一种预应力装配式异形桩墙的基坑与边坡围护结构的制作方法

本发明涉及土木工程技术领域，具体来说是一种基坑与边坡的竖向围护结构。

背景技术：

在基坑工程或边坡工程中采用的桩墙式围护结构是基坑围护的一种重要结构形式，已在全世界各地广泛应用，目前的基坑和边坡围护桩墙常采用钻孔(旋挖)灌注柱、SMW工法的型钢水泥土搅拌墙、预制桩水泥土搅拌墙和现浇地下连续墙等。

灌注桩系指在工程现场通过机械成孔、泥浆护壁，在地基土中形成桩孔，并在其内放置钢筋笼、现场灌注混凝土而形成的桩，依照成孔方法不同，灌注桩又可分为冲孔灌注桩、钻孔灌注桩和挖孔灌注桩等几类。钻孔灌注桩的施工，因其所选护壁形式的不同，有泥浆护壁方式和全套管施工两种。软土地层和不稳定土层中采用泥浆护壁方式施工灌注桩极易产生颈缩、塌孔、桩孔偏斜等通病，从而影响水下浇筑混凝土的质量，并产生大量循环泥浆，泥浆的排放与处理将造成环境污染；全套管工艺施工尽管可以保护孔壁的稳定，但仍不能完全避免使用泥浆来平衡孔底的水土压力，由于受孔深、套管长度等固素影响，施工难度大，成本高，速度慢。

SMW工法的型钢水泥土搅拌墙，即将H型钢或钢管插入到水泥土搅拌墙中，将承受荷载与防渗挡水两者相结合，使之成为同时具有承载与止水两种功能的支护结构。为降低工程造价，目前一般插入的H型钢或钢管均需拔出回收，因此均在其表面涂刷减摩材料，但减摩材料影响了型钢与水泥土的黏结强度，同时型钢插出过程中会破坏水泥土止水帷幕，并产生一定体积的空隙，引起变形对临近的环境保护不利。

钢板桩围护结构，采用是带咬合的拉森钢板桩，通过桩边的锁口咬合形成整体，形成装配式围护结构。但由于其长度和断面尺寸的限制，只能用于开挖较浅的基坑，如深度小于6m的基坑围护中。由于其抗弯刚度较小，受力产生的变形较大，在较重要的环境保护区域不宜采用。

水泥土内插入预应力管桩或方桩的围护结构，具有挡土和止水的双重功效。由于其预制桩的接头连接难以做到等强连接，或接头连接施工过于复杂，到目前为止，只能用单节的预制桩作为基坑围护结构，单节桩长最大不超过15m，使用该围护结构的基坑或边坡深度也只有6～8m，显然这种围护结构的用应用范围受到了一定约束。即使接头的连接技术问题解决了，但由于目前管桩或方桩的截面特性决定了其抗弯能力受限，难以达到较合理的支护效益。

地下连续墙是深基础施工和深基坑围护的主要结构形式，已经在世界各地广泛应用。目前地下连续墙正在代替许多传统的深基础及深基坑围护结构，应用于深大基坑或城市市政工程与轨道交通工程中。地下连续墙施工时振动小、噪音低，适用于城市建筑密集区域内施工；墙体刚度大，防渗性能好；可适用于多种地质条件；可为上部结构永久性基础；能够充分利用建筑红线内的有限地面和空间，充分发挥投资效益；工效高、工期短、质量可靠。现浇地下连续墙是目前使用最广泛的结构形式，但在复杂地质条件如砂性土地层中施工地下连续墙，往往较难解决地下连续墙成槽施工过程中的槽壁稳定问题，以及槽壁坍塌引起的混凝土浇筑质量问题，从而产生表面露筋及孔洞、墙体及接头局部渗漏、墙体钢筋笼结构损伤等墙身质量缺陷，影响地下连续墙结构的安全性和防水效果。

地下连续墙成槽过程一般采用泥浆进行护壁，浇筑混凝土后需将泥浆排出，产生大量的废泥浆需处理，造成严重的环境污染和成本的增加。

地下连续墙水下浇筑的施工特性决定了施工现场难以保证墙体的施工质量，这也是现浇地下连续墙结构难以改进或弥补的质量缺陷。因此，工程界亟需寻找一种能够替代现浇地下连续墙的新型地下连续墙结构，但目前这一行业困境尚未得到很好地解决。

采用预制钢筋混凝土桩或墙，代替现浇的钢筋混凝土结构的桩与墙将是地下工程领域的方向。目前针对地上建筑的预制混凝土结构，中国建筑标准设计研究院编制了《装配式混凝土结构技术规程》(JGJ1-2014)，但该规程没有涉及地下围护结构方面的技术和标准，不具有指导作用。上海建工集团在预制的地下连续墙方法进行了尝试，如在华东医院新建门诊的基坑围护工程中应用了地面预制的空腹墙板装配成地下连续墙结构。由于单幅墙板尺寸较大(长度达20.5m)，在吊装和运输中十分困难。

由于没有做到小型构件的现场装配，限制了该技术没有得到进一步的推广应用。

采用预制管桩，如PHC管桩、PRC管桩，预制方桩和预制工字形桩作为基坑支护结构，目前已有不少单位进行了试验，但均限制于单节桩的应用，这是因为桩间的连接形式没有有效地解决，体现在现场装配连接施工困难，接头不可靠、接头成本高等方面，导致用用钢筋混凝土预制桩墙装配式结构在基坑围护结构中的应用均处于试验阶段。

针对基坑竖向围护结构的受力特征和现场施工的特点，采用便于运输和吊装的小尺寸构件在现场快速组装，构建一种既挡土又止水的围护桩墙，降低基坑围护造价，是我们努力的方向。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于，通过优化预制桩墙的截面形状与尺寸，满足其合理的受力要求；解决了预制标准件工厂化施工难度大，单件运输困难，单件重量较大和吊装不便，现场装配施工周期较长等难题，针对不同支护要求和受力要求，提供了一种预应力装配式异形桩墙基坑与边坡围护结构。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种预应力装配式异形桩墙基坑与边坡围护结构，装配式异形桩墙是由标准件装配而成；标准件是由预应力高强钢筋混凝和高强混凝土预制而成；标准件之间的连接接头包括水平接头和竖向接头；水平接头处的受力主筋之间采用一一对接的机械式接头，接头混凝土端面采用高分子树脂胶粘接；竖向接头为内嵌止水胶条的企口榫接或高压旋喷搅拌桩嵌入式连接。使其竖向接缝不出现渗漏水现象。

本发明利用预应力高强钢筋和高强混凝土工厂化预制成标准件，经施工现场装配而成的边坡围护结构，具有较佳的受力截面形状，满足岩土边坡的挡土、止水、外表装饰以及用作永久地下室外墙结构的要求。

装配式异形桩墙的断面呈T形、矩形或U形。

断面呈T形的装配式异形桩墙是由实腹或空腹的标准件现场组合后装配而成，标准件为T型标准件或T型标准件与矩型标准件混合组成。

断面呈U形的装配式异形桩墙是由实腹或空腹的标准件现场组合后装配而成，标准件为T型标准件与U型标准件混合组成。

断面呈矩形的装配式异形桩墙是由实腹或空腹的标准件现场组合后装配而成，标准件为矩型标准件。

水平接头的水平连接缝在竖向的位置呈错位分布；竖向接头的竖向连接缝呈上下对齐的通缝分布。

在水平接缝处设有若干增强锚固接头，增强锚固接头为螺锁式机械连接。

装配式异形桩墙外露的顶端和侧面上预埋有连接螺孔，连接螺孔与冠梁、水平支撑梁或地下室外墙连接。

标准件的外形是按照受力和装配要求制作的，均实现了快速准确连接。

装配方法如下：

(1)T型桩墙是由实腹或空腹的T型标准件或T型标准件与矩型标准件现场组合后装配而成的；

(2)U型桩墙是由实腹或空腹的T型标准件与U型标准件现场组合后装配而成的；

(3)矩型桩墙是由实腹或空腹的矩型标准件装配而成的。

水平接缝在竖向的位置呈错位分布；竖向连接缝呈上下对齐的通缝。

在水平接缝处增设了一些增强锚固接头，其连接与受力主筋连接是相同的，均为螺锁式机械连接。

异形桩墙的外露面有顶面和侧面，其上预埋有连接螺孔，便于围护桩墙与冠梁、边坡的水平支撑件或地下室的外墙连接。

有益效果：本发明利用对工厂化预制的各种标准件，在施工现场的组合和装配，形成受力较合理的异形桩墙结构，兼有挡土和止水功能，可替代现有的基坑与边坡围护桩墙。本发明现场施工可操作性强、构件装配化程度高、作业效率高，能够保证结构的整体性和施工质量，降低工程造价，工程实施效果良好。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

图1为本发明T形截面桩连续墙基坑围护结构的剖面图；

图2为本发明T形截面桩连续墙基坑围护结构的展开图；

图3为本发明U形截面桩墙基坑围护结构的剖面图；

图4为本发明U形截面桩墙基坑围护结构的展开图；

图5为本发明T形截面桩分离式基坑围护结构的剖面图；

图6为本发明T形截面桩分离式基坑围护结构的展开图；

图7为本发明矩形截面桩分离式基坑围护结构剖面图；

图8为本发明矩形截面桩分离式基坑围护结构展开图；

图9为本发明装配式异形桩墙T型标准件装配效果及榫式接头示意图；

图10为本发明装配式异形桩墙T型标准件装配效果及旋喷搅拌桩嵌入接头示意图；

图11为本发明装配式异形桩墙T型标准件与矩形标准件装配示意图；

图12为本发明装配式异形桩墙一个T型标准件与一个拟矩形标准件组装示意图；

图13为本发明装配式异形桩墙空腹T型标准件装配示意图；

图14为本发明装配式异形桩墙T型标准件与U型标准件装配示意图；

图15为本发明装配式异形桩墙空腹T型标准件与U型标准件装配示意图；

图16为本发明装配式异形桩墙的水平接头的受力主筋一一对接的连接示意图；

图17为本发明矩形截面桩与圆形搅拌桩复合基坑围护结构横断面图；

图18为本发明矩形截面桩与等厚搅拌桩复合基坑围护结构横断面图；

图19为本发明T形截面桩与圆形搅拌桩复合基坑围护结构横断面图；

图20为本发明T形截面桩与等厚搅拌桩复合基坑围护结构横断面图；

图21为本发明圆形搅拌桩与T形截面桩复合连续墙基坑围护结构横断面图；

图22为本发明等厚搅拌桩与T形截面桩复合连续墙基坑围护结构横断面图；

图中：1—T型钢筋混凝土预制标准件、2—水平接缝、21—受力主筋的连接螺孔、3—竖向接缝、31—竖向榫式接头、32—竖向旋喷搅拌桩嵌入接头、33—竖向防水胶条、4—冠梁、41—围护墙与地下室外墙连接的预埋螺孔、5—矩型钢筋混凝土预制标准件、6—水平接头的连接位置、7—螺锁式机械接接件、8—高强钢棒、9—螺锁钢套、10—螺锁连杆、11—高强树脂胶、12—连接螺孔、13—U型钢筋混凝土预制标准件、14—增强固化土、15—增强连接筋。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

一种预应力装配式异形桩墙的基坑与边坡围护结构，是针对直立边坡或垂直开挖的深基坑坑壁支挡水土压力及保护边坡稳定和控制变形的围护结构。基于竖向边坡围护结构的受力特征与止水要求，本发明研制的装配式异形墙，充分发挥了T形桩墙、矩形桩和U形板的受力性能。

参见图1：将T型钢筋混凝土预制标准件1，经水平缝2拼接长度和纵向缝3拼接宽度，并与冠梁4结合在一起形成异形的桩墙结构，如T形桩墙、矩形桩墙和U形桩墙结构。

在本专利中，装配式异形桩墙所需要的预制的标准件均是按模数化尺寸标准预制的，是一种专门开发的新型预制件。标准件之间的连接设有标准接头，水平接头6，采用螺锁式机械连接件7，将高强钢棒8与螺锁钢套9的底端固定，另一端固定—螺锁连杆10，再与连接螺孔12锁定，即实现了受力主筋的一一对接。此外，在二段标准件的水平接合面上充填高强树脂11粘合，使得标准件之间的水平接缝实现无缝粘接，满足连头强度大于构件本身强度的要求，参见图16。

T型标准件1采用高强混凝土与高强钢棒8预制而成。

参见图2，标准件均采用先张法施加预应力。其水平接头在标高位置的分布均按相邻每幅墙之间错开布置，这样可有效提高装配式围护结构的安全度。

参见图2，T型标准件1的侧面板上预埋有与地下室外墙板连接的螺孔41，提高了二墙合一的便利性。

当基坑的下部为较好的土层时，基坑的坑底面以下竖向围护结构受力和变形将逐渐降低，在一定的深度以下时，竖向围护结构采用矩型桩代替上部的T型桩墙，形成一种U形的围护结构，参见图3、图4。

矩型桩与T型桩墙之间有标准的接头实现受力主筋的对接；其水平接头在标高位置的分布均按相邻每幅墙之间错开布置，参见图4。

参见图4，T型标准件1的侧面板上预埋有与地下室外墙板连接的螺孔41，提高了二墙合一的便利性。

在基坑防渗性要求不高时，可以采用分离式的T形桩1与水泥土搅拌桩复合作为竖向围护结构，参见图5和图6

当基坑的开挖深度较浅，或产生的侧向水土压力较小时，可以采用分离式的矩形桩5作为竖向围护结构，参见图7。矩形桩5也是一种工厂化生产的标准件，为便于运输和吊装，其长度尺寸均控制在允许运输的尺寸之内，在施工现场分段插入，水平接头在地面装配连接后插入地层中，其水平接头在标高位置的分布均按相邻每幅墙之间错开布置，参见图8。

增强固化土搅拌桩墙14是使用多轴搅拌桩连续墙或等厚度搅拌墙制成，与矩形桩标准件5复合而成，矩形桩标准件5之间的间隙被水泥固化土充填，形成了挡土和止水围护结构，参见图7。

T型桩1的竖向接头3采用企口榫接31，接口处设有止水胶条，参见图9。

T型桩1的竖向接头3采用采用高压旋喷搅拌桩32嵌入连接止水，参见图10。

参见图11，装配式异形桩墙是由一个矩型标准件5和T型标准件1装配而成。

为了提高围护墙的刚度，降低墙体自重，将装配式异形桩墙采用空腹T型标准件1装配而成，竖向接头和空腹腔内充填入水泥固化土，参见图12。

为降低T型标准件的重量，减少其二翼的长度，作为支承梁，支承其一个较长的拟矩形板5装配成异形的围护结构，参见图13。

将T型标准件1与U型标准件13装配成异形的围护结构，参见图14和图15，节省了工程材料，降低了围护工程的造价。

将矩形截面桩5与圆形搅拌桩14复合形成基坑围护结构，具有施工便捷等特点，其横断面参见图17；

将矩形截面桩5与等厚搅拌桩14复合形成基坑围护结构，其横断面图，参见图18；

将T形截面桩与圆形搅拌桩14复合形成基坑围护结构，其横断面图，参见图19；

将T形截面桩与等厚搅拌桩14复合形成基坑围护结构，其横断面图，参见图20；

将圆柱搅拌桩14与T形截面桩1复合形成连续墙基坑围护结构，其横断面图，参见图21；

将等厚搅拌桩14与T形截面桩1复合形成连续墙基坑围护结构，其横断面，参见图22。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。