坑肥槽回填达到要求时拆除锚杆或内支撑；最后拔除型钢，回收利用。

在人工挖成孔中吊入型钢，型钢事先用包裹材料包好，空挡部位填土，在型钢上打孔焊接居中支撑架，以保持型钢在桩孔内的居中位置；所述的水泥土浆是有带有计量装置的强制式搅拌机搅制。 

随着基坑开挖，分步在水泥土型钢桩侧面挂网并喷射混凝土。 

拔除型钢后，利用水泥浆或水泥土浆填充型钢拔出后留下的空洞 

本发明的优点是：适应的地层主要针对北方地区较硬土层例如密实砂卵石地层无地下水机械施工较为困难或经抽水后适用人工挖孔的地层。同时由于型钢可回收重复利用，大大降低基坑支护施工的成本；另外由于锚杆或内支撑的拆除回收利用，使得基坑支护更加集约环保。选择人工挖孔方法是最合理经济，易于实施，保证质量和工期，并能保证安全文明施工。

附图说明

图1是本发明人工挖孔水泥土型钢桩基坑支护方法施工工艺流程图； 

图2是人挖桩孔（挖第一段后）结构剖面图；

图3是人挖桩孔（挖第二段后）结构剖面图；

图4是本发明水泥土型钢桩的横截面(图5的B-B)剖视图；

图5是图4的A-A剖视图。

具体实施方式

以下结合具体实施例和附图进行详细介绍。 

实施例

工程概况

拟建工程位于北京海淀区永淀路某单位院内，本次主要是76号楼（地上7层地下2层）工程的基坑土方开挖及支护方案，基础埋深约为8.8m。

工程地质条件

依据北京航天勘察设计研究院提供的《雷达与光学目标特性实验楼和大型目标特性实验室岩土工程勘察报告》。原厂房基础，有地下混凝土独立基础埋深约4.1m，①1层杂填土以砖块灰渣为主，①2层卵石素填土，卵石含量50%，层厚1.7~4.6m。

②层砂质粉土、粘质粉土，局部混卵石砾石，粒径2~4cm。本层局部缺失，可见层厚0.4~2.0m。 

③层卵石，中密~密实，一般粒径2~4cm，最大粒径12cm，细中砂充填30~35%，本层厚2.9~6.4m。 

④层卵石，中密~密实，一般粒径2~5cm，最大粒径15cm，细中砂充填25~30%，本层未揭穿。 

人工现场挖孔发现10m以下卵石粒径20~30cm常见。 

水文地质条件

20m深度范围内未见地下水。

基坑支护设计

4.1 基坑支护方案确定

根据基坑各部位的开挖深度、周边工作面的影响、场区内地质条件及现场周边实际情况，本工程的基坑支护方案如下：

1-1剖面(基坑北侧)：基坑开挖深度为8.80m，距离拟建建筑物基坑约1.0m有暖气管道和直径为Ф1100的雨水管道，本剖面基坑支护采用水泥土型钢桩+锚杆联合支护方案。

2-2剖面：基坑开挖深度为3.80m，周边无需要保护构筑物或建筑物，本剖面基坑边坡采用坡比为1:0.4挂网喷射40mm厚的混凝土护面。 

3-3剖面(南侧临近地库部位)：基坑开挖深度为8.80m，周边无需要保护构筑物或建筑物，本剖面基坑边坡采用坡比为1:0.4的土钉墙支护。 

4-4剖面(南侧临近2层楼部位)：上部4m采用1:0.8放坡挂网喷混凝土支护，下部基坑开挖深度为4.80m，本剖面基坑支护采用水泥土型钢桩+锚杆联合支护方案。 

5-5剖面(西侧)：基坑开挖深度为8.80m，距离拟建建筑物基坑约3.0m是总包方的临建，本剖面基坑支护采用水泥土型钢桩+锚杆联合支护方案。 

基坑支护方案设计

1-1剖面：

H型钢桩设计参数

H型钢：护坡桩的计算采用理正深基坑软件计算桩的长度、桩的最大弯矩及锚杆拉力，计算结果如下：

桩径φ800，桩间距为1.8m，桩长12.0m，嵌固3.2m，桩的最大弯矩为152.71KNm。

帽梁： 

H型钢计算

选HW300×200型H型钢进行验算

由

HW300×200型H型钢满足使用要求。

H型钢桩：先人工挖成Ф800的孔，在孔内放入包裹好并带定位支架的HW300×200型H型钢后，浇灌水泥土浆液。 

锚杆设计参数

2-2剖面：

采用坡比为1:0.4挂钢筋网喷射40mm厚的C20混凝土护面。

剖面：

(1)土钉墙面层设计参数

间距为1.5m×1.5m，呈梅花状布置。倾角为5～10⁰，钻孔直径φ100mm。主筋为1Φ18，每排土钉外配φ14加强筋与所有主筋端头相连。墙面挂φ6.5＠250×250的钢筋网片，并喷射80～100mm厚的混凝土面层，喷射混凝土的强度为C20。

参数表(槽深8.8m)

4-4剖面：

H型钢桩设计参数

H型钢：护坡桩的计算采用理正深基坑软件计算桩的长度、桩的最大弯矩及锚杆拉力，计算结果如下：

桩径φ800，桩间距为1.8m，桩长9.0m，嵌固4.2m，桩的最大弯矩为51.42KNm。

帽梁： 

H型钢计算

选HW175×175型H型钢进行验算

由

HW175×175型H型钢满足使用要求。

锚杆设计参数

5-5剖面：

H型钢桩设计参数

H型钢：护坡桩的计算采用理正深基坑软件计算桩的长度、桩的最大弯矩及锚杆拉力，计算结果如下：

桩径φ800，桩间距为1.8m，桩长12.0m，嵌固3.2m，桩的最大弯矩为139.43KNm。

帽梁： 

H型钢计算

选HW300×200型H型钢进行验算

由

HW300×200型H型钢满足使用要求。

锚杆设计参数

4.5 施工准备

1）收集资料，搞好现场踏勘，认真编写施工组织设计；

2）对施工现场地下地上障碍物进行清理，并搞好场地的平整，合理布设现场设施，确保正常施工。

明确工程难点及施工关键： 

(1)基坑周边环境复杂，北侧距基坑边1m有暖气管道和直径为Ф1100的水管，埋深达4.1m，西侧距基坑2m将建临设，基坑支护时需特别保护，保证位移小，同时要求桩顶做至地表；

(2)地层含有较大卵砾石，机械成孔困难，需采用人工挖孔，人工安全防护要求高；同时需跳挖。

(3)锚杆施工在卵砾石层中，尤其北侧需位于水管下，常规方法成孔困难，同时为保护管线安全，需实施跳打。并采用跟管钻进方法。 

3）原材料的准备： 

（1）所有使用的物料，应符合设计及国标和地标规定；

（2）水泥必须具备出厂质量证明书，进货时应对其品种、标号、包装、出厂日期等进行验收，并按有关规定贮存；每供应200吨水泥，必须取样送检。送检样品从10袋中各取少量。H型钢必须提供出厂质量证明书。

（3）型钢加工,包括包裹型钢体并在空挡部位填入干土,在包裹材料上合适位置打孔焊接不少于两组对中固定（三面）支架。焊接用15T履带吊配合焊接，焊缝达到设计规范要求，焊接验收采取边焊接边验收方法。

（4）按规定做好各有关原材料的采样和测试工作，确保原材料的质量。 

4）机械设施及辅助设备： 

(1)电动葫芦（或手摇辘轳）和提土桶，用于材料和弃土的的垂直运输以及施工人员上下。

(2)扶壁钢模板。 

(3)潜水泵，用于抽出桩孔中可能的积水。 

(4)鼓风机和送风管，用于向桩孔中强制送入新鲜空气。 

(5)镐、锹、土筐等挖土工具，如遇到硬土和岩石还需准备风镐。 

(6)插捣工具，以插捣护壁混凝土。 

(7)应急软爬梯。 

(8)15t履带式吊车。 

(9)电焊机等。 

测量放线、开挖第一段孔

为确保人工挖孔桩施工中的安全，必须考虑防止土体坍滑的支护措施，本方案采用现浇混凝土分段护壁的方式，详见图2-3“人挖桩孔结构剖面图”。

其工艺流程如下： 

1）放线定位

a、 开挖前场地应完成三通一平。地上、地下如电线、管线、旧建筑物、设备基础等障碍物均已排除处理完毕，无碍施工。各项临时设施如照明、动力、通风、安全设备准备就绪，设置好排水沟、集水井等。

b、 熟悉施工图纸及场地的土质、水文地质资料，做到心中有数。与会同有关单位对场地四周建(构)筑物，尤其危房、地下管线等进行详细调查，对因挖孔和抽水可能危及的房屋、地下管线采取必要的加固或其他预防保护措施。 

c、放线定桩位及高程：在场地三通一平的基础上，依据建筑物测量控制网的资料和基础平面布置图，测定桩位轴线方格控制网和高程基准点。确定好桩位中心，以中点为圆心，以桩身半径加护壁厚度为半径划出上部（即第一段）的圆周。撒石灰线作为桩孔开挖尺寸线。并沿桩中心位置向桩孔外引出四个桩中轴线控制点，用牢固木桩标定。桩位线定好之后，必须经有关人员复查，办好预验手续后开挖。 

2）开挖土方（参见图2和图3）： 

采取分段开挖，本方案根据地质勘测报告中有关土层的资料，确定采用1m为一个施工开挖段。同一段内挖土次序为先中间后周边，有效控制开挖截面尺寸。在地下水以下施工应及时用吊桶将泥水吊出，如遇到渗水，则可在孔底一侧挖积水坑，用高扬程潜水泵排出桩孔外。开挖第一段桩孔1完成后进行一次全面测量校核工作，对孔径、桩位中心检测无误后进行支护。

3）支设护壁模板 

第一段桩孔1挖土完毕并经验收合格后，安装护壁模板2。

第一段护壁模板2高出地坪200mm，以便挡土挡水和定位。护壁厚度（护壁模板2与桩孔1内壁之间的距离，在内部设有钢筋）取100mm。第一段护壁应比下面的护壁厚50mm。护壁中心应与桩位中心重合，偏差不大于20mm，且任何方向二正交直径偏差不大于50mm，桩孔垂直度不大于-0.5%。符合要求后可用木楔稳定模板。 

护壁支摸中心线控制，系将桩控制轴线、高程引到第一段混凝土护壁上，每节以十字线对中，吊大线锤控制中心点位置，用尺杆找圆周，然后由基准点测量孔深。 

4）灌注护壁混凝土： 

浇灌第一段护壁混凝土5：护壁混凝土每挖完一节以后，装入横向纵向交叉的钢筋4，在护壁模板2的底端设有封土3。然后立即浇灌混凝土，人工浇灌，人工捣实，使其起到护壁与挡土挡水的双重作用，上下护壁（混凝土）5间搭接50～75mm，护壁采用外齿式，C20砼。坍落度控制在80～100mm。

护壁模板2宜24h后拆除，一般在下节桩孔土方挖完后进行。拆模后若发现护壁有蜂窝、漏水现象，应加以堵塞或导流。 

第一段护壁5筑成后，将桩孔中轴线控制点引回到护壁上，并进一步复核无误后，作为确定第二段护壁中心的基准点，同时用水准仪把相对水准标高标定在第一段孔圈护壁上。 

挖成孔验收

5）检查桩位（中心）轴线及标高：每节的护壁做好以后，必须将桩位十字轴线和标高测设在护壁上口，然后用十字线对中，吊线坠向井底投设，以半径尺杆检查孔壁的垂直平整度，随之进行修整。井深必须以基准点为依据，逐根进行引测，保证桩孔轴线位置、标高、截面尺寸满足设计要求。

6） 架设垂直运输架：第一段桩孔1成孔以后，即着手在孔上口架设垂直运输支架，要求搭设稳定、牢固。安装手摇辘轳，地面运土用翻斗车、手推车。 

7）安装吊桶、照明、活动安全盖板、水泵、通风机： 

在安装吊桶时，注意使吊桶与桩孔中心位置重合，挖土时直观上控制桩位中心和护壁支模中心线。井底照明必须用低压电源（36V，100W）、带防水罩安全灯具。必要时井口上设护拦。电缆分段与护壁固定，长度适中，防止与吊桶相碰。

8）拆除模板继续下一段施工： 

从第二段桩孔6开始，利用提升设备运士，井下人员应戴好安全帽，井上人员栓好安全带，井口架设护拦，吊桶离开井上口1m时推动活动盖板，掩蔽井口，防止卸土时土块、石块等杂物坠落井内伤人。吊桶在小推车内卸土后（也可以用工字钢导轨将吊桶移出向翻斗车内卸士）再打开井盖，下放吊桶装土。

桩孔挖至规定的深度后，用尺杆检查桩孔的直径及井壁圆弧度，上下应垂直平顺，修整孔壁。 

9）第二段护壁模板：拆除第一段护壁模板2，一般常温情况下，在混凝土浇注完毕24小时后即可拆除护壁模板2，支护第二段护壁模板。护壁模板2采用拆上节支下节依次周转使用。使第一段护壁5的下部嵌入下一段护壁的上部混凝土中，上下搭接50—75mm。桩孔检测复核无误后浇灌护壁混凝土。 

10）浇灌第二段护壁混凝土：混凝土用吊桶送来，人工浇灌、人工振捣密实，混凝土掺入早强剂的量由试验确定。 

11）逐层往下循环作业：将桩孔挖至设计深度，清除虚土，检查土质情况，桩底应进入设计规定的持力层深度。 

12）检查验收：成孔以后对桩身直径、井底标高、桩位中心、井壁垂直度、虚土厚度、孔底岩(土)性质进行逐个全面综合测定。做好成孔施工验收记录，办理隐蔽验收手续。检验合格后迅速浇注混凝土封底。 

型钢吊入

在挖成孔并验收后，采用DH500履带吊车将定尺的包裹好的焊接好固定支架10的型钢8吊起，***桩孔内的指定位置（参见图4和图5）。一般在型钢8的上部和下部分别设有一组固定支架10，每一组固定支架10为三根（可以采用钢筋），三根固定支架10一端分别焊接在型钢8的三侧，钢筋的另一端与桩孔护壁5的内侧相抵。型钢8的包裹物11可以采用油毡，在包裹物11内的空腔内填土9。

型钢8可以是图示H型钢，也可依据坑深及受力大小选择其他型钢，如工字钢、槽钢、角钢、圆钢及钢筋笼（钢筋笼一般不能回收）等。一般情况下，型钢上端高出桩顶连梁0.5~1.0m，并在型钢上打孔，以利起拔。 

灌注水泥土浆液

利用事先安置好的搅拌站，设计的配合比将就地或外运来的好土加水泥加水搅拌，本工程采用现场地层中的细粒砂石经过筛使用。每立方搅拌料中水泥含量不少于150kg。塌落度140~160mm。使用地泵将搅拌好的水泥土7泵送进入桩孔内，孔口部位进行振捣密实。

水泥土型钢桩的施工顺序为一根挨一根顺序施工或间隔挖出圆柱形桩孔（“跳挖”成孔、成桩，如首先依次施工第1、3、5桩孔和成桩，然后再施工第2、4桩孔和成桩）。 

桩顶连梁施工

如采用钢筋混凝土连梁，钢筋绑扎应避开型钢，型钢用泡沫及油毡等包裹，便于起拔拆除。如采用预制连梁，则可在完成其功用后一并拆除回收，重复使用。

开挖挂网喷混凝土

    按设计分步开挖土方，挂钢筋网，在用丁字铁打入土中压住钢筋网的同时，竖向间隔1m用横向钢筋压住网，横向筋伸入打好孔的桩体内与桩主筋焊接。喷射混凝土50mm厚。

内支撑或锚杆施工

依据坑深坑宽及土层情况，设计采用常规的内支撑或锚杆支护，锚杆采用现有可拆式锚杆。

内支撑或锚杆拆除

主体建筑达到一定阶段时，临时性基坑支护将失去其作用，可以对其内支撑或锚杆进行拆除，重复利用，也使基坑支护锚杆不再留在地下，更环保。

型钢起拔回收，重复利用

待基坑回填完成后，可将型钢起拔回收，起拔工具可采用专用起拔机，或基坑不深时，型钢摩擦力不大，地方又较狭窄时，可用千斤顶预先起拔，待达到一定高度后，可采用起重设备吊起，回收，重复利用。确保集约环保。

空洞回填

型钢起拔后，留下的空洞，用水泥浆或水泥土浆液灌满，必要时上部1~2m范围用粘土封住，保证不会流入水。

Claims (4)

1.一种人工挖孔水泥土型钢桩基坑支护方法，其特征在于：其工艺流程是：采用人工一根挨一根或间隔挖出圆柱形桩孔；用吊车将加工好的型钢吊入桩孔内并固定；将搅拌机中搅拌好的水泥土浆液灌入桩孔，必要时可进行局部振捣密实，形成水泥土型钢桩；在水泥土型钢桩顶端制作桩顶连梁；在基坑较深时采用内支撑或可拆式锚杆对水泥土型钢桩进行复合支护；在基坑开挖时在水泥土型钢桩侧面挂网喷射混凝土；基坑肥槽回填达到要求时拆除锚杆或内支撑；最后拔除型钢，回收利用；

    在人工挖成孔中吊入型钢，型钢事先用包裹材料包好，空挡部位填土，在型钢上打孔焊接居中支撑架，以保持型钢在桩孔内的居中位置；所述的水泥土浆是带有计量装置的强制式搅拌机搅制。

2.根据权利要求l所述的人工挖孔水泥土型钢桩基坑支护方法，其特征在于：随着基坑开挖，分步在水泥土型钢桩侧面挂网并喷射混凝土。

3.根据权利要求l所述的人工挖孔水泥土型钢桩基坑支护方法，其特征在于：拔除型钢后，利用水泥浆或水泥土浆填充型钢拔出后留下的空洞。

4.根据权利要求l所述的人工挖孔水泥土型钢桩基坑支护方法，其特征在于：人工挖孔时采用现浇混凝土分段护壁，具体操作流程为：

    (1)确定好桩位中心，以中点为圆心，以桩身半径加护壁厚度为半径划出第一节的圆周；撒石灰线作为桩孔开挖尺寸线，并沿桩中心位置向桩孔外引出四个桩中轴线控制点，用牢固木桩标定；

    (2)开挖土方：采取分段开挖，根据地质勘测报告中有关土层的资料，确定采用适当高度为一个施工开挖段；在地下水以下施工应及时用吊桶将泥水吊出，如遇到渗水，则可在孔底一侧挖积水坑，用高扬程潜水泵排出桩孔外；开孔完成后进行一次全面测量校核工作，对孔径、桩位中心检测无误后进行支护；

    (3)支设护壁模板：桩孔挖土完毕并经验收合格后，安装护壁模板；护壁模板中心应与桩位中心重合，偏差不大于20mm，且任何方向二正交直径偏差不大于50mm，桩孔垂直度不大于0.5%；符合要求后用木楔稳定护壁模板；

    (4)灌注护壁混凝土：每挖完一节以后应立即在护壁模板内浇灌壁混凝土，采用人工浇灌、捣实，使其起到护壁与挡土挡水的双重作用，上下护壁间搭接50～75mm；护壁模板在浇灌壁混凝土24h后拆除，一般在下节桩孔土方挖完后进行；拆模后若发现护壁有蜂窝、漏水现象，应加以堵塞或导流。