专利名称：用于上软下硬土层的超深t形槽壁桩及其成槽施工方法
技术领域：
本发明属于建筑基础工程领域，尤其涉及桩基础及成槽施工方法的技术领域。
背景技术：
槽壁桩是采用地下连续墙成墙工艺形成矩形截面桩作为建筑物、构筑物的基础形式，承受上部结构荷载。与常规的钻孔桩、预制桩基础相比，槽壁桩具有竖向承载能力高、刚度大，可根据墙体布置灵活调整基础水平刚度等特点，可在工程应用中取代常规的钻孔桩、预制桩基础，直接作为建筑物的单桩或群桩基础。槽壁桩在国外得到了长足的发展和广泛的应用，在国内高层建筑的深基础工程中应用较为常见，深基础工程在基坑施工阶段常采用槽壁桩作为围护结构，而在正常使用阶段槽壁桩又作为地下室结构外墙和墙下承重的桩基础使用，使槽壁桩发挥3种使用功能，经济效益较为显著。但由于受到自身截面形状的影响，槽壁桩的长短边方向的水平刚度差异较大，当水平荷载的作用方向平行于槽壁桩的长边方向时，由于该方向的截面模量较大受力较为合理。但当水平荷载的作用方向平行于槽壁桩的短边方向时，由于该方向的截面模量较小受力较为不利。而T形槽壁桩则可以比矩形截面槽壁桩较好地确保槽壁桩在两个正交方向的刚度和受力均勻性，加强水平荷载作用方向的刚度，在整体上提高对水平荷载的抵抗能力。同等截面积的T形槽壁桩与钻孔桩、方桩相比，其截面周长大，增大了与土层接触面，增加了 T形槽壁桩的侧壁摩阻力以及端承力，从而提高了 T形槽壁桩的竖向承载能力，同时其截面模量大，也可承受更大的水平荷载，可将其应用到上部软弱土层厚、持力层埋深大、承受的土压力大、结构运营期间对沉降要求严格等刚度要求突出的工程，例如大型码头工程，可减少码头的工后沉降和水平位移，在降低工程造价的同时，提高结构使用性能，具有明显经济性，公开号为CN201962688U，
公开日为2011.09. 07，发明名称为“地下连续墙码头桩基础结构”的中国实用新型对此有详细描述。槽壁桩较多采用液压抓斗成槽机进行成槽施工，但与常规的矩形截面槽壁桩相比，槽孔深度超过50m的超深T形槽壁桩在覆盖层上部为软弱土层而下部为硬土层时的成槽施工难度大，在于存在成槽施工的两个主要技术难题(I)T形槽壁的阳角部位土体呈两面临空状态，施工过程中槽壁扰动多，槽壁容易整体失稳或局部坍塌，桩底沉渣厚度过大，施工风险很高；(2)常规液压抓斗成槽机在下部硬土层的标准贯入击数超过30击时，则挖掘速度下降较快，当超过50击则挖掘效率会急剧下降，对成槽机的切削能力、纠偏功能及成槽工艺是严峻的挑战，成槽速度仅为0. 3 0. 5m/h ； (3)成槽的垂直精度很难保证，但T形槽壁的垂直精度要求高，如《港口工程地下连续墙结构设计与施工规程》(JTJ303-2003)规定的垂直精度控制1/150并不适用于槽深30m以下的T形槽壁桩施工，垂直精度必须达到1/300以上，否则即使控制好T形槽壁桩的钢筋笼的起吊变形，只要T形槽壁的垂直精度有1个方向达不到要求，其钢筋笼就会被卡住而无法顺利下放到位。因此，上软下硬土层条件下应用超深T形槽壁桩时，目前为解决成槽施工的上述主要技术难题采取的技术手段，一是在成槽方法上普遍采用双轮铣槽机铣削成槽，或者是“抓铣结合”的成槽方法，如公开号为CN101289853，
公开日为2008. 10. 22，发明名称为“软土地区地下连续墙成槽的施工方法”的中国发明专利申请所述，即对于上部软弱土层采用液压抓斗成槽机成槽，进入硬土层后采用双轮铣槽机铣削成槽；二是设计方案上，T形槽壁桩设计时布置T形截面不通到桩底，只在槽壁桩的上部30 40m深度范围内采用T形截面，往下则取消T形截面的两侧翼缘；或者设计时为降低液压抓斗成槽机的成槽施工难度，干脆将T形槽壁桩的槽孔深度设计成不超过50m。(1)设计方案上存在的问题T形槽壁桩采取只在上部30 40m深度范围内采用T形截面，往下则取消T形截面的两侧翼缘的设计方案时，虽然可以降低成槽工艺方法和控制的难度，在槽壁的垂直精度满足1/150情况下，将其钢筋笼顺利下放到位，但如此一来也减少了该槽壁桩下部的截面积及与土层接触面积，减少了 T形槽壁桩的侧壁摩阻力、端承力以及水平刚度，从而降低了 T形槽壁桩的竖向承载能力和水平荷载的抵抗能力，削弱了应用超深T形槽壁桩的工程意义。这种T形槽壁桩实际上已经不是真正意义上的超深T形槽壁桩。(2)成槽方法上存在的问题双轮铣槽机铣削成槽对土层适应性强，可用于铣削人工填筑层、粉细砂层、砂层和强风化基岩层，自带有垂直精度检测装置和液压纠编装置，具有铣削效率及成槽垂直精度高、成槽孔形规则、槽壁的防坍塌能够得到保证、清孔效果好等明显的特点，但双轮铣槽机设备庞大，对场地要求较高；配套设备较多，场地需用面积较大；国内目前使用的双轮铣槽机主要为进口设备，并且数量相对很少，如在使用过程中主要零配件损坏，必须从国外进口，对工程进度将产生重大影响，满足不了施工进度要求，维修费用和技术要求也高。双轮铣槽机的租赁费用昂贵，若采取购置方式，由于整机及零配件价格昂贵，一次性投入巨大，成本高昂。液压抓斗成槽机是目前国内使用最为普遍的成槽设备，数量也较多；该类型设备的闭合力大，挖槽能力强，并且多设有电脑测斜和液压纠编装置，可以保证较高效率、高质量地挖槽，适合于粘性土、砂质土的覆盖层直接抓挖施工。但挖槽深度超过50m或者标准贯入击数达50击的土层中，工效较低。由于液压抓斗成槽机的抓斗频繁上下抓土、出土，对槽壁扰动多，不利于槽壁的稳定。液压抓斗成槽机已经实现国产化生产，购置或租赁成本、维护费用较低，维修也较简便；但与双轮铣槽机相比，要求液压抓斗成槽机开挖的槽壁垂直精度达到1/300以上的控制难度较大，也需要另外配备清孔设备进行清孔。具体综合比较见表1所示，其中对液压抓斗成槽机则重点比较了国内使用较多的上海宝峨和上海金泰两个品牌的产品。表1成槽工艺方法及设备对比
权利要求
1.用于上软下硬土层的超深T形槽壁桩的成槽施工方法，其特征在于包括以下步骤(1)导墙施工前对T形槽壁的每个阳角处进行软弱土体的预加固处理；(2)开挖导墙基坑，并对导墙底部区域存在的极软弱土层进行处理，使导墙基底的承载力彡 IOOkPa ；(3)采取“钻抓结合”的成槽施工方式，采用大型旋挖钻机施工引导孔至桩底，T形槽壁桩的两翼对称位置各挖钻一个引导孔，T形槽壁桩的腹板位置挖钻一个或两个引导孔，再用液压抓斗成槽机按先翼板后腹板的抓土顺序进行挖槽施工，最后用泥浆净化滤砂机配合气举反循环设备清孔。
2.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于在步骤(1)导墙施工前，对T形槽壁的每个阳角处施工3根水泥搅拌桩以对软弱土体进行预加固处理。
3.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于步骤O)中对导墙底部区域进行土体处理的方式包括换填并碾压密实，或高压旋喷加固处理。
4.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于成槽施工时，采用高屈服型膨润土、 重晶石粉及CMC配制的复合膨润土泥浆进行护壁，泥浆中掺入重晶石粉来提高泥浆密度到1.25g/cm3。
5.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于所述“钻抓结合”的成槽施工方式以 1台旋挖钻机、2台液压抓斗成槽机、1套清孔设备配成一组成槽设备，其中所述清孔设备由 1台泥浆净化滤砂机、2台空压机及若干导管组成；2台液压抓斗成槽机按不同的挖槽深度进行流水施工，第1台负责槽孔0 40m深度的挖槽施工，第2台则负责槽孔40m 设计深度的挖槽施工。
6.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于所述T形槽壁桩的槽孔深度为55 65m,桩体的翼板及腹板的厚度相同，为0. 8 1. 2m，翼板的长度为2. 8m，腹板的长度为2.5 4. 2mο
7.根据权利要求7所述的施工方法，其特征在于所述腹板长度为2.5 2. 8m，采用三钻二抓施工方式，T形槽壁桩的翼板两末端位置分别对称地挖钻一个引导孔，T形槽壁桩腹板在远离两翼的一端挖钻一个引导孔，在使用液压抓斗成槽机时先对翼板两引导孔间位置挖槽施工，接着对翼板与腹板引导孔间位置挖槽施工。
8.根据权利要求7所述的施工方法，其特征在于所述腹板长度为3.4 4. 2m，采用四钻三抓施工方式，T形槽壁桩的翼板两末端位置分别对称地挖钻一个引导孔，T形槽壁桩的腹板在远离两翼及靠近两翼的位置分别挖钻一个引导孔，在使用液压抓斗成槽机时先对翼板两引导孔间位置挖槽施工，接着对腹板两引导孔间位置挖槽施工，最后对翼板与腹板近翼引导孔间位置挖槽施工。
9.应用如权利要求1 8任一施工方法所得的用于上软下硬土层的超深T形槽壁桩。
10.根据权利要求9所述的用于上软下硬土层的超深T形槽壁桩，其特征在于T形槽壁桩的翼板及腹板的端头位置为外张的半圆形。
全文摘要
本发明公开了一种用于上软下硬土层的超深T形槽壁桩及其成槽施工方法，其中施工步骤包括(1)对T形槽壁的每个阳角处进行软弱土体的预加固处理；(2)开挖导墙基坑，并对导墙底部区域存在的极软弱土层进行处理，使导墙基底的承载力≥100kPa；(3)采取“钻抓结合”的成槽施工方式。采用本发明的方法可较大幅度地提高成槽施工效率，降低成本，具有显著的经济性。
文档编号E02F5/02GK102561361SQ20121005498
公开日2012年7月11日 申请日期2012年3月5日 优先权日2012年3月5日
发明者刘天云, 周翰斌, 林治平, 荣劲松, 陈日胜, 陈米 申请人:中交四航局第一工程有限公司, 中交第四航务工程局有限公司