一种装配式基坑支护结构的施工方法与流程

本发明涉及基坑支护技术领域，具体来说涉及一种装配式基坑支护结构。

背景技术：

基坑支护是为保护地下主体结构施工和基坑周边环境的安全，对基坑采用的临时性支挡、加固、保护与地下水控制的措施。在很多建设领域，例如在明挖地铁隧道中，需要首先进行坑道开挖，对开挖基坑进行临时性支护后，再对基坑底部进行结构施工，施工结束后，需要对临时性支挡结构进行拆除。在一些特殊施工情况下，例如在管道抢修中，工期紧张，任务繁重，施工场地受限，并且大型工程机械难以展开作业，存在临时交通、周边管线和杆线等环境干扰因素，与此同时，管道基坑受力极易发生变化，带来施工安全性的威胁。

目前，常用的基坑支护方法是首先降低地下水位，对边坡进行支护。其中，边坡支护是确保安全施工的关键技术，主要有放坡开挖技术、型钢支护技术、连续墙支护技术、混凝土灌注桩支护技术、土钉墙支护技术、锚杆(索)支护技术等，而这些基坑支护形式目前存在很多不足之处。

地下连续墙在复杂地质条件下，如在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。并且，地下连续墙成槽和槽壁支护过程均采用泥浆，浇筑混凝土后需将泥浆排出，产生大量的废泥浆需处理，不仅造成严重的环境污染，并且还会导致成本的增加。同时，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无法改进或弥补的质量缺陷。地下连续墙的造价高，结构完成后拆除困难，这也是它的弊端之一。

放坡开挖技术、土钉墙支护技术和排桩支护技术容易受到地下水上涌或者降水的影响，导致基坑四周坡面因受到流水的渗透与冲刷而泥土松散不稳定，严重的可能引发地面沉降或变形，进而出现一系列的安全隐患，影响工程建设的质量。同时，建成后回填土方较大。

混凝土灌注桩支护技术桩间缝隙易造成水土流失，特别是高水位软粘土质地区。防水防渗性能差，拆除困难。

上述几种基坑支护技术，均存在一项乃至多项缺陷，例如，成本高，安装难，工期长，防水差，防渗差，拆除难，不能循环使用。因此，工程界亟需寻找一种能够替代和克服以上多种缺陷的新型基坑支护结构，但目前这一行业困境尚未得到很好地解决。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于，克服现有基坑支护技术中存在成本高、安装难、工期长、防水差、防渗差、拆除难、不能循环使用的问题，同时克服装配式构件整体刚度和抗变形能力差的问题，提供一种可以在施工现场装配式基坑支护结构的施工方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种装配式基坑支护结构的施工方法，主要采用预制钢混桩和预制箱型构件，所述的预制箱型构件包括至少一种标准片，标准片为能够拼接的模块化几何尺寸，在标准片的横向和纵向接头处均错开设置有梯形榫头11和梯形榫槽12；所述预制钢混桩包括-前部41、后部42和桩头43，前部的两侧均错开设置有梯形榫头412和梯形榫槽413，预制钢混桩和预制箱型构件的榫头与榫槽尺寸相互配合；在后部42的靠近前部41位置设置有用以支撑位于相邻位置的预制箱型构件的卡托421，所述的标准片和预制钢混桩均预留有防渗注浆孔，施工方法如下：

拼装而成，其特征在于，各个预制构件通过横向接头和竖向接头拼装，拼装后通过螺栓加固，装配后对预制构件接头处预留防渗注浆孔进行压密注浆，同时，通过对墙体内预留防渗注浆孔进行墙底压密注浆来充满墙底的接触空隙，从而形成同时具有整体结构刚度及抗渗性能的整体基坑支护结构，其中，

1)根据开挖深度、土体性质和受力状况确定预制钢混桩和预制箱型构件标准片的尺寸并预制；

2)在施工现场，安装旋入封口螺栓至桩体上预埋长螺栓孔和预埋短螺栓孔处，使用打桩机将预制钢混桩打入指定位置和深度；

3)基坑分层开挖，开挖达到一层标准片深度时，清理桩体预埋长螺栓孔和预埋短螺栓孔接头处，旋出封口螺栓；

4)安装标准片，使标准片的梯形榫头对准预制钢混桩的梯形榫槽处，垂直插入，随即进行螺栓连接固定标准片至预制钢混桩；在上一块标准片完成后，采用螺栓连接的方式安装相邻标准片；每层最后安装的标准片，须将土层向下超挖一个标准片的深度；随即进行下一层土层开挖，开挖完成后，同样的操作，进行下一层的标准片安装，直至安装至开挖基坑底部；

5)整个支护结构安装完成后，在最后安装标准片的防渗注浆孔处进行压密注浆，使浆液由下而上对标准片和桩体形成的防渗注浆孔进行填充注满。待观察到顶层标准片的防渗注浆孔通道溢出浆液时停止注浆。

优选地，所述的标准片包括厚度相同的三种，第一种的截面是正方形，第二种的截面是第一种标准片的一半，第三种的截面是第一种标准片的两倍。所述装配式基坑支护结构安装形式分为三种，分别为竖向接头错缝安装、横向接头错缝安装、橫竖向接头错缝安装。所述的标准片和预制钢混桩的外部为钢板，内部填充有混凝土，并对各个构件接头处钢板进行加厚加强。所述的标准片和预制钢混桩预留的防渗注浆孔，截面形式为半圆形，当相邻构件拼装完成后，两个防渗注浆孔组合为一个圆形通道。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1.本发明现场施工可操作性好；

2.构件连接质量可靠；

3.防水防渗性能好；

4.装配作业效率高，安装快速，拆卸简易；

5.预制箱型构件能有效节约工程材料，大幅降低预制构件重量，同时不影响构件刚度，相比传统基坑支护结构更易保证结构的整体性和施工质量，保证抗变形能力，降低基坑支护成本，工程实施效果良好。

附图说明

图1为本发明装配式基坑支护结构标准片a示意图；

图2为本发明装配式基坑支护结构标准片a侧视图；

图3为本发明装配式基坑支护结构标准片a剖面图；

图4为本发明装配式基坑支护结构标准片b示意图；

图5为本发明装配式基坑支护结构标准片c示意图；

图6为本发明装配式基坑支护结构预制钢混桩示意图；

图7为本发明装配式基坑支护结构预制钢混桩剖面图；

图8为本发明装配式基坑支护结构预制钢混桩正视图；

图9为本发明装配式基坑支护结构预制钢混桩侧视图；

图10为本发明装配式基坑支护结构螺栓示意图；

图11为本发明装配式基坑支护结构横向错缝安装三维示意图；

图12为本发明装配式基坑支护结构横向错缝安装示意图；

图13为本发明装配式基坑支护结构横向错缝安装剖面图；

图14为本发明装配式基坑支护结构纵向错缝安装示意图；

图15为本发明装配式基坑支护结构横纵向错缝安装示意图；

在图1～15中包括有：

1-标准片a

11-梯形榫头、12-梯形榫槽、13-防渗注浆孔、14-预留长螺栓孔、15-螺栓防转榫槽、16预留短螺栓孔、17-钢板、18-混凝土

2-标准片b

21-梯形榫头、22-梯形榫槽、23-防渗注浆孔、24-螺栓孔、25-螺栓防转榫槽

3-标准片c

31-梯形榫头、32-梯形榫槽、33-防渗注浆孔、34-螺栓孔、35-螺栓防转榫槽

4-预制钢混桩

41-预制钢混桩前部、42-预制钢混桩后部、43-预制钢混桩头、44-钢板、45-混凝土、411-梯形榫头、412-梯形榫槽、413-防渗注浆孔、414-加劲肋、415-预留深螺栓孔、416-预留浅螺栓孔、421卡托、422-加劲肋

5-长直螺栓

51-六角螺帽、52-螺栓防转榫头、53-六角螺母、54-丝杠

6-直螺栓

61-六角螺帽、62-丝杠

7-封口螺栓

71-圆头螺帽、72-一字槽、73-丝杠

8-土体

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

现结合上述各附图例，进一步阐述本发明。

如图1～图5所示，一方面，考虑到运输拼装的简单化、各个土层开挖深度，希望采用尺寸较小的标准片；另一方面，为了降低标准片单位面积的制造成本，减少容易造成漏水等弱点的接头数、接头总长度及螺栓数，及为了拼装次数的减少而缩短工期等，希望采用较大的标准片。考虑到实际工程，在较多基坑开挖过程中，土层开挖情况等等，提出了三种标准片设计，分别为预制标准片a1尺寸为1000mm×1000mm×500mm、标准片b2尺寸为1000mm×500mm×500mm、标准片c3尺寸为1000mm×2000mm×500mm。本案例提出三种标准片设计，但不仅仅局限于这三种，可根据实际工程和施工现场实际情况，结合吊装机械等确定出适合项目工程的标准片尺寸。

同时，考虑到每种标准片方便安装，将所有标准片制作为箱型标准片，在不影响每种标准片刚度、抗变形能力以及接头刚度的情况下，内部挖槽以减轻重量。

如图2所示，考虑到标准片拼装和实际土层开挖情况，在标准片a1横向和纵向接头处设置梯形榫头11和梯形榫槽12。梯形榫槽12深度为50mm，宽度为220mm，梯形榫头11顶部宽度为160mm。无论是边开挖边支护，还是开挖完成后支护，均需接头处平整干净。

考虑到标准片在拼装过程中为了防止土颗粒进入从而影响拼装，所以设置标准片的上部为梯形榫头11，下部为梯形榫槽12。本实施例设置标准片a1左侧为梯形榫头11，右侧为梯形榫槽12。标准片b2和标准片c3与标准片a1在接头位置设计相同。这样的设置，不仅能够保证拼装过程中接头处平整干净，同时满足了不同尺寸标准片的拼装要求，为不同尺寸的标准片拼装提供了方法。

如图3所示，标准片a1制作形式为外部为钢板17，内部填充为混凝土18，面层处钢板17厚度为2mm，考虑到接头处受力较大，设置接头处钢板17厚度为5mm。同时设置预留长螺栓孔14和预留短螺栓孔16，两种螺栓孔直径均为30mm，考虑到安装整体刚度以及防水防渗性能，同时为了便于安装，预留长螺栓孔14和预留短螺栓孔16设置位置在梯形榫头11及梯形榫槽12处。螺栓成对设置，可有效抵抗标准片受到的弯矩作用。这样的设置可以满足在施工途中及完成后的荷载不会损害其安全性能与耐久性能，同时，可以确实可靠地进行拼装，且可以保持拼装后的形状。

为了确保基坑装配式支护结构防水防渗性，标准片a1构件均设置防渗注浆孔13，防渗注浆孔13截面形式为半圆形，当相邻构件拼装完成后，两个防渗注浆孔13组合为一个圆形通道，在整个装配式支护结构完成后，可以通过向其压入防渗砂浆，或者在拼装前设置橡胶止水带，从而达到整个墙面的防水防渗性。这样，在受到平常荷载及地震影响时，即使产生了一定的接头变形量，也可以保证所需的止水性能。同时，在受到施工过程中支护土压力等临时荷载的作用时，具有确实可靠的止水性能。

如图6～图9所示，预制钢混桩4纵向宽度为500mm，横向宽度为1000mm，横向分为预制钢混桩前部41和预制钢混桩后部42，在深度方向的长度可以根据开挖基坑进行制作，本实施例预制钢混桩4长度为8000mm。在使用本发明装配式基坑支护结构，在基坑开挖前，需要将预制钢混桩4压入预先设置的土层中，预制钢混桩前部41设置有梯形榫头411和梯形榫槽412，并且设置有预埋长螺栓孔415和预埋短螺栓孔416，两种螺栓孔在梯形榫头411和梯形榫槽412预埋深度不同，榫头处预埋深度为135mm，榫槽处设置深度为85mm，同时设置有防渗注浆孔413。同时，为了标准片构件安装快速以及安装位置准确，在预制钢混桩后部42上设置了卡托421，卡托421宽度为100mm。

同时，考虑到在侧向土压力下，支护结构受力更加合理，预制钢混桩4的梯形榫头411、梯形榫槽412、防渗注浆孔413设置在预制钢混桩前部41，进而同时对基坑内的结构施工形成一个平整的支护平面。

如图7所示，预制钢混桩4外部为钢板44，内部填充为混凝土45，接头处钢板厚度为5mm，除预制钢混桩前部41接头外，其他部位钢板设置厚度为2mm。同时，为提高桩整体刚度以及抗变形能力，在预制钢混桩4内部设置加劲肋414。整个预制钢混桩4在长度方向截面固定，设置预制钢混桩头43，预制钢混桩头43尺寸长度为1000mm，从而满足预制钢混桩4顺利打入土体8的要求。

如图10所示，本发明装置提供了3种螺栓设计，分别为长直螺栓5、直螺栓6、封口螺栓7。

长直螺栓5用于标准片构件之间的拼装，其尺寸长度为415mm，设置六角螺母51和六角螺帽52，高度为30mm，螺栓直径为30mm；丝杠54长度尺寸为100mm；在螺帽51处设置螺栓防转榫头52，其尺寸厚度为10mm，长度为40mm，从而有利于在安装过程中防止长直螺栓5转动打滑。螺栓防转榫头52与标准片a1中螺栓防转榫槽14相配合对应。

直螺栓6用于标准片与预制钢混桩4之间的拼装，其尺寸长度为265mm，设置六角螺帽61，高度为30mm，螺栓直径为30mm；丝杠62长度为100mm。

封口螺栓7用于预制钢混桩4，其尺寸长度为64mm，丝杠72尺寸长度为50，设计采用圆头螺帽71，并在螺帽上设置一字槽72，槽深度为5.8mm，宽度为3mm，在打桩之前，安装在预制钢混桩4上，防止土体8进入，可避免土颗粒污染预埋长螺栓孔415和预埋短螺栓孔416。

如图11～图15,所示，本实施例提供了三种支护结构拼装形式，分别为横向错缝拼装、纵向错缝拼装、横纵向错缝拼装。错缝拼装有利于提高基坑支护结构抗剪和抗变形能力，提高安全性，有利于结构防水防渗，提高结构整体刚度。

实施例中展示的每相邻桩之间净距为4m，但实际工程不局限于本案例，可根据土体8类型、开挖形式、开挖深度、具体受力等荷载情况来确定拼装类型及预制钢混桩4布置数量和位置。

应用本实施例的可拆卸基坑装配式支护结构时，首先，根据开挖深度、土体8性质、受力状况等确定预制钢混桩4的尺寸长度，经工厂制造，运送到施工现场。标准片可以在现场或者在预制工厂制造。在施工现场，首先安装旋入封口螺栓7至桩体上预埋长螺栓孔415和预埋短螺栓孔416处。然后，使用打桩机将预制钢混桩4打入指定位置和深度。完成打桩过程后，进行基坑开挖。土层开挖一般是分层开挖，开挖达到一层标准片深度时，清理桩体预埋长螺栓孔415和预埋短螺栓孔416接头处，使其保持表面干净整洁后，旋出封口螺栓7。随后，安装标准片a1，使其梯形榫头11对准预制钢混桩4的梯形榫槽412处，垂直插入，随即进行螺栓连接，取四个直螺栓6，旋入标准片a1与预制钢混桩4的四个预留螺栓孔412中，即固定标准片a1至预制钢混桩4，本标准片安装完毕。

在上一块标准片完成后，安装相邻标准片。同样，使标准片的梯形榫头11对准相邻标准片梯形榫槽12，垂直插入，随即进行螺栓连接，取四个长直螺栓5，首先将长直螺栓5插入螺栓孔14，将螺栓防转榫头52对准插入螺栓防转榫槽15，随后安装六角螺母53。而每层最后安装的标准片，须将土层向下超挖一个标准片的深度，在待安装标准片位置下方，将待安装标准片的榫槽和榫头对准上方已安装标准片的榫头和榫槽，由下向上插入，随即安装螺栓，第一层的最后一个标准片需要四个长直螺栓5，同样的操作，用于螺栓连接相邻标准片，同样需要四个直螺栓6，用于标准片与预制钢混桩4之间的螺栓连接，螺栓安装完成后，第一层标准片安装完毕。

随即进行下一层土层开挖，开挖完成后，同样的操作，进行下一层的标准片安装，在第二层以后的标准片安装中，在每个标准片上部，需要使用四个长直螺栓5与上一层标准片进行螺栓连接。随后的安装采用的均是相同的操作，直至安装至开挖基坑底部。

整个支护结构安装完成后，在最后安装标准片的防渗注浆孔13处进行压密注浆。用压密注浆机在最后安装的标准片底部，对准防渗注浆孔13向其中压入防水防渗性能较好的柔性浆液，使浆液由下而上对标准片和桩体形成的防渗注浆孔13进行填充注满。待观察到顶层标准片的防渗注浆孔13通道溢出浆液时停止注浆，及达到防渗效果。

本实施例的可拆卸基坑装配式支护结构进行拆除时，遵循先拆除一层标准片结构，后回填一层土，由下而上进行拆除和回填，这样可保证基坑支护结构和土体8稳定，进而保证施工过程的安全性。