CN105239580A - 一种异形截面支护桩封闭式围护体系及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种异形截面支护桩封闭式围护体系，是由异形截面支护桩通过翼缘咬合搭接两侧的水泥土桩形成封闭式围护体系。异形截面桩为土字形截面灌注桩、工字形截面灌注桩或士字形截面灌注桩。由异形截面支护桩承担水土压力，作为基坑工程的支护桩，由水泥土桩封闭支护桩之间的空间形成整体封闭式围护体系止水。围护体系中的支护桩，可以是抗弯刚度和抗弯承载力均较高的土字形截面灌注桩、工字形截面灌注桩以及士字形截面灌注桩，与传统圆形截面支护桩相比可以显著增加支护体系的整体刚度，减小基坑位移，降低工程造价。本发明异形截面支护桩封闭式围护体系，由水泥土桩封闭支护桩间空间，无需另设封闭式止水帷幕，可显著地降低工程造价。

Description

一种异形截面支护桩封闭式围护体系及其施工方法

技术领域

本发明涉及一种封闭式基坑围护体系及其施工方法，特别是一种抗弯刚度较大的异形截面支护桩的围护体系及其施工方法。

背景技术

当前的深基坑工程多以变形控制为主，围护结构的截面抗弯刚度和承载能力是制约支护结构体系支护性能的重要因素，也是影响工程造价的重要因素。增加围护结构的抗弯刚度可以减少支护体系的变形，有利于基坑周边环境保护，对于特定支护体系整体刚度要求的条件下，围护结构抗弯刚度的增加，为减少撑锚构件的设置，方便施工，节约材料，缩短工期等创造了条件，从而可以显著降低工程造价。

当前基坑工程实践中，排桩是应用较为普遍的基坑围护形式之一。但目前基坑工程实践中，受制于成孔设备和成孔工艺，排桩支护基坑工程中灌注桩的截面通常为圆形。由材料知识可知，截面材料布置距离截面主轴越远，截面惯性矩越大，截面的抗弯刚度就越大，同等条件下截面的抗弯承载力也越高。显然，相同截面材料用量条件下，圆形截面所获得的抗弯刚度有限，使用圆形截面灌注桩存在明显材料浪费。传统现场成孔灌注桩中，为方便施工，截面配筋多沿圆形截面周长均匀配筋，而使得部分钢筋不能在截面抗弯中有效发挥作用，造成浪费。

对于地下水位较高地区需要隔水的基坑工程，通常在排桩支护结构后面设置单独的封闭式隔水帷幕，隔水帷幕一般为水泥土搅拌桩、旋喷桩等。设置单独封闭式止水帷幕时，需要沿基坑***整体封闭设置，工程造价较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种异形截面支护桩封闭式围护体系及其施工方法，要解决基坑工程中，用作挡土结构的圆形截面灌注桩抗弯刚度和抗弯承载力不高等技术问题，以及高地下水位地区，设置封闭式止水帷幕工程造价高等缺陷，同时也为变形控制严格地区的深大基坑工程提供一种经济适用的围护结构形式。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种异形截面支护桩封闭式围护体系，沿基坑周边布置，包括间隔交替设置的一排异形截面支护桩和水泥土桩，所述异形截面支护桩为钢筋混凝土灌注桩，该桩体分为垂直基坑边壁的腹板、平行基坑边壁的迎坑侧咬合翼缘和平行基坑边壁的迎土侧翼缘，所述异形截面支护桩通过迎坑侧咬合翼缘的翼缘端头分别咬合连接该异形截面支护桩两侧的水泥土桩，形成封闭式围护体系。

所述水泥土桩沿平行基坑边壁方向为单列桩或相互咬合连接的至少两列桩。

所述水泥土桩沿垂直基坑边壁的方向设置为两排以上，迎坑侧咬合翼缘的翼缘端头与最靠近迎坑侧的一排水泥土桩搭接咬合。

所述腹板、迎坑侧咬合翼缘和迎土侧翼缘构成横截面呈工字形的异形截面支护桩，所述迎坑侧咬合翼缘与迎土侧翼缘沿平行基坑边壁方向的宽度相同或不同，所述腹板沿垂直基坑边壁方向的横截面的高度大于腹板沿平行基坑边壁方向的横截面的宽度。

所述腹板分为伸出迎坑侧咬合翼缘的迎坑侧外边缘的前腹板和位于迎坑侧咬合翼缘和迎土侧翼缘之间的后腹板，所述前腹板、迎坑侧咬合翼缘、后腹板和迎土侧翼缘构成横截面呈土字形或士字型的异形截面支护桩，所述迎坑侧咬合翼缘与迎土侧翼缘沿平行基坑边壁方向的宽度相同或不同，所述后腹板沿垂直基坑边壁方向的横截面的高度大于后腹板沿平行基坑边壁方向的横截面的宽度。

所述基坑设置有与内支撑或锚杆相连接的腰梁，前腹板的外边缘与水泥土桩的外边缘平齐。

异形截面支护桩封闭式围护体系的施工方法，施工步骤如下：

步骤一，根据拟建场地的水文地质条件和基坑开挖深度，进行封闭式围护体系的计算分析，选择异形截面支护桩的截面形式，并确定异形截面支护桩的截面几何尺寸、配筋以及桩间距，确定水泥土桩的桩径、与迎坑侧咬合翼缘的搭接宽度、设置的列数和排数以及施工设备与施工工艺；

步骤二，沿基坑周边测量放线，标识出围护体系的位置；

步骤三，在施工围护体系的起始位置处，先施工第一异形截面支护桩两侧的水泥土桩，分别为第一水泥土桩和第二水泥土桩；

步骤四，在第一水泥土桩和第二水泥土桩凝结硬化之前，施工第一异形截面支护桩，并且保证迎坑侧咬合翼缘与先施工的水泥土桩的搭接咬合长度每侧均不小于10cm；

步骤五，沿基坑周边继续施工第三水泥土桩；

步骤六，在第二水泥土桩和第三水泥土桩之间施工第二异形截面支护桩，并保证迎坑侧咬合翼缘与水泥土桩的每侧搭接咬合长度均不小于10cm；

步骤七，依次重复步骤五和步骤六，直至施工完成全部的封闭式围护体系。

所述步骤四中的第一异形截面支护桩为双管振沉法施工，首先绑扎异形截面支护桩的异形钢筋笼，其次需要施工与异形截面支护桩相适应的异形截面桩孔，然后将已绑扎好的钢筋笼吊放入对应的桩孔中，并灌注混凝土成桩。

所述步骤四和步骤五同时进行。

与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：

本发明的异形截面支护桩，用作封闭式围护体系的挡土结构。首先与传统圆形截面基坑支护灌注桩相比，同等截面面积条件下本发明的支护桩可以获得较大的抗弯刚度和抗弯承载力；其次与传统圆形截面基坑支护灌注桩相比，需要获得相同的截面抗弯刚度时，可以减小本发明支护桩的截面面积或增加桩间距，从而大幅节约混凝土材料，降低工程造价。再次与传统圆形截面基坑支护灌注桩相比，可以通过调整本发明的支护桩的截面高宽比、截面翼缘位置与尺寸等，获得数倍于圆形截面的截面惯性矩，从而可以获得数倍于圆桩的抗弯刚度，显著提高围护体系的抗弯刚度，减小支护体系的变形，有利于基坑周边环境保护。

本发明的异形截面支护桩有明确的受压和受拉区，与传统圆形截面基坑支护灌注桩沿圆周截面均匀配筋相比，本发明的支护桩均可将纵向受力钢筋集中地布置在远离截面主轴的受拉区，能够充分发挥钢筋和混凝土材料的承载性能，提高截面抗弯承载力，从而节约材料，降低工程造价。

本发明提出的异形截面支护桩封闭式围护体系是通过异形截面支护桩的前翼缘咬合先施工的水泥土桩构成封闭的围护体系，与目前已有的圆截面灌注桩咬合水泥土桩形成封闭围护体系相比，通过翼缘矩形截面搭接咬合水泥土桩，咬合处的绕流路径更长，止水效果更好，不需要另设封闭式止水帷幕，显著降低了工程造价。

本发明提出的异形截面支护桩封闭式围护体系，在同样围护体系变形控制要求条件下，围护体系刚度的显著提高，可以减小支撑刚度，增加支撑水平间距，增加支撑竖向间距，甚至可以减少支撑道数，从而可以节约材料、方便施工、缩短工期以及降低工程造价等。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

图1是本发明实施例一的工字形基坑支护桩的结构示意图。

图2是使用图1中支护桩的咬合水泥桩基坑围护体系示意图。

图3是本发明实施例二的土字形基坑支护桩的结构示意图。

图4是使用图3中支护桩的咬合水泥桩基坑围护体系示意图。

图5是本发明实施例三的士字形基坑支护桩的结构示意图。

图6是使用图5中支护桩的咬合水泥桩基坑围护体系示意图。

附图标记：1－异形截面支护桩、1.1－腹板、1.1a－前腹板、1.1b－后腹板、1.2－迎坑侧咬合翼缘、1.3－迎土侧翼缘、1a－第一异形截面支护桩、1b－第二异形截面支护桩、2－水泥土桩、2a－第一水泥土桩、2b－第二水泥土桩、2c－第三水泥土桩。

具体实施方式

实施例一参见图1-2所示，这种异形截面支护桩封闭式围护体系，沿基坑周边布置，图中A侧为迎坑侧，B侧为迎土侧。这种异形截面支护桩封闭式围护体系包括间隔交替并咬合为封闭式的一排异形截面支护桩1和水泥土桩2，所述异形截面支护桩1为钢筋混凝土灌注桩，承担水土压力，是由垂直基坑边壁的腹板1.1、平行基坑边壁的迎坑侧咬合翼缘1.2和平行基坑边壁的迎土侧翼缘1.3组成。

所述腹板1.1沿垂直基坑边壁方向的横截面的高度m大于腹板沿平行基坑边壁方向的横截面的宽度n。

所述迎坑侧咬合翼缘1.2与迎土侧翼缘1.3沿平行基坑边壁方向的宽度相同或不同，形成横截面呈工字形的异形截面支护桩1，本实例中相同。所述异形截面支护桩1，通过迎坑侧咬合翼缘1.2的翼缘端头分别搭接咬合该异形截面支护桩1两侧的水泥土桩2，形成封闭式围护体系。

所述水泥土桩2沿基坑边壁方向可以是1列、两列或多列。本实施例为两列。

若水泥土桩2沿垂直基坑边壁方向设置为两排以上，迎坑侧咬合翼缘1.2的翼缘端头与最靠近迎坑侧的一排封闭水泥土桩2搭接咬合。本实施例为两排。

实施例二参见图3-4所示，与实施例一中不同的是，所述腹板1.1分为伸出迎坑侧咬合翼缘1.2的迎坑侧外边缘的前腹1.1a和位于迎坑侧咬合翼缘1.2和迎土侧翼缘1.3之间的后腹板1.1b，迎坑侧咬合翼缘1.2沿平行基坑边壁方向的宽度小于迎土侧加强翼缘1.3沿平行基坑边壁方向的宽度，使前腹板1.1a、迎坑侧咬合翼缘1.2、后腹板1.1b和迎土侧翼缘1.3构成横截面呈土字形的异形截面支护桩。所述后腹板1.1b沿垂直基坑边壁方向的横截面的高度m’大于后腹板1.1b沿平行基坑边壁方向的横截面的宽度n’。

所述基坑设置有与内支撑或锚杆相连接的腰梁，前腹板1.1a的外边缘与水泥土桩2的外边缘平齐。

实施例三参见图5-6所示，与实施例一和实施例二不同的是，迎坑侧咬合翼缘1.2沿平行基坑边壁方向的宽度大于迎土侧加强翼缘1.3沿平行基坑边壁方向的宽度，使前腹板1.1a、迎坑侧咬合翼缘1.2、后腹板1.1b和迎土侧翼缘1.3构成横截面呈士字形的异形截面支护桩。

以上实施例的异形截面支护桩封闭式围护体系的施工方法，施工步骤如下：

步骤一，根据拟建场地的水文地质条件和基坑开挖深度，进行封闭式围护体系的计算分析，选择异形截面支护桩的形式，并确定异形截面支护桩的截面几何尺寸、配筋以及桩间距，确定封闭水泥土桩的桩径、与迎坑侧咬合翼缘的搭接宽度、设置的列数和排数以及施工设备与施工工艺；

步骤二，沿基坑周边测量放线，标识出围护体系的位置；

步骤三，在施工围护体系的起始位置处，先施工第一异形截面支护桩1a两侧的水泥土桩，分别为第一封闭水泥土桩2a和第二封闭水泥土桩2b；

步骤四，在两侧水泥土桩凝结硬化之前，施工第一异形截面支护桩1a，并且保证迎坑侧咬合翼缘与先施工的水泥土桩的搭接咬合长度每侧均不小于10cm；

步骤五，沿基坑周边继续施工第三水泥土桩2c；

步骤六，在第二水泥土桩2b和第三水泥土桩2c凝结硬化前，施工水泥土桩2b和水泥土桩2c之间的第二异形截面支护桩2a，并保证迎坑侧咬合翼缘与水泥土桩的每侧搭接咬合长度均不小于10cm；

步骤七，依次重复步骤五和步骤六，直至施工完成全部的封闭式围护体系。

所述步骤四中的第一异形截面支护桩1a为双管振沉法施工，首先绑扎异形截面支护桩的异形钢筋笼，其次需要在基坑中施工与异形截面支护桩相适应的异形截面桩孔，然后将已绑扎好的钢筋笼吊放入对应的桩孔中，并灌注混凝土成桩。

若场地的情况允许，步骤四和步骤五可同时进行。

Claims (9)

1.一种异形截面支护桩封闭式围护体系，沿基坑周边布置，其特征在于：包括间隔交替设置的一排异形截面支护桩（1）和水泥土桩（2），所述异形截面支护桩（1）为钢筋混凝土灌注桩，该桩体分为垂直基坑边壁的腹板（1.1）、平行基坑边壁的迎坑侧咬合翼缘（1.2）和平行基坑边壁的迎土侧翼缘（1.3），所述异形截面支护桩（1）通过迎坑侧咬合翼缘（1.2）的翼缘端头分别咬合连接该异形截面支护桩（1）两侧的水泥土桩（2），形成封闭式围护体系。

2.根据权利要求1所述的异形截面支护桩封闭式围护体系，其特征在于：所述水泥土桩（2）沿平行基坑边壁方向为单列桩或相互咬合连接的至少两列桩。

3.根据权利要求1所述的异形截面支护桩封闭式围护体系，其特征在于：所述水泥土桩（2）沿垂直基坑边壁的方向设置为两排以上，迎坑侧咬合翼缘（1.2）的翼缘端头与最靠近迎坑侧的一排水泥土桩（2）搭接咬合。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的异形截面支护桩封闭式围护体系，其特征在于：所述腹板（1.1）、迎坑侧咬合翼缘（1.2）和迎土侧翼缘（1.3）构成横截面呈工字形的异形截面支护桩，所述迎坑侧咬合翼缘（1.2）与迎土侧翼缘（1.3）沿平行基坑边壁方向的宽度相同或不同，所述腹板（1.1）沿垂直基坑边壁方向的横截面的高度大于腹板（1.1）沿平行基坑边壁方向的横截面的宽度。

5.根据权利要求1-3任意一项所述的异形截面支护桩封闭式围护体系，其特征在于：所述腹板（1.1）分为伸出迎坑侧咬合翼缘（1.2）的迎坑侧外边缘的前腹板（1.1a）和位于迎坑侧咬合翼缘（1.2）和迎土侧翼缘（1.3）之间的后腹板（1.1b），所述前腹板（1.1a）、迎坑侧咬合翼缘（1.2）、后腹板（1.1b）和迎土侧翼缘（1.3）构成横截面呈土字形或士字型的异形截面支护桩，所述迎坑侧咬合翼缘（1.2）与迎土侧翼缘（1.3）沿平行基坑边壁方向的宽度相同或不同，所述后腹板（1.1b）沿垂直基坑边壁方向的横截面的高度大于后腹板（1.1b）沿平行基坑边壁方向的横截面的宽度。

6.根据权利要求5任意一项所述的异形截面支护桩封闭式围护体系，其特征在于：所述基坑设置有与内支撑或锚杆相连接的腰梁，前腹板（1.1a）的外边缘与水泥土桩（2）的外边缘平齐。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的异形截面支护桩封闭式围护体系的施工方法，其特征在于，施工步骤如下：

步骤一，根据拟建场地的水文地质条件和基坑开挖深度，进行封闭式围护体系的计算分析，选择异形截面支护桩的截面形式，并确定异形截面支护桩的截面几何尺寸、配筋以及桩间距，确定水泥土桩的桩径、与迎坑侧咬合翼缘的搭接宽度、设置的列数和排数以及施工设备与施工工艺；

步骤二，沿基坑周边测量放线，标识出围护体系的位置；

步骤三，在施工围护体系的起始位置处，先施工第一异形截面支护桩（1a）两侧的水泥土桩，分别为第一水泥土桩（2a）和第二水泥土桩（2b）；

步骤四，在第一水泥土桩（2a）和第二水泥土桩（2b）凝结硬化之前，施工第一异形截面支护桩（1a），并且保证迎坑侧咬合翼缘与先施工的水泥土桩的搭接咬合长度每侧均不小于10cm；

步骤五，沿基坑周边继续施工第三水泥土桩（2c）；

步骤六，在第二水泥土桩（2b）和第三水泥土桩（2c）之间施工第二异形截面支护桩（2a），并保证迎坑侧咬合翼缘与水泥土桩的每侧搭接咬合长度均不小于10cm；

步骤七，依次重复步骤五和步骤六，直至施工完成全部的封闭式围护体系。

8.根据权利要求7所述的异形截面支护桩封闭式围护体系的施工方法，其特征在于：所述步骤四中的第一异形截面支护桩（1a）为双管振沉法施工，首先绑扎异形截面支护桩的异形钢筋笼，其次需要施工与异形截面支护桩相适应的异形截面桩孔，然后将已绑扎好的钢筋笼吊放入对应的桩孔中，并灌注混凝土成桩。

9.根据权利要求7所述的异形截面支护桩封闭式围护体系的施工方法，其特征在于：所述步骤四和步骤五同时进行。