地下基桩管幕支撑结构及施工方法与流程

本发明涉及地下工程建筑技术领域，具体地指一种地下基桩管幕支撑结构及施工方法。

背景技术：

目前，伴随地下工程建设的大量展开，无论在国内还是国外，既有工程结构下方再实施地下工程的案例越来越多。对于采用桩基础的既有工程而言，需要进行桩基托换以提供新建地下工程通道的例子也随之增加。

桩基托换的核心问题是既有桩基荷载的转换，即采用主动或被动托换技术将既有桩基荷载转换到新建结构上。一般而言，现在的荷载转换是通过在既有基桩1的两侧新筑基桩2后，再在两新筑基桩2上浇筑托换梁3形成门式结构，从而予以完成托换，具体结构如图1中所示。

显而易见，门式结构跨度越大，托换实施难度也越大。鉴于桩基托换过程中新筑门式结构跨度要大于新建地下结构的宽度，因此对于此种托换方式而言，一定程度上限制了新建地下结构的横向跨度，对构筑大空间地下结构具有一定的限制。

同时，如果既有基桩结构的下方无空间构筑门式结构时，或需要提前开展地下暗挖作业，会导致整体托换代价及实施风险相对提高。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种地下基桩管幕支撑结构，可对地下基桩实现支撑和荷载转移并且不限制其下方新建地下结构的跨度。

为实现上述目的，本发明所设计的地下基桩管幕支撑结构包括基桩及设置在所述基桩周围的水平管幕，所述水平管幕包括支托管、支托管连接件、植入加强连接件及填充物；所述支托管水平设置在所述基桩两侧，并通过所述支托管连接件连接以形成一个贯通腔体；所述植入加强连接件横向置于所述腔体内，并穿过所述基桩上的定位孔；所述填充物填充在所述腔体内。

作为优选方案，两相邻所述支托管之间对应的管壁上沿轴向开设有连接窗口；两相邻所述支托管之间的两相对的所述连接窗口的上边和下边之间分别设有所述支托管连接件相连。

作为优选方案，所述支托管为钢管，所述支托管连接件为连接钢板，所述植入加强连接件为植入钢筋。

作为优选方案，填充物为现浇混凝土。

作为优选方案，所述支托管连接件与所述支托管在所述支托管的轴向上长度相等。

作为优选方案，所述支托管的轴向长度为所述基桩的直径的5～6倍。

作为优选方案，所述支托管平行设置且位于同一水平面上。

作为优选方案，所述基桩的两侧分别水平平行设置有多根所述支托管，所述植入加强连接件横向伸入每一所述支托管内。

作为优选方案，所述水平管幕下方与地下结构之间用注浆方式设有加固地基。

本发明的目的还在于，提供一种地下基桩管幕支撑结构施工方法，可对地下基桩实现支撑和荷载转移并且不限制其下方新建地下结构的跨度。

为实现上述目的，本发明所设计的地下基桩管幕支撑结构施工方法，包括以下步骤：(a)在基桩预设位置处的两侧分别顶进水平的钢管；(b)在所述钢管的内壁上开设注浆孔，从所述钢管内从所述注浆孔向地层注浆，将所述钢管固定在地层中；(c)从所述钢管内在相邻的所述钢管管壁上沿轴向开槽，形成相应的连接窗口；(d)将两相邻的所述钢管之间的土清除；(e)用连接钢板分别将两相邻的所述钢管之间的所述连接窗口的上边和两相邻的所述钢管之间的所述连接窗口的下边横向焊接连接；(f)在所述基桩上开横向贯穿的定位孔，将植入钢筋穿过所述定位孔，置于所述基桩两侧的所述钢管内；(g)在所述基桩两侧的所述钢管与所述连接钢板之间形成的空腔内注入现浇混凝土，形成设置在所述基桩周围的水平管幕，将所述钢管、所述连接钢板、所述植入钢筋与所述既有基桩连接成一体；(h)切割所述基桩位于所述水平管幕以下的部分；(i)在被切割的所述基桩处的地层中建筑新建地下结构。

作为优选方案，在所述(i)步骤之后，还包括以下步骤：(j)在所述水平管幕与所述新建地下结构之间注浆形成加固地基。

作为优选方案，在所述步骤(a)中，在所述基桩附近构筑竖井或利用所述新建地下结构的竖井，顶进所述钢管。

本发明的有益效果是：本发明的地下基桩管幕支撑结构及施工方法通过在基桩周围设置支托管、支托管连接件、植入加强连接件及填充物形成水平管幕，实现基桩的支撑和荷载转移，这种方式安全风险小，同时用于基桩托换时对新建地下结构的跨度也无限制，具有显著的优势。

附图说明

图1为现有的桩基托换结构的结构示意图。

图2为本发明的第一优选实施例的地下基桩管幕支撑结构的结构示意图。

图3为图2中I处的放大结构示意图。

图4为沿图2中A-A方向的放大截面图。

图5为本发明的第二优选实施例的地下基桩管幕支撑结构的结构示意图。

图中各部件标号如下：既有基桩1、新筑基桩2、托换梁3、水平管幕4(其中，钢管4.1、连接钢板4.2、植入钢筋4.3、现浇混凝土4.4)、加固地基5、新建地下结构6。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

根据上述现有技术的不足，本发明的地下基桩管幕支撑结构采用管幕方式对建筑物的地下桩基进行支撑或既有基桩托换。请参阅图2，本发明第一优选实施例的地下基桩管幕支撑结构包括设置在既有基桩1周围的水平管幕4以及将水平管幕4与新建地下结构6连接的加固地基5。

请结合参阅图3和图4，水平管幕4包括钢管4.1、连接钢板4.2、植入钢筋4.3及现浇混凝土4.4。钢管4.1水平设置在既有基桩1的两侧，两侧的钢管4.1朝向既有基桩1的管壁上对应地设有连接窗口。两块连接钢板4.2分别从上下连接两侧钢管4.1，其中一块连接钢板4.2连接既有基桩1两侧钢管4.1的连接窗口的上边缘，另一块连接钢板4.2连接既有基桩1两侧钢管4.1的连接窗口的下边缘。连接钢板4.2与钢管4.1焊接连接。植入钢筋4.3穿过既有基桩1并通过钢管4.1的管壁上的连接窗口伸入两侧的钢管4.1内。两侧的钢管4.1与两块连接钢板4.2形成的腔体内之间灌注有现浇混凝土4.4，从而将水平管幕4与既有基桩1形成为一体，完成荷载转移基桩托换，可截去水平管幕4下方的既有基桩1。

为进一步加强结构，水平管幕4与新建地下结构6之间用注浆方式建有加固地基5，将水平管幕4的荷载转换到新建地下结构6上。

需指出的是，钢管4.1的轴向长度应大于既有基桩1的直径，优选为既有基桩1的直径的5～6倍。连接钢板4.2与钢管4.1在钢管4.1的轴向上长度相等。

请参阅图5，本发明第二优选实施例的地下基桩管幕支撑结构包括设置在既有基桩1周围的水平管幕4。

水平管幕4包括钢管4.1、连接钢板4.2、植入钢筋4.3及现浇混凝土4.4。水平管幕4在既有基桩1的两侧分别设有两根水平的钢管4.1，相邻的钢管4.1之间在水平方向正对的管壁上开设有连接窗口，两块连接钢板4.2分别从上下连接两相邻的钢管4.1。其中一块连接钢板4.2连接两相邻钢管4.1的正对的连接窗口的上边缘，另一块连接钢板4.2连接两相邻钢管4.1的正对的连接窗口的下边缘。植入钢筋4.3穿过既有基桩1并通过钢管4.1的管壁上的连接窗口伸入两侧的钢管4.1内。两侧的钢管4.1与两块连接钢板4.2形成的腔体内之间灌注有现浇混凝土4.4，从而将水平管幕4与既有基桩1形成为一体，完成荷载转移基桩托换，可截去水平管幕4下方的既有基桩1。

在本实施例中，也可在水平管幕4下方设置与第一实施例中相同的加固地基5。

通过对第一实施例和第二实施例的描述可知，本发明的地下基桩管幕支撑结构中，水平管幕4中既有基桩1两侧的钢管4.1的数量根据既有基桩1的荷载确定，也可每侧设置多根平行的钢管4.1。

需要指出的是，本发明的地下基桩管幕支撑结构除用于建筑物的地下既有基桩1托换外，也可直接用于新建基桩的地下支撑。

以下以对建筑物的地下既有基桩托换为例，对本发明的地下基桩管幕支撑结构施工方法进行详述，其包括以下步骤：

(a)首先，在拟进行托换的既有基桩1附近构筑竖井，或利用既有新建地下结构6的竖井，在拟托换的既有基桩1预设位置处的两侧分别顶进水平的钢管4.1。既有基桩1的每一侧钢管4.1的数量可为一根或平行布置的多根，根据既有基桩1的荷载确定。

(b)在钢管4.1的内壁上开设注浆孔，从钢管4.1内从注浆孔向地层注浆，将钢管4.1固定在地层中。钢管4.1的直径需满足可供施工人员进入，例如钢管4.1的直径可为1.8～2米。

(c)从钢管4.1内在相邻的钢管4.1管壁上沿轴向开槽，形成相应的连接窗口。

(d)将两相邻的钢管4.1之间的土清除，以便于下一步的施工。

(e)用连接钢板4.2分别将钢板将两相邻的钢管4.1之间的连接窗口的上边和两相邻的钢管4.1之间的连接窗口的下边横向焊接连接。

(f)在既有基桩1上开横向贯穿的定位孔，将植入钢筋4.3穿过定位孔，置于既有基桩1两侧的钢管4.1内。因受到地下施工操作空间的限制，植入钢筋4.3采用多段短钢筋焊接连接而成，施工过程中可边植入边焊接。

(g)在既有基桩1两侧的钢管4.1与连接钢板4.2之间形成的空腔内注入现浇混凝土4.4，形成设置在既有基桩1周围的水平管幕4。水平管幕4将钢管4.1、连接钢板4.2、植入钢筋4.3与既有基桩1连接成一体。

(h)水平管幕4施工完成后，即形成对既有基桩1的荷载转移，此时可切割既有基桩1位于水平管幕4以下的部分，完成基桩托换。

(i)在被切割的既有基桩1处的地层中，可建筑新建地下结构6，新建地下结构6可新建地下隧道及其支护结构等。

(j)最后，视新建地下结构6的情况，决定是否在水平管幕4与新建地下结构6之间注浆形成加固地基5，将荷载转换到新建地下结构6上。

本发明的地下基桩管幕支撑结构及施工方法通过在基桩周围设置水平管幕、在水平管幕下方设置加固地基实现对基桩的支撑和荷载转移，这种方式安全风险小，同时用于基桩托换时对新建地下结构的跨度也无限制，具有显著的优势。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。