门架式竹节砂浆桩围护结构及其施工方法
【专利摘要】本发明公开了一种门架式竹节砂浆桩围护结构及其施工方法，所述围护结构位于基坑开挖边线外侧一定距离，其特征在于所述围护结构至少包括两排平行设置的围护桩，两排所述围护桩中至少有一排由竹节式砂浆桩构成，其中所述竹节式砂浆桩由直立桩体以及同轴设置于所述桩体内部的钢管或钢筋笼构成，所述桩体上至少具有一处呈球状的竹节式扩大头，所述桩体、所述钢管或钢筋笼及所述竹节式扩大头为一体结构。本发明的优点是，采用竹节式砂浆桩的门架式围护结构可控制基坑变形，该围护体系结构简单，施工周期短，稳定性高，造价低，便于推广，可广泛适用于12m以内的基坑工程。
【专利说明】门架式竹节砂浆粧围护结构及其施工方法
【技术领域】
[0001]本发明属于基坑围护【技术领域】，具体涉及一种门架式竹节砂浆桩围护结构及其施
工方法。
【背景技术】
[0002]在基坑开挖时需要沿基坑开挖边线外侧一定距离设置一圈围护桩结构，通过利用围护桩结构本身的刚度和稳定性来保证坑壁土体的稳定性，有效约束土体的侧向变形，满足基坑直立开挖的需要。当场地土体软弱、基坑开挖深度或面积较大时，仅采用悬臂支护单桩的抗弯刚度往往不能满足变形控制的要求，通过在基坑内设置水平支撑可增加支护单桩的抗弯刚度，但水平支撑对施工及造价的影响很大，因此目前较多的采用双排桩的支护形式，通过桩、压顶梁和连梁形成空间门架式支护结构体系，可大大增加其侧向刚度，能有效控制基坑的侧向变形。
[0003]在门架式支护结构体系中起关键作用的是围护桩，目前常用的围护桩型主要包括预制桩及灌注桩。
[0004]预制桩相对造价较低，但抗弯刚度较差，受桩身质量及压桩施工工艺影响较大，在大范围施工时挤土效应明显，一般在土质较好，基坑开挖深度不大，周边环境相对简单的情况下采用。
[0005]而灌注桩的应用则相对更加广泛，其成桩工艺较成熟，成桩直径选择范围较大，桩身抗弯刚度可通过配筋调节，配合斜撑或拉锚工法使用时，对于大部分基坑工程均适用，但缺点是灌注桩本身造价较高，尤其在大范围应用双排灌注桩门架式围护结构时，其经济性是不得不考虑的重要因素，此外，灌注桩成桩须经成孔及养护等工序，其施工周期较长，对于基坑工程整体工期有一定影响。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种门架式竹节砂浆桩围护结构及其施工方法，该围护结构通过加压注浆方式在竹节式砂浆桩桩体上形成数个竹节式扩大头，以提高桩体的刚度及抗拔能力，同时通过采用两排围护桩、连梁以及压顶板构建门架式围护结构，以提高其侧向刚度，有效控制基坑的侧向变形。
[0007]本发明目的实现由以下技术方案完成:
一种门架式竹节砂浆桩围护结构，所述围护结构位于基坑开挖边线外侧一定距离，其特征在于所述围护结构至少包括两排平行设置的围护桩，两排所述围护桩中至少有一排由竹节式砂浆桩构成，其中所述竹节式砂浆桩由直立桩体以及同轴设置于所述桩体内部的钢管或钢筋笼构成，所述桩体上至少具有一处呈球状的竹节式扩大头，所述桩体、所述钢管或钢筋笼及所述竹节式扩大头为一体结构。
[0008]两排所述围护桩顶部通过连梁固定连接，两排所述围护桩顶端分别与压顶板锚固连接，两排所述围护桩之间设置有止水帷幕。[0009]靠近所述基坑一侧的所述围护桩长度不小于远离所述基坑一侧的所述围护桩长度。
[0010]两排所述围护桩中一排由间隔设置的竹节式砂浆桩构成，另一排同样由间隔设置的竹节式砂浆桩构成。
[0011]两排所述围护桩中一排由间隔设置的竹节式砂浆桩构成，另一排由两道紧密贴合的水泥砂浆桩组合构成，所述水泥砂浆桩呈圆柱形，其内部同轴设置有钢管或钢筋笼。
[0012]一种涉及上述门架式竹节砂浆桩围护结构的施工方法，其特征在于所述围护结构的施工方法至少包括如下步骤:
在所述基坑开挖边线的外侧一定距离放孔定位，进行远离所述基坑一侧的围护桩施工，即所述竹节式砂浆桩的施工:利用钻机成孔；成孔至所述竹节式砂浆桩预定深度后通过钻杆进行注浆；在注浆压力作用下，钻杆及上部土体上抬，抬至一定高度后固定钻杆，增大注浆压力使浆液向桩周扩散，从而在所述一定高度处形成第一个有水泥浆包裹的竹节式扩大头；之后解除钻杆的固定，继续注浆并抬升钻杆至第二个所述竹节式扩大头预设位置处后固定钻杆，增大注浆压力形成竹节式扩大头，如此往复，直至完成所述竹节式砂浆桩的成桩；成桩完成后，同轴压入钢管或钢筋笼进入其桩体内部；
待远离所述基坑一侧的围护桩施作完毕后，进行靠近所述基坑一侧的围护桩施工；开槽浇筑所述连梁和所述压顶板，并将其与两道所述围护桩连成整体，组成门架式围护结构。
[0013]靠近所述基坑一侧的围护桩由间隔设置的所述竹节式砂浆桩构成。
[0014]靠近所述基坑一侧的围护桩由两道紧密贴合的水泥砂浆桩组合构成，所述水泥砂浆桩的施工方法具体为:利用钻机成孔，成孔至所述水泥砂浆桩预定深度后通过钻杆进行注浆；在注浆压力作用下，钻杆及上部土体上抬，直至上抬至地面成桩，成桩完成后，同轴振动压入钢管或钢筋笼进入其桩体内部，形成所述水泥砂浆桩。
[0015]所述竹节式扩大头形成后的注浆终止通过注浆压力进行控制，在粘性土中的注浆终止压力控制在0.7-1.5Mpa，在粉土及砂土中的注浆终止压力控制在不小于2MPa。
[0016]所述的水泥浆主要由水、水泥、砂、粉煤灰及外加剂按一定配比现场配置而成，水灰比一般在0.5-0.6,水泥衆比重一般在1.6-1.9。
[0017]本发明的优点是，竹节式砂浆桩结构简单，成桩效率高，可利用加压注浆方式，形成数个竹节式扩大头，以提高桩体刚度及抗拔能力，并对桩周土体进行加固，有效提高土体强度，可单独使用或与预制桩、灌注桩配合使用形成门架式围护结构以控制基坑变形，该围护体系结构简单，施工周期短，稳定性高，造价低，便于推广，可广泛适用于12m以内的基坑工程。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为本发明中竹节式砂浆桩的结构示意图；
图2为本发明实施例一中围护结构施工步骤(a)的示意图；
图3为本发明实施例一中围护结构施工步骤(b)的示意图；
图4为本发明实施例一中围护结构施工步骤(C)的示意图；
图5为本发明实施例一中围护结构施工步骤(C)的示意图； 图6为本发明实施例一中围护结构施工步骤(d)的示意图；
图7为本发明实施例一中围护结构施工步骤(e)的示意图；
图8为本发明实施例一中围护结构施工步骤(f)的示意图；
图9为本发明实施例一中围护结构施工步骤(g)的示意图；
图10为本发明实施例一中门架式竹节砂浆桩围护结构的示意图；
图11为本发明实施例一中门架式竹节砂浆桩围护结构的平面图；
图12为本发明实施例二中门架式竹节砂浆桩围护结构的示意图；
图13为本发明实施例二中门架式竹节砂浆桩围护结构的平面图；
图14为本发明实施例三中门架式竹节砂浆桩围护结构的示意图；
图15为本发明实施例三中门架式竹节砂浆桩围护结构的平面图。
【具体实施方式】
[0019]以下结合附图通过实施例对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解:
如图1-15，图中标记1-23分别为:钢管或钢筋笼1、桩体2、竹节式扩大头3、钻机4、钻杆5、螺旋钻头6、注浆管7、土体8、桩体9、竹节式扩大头10、固定装置11、竹节式扩大头12、桩体13、钢管或钢筋笼14、压顶板15、连梁16、外排围护桩17、止水帷幕18、内排围护桩19、基坑20、水泥砂浆桩21、钢管或钢筋笼22、斜向围护桩23。
[0020]实施例一:本实施例具体涉及一种门架式竹节砂浆桩围护结构及其施工方法，该围护结构位于基坑的开挖边线外侧一定距离，用于有效约束基坑直立开挖时土体的侧向变形，其采用呈竹节式的砂浆桩，并通过加压注浆的方式在该竹节式砂浆桩的桩体上形成多个竹节式扩大头，从而提高桩体的抗弯刚度和抗拔力，可替代目前围护结构较为常用的预制桩及灌注桩。
[0021]如图10、11所示，围护结构呈门架式构造，具体由外排围护桩17、止水帷幕18、内排围护桩19、连梁16以及压顶板15组合构成。远离基坑20 —侧的外排围护桩17和靠近基坑20—侧的内排围护桩19直立设置于土体中，两者之间相互平行设置且间隔一定距离，且在内排围护桩19和外排围护桩17之间还设置有止水帷幕18以隔断地下水，止水帷幕18为满足搭接长度要求的双轴或三轴搅拌桩；连梁16为横向设置的钢筋混凝土结构，其沿双排围护桩的延伸方向间隔设置，其两端分别连接固定于外排围护桩17和内排围护桩19的顶部，以构成整体受力结构；此外，压顶板15为钢筋混凝土结构，位于外排围护桩17、内排围护桩19以及连梁16的上方，具体的说是外排围护桩17和内排围护桩19的桩顶锚入压顶板15内构成一体结构，以最终形成整体门架式围护结构。需要注意的是，外排围护桩17和内排围护桩19深入土体的深度应不小于基坑20的开挖深度，其具体水平间距、深度及宽度均需根据土体性质确定，并满足基坑20的安全稳定性计算要求。
[0022]如图10、11所示，外排围护桩17具体由均匀间隔排列的竹节式砂浆桩组合构成，而内排围护桩19则由靠近排列的竹节式砂浆桩组合构成，所谓靠近排列意为相邻的内排围护桩19的竹节式扩大头之间紧密贴合，而相邻的桩体则间隔一定距离。如图1所示，该竹节式砂浆桩直立设置于土体内部，主要包括无缝钢管1、桩体2以及若干个竹节式扩大头3，且三者为一体结构，其中桩体2为圆柱形的水泥砂浆桩，无缝钢管I则位于桩体2的内部用以提高桩体2的刚度，无缝钢管I可根据成桩直径和设计需要选用直径60mm-95mm的钢管，钢管长度不小于1.2倍的基坑开挖深度并不大于桩长，呈球状的竹节式扩大头3自桩体2的底部沿其桩身纵向均匀间隔分布，竹节式扩大头3的数量以及相邻的竹节式扩大头3之间的间隔距离应视桩体2的长度及实际工程的具体要求而定，一般间隔距离不小于4m，同时竹节式扩大头3的直径应不小于桩体2直径的1.5倍。
[0023]如图2-11所示，上述应用于基坑工程中的门架式竹节砂浆桩围护结构的施工方法具体包括如下步骤:
(一)基坑20开挖之前，在基坑20的开挖边线外侧一定距离进行外排围护桩17的施工，即依次施作均匀间隔排列的竹节式砂浆桩，竹节式砂浆桩的施工步骤如下:
a.如图2所示，根据竹节式砂浆桩的设计坐标在地面放孔定位，定位误差一般不得超过50mm，同时令钻机4就位，该钻机4上具有钻杆5以及位于钻杆5头部的螺旋钻头6，钻机4的尾部还与注浆管7相连，而注浆管7则与一泵机相连，可进行泵送水泥浆作业；
b.如图3所示,启动钻机4上的钻杆5,在钻杆5的带动下螺旋钻头6螺旋钻进至竹节式砂浆桩的设计深度以成孔，根据成孔深度、土性及钻机设备情况选择一次或多次钻进，成孔直径则根据设计需要及施工机械不同可达到300_?600_ ；
c.如图4、5所示，成孔完成后，开启注浆管7的注浆阀门，水泥浆液从注浆管7经钻杆5注至孔内底部，在孔底水泥浆液的压力作用下，螺旋钻头6、钻杆5及其上部土体8随之上抬，待上抬至一定高度后通过固定装置11锁定钻杆5，以使其不被上浮的水泥浆液继续顶起，随即螺旋钻头6及其上部土体8形成固定活塞，此时增大注浆管7的注浆压力以使水泥浆液挤压土体向孔底四周扩散，从而形成呈类似于球状的第一个竹节式扩大头10 ;其中所述的水泥浆主要由水、水泥、砂、粉煤灰及外加剂按一定配比现场配置而成，水灰比一般在
0.5-0.6，水泥浆比重一般在1.6-1.9 ；
d.如图6所示，待第一个竹节式扩大头10形成后，终止注浆，注浆终止一般以注浆压力控制，在粘性土中注浆终止压力控制在0.7-1.5MPa，粉土及砂土中注浆终止压力一般控制在大于2MPa ;终止注浆后，解除固定装置11对钻杆5的锁定，继续注浆，在水泥浆液的压力作用下钻杆5及其上的螺旋钻头6得以继续抬升，当抬升至下一个竹节式扩大头的设计高度时，形成位于竹节式扩大头10之上的第一段桩体9 ；
e.如图7所示，当钻杆5头部的螺旋钻头6抬升至第二个竹节式扩大头12的设计高度后，再次通过固定装置11锁定钻杆5，按照步骤c所述之方法，即增大注浆管7的注浆压力以使水泥浆液挤压桩体9顶部的土体向桩周扩散，从而在桩体9的顶部形成呈类似于球状的第二个竹节式扩大头12 ；
f.如图8所示，待形成第二个竹节式扩大头12后，终止注浆，并再次解除固定装置11对于钻杆5的锁定，之后继续注浆，在水泥浆液的压力作用下钻杆5及其上的螺旋钻头6得以继续抬升，当抬升至下一个竹节式扩大头的设计高度时，形成位于竹节式扩大头12之上的第二段桩体13 ;如此重复上述步骤c?e，直至成桩完成，钻杆5提起；
g.如图9所示，成桩完成后可通过振动方式在桩体13、9内同轴压入钢管或钢筋笼14，从而提高桩体刚度，该钢管或钢筋笼14可根据成桩直径和设计需要选用直径60_?95_的钢管或三角形钢筋笼，钢管或钢筋笼的长度不小于1.2倍适用基坑的开挖深度并不大于桩体长度； (二)待外排围护桩17施作完毕后，施作靠近基坑20—侧的内排围护桩19，即依次施作靠近排列的竹节式砂浆桩，竹节式砂浆桩的施作步骤同于步骤a-g中所述，在此不再重复叙述；
(三)为隔断地下水，在外排围护桩17与内排围护桩19之间施作止水帷幕18；
(四)之后开槽浇筑压顶板15和连梁16，并将其与外排围护桩17、内排围护桩19连成整体，组成门架式竹节砂浆桩围护结构；
(五)由于上述结构整体刚度和稳定性较高，基坑20之后可直立式开挖。
[0024]从本实施例中可以看出，上述门架式竹节砂浆桩围护结构，可利用内、外排桩形成的门架式结构本身的刚度和稳定性来保证坑壁土体的稳定性，有效约束土体的侧向变形，满足基坑直立开挖的需要，解决了设置水平支撑时挖土不便、造价高及常规灌注桩门架式结构施工周期长，造价高等问题，具有施工便捷，设计灵活、经济环保等优点；此外其内、夕卜排围护桩所采用的竹节式砂浆桩可利用加压注浆的方式形成数个竹节式扩大头，提高桩身刚度及抗拔能力，并可在加压注浆时利用水泥浆液对桩周土体进行挤压加固，使桩周土体更加密实，有效提高土体强度。
[0025]具体的说，本门架式竹节砂浆桩围护结构相对于常规灌注桩门架式结构，施工工期至少缩短了 50%，造价成本可至少降低40% ;此外，其所采用的竹节式砂浆桩的抗弯刚度相对于常规的砂浆桩提高了至少30%，造价成本可至少降低20%。
[0026]实施例二:如图12、13所示，本实施例相对于实施例一中的门架式围护结构，将原实施例一中的内排围护桩19更换为采用双排水泥砂浆桩21，其桩身呈圆柱形无竹节式扩大头，相邻的水泥砂浆桩21呈平面三角形布置，桩与桩之间紧密连接，其桩身内同轴插设有钢管或钢筋笼22，因此，内排围护桩19的桩身刚度和抵抗变形能力大大提高，并兼有止水效果，无须单独设置止水帷幕。
[0027]如图2、3、4、12、13所示，本实施例中除水泥砂浆桩21的施工方法不同之外，其余均同于实施例一中的施工方法，水泥砂浆桩21的施工方法大致如下:通过钻机4上的钻杆5带动其螺旋钻头6钻进成孔，待钻进至水泥砂浆桩21的设计深度后，浆液从与钻杆5相连的注浆管7经钻杆5注至孔内，在孔内的浆液压力作用下，螺旋钻头6及其上部土体8上抬，直至上抬至地面成桩，成桩完成后，同轴振动压入一钢管或钢筋笼22进入其桩体内部，形成水泥砂浆桩21。
[0028]实施例三:如图13、14所示，本实施例相对于实施例一中的门架式围护结构，增加了一排斜向围护桩23，与外排围护桩17平行并间隔一定距离布置，桩身呈45°?60°倾角，桩身同样带有竹节式扩大头，可大大提高门架式竹节砂浆桩的整体刚度和稳定性。
[0029]本实施例中水泥砂浆23的施工方法与实施例一中的施工方法类似，只需在施工前将钻杆倾斜成设定角度即可。
[0030]需要注意的是，内排围护桩19的使用桩型并不唯一，内排围护桩19亦可采用灌注桩，灌注桩的桩身刚度大，抗弯能力强，与外排围护桩17 (及竹节式砂浆桩)配合使用，可增强围护结构的整体刚度和稳定性，可满足开挖深度较大或坑边土体较差的基坑稳定性要求。此外，根据基坑的实际工况，灌注桩亦可采用预制桩的方案替代。
【权利要求】
1.一种门架式竹节砂浆桩围护结构，所述围护结构位于基坑开挖边线外侧一定距离，其特征在于所述围护结构至少包括两排平行设置的围护桩，两排所述围护桩中至少有一排由竹节式砂浆桩构成，其中所述竹节式砂浆桩由直立桩体以及同轴设置于所述桩体内部的钢管或钢筋笼构成，所述桩体上至少具有一处呈球状的竹节式扩大头，所述桩体、所述钢管或钢筋笼及所述竹节式扩大头为一体结构。
2.根据权利要求1所述的一种门架式竹节砂浆桩围护结构，其特征在于两排所述围护桩顶部通过连梁固定连接，两排所述围护桩顶端分别与压顶板锚固连接，两排所述围护桩之间设置有止水帷幕。
3.根据权利要求1所述的一种门架式竹节砂浆桩围护结构，其特征在于靠近所述基坑一侧的所述围护桩长度不小于远离所述基坑一侧的所述围护桩长度。
4.根据权利要求1所述的一种门架式竹节砂浆桩围护结构，其特征在于两排所述围护桩中一排由间隔设置的竹节式砂浆桩构成，另一排同样由间隔设置的竹节式砂浆桩构成。
5.根据权利要求1所述的一种门架式竹节砂浆桩围护结构，其特征在于两排所述围护桩中一排由间隔设置的竹节式砂浆桩构成，另一排由两道紧密贴合的水泥砂浆桩组合构成，所述水泥砂浆桩呈圆柱形，其内部同轴设置有钢管或钢筋笼。
6.一种涉及权利要求1-5所述的门架式竹节砂浆桩围护结构的施工方法，其特征在于所述围护结构的施工方法至少包括如下步骤: 在所述基坑开挖边线的外侧一定距离放孔定位，进行远离所述基坑一侧的围护桩施工，即所述竹节式砂浆桩的施工:利用钻机成孔；成孔至所述竹节式砂浆桩预定深度后通过钻杆进行注浆；在注浆压力作用下，钻杆及上部土体上抬，抬至一定高度后固定钻杆，增大注浆压力使浆液向桩周扩散，从而在所述一定高度处形成第一个有水泥浆包裹的竹节式扩大头；之后解除钻杆的固定，继续注浆并抬升钻杆至第二个所述竹节式扩大头预设位置处后固定钻杆，增大注浆压力形成竹节式扩大头，如此往复，直至完成所述竹节式砂浆桩的成桩；成桩完成后，同轴压入·钢管或钢筋笼进入其桩体内部； 待远离所述基坑一侧的围护桩施作完毕后，进行靠近所述基坑一侧的围护桩施工； 开槽浇筑所述连梁和所述压顶板，并将其与两道所述围护桩连成整体，组成门架式围护结构。
7.根据权利要求6所述的一种门架式竹节砂浆桩围护结构的施工方法，其特征在于靠近所述基坑一侧的围护桩由间隔设置的所述竹节式砂浆桩构成。
8.根据权利要求6所述的一种门架式竹节砂浆桩围护结构的施工方法，其特征在于靠近所述基坑一侧的围护桩由两道紧密贴合的水泥砂浆桩组合构成，所述水泥砂浆桩的施工方法具体为:利用钻机成孔，成孔至所述水泥砂浆桩预定深度后通过钻杆进行注浆；在注浆压力作用下，钻杆及上部土体上抬，直至上抬至地面成桩，成桩完成后，同轴振动压入钢管或钢筋笼进入其桩体内部，形成所述水泥砂浆桩。
9.根据权利要求6所述的一种门架式竹节砂浆桩围护结构的施工方法，其特征在于所述竹节式扩大头形成后的注浆终止通过注浆压力进行控制，在粘性土中的注浆终止压力控制在0.7-1.5Mpa，在粉土及砂土中的注浆终止压力控制在不小于2MPa。
10.根据权利要求6所述的一种门架式竹节砂浆桩围护结构的施工方法，其特征在于所述的水泥浆主要由水、水泥、砂、粉煤灰及外加剂按一定配比现场配置而成，水灰比一般在0.5-0.6，水 泥浆比重一般在1.6-1.9。
【文档编号】E02D17/04GK103711130SQ201310691889
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年12月17日 优先权日:2013年12月17日
【发明者】顾国荣, 杨石飞, 苏辉, 梁振宁 申请人:上海岩土工程勘察设计研究院有限公司