组合增强体连续墙及其施工方法与流程

本发明涉及土木工程中基坑工程技术领域内的基坑围护地下连续墙，具体是指一种组合增强体连续墙及其施工方法。

背景技术：

当前，土木工程中的建筑工程和其它工程的基坑围护(也称基坑支护)工程中，在坑侧壁用来挡土挡水的围护墙，通常为型钢水泥土连续墙和混凝土地下连续墙。型钢水泥土连续墙由于型钢是租赁的，成本与工期有关，不是本发明比较的技术范围和类型。混凝土地下连续墙具有抗弯刚度大、基坑变形小、安全度高等优点，但是另一方面，其也有工程造价高、施工速度慢、工艺复杂、难度高、外排泥浆污染大等缺点。混凝土地下连续墙不仅施工工艺复杂，对施工人员的要求更高，而且会产生大量的废弃泥浆。在大城市，泥浆外排的费用愈来愈高而且趋势愈来愈强，并且当前在上海等大城市的泥浆外排不仅是费用高的问题，而且已经出现无处可排的难题。

技术实现要素：

本发明的目的是克服上述现有技术中的缺点，通过引入一种组合增强体技术，提出了一种组合增强体连续墙，不仅克服了混凝土地下连续墙的缺点，工艺简单，绿色环保，也同时提高了施工速度，在同样安全度的前提下显著降低工程成本。经过实际工程的比较和计算可知，本发明提供的组合增强体连续墙在同刚度比较的前提下，不仅可以替代混凝土地下连续墙，节约成本超过一半，而且也可以替代混凝土灌注桩(加止水帷幕)围护形式进行基坑围护。另外，本发明与传统围护桩墙相比，在结构安全度和止水效果方面更加可靠。

为达到上述目的，本发明提供的组合增强体连续墙及其施工方法采用以下技术方案：

所述的组合增强体连续墙，其主要特点是，所述的组合增强体连续墙由竖向增强体、联结体、体冠、内充料和外辅料组成，竖向增强体在竖直方向设置在连续墙内，所述的联结体连接所述的竖向增强体，体冠位于所述的竖向增强体的顶部，竖向增强体由联结体和体冠连接后形成组合增强体，内充料位于所述的竖向增强体内，外辅料位于所述的竖向增强体外。所述的组合增强体连续墙，是竖向设置在基坑侧壁的土体中的结构构件，其一侧是土体，另一侧是开挖的基坑。所述的组合增强体连续墙相当于竖向设置的弹性地基梁，其受力特点是梁的受力特点。

上文所述的竖向增强体，其主要特点是，所述的竖向增强体包括管体和位于管体内的与管体轴线平行的线形体，或者所述的竖向增强体只包括管体。可选的，所述的管体为钢管、铝管、合金管或塑料管，所述的管体断面形状为圆形、椭圆形、矩形、菱形或者三角形；可选的，所述的线形体为预应力筋、普通钢筋、碳纤维、化学纤维或玻璃纤维，所述的预应力筋为钢丝、钢绞线或预应力螺纹钢筋，所述的管体内的线形体至少为一根。

所述的管体是各种材料和各种断面形状的管状体的统称；所述的线形体是各种材料的线状体的统称。其它合适的材料和形状的管体、线形体也适合作为竖向增强体。管体和线形体可以在管体的上端和下端连接，形成带线形体的竖向增强体。管体和线形体可以由锚环直接连接，也可以通过端板和锚环进行连接，也可以通过其它合适的形式进行连接。线形体主要受拉，可以施加预加力，特定情况下也可以受压，根据工程情况而不同。

带线形体的管体和不带线形体的管体是竖向增强体的两种必要形式，互为补充，根据实际工程的连续墙的抗弯刚度和抗弯承载力的匹配情况合理选择其一。组合增强体刚度有余而承载力不足时选带线形体的管体，否则选不带线形体的管体。

可选的，上文所述的联结体为型钢、钢管、扁钢、钢筋、钢管混凝土、铝型材、合金型材、塑料构件或带孔的板材，板材材料为钢、铝、合金或塑料，所述的联结体与所述的竖向增强体相互斜向连接、垂直连接、平行连接或者斜向垂直平行组合连接。

上文所述的体冠是一个多功能构件，因其位于组合增强体的顶部且连接着一组竖向增强体，本文称之为体冠。这个多功能体冠既可以作为组合增强体吊装时的着力体，又可以作为机械设备强插组合增强体进入外辅料沟槽时的着力体；既可以永久固定在一组竖向增强体上一次性使用(此时成为组合增强体的一个加强构件)，又可以制成可组装、可拆卸的构件，作为工具重复使用。此处所述的着力体是指机械设备对组合增强体施加外力时的传力构件，其一般是一个加强构件，将施工时外部施工设备的外力可靠有效地传递到组合增强体上。由于体冠一般要承受较大的机械外力，因此所用材料较多，重复使用将会节省很多材料，一般在可行的情况下多次重复使用，除非遇到困难而无法回收。体冠是组合增强体连续墙不可或缺的构成部分，没有这个体冠，组合增强体将无法到达预定的位置，无法完成组合增强体连续墙的施工。体冠的提出和使用，是本发明具有创造性的有益效果之一。

所述的体冠，其主要特点是，所述的体冠位于所述的竖向增强体的顶部，连接、固定至少两根所述的竖向增强体，所述的体冠为呈“一”字形、“T”字形、“Y”字形、“A”字形或“十”字交叉形的构件，或是上述几种形式的组合；所述的体冠为型钢、钢管、扁钢、钢筋、钢管混凝土或合金型材；所述的体冠可以组装拆卸，重复使用，或永久固定，一次性使用。

体冠与竖向增强体组装连接时，可选的，连接方式可采用“双半环”式、“单环”式、“U形环”式，其中“双半环”式是将两个半圆环通过螺栓扣在竖向增强体上；“单环”式是将一个带缺口的环通过螺栓扣紧在竖向增强体上；“U形环”式是将一个半开口的“U”形环，扣在竖向增强体上再通过螺栓加力扣紧锁定。其它形式的体冠与竖向增强体组装连接方式也适合用于组合增强体连续墙。

上文所述的竖向增强体一般位于所述的组合增强体连续墙的墙体内的两侧，每侧各一排，承受连续墙弯矩产生的竖向力，也可以多于两排布置。两排竖向增强体可以成列对齐布置，也可以交错呈梅花形布置，又可以一排疏一排密布置。每一个竖向增强体和另一排中的至少一个竖向增强体通过联结体连接成一组，一排内相邻的两个竖向增强体可以连接，也可以不连接。由此，竖向增强体可以形成两个一组、三个一组、四个一组或者更多个一组的布置形式，但是一组至少两个。“一”字形的体冠适合用于两个一组的布置形式；“T”字形、“Y”字形或“A”字形的体冠适合用于三个一组的布置形式；“十”字形的体冠适合用于四个或更多个一组的布置形式。

上文所述的内充料，其主要特点是，所述的内充料是位于所述的管体内的粘结性材料，所述的内充料为水泥浆、水泥砂浆、混凝土或水泥土。其它合适的粘结性材料也适合用作内充料。

上文所述的外辅料，其主要特点是，所述的外辅料是粘结性材料，其平面布置形状不受限制，所述的外辅料为水泥土、灰土、三合土或粘性土。其它合适的粘结性材料也适合用作外辅料。

内充料是对竖向增强体的又一次增强，和竖向增强体粘结为一体，相互作用，共同受力；外辅料凝结后辅助组合增强体共同受力，承担并传递水土压力，提供在外辅料沟槽中插入组合增强体的机会和条件。一般情况下，外辅料强度一般小于内充料的强度，使得较高强度的内充料和较低强度的外辅料各得其所，好钢用在刀刃上，充分发挥材料的受力机能。

本发明还公开了一种组合增强体连续墙的施工方法，包括如下步骤：

工序1，组合增强体组装，同时并行进行外辅料施工制作；

工序2，吊装并插、压组合增强体进入充满外辅料的沟槽内并停在预定的标高；

工序3，内充料施工；

工序4，内充料和外辅料达到预定的时间后形成组合增强体连续墙。

其中，工序1中的外辅料，可以采用各种工法施工完成：

可选的，当外辅料为水泥土时(适用于高水位地区)，目前已有的水泥土施工机械各式各样，如两轴搅拌桩机、三轴搅拌桩机等，均可用来完成水泥土的施工。

可选的，当外辅料为灰土时(适用于低水位地区)，可利用水泥土施工机械进行搅拌，但将水泥换成石灰。

可选的，当外辅料为三合土时(适用于低水位地区)，可利用外辅料为灰土的施工制作方法，再在灰土浆中掺入砂石，即成为三合土外辅料。

可选的，当外辅料为粘性土时(适用于无地下水地区)，可利用原状土作为外辅料，在原状土中成孔或槽，插入组合增强体，再在组合增强体和原状土的间隙内填充水泥土浆、水泥浆、水泥砂浆或混凝土等粘结性材料。或者，以搅拌机械搅拌原状土，施工制作外辅料土，然后疏干泥浆中的水份。

工序1中的组合增强体组装，是以联结体连接一组竖向增强体，然后安装体冠(在外辅料结硬后可以拆卸或不拆)。

工序2中的吊装和插压组合增强体，关键点是对体冠的使用，吊点和机械插压时的着力点都在组合增强体的竖直重心轴线上，以保证组合增强体的竖直定位。

可选的，工序3中的内充料施工，是在组合增强体到位后，直接在管体中填充水泥浆、水泥砂浆或混凝土；对于底端没有封闭的管体，在插压组合增强体的过程中，水泥土浆可能会直接进入管体内，在组合增强体到位后，仍需采取措施填实水泥土浆。

可选的，工序3中的内充料施工，当采用水泥浆、水泥砂浆或混凝土作为内充料时，也可以提前安装组合增强体，先进行内充料施工，内充料达到龄期后再插压进入充满外辅料的沟槽内，相当于制作一个预制构件。

本发明的有益效果是，与同类技术相比，组合增强体连续墙具有以下优点：

1、绿色环保，几无泥浆外排，极大改善大中城市的基坑施工条件和施工影响；

2、显著降低工程成本，比传统混凝土地下连续墙节约一半以上的成本，比混凝土灌注桩(加止水帷幕)围护形式至少节约1/3成本；

3、比传统混凝土地下连续墙的施工速度极大提高；

4、采用水泥土作外辅料时，连续墙整体无接缝且墙体较厚，止水性能比分段施工的混凝土地下连续墙更好；

5、工艺简单、可靠，便于操作，组合增强体可在地面检测有保证，外辅料施工难度远远小于混凝土地下连续墙，内充料填在管体内质量更有保证；

6、具有更优越的结构延性性能；

7、与土层特点没有关系，适应性强。

附图说明

图1为本发明的(两个竖向增强体为一组的)组合增强体连续墙的横剖面图。

图2为本发明的(交错布置的三个竖向增强体为一组的)组合增强体连续墙的横剖面图。

图3为本发明的(疏密布置的三个竖向增强体为一组的)组合增强体连续墙的横剖面图。

图4为本发明的(成列对齐的四个竖向增强体为一组的)组合增强体连续墙的横剖面图。

图5为本发明的包含内充料的竖向增强体(管体)的横断面图。

图6为本发明的包含内充料的竖向增强体(管体和线形体)的横断面图。

图7为本发明图1至图4中A-A剖视位置的组合增强体的纵剖面图，其中联结体为垂直、斜向、水平杆件的组合连接。

图8为本发明图1至图4中A-A剖视位置的组合增强体的纵剖面图，其中联结体为带孔的板材。

图9为本发明的管体和线形体由锚环直接连接的俯(仰)视图。

图10为本发明的管体和线形体由端板和锚环连接的俯(仰)视图。

图11为本发明的“一”字形体冠的俯视图。

图12为本发明的“T”字形体冠的俯视图。

图13为本发明的“Y”字形体冠的俯视图。

图14为本发明的“A”字形体冠的俯视图。

图15为本发明的“十”字交叉形体冠的俯视图。

图16为本发明的体冠与竖向增强体的“双半环”式组装连接的俯视图。

图17为本发明的体冠与竖向增强体的“单环”式组装连接的俯视图。

图18为本发明的体冠与竖向增强体的“U形环”式组装连接的俯视图。

附图标记：

1 竖向增强体

2 联结体

3 外辅料

4 内充料

5 管体

6 线形体

7 体冠

8 空腔

9 锚环

10 端板

11 螺栓

12 孔

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。

请参阅图1～18所示，将竖向增强体1的管体5通过联结体2连接在一起；将线形体6穿入管体5，通过锚环9连接在管体5上，或者通过锚环9和端板10连接在管体5上，形成带线形体6的竖向增强体1；将体冠7通过螺栓11组装在相同的该组竖向增强体1上，并拧紧螺栓11，形成一组组合增强体，即完成组合增强体的组装工作。

同时并行进行外辅料3施工制作。

待外辅料施工足够的槽段长度后，利用吊装设备吊住体冠7，将组合增强体吊至沟槽上方，定位后沉入沟槽内的外辅料3中，再利用机械设备(比如机械手)夹住体冠7向下插压，使得组合增强体彻底到达设计的深度。

内充料4施工，在管体5内填入内充料4，等外辅料3凝结后，取下体冠7重复使用，待到外辅料3和内充料4达到设定的龄期，即完成组合增强体连续墙的施工工序。

组合增强体连续墙的具体实施方式如下：

实施例1

第一步：(请参阅图1至图17所示)按上文所述加工制作组合增强体。

第二步：按上文所述施工制作水泥土外辅料。

第三步：在水泥土初凝前，快速插入组合增强体到预定位置。

第四步：按上文所述施工方法填入内充料，等外辅料凝结后可拆下体冠重复使用。

第五步：外辅料和内充料凝结后达到设定的龄期，即形成组合增强体连续墙。

实施例2

第一步：同实施例1。

第二步：按上文所述施工制作灰土外辅料。

第三步：在灰土浆液初凝前，快速插入组合增强体到预定位置。

第四步：同实施例1。

第五步：同实施例1。

实施例3

第一步：同实施例1。

第二步：按上文所述施工制作灰土外辅料。

第三步：在灰土浆初凝前，快速插入组合增强体到预定位置，并在灰土浆中拌入砂石，形成三合土外辅料。

第四步：同实施例1。

第五步：同实施例1。

实施例4

第一步：同实施例1。

第二步：按上文所述，以搅拌机械搅拌原状土，施工制作土外辅料。

第二步：在泥浆沉淀变稠前，快速插入组合增强体到预定位置，然后疏干泥浆中的水份。

第三步：同实施例1。

第四步：同实施例1。

实施例5

第一步：同实施例1。

第二步：用成孔桩机在原状土体中施工制作适合组合增强体断面形状的桩孔。

第二步：在原状土体的桩孔中快快速插入组合增强体到预定位置。然后在组合增强体和原状土体的间隙中填充水泥土浆、水泥浆、水泥砂浆或混凝土等粘结性材料。

第三步：同实施例1。

第四步：同实施例1。

本发明提出的组合增强体连续墙技术，无论安全性、经济性方面，还是施工便利、绿色环保、适用范围等方面都比传统同类围护桩墙具有显著的创造性和有益性，将会给基坑工程的设计和施工领域带来巨大的经济效益和社会效益。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。