CN104563131B - 一种矩形围护桩以及围护结构兼做主体结构的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种矩形围护桩以及围护结构兼做主体结构的施工方法，包括多个按照设定位置排列且事前预制的带注浆孔的矩形桩，在相邻的桩与桩之间固定有压顶冠梁、腰梁和粉煤灰空心块砌筑的隔墙，利用水平支撑结合逆作法施工，所述的压顶冠梁水平固定在相邻矩形桩的顶部，所述的腰梁水平固定在相邻矩形桩的牛腿处，所述的隔墙砌筑在相邻矩形桩和与腰梁所形成的空间内。基坑开挖完成后，围护结构的竖向支撑和水平支撑兼做建筑物主体结构的竖向构件和水平构件，避免了临时支护结构的浪费，同时也节省了工期，有利于实现基坑工程的可持续发展。

Description

一种矩形围护桩以及围护结构兼做主体结构的施工方法

技术领域

本发明涉及一种矩形围护桩及围护结构兼做主体结构的施工方法，尤其适用于市区大型建筑物的基坑围护、开挖以及地下主体结构的建设。

背景技术

目前，基坑工程围护桩多采用现场浇筑，成桩质量难以保证，经常出现断桩和夹泥现象且不易修复；现场浇筑的混凝土需要一个强度上升期，导致工期浪费；并且围护桩多为临时支护结构，基坑开挖完成后回收困难，用后即废，造成了浪费及土体污染；建筑物主体结构与围护结构无法合二为一，主体结构在基坑开挖完成后才开始施工，造成极大的材料浪费和工期损失，并且围护结构在支撑拆除时的二次受力和二次变形对周边环境会造成进一步的影响。

发明内容

本发明是针对上述问题，提出了新的桩型和施工方法，利用了粉煤灰砌块做主体边墙的一部分，变废为宝；围护结构多采用预制桩、预制冠梁和腰梁等构件，实现工厂化、产业化、精细化，提高了工程质量和施工速度；结合逆作法施工步骤，将围护结构的竖向支撑和水平支撑兼做建筑物主体结构的竖向构件和水平构件，避免了临时支护结构的浪费，同时缩短了工期。

本发明的目的可以通过如下措施来达到：

一种矩形围护桩，包括多个按照设定位置排列且事前预制的矩形桩，在相邻的桩与桩之间通过支撑件连接形成围护结构，矩形桩既是基坑的围护结构又是建筑物地下空间主体结构外墙的一部分，且在围护结构的顶部和中部设有兼做建筑物主体结构中水平构件和竖向构件的水平支撑和竖向支撑。

所述的每个矩形桩中心有一个注浆孔，成桩就位后，进行桩底注浆加固地层，提高围护桩的稳定性。

所述的每个矩形桩包括多段，位于基坑开挖以上部分的每段桩端部都设有牛腿，用于支撑腰梁；基坑坑底以下部分的矩形桩不设有牛腿，因为坑底以下不开挖，不需要进行支撑。

所述的支撑件包括压顶冠梁、腰梁和隔墙，所述的压顶冠梁水平固定在相邻矩形桩的顶部，所述的腰梁水平固定在相邻矩形桩的牛腿处，所述的压顶冠梁、腰梁通过连接水平支撑控制基坑变形，所述的隔墙砌筑在相邻矩形桩和与腰梁所形成的空间内。

所述的水平支撑一端固定在围护桩顶压顶冠梁或中部腰梁上，另一端固定在基坑对边围护桩的相应位置上，水平支撑的中间位置连接在立柱桩上，立柱桩作为水平支撑的竖向支撑，基坑开挖期间水平支撑作为围护结构的水平承载构件，提供水平力控制基坑壁变形，立柱桩为竖向支撑，保证水平支撑的稳定；基坑施工完毕后，水平支撑作为梁并支撑板形成建筑物主体结构地下空间的水平构件，竖向支撑作为柱形成建筑物主体结构地下空间的竖向构件。

所述的隔墙为粉煤灰空心块砌筑而成，位于腰梁最上方的一层粉煤灰空心块上留有灌浆孔，将所述隔墙后方的空隙填充，以便后期作为主体结构的一部分有较高的整体性和稳定性。

首先对围护桩和立柱桩施工位置进行定位，根据地层情况决定是否利用钻机在所述围护桩位置处打设一个小于预制桩边长的圆孔作为引孔来保证预制桩的顺利压入。围护桩施工完成后在基坑外侧打设一圈旋喷桩或定喷桩作基坑止水帷幕，配合降水措施保证基坑开挖时的干作业环境。在止水帷幕完成后，进行基坑开挖，露出桩顶第一层牛腿，在围护桩顶施工压顶冠梁，并架设水平支撑以控制围护桩向基坑内侧偏移。随着基坑的进一步开挖，在基坑壁上喷射一层混凝土防止土体脱落，待露出第二层牛腿后，在第二层牛腿上施工腰梁，在腰梁上架设第二层水平支撑，并在腰梁上方两围护桩之间砌筑粉煤灰空心砌块做隔墙，所述砌筑粉煤灰空心砌块最上一层留有灌浆孔，砌筑完成后将所述砌块后面的空隙灌浆充实，继续开挖基坑，直至基坑开挖完成，整体浇筑基坑底板，最后现浇内衬边墙，内衬边墙紧靠隔墙，与矩形桩、压顶冠梁、腰梁和隔墙形成建筑物主体结构地下空间的外墙。

利用所述的矩形围护桩进行主体结构的施工方法，

步骤1. 预制矩形桩及压顶冠梁和腰梁；

步骤2.利用预制的矩形桩进行如下施工：

a）将预制围护桩压入土层中；通过每个矩形桩的注浆孔向桩底注浆；

b) 在基坑外施工旋喷桩，形成一道有效的止水帷幕；且配合降水措施保证基坑开挖时的干作业环境；

c) 开挖基坑，利用预制压顶冠梁、第一道水平支撑对矩形桩顶进行固定支撑；

d）继续开挖基坑到第二层牛腿处，利用腰梁、隔墙和水平支撑对矩形桩中间部分进行固定支撑；

e）按照步骤（d）分层向下开挖基坑，直到基坑设计深度；

f) 铺设基底垫层，制作底板模板，绑扎钢筋，浇筑基础底板；

g) 支设内衬边墙模板，从下而上现浇内衬边墙，下部与基础底板连接，现浇边墙紧靠隔墙，主要起防水和平整外表面的作用。

h）施工建筑物主体结构地下空间其他内部组成构件，形成基坑围护体系、支撑体系兼做建筑物主体结构的地下空间体，施工完毕。

步骤1的预制矩形桩的过程如下：

制作矩形桩的模板，在桩端制作牛腿模板，绑扎钢筋笼，在模板的中间用模具预留注浆孔，浇灌混凝土，达到设计强度后拆除模板。

步骤1的预制压顶冠梁、腰梁的过程如下：

制作压顶冠梁、腰梁的模板，绑扎钢筋笼，浇灌混凝土，达到设计强度后拆除模板。

所述的步骤2（a）的具体实施步骤如下：

1) 按照设计要求放线定位围护桩及竖向支撑立柱桩的桩位；

2) 视地层情况，如若压桩困难，可利用钻机在桩位中心打设一个圆形钻孔作为引孔，保证预制桩顺利压入，并能提高垂直度，如若压桩较易，可直接进行下一步；

3) 利用压桩机将预制矩形桩分段压入土层中，同时将竖向支撑立柱桩也压入土层中；

4) 由矩形桩形成的围护桩施工完成后，通过矩形桩注浆孔向桩底注浆，加固地层，增加桩的稳定性；

所述的步骤2（d）的具体实施步骤如下：

1) 继续开挖基坑至下一层牛腿处，在基坑壁上喷一层混凝土防止土体脱落，将预制腰梁固定在围护桩牛腿间；

2）在腰梁上固定水平支撑，水平支撑采用现浇混凝土结构；

3) 在腰梁及预制桩形成的空间内砌筑粉煤灰空心块做隔墙，并在最上方预留灌浆孔，灌浆密实空隙；

4) 继续开挖下一层土方，重复步骤1)~3)。

所述围护桩包括多个截面为矩形且事先预制的带牛腿的钢筋混凝土矩形桩。

本发明的有益效果如下：

通过采用预制构件，使得施工速度和施工精度得到了提升，并且预制构件的质量较好，使得施工质量相对较高，节约了基坑工程的绝对工期。

通过施做“引孔”可以使预制桩更容易入土，并能避免发生偏斜，保证成桩的垂直度，更利于后期作为建筑物主体结构承受竖向荷载；可以通过中间的注浆孔注浆加固桩底部持力层，提高桩的稳定性以及桩底地层的承载力。

通过矩形桩中间的注浆孔注浆加固桩底的地层，可以提高桩的稳定性以及桩附近地层的承载力。

通过矩形预制桩承受基坑土压力，水平支撑提供水平力控制基坑变形，竖向支撑保证水平支撑稳定性，三者有机结合共同形成基坑的支护体系，采用逆作法施工，施工环境好，节省工期。

通过建筑物主体结构的水平构件兼做基坑开挖时的水平支撑，与传统水平支撑相比其支撑刚度更大，可以有效的控制基坑侧壁的水平变形，有利于保护周边建(构)筑物，适合在基坑周围环境对变形要求严格的情况下使用。

通过预制桩上的牛腿，将预制桩与预制压顶冠梁、腰梁连接，作为围护结构，基坑开挖完成后，又可通过牛腿将围护桩作为主体结构的承力柱与主体结构的墙和梁连接，基坑支护体系最终形成建筑物地下空间的主体结构，矩形预制桩、叠合墙形成建筑物地下空间的外墙，水平支撑和竖向支撑形成建筑物地下空间的梁、柱构件，大大节省了建筑材料，避免了传统临时水平支撑和竖向支撑的拆除工作，不会由于拆除而产生的大量建筑垃圾。

通过粉煤灰空心块砌筑隔墙做到了变废为宝，隔墙后方可通过预留的灌浆孔注浆加固提高稳定性；结合现浇内衬边墙，实现两墙合一，与围护桩共同形成建筑物地下空间的外墙，提高了建筑物外墙的稳定性。

附图说明

图1为矩形桩的俯视图；

图2（a）为矩形桩的左视图，图2（b）为矩形桩的前视图；

图3为围护结构压顶冠梁处横截面图；

图4为围护结构隔墙处横截面图；

图5为围护结构腰梁处横截面图；

图6为基坑侧壁（建筑物外墙）立面图；

图7是基坑中心线剖面图；

图中，1是注浆孔，2是牛腿，3是矩形桩，4是止水帷幕，5是压顶冠梁， 7是隔墙，8是腰梁，9是水平支撑，10是立柱桩，11是基础底板，12是内衬边墙，13是注浆体。

图6及图7中基础底板11以下为基坑不开挖部分。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施方法做详细阐述：

一种矩形围护桩，包括多个按照设定位置排列且事先预制的矩形桩3，在相邻的桩与桩之间通过支撑构件连接；矩形桩既是基坑的围护结构又是建筑物地下空间主体结构外墙的一部分，且建筑物主体结构的水平构件和竖向构件兼做基坑支护的水平支撑和竖向支撑。

所述的支撑件包括压顶冠梁5、腰梁8和隔墙7，所述的压顶冠梁水平固定在相邻矩形桩的顶部，所述的腰梁水平固定在相邻矩形桩的牛腿2处，所述的压顶冠梁、腰梁通过连接水平支撑9控制基坑变形，所述的隔墙砌筑在相邻矩形桩和与腰梁所形成的空间内。

成桩就位后，通过每个矩形桩中心注浆孔1进行桩底注浆加固地层，桩端部形成注浆体13，可提高桩的承载力和地层稳定性。

所述的每个矩形桩包括多段，位于基坑开挖部分的每段桩端部都设有牛腿2，用于支撑腰梁；基坑坑底以下部分的矩形桩不设有牛腿，因为坑底以下不开挖，不需要进行支撑。

所述的隔墙7由粉煤灰空心块砌筑在腰梁上方，且位于最上方的粉煤灰空心块上留有灌浆孔，将所述隔墙后方的空隙填充，以便后期作为主体结构的一部分有较高的整体性和稳定性。

所述的水平支撑9一端固定在围护桩顶压顶冠梁5或中部腰梁8上，另一端固定在基坑对边围护桩的相应位置上，水平支撑中间设置立柱桩10作为竖向支撑，基坑开挖期间水平支撑作为围护结构的水平承载构件，提供水平力控制基坑壁变形，立柱桩为竖向支撑，保证水平支撑的稳定；基坑施工完毕后，水平支撑作为梁并支撑板形成建筑物主体结构地下空间的水平构件，竖向支撑作为柱形成建筑物主体结构地下空间的竖向构件。

首先对围护桩和立柱桩施工位置进行定位，根据地层情况决定是否利用钻机在所述围护桩位置处打设一个小于预制桩边长的圆孔作为引孔来保证预制桩的顺利压入。围护桩施工完成后在基坑外侧打设一圈旋喷桩或定喷桩作基坑止水帷幕4，配合降水措施保证基坑开挖时的干作业环境。在止水帷幕完成后，进行基坑开挖，露出桩顶第一层牛腿2，在围护桩顶施工压顶冠梁5，并架设水平支撑9以控制围护桩向基坑内侧偏移。随着基坑的进一步开挖，在基坑壁上喷射一层混凝土防止土体脱落，待露出第二层牛腿后，在第二层牛腿上施工腰梁8，在腰梁上架设第二层水平支撑，并在腰梁上方两围护桩之间砌筑粉煤灰空心砌块做隔墙7，所述砌筑粉煤灰空心砌块最上一层留有灌浆孔，砌筑完成后将所述砌块后面的空隙灌浆充实，继续开挖基坑，直至基坑开挖完成，整体浇筑基础底板11，最后现浇内衬边墙12，内衬边墙紧靠隔墙，与矩形桩、压顶冠梁、腰梁和隔墙形成建筑物主体结构地下空间的外墙。

具体的施工方法如下：

步骤1. 预制矩形桩、压顶冠梁和腰梁；

步骤2.利用预制的矩形桩进行如下施工：

a）将预制桩压入土层中；通过每个矩形桩的注浆孔1向桩底注浆，围护桩底端形成注浆体13；

b) 在基坑外施工旋喷桩，形成一道有效的止水帷幕4；且配合降水措施保证基坑开挖时的干作业环境；

c) 开挖基坑，在矩形桩顶利用预制压顶冠梁5、第一道水平支撑9进行固定支撑；

d）继续开挖基坑到第二层牛腿2处，利用腰梁8、隔墙7和水平支撑9对矩形桩中间部分进行固定支撑；

e）按照步骤（d）分层向下开挖基坑，直到基坑设计深度；

f) 铺设基底垫层，制作底板模板，绑扎钢筋，浇筑基础底板11；

g) 支设内衬边墙模板，从下而上现浇内衬边墙12，下部与基础底板连接，现浇边墙与紧靠隔墙7，主要起防水和平整外表面的作用。

h）施工建筑物主体结构地下空间其他内部组成构件，形成基坑围护体系、支撑体系兼做建筑物主体结构的地下空间体，施工完毕。

步骤1的预制矩形桩的过程如下：

制作矩形桩的模板，在桩端制作牛腿模板，绑扎钢筋笼，在模板的中间用模具预留注浆孔，浇灌混凝土，达到设计强度后拆除模板。

步骤1的预制压顶冠梁、腰梁的过程如下：

制作压顶冠梁、腰梁的模板，绑扎钢筋笼，浇灌混凝土，达到设计强度后拆除模板。

所述的步骤2（a）的具体实施步骤如下：

1) 按照设计要求放线定位矩形桩3及竖向支撑立柱桩10的桩位；

2) 视地层情况，如若压桩困难，可利用钻机在桩位中心打设一个圆形钻孔作为引孔，保证预制桩顺利压入，并能提高垂直度，如若压桩较易，可直接进行下一步；

3) 利用压桩机将预制矩形桩3分段压入土层中，同时将竖向支撑立柱桩10也压入土层中；

4) 由矩形桩形成的围护桩施工完成后，通过矩形桩注浆孔1向桩底注浆，增加桩的稳定性；

所述的步骤2（d）的具体实施步骤如下：

1) 继续开挖基坑至下一层牛腿2处，在基坑壁上喷一层混凝土防止土体脱落，将预制腰梁8固定在围护桩牛腿间；

2）在腰梁8上固定水平支撑9，水平支撑采用现浇混凝土结构；

3) 在腰梁及预制桩形成的空间内砌筑粉煤灰空心块做隔墙7，并在最上方预留灌浆孔，灌浆密实空隙；

4) 继续开挖下一层土方，重复步骤1)~3)。

所述围护桩包括多个截面为矩形且事先预制的带牛腿的钢筋混凝土矩形桩。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (5)

1.一种矩形围护桩兼做主体结构的施工方法，其中矩形围护桩，包括多个按照设定位置排列且事前预制的矩形桩，在相邻的桩与桩之间通过支撑件连接形成围护结构，矩形桩既是基坑的围护结构又是建筑物地下空间主体结构外墙的一部分，且在围护结构的顶部和中部设有兼做建筑物主体结构中水平构件和竖向构件的水平支撑和竖向支撑；每个矩形桩中心有一个注浆孔，成桩就位后，进行桩底注浆加固地层；每个矩形桩包括多段，位于基坑开挖以上部分的每段桩端部都设有用于支撑腰梁的牛腿，其特征在于：

步骤1. 预制矩形桩及压顶冠梁和腰梁；

步骤2.利用预制的矩形桩进行如下施工：

a）将预制矩形桩压入土层中；通过每个矩形桩的注浆孔向桩底注浆；

b) 在基坑外进行防水处理；

c) 开挖基坑，利用预制压顶冠梁以及水平支撑对矩形桩顶进行固定支撑；

d）继续开挖基坑到第二层牛腿处，利用腰梁、隔墙和水平支撑对矩形桩中间部分进行固定支撑；

水平支撑一端固定在围护桩顶压顶冠梁或中部腰梁上，另一端固定在基坑对边围护桩的相应位置上；

e）按照步骤（d）分层向下开挖基坑，直到基坑设计深度；

f) 铺设基底垫层，制作底板模板，绑扎钢筋，浇筑基础底板；

g) 支设内衬边墙模板，从下而上现浇内衬边墙，下部与基础底板连接，现浇边墙紧靠隔墙，主要起防水和平整外表面的作用；

h）施工建筑物主体结构地下空间其他内部组成构件，形成基坑围护体系、支撑体系兼做建筑物主体结构的地下空间体，施工完毕。

2.如权利要求1所述的施工方法，其特征在于：步骤1的预制矩形桩的过程如下：

制作矩形桩的模板，在桩端制作牛腿模板，绑扎钢筋笼，在模板的中间用模具预留注浆孔，浇灌混凝土，达到设计强度后拆除模板；

步骤1的预制压顶冠梁、腰梁的过程如下：

制作压顶冠梁、腰梁的模板，绑扎钢筋笼，浇灌混凝土，达到设计强度后拆除模板。

3.如权利要求1所述的施工方法，其特征在于：

所述的步骤2（a）的具体实施步骤如下：

1) 按照设计要求放线定位矩形桩及竖向支撑立柱桩的桩位；

2) 视地层情况，如若压桩困难，利用钻机在桩位中心打设一个圆形钻孔作为引孔，保证预制桩顺利压入，并能提高垂直度，如若压桩较易，直接进行下一步；

3) 利用压桩机将预制矩形桩分段压入土层中，同时将竖向支撑立柱桩也压入土层中，保证水平支撑的中间位置连接在立柱桩上，立柱桩作为水平支撑的竖向支撑，基坑开挖期间水平支撑作为提供水平力控制基坑壁变形的围护结构的水平承载构件，立柱桩为保证水平支撑稳定的竖向支撑；

4) 由矩形桩形成的围护结构施工完成后，通过矩形桩注浆孔向桩底注浆，加固地层，增加桩的稳定性。

4.如权利要求1所述的施工方法，其特征在于：

所述的步骤2（ c）的具体实施步骤如下：

1) 开挖基坑，直到露出位于最顶部的矩形桩桩顶部分；

2) 在矩形桩顶固定预制压顶冠梁；

3）在压顶冠梁上施工水平支撑，水平支撑采用钢支撑和钢筋混凝土梁支撑相结合使用。

5.如权利要求1所述的施工方法，其特征在于：

所述的步骤2（d）的具体实施步骤如下：

1) 继续开挖基坑至下一层牛腿处，在基坑壁上喷一层混凝土防止土体脱落，将预制腰梁固定在矩形桩牛腿间；

2）在腰梁上固定水平支撑，水平支撑采用现浇混凝土结构；

3) 在腰梁及预制桩形成的空间内砌筑粉煤灰空心块做隔墙，并在最上方预留灌浆孔，灌浆密实空隙；

4) 继续开挖下一层土方，重复步骤1)~3)。