一种装配式连拱墙基坑支护结构及施工工艺的制作方法

本发明涉及建筑工程技术领域，尤其是一种装配式连拱墙基坑支护结构以及使用该支护结构用于基坑支护的施工工艺。

背景技术：

基坑工程中支护体系要保证地下结构施工及基坑周边环境的安全，目前深基坑的支护一般都采用常规的钻孔混凝土灌注桩或混凝土地下连续墙的方法。钻孔混凝土灌注桩往往需要另设止水帷幕；地下连续墙需要较大的壁厚才能满足受力要求，混凝土用量大，不能充分发挥混凝土的抗压性能。

拱形结构比其它传统桩、墙结构具有不可比拟的受力性能，工程技术人员不断尝试将拱形结构引入到基坑支护工程中，涌现了一些授权和正在公示的发明专利，但仍有较大改进空间。如，夏雄等人公开了一种连拱式板桩支护结构，但其所用工字桩与混凝土预制拱片之间无连接装置，未形成完整的基坑支护体系，不能独立作为一个悬臂式支护，且施工中桩与拱片很容易发生错动，甚至脱节，影响支护体系的受力性能和防渗功能；工字桩处所用止水橡胶带不仅增加费用且在打桩施工时容易脱落造成支护结构止水效果的减弱；预制拱上下连接方式用凸隼与凹槽来连接，导致连接处抗剪强度急剧下降，成为薄弱环节。

技术实现要素：

本发明针对上述现有技术的不足之处，提供了一种装配式连拱墙基坑支护结构及施工工艺。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种预制钢筋混凝土拱片，考虑拱形结构的全断面受压来发挥混凝土材料高抗压强度的特点，以及一种异形“山”字钢桩加以锚固螺栓来固定预制砼拱片。当基坑较浅时，异形桩与钢筋混凝土预制拱片组合施工可形成完整且封闭的悬臂桩基坑支护体系，无需设置内支撑或拉锚。当基坑较深时，可加设拉锚或内支撑。

异形桩沿基坑支护定位线间隔排列，异形桩横截面呈“山”字形，是在槽钢腹板中部伸出一附加翼缘。施工时其腹板与基坑支护定位线平行；异形桩左中右三翼缘处沿竖向有长椭圆形间隔排列的预留孔洞，孔洞相通且轴线与桩腹板平行，可与预制砼拱片连接肋上的预留孔洞相通，方便螺栓连接来固定拱片。对于需要设置拉锚的较深基坑，需在异形桩腹板处设置预留锚杆孔洞。锚杆孔洞在异形桩腹板处沿竖向间隔排列的，孔洞直径为200mm，贯穿中部翼缘与腹板，其轴线水平向下斜倾20°与腹板斜交。

钢筋混凝土预制拱片的左右连接肋上沿竖向有间隔排列的预留孔洞可与异形桩翼缘处预留孔洞相通，并可通过螺栓连接来固定拱片。砼拱板板片上部与横截面形状为h形的弧形钢浇筑在一起，拱片下边缘处有沿拱弧线间隔排列的预留螺栓孔洞，孔洞通透拱板。h形截面弧形钢的弧形与拱片弧形相同，其两侧翼缘内凹槽宽度尺寸与预制拱片厚度尺寸相同，弧形钢上翼缘处有沿拱弧线间隔排列的预留螺栓孔洞。两拱片上下对接时，上拱片下部可安放在下拱片上部的h形截面弧形钢的凹槽内，两个拱片则可无缝隙对接。对接后，二者的预留孔洞相通，可用螺栓连接来固定。弧形钢的上翼缘处凹槽内可设置止水橡胶带增强其止水效果。

通过以上技术方案，本发明的有益之处有：

1，本发明所使用的预制砼挡土拱片考虑了拱形结构的全断面受压来发挥混凝土材料高抗压强度的特点，拱片受力合理，力传递效果好。

2，本发明的装配式连拱墙基坑支护结构，在基坑较浅时，异形桩与预制砼拱片组合施工可形成完整且封闭的悬臂桩基坑支护体系，无需设置内支撑或拉锚；在基坑较深时，可在异形桩腹板处设置预留锚杆孔洞，另加锚杆的施工。特别适用于基坑内空间小不方便设置内支撑的深基坑的支护。

3，本发明的装配式连拱墙基坑支护结构使用预制异形桩和预制拱片，使基坑支护施工工期大大缩短，施工更加方便，并能实现构件的反复使用，降低制造成本。

4，本发明的预制砼拱片连接肋固定在异形桩凹槽处，因二者三面紧密接触，则无需设置止水橡胶带也能保证止水效果，大大方便了施工。

5，本发明设计的预制砼拱片连接肋与异形桩凹槽三面紧密接触，且设计有螺栓连接，可保证预制砼拱片与桩的有效固定，防止施工中拱片错动影响支护体系的受力性能和止水效果。

6，本发明设计有横截面形状为h形的弧形钢来连接上下预制拱片，使上下拱片连接更紧密，增强其连接处抗剪性。

附图说明

图1是本发明装配式连拱墙基坑支护结构悬臂支护体系的结构示意图。

图2是本发明装配式连拱墙基坑支护结构加设锚杆支护体系的结构示意图。

图3是本发明装配式连拱墙基坑支护结构悬臂支护体系的平面图。

图4是本发明装配式连拱墙基坑支护结构加设锚杆支护体系的平面图。

图5是本发明装配式连拱墙基坑支护结构悬臂支护体系的剖面图。

图6是本发明装配式连拱墙基坑支护结构加设锚杆支护体系的剖面图。

图7是本发明悬臂支护体系的异形桩结构示意图。

图8是本发明加设锚杆支护体系的异形桩结构示意图。

图9是本发明预制砼拱片结构示意图。

图10是本发明h形截面弧形钢结构示意图。

图中：1、异形“山”字桩，2、异形桩两侧翼缘，3、异形桩中部翼缘，4、异形桩凹槽，5、异形桩翼缘处预留孔洞，6、异形桩腹板处预留孔洞，7、连接螺栓，8、预制钢筋混凝土拱片，9、砼拱片连接肋，10、砼拱片上下边缘处预留螺栓孔洞，11、砼拱片连接肋预留螺栓孔洞，12、h形截面弧形钢，13、弧形钢两侧翼缘，14、弧形钢腹板处凹槽，15、弧形钢上下翼缘处预留螺栓孔洞，16、止水橡胶带，17、锚杆，18、横梁，19、台座，20、承压板，21、承托支架，22、锚具，23、基坑，24、坑外土体。

具体实施方式

参见图1-6所示，一种装配式连拱墙基坑支护结构。异形“山”字桩1沿基坑23的支护定位线间隔排列，左中右三翼缘处沿竖向有长椭圆形间隔排列的预留孔洞5，可与砼拱片连接肋9上的预留孔洞11相通，并用螺栓7连接来固定拱片8。h形截面弧形钢12与预制钢筋混凝土拱片8上下浇筑在一起，两拱片上下对接时，上拱片底部安放入下拱片顶部的弧形钢腹板处的凹槽14内，拱片对接后，砼拱片下边缘处预留螺栓孔洞10与弧形钢上翼缘13处预留螺栓孔洞15相通，并用螺栓7连接，这样拱片8在竖向交替组合成联合式拱板桩。

所述的图1、3、5是装配式连拱墙基坑支护结构悬臂支护体系的图，适用于较浅基坑支护，对于较浅基坑无需设置锚杆17，异形桩1与预制砼拱片8组合施工可形成完整且封闭的悬臂桩基坑支护体系。图2、4、6是装配式连拱墙基坑支护结构加设锚杆支护体系的图，是较深基坑所采取的支护形式，此外也可设置内支撑支护体系。

所述的图7是装配式连拱墙基坑支护结构悬臂支护体系的异形桩结构示意图，适用于较浅基坑，无需预留腹板处的预留孔洞6，所述的图8是装配式连拱墙基坑支护结构加设锚杆支护体系所采用的预制异形桩结构图，其腹板处有预留孔洞6，适用于较深基坑。

所述的异形桩翼缘处预留孔洞5和砼拱片连接肋预留螺栓孔洞11皆是长椭圆形，二者水平尺寸与螺栓7的尺寸相等以使拱片8固定在异形钢腹板凹槽4处来防止脱离，竖向尺寸要大于螺栓7的尺寸以方便施工时异形桩1与拱片8二者预留孔洞的相通。

所述的连接螺栓7需使用高强度螺栓且要用高强度垫圈。

所述的拱片8与弧形钢12连接处可设置止水橡胶带16，增强止水效果。

所述的预制钢筋混凝土拱片8进行插入施工时，为方便施工可用承压板来辅助施工。

基于装配式连拱墙基坑支护结构包含以下施工步骤：

a、根据基坑23的勘察资料的设计参数确定异形桩1和砼挡土拱片8的实际尺寸，预制异形桩1和砼挡土拱片8。注意：视基坑实际尺寸来确定是否加设锚杆或内支撑，进而确定异形桩1是否预留腹板处孔洞6；若需预留腹板处孔洞6则要依照基坑的实际受力情况确定孔洞6竖向间隔距离，进而确定锚杆的竖向间距。

b、沿基坑23支护定位线，确定各异形桩1的施工位置，钻孔后插入异形桩1。

c、沿基坑23支护定位线，在已插入的异形桩1之间进行预制砼拱片8的施工。在异形桩1之间，先用弧形成槽器成槽，然后插入第一层预制砼拱片8并注意使其上部h形截面弧形钢12露出地表面以方便后续施工。第一层预制砼拱片8施工完成后，在其上部弧形钢腹板处凹槽14内设置止水橡胶带16，之后在弧形钢腹板处凹槽14内安放第二层预制砼拱片8，并使砼拱片下边缘处预留螺栓孔洞10与弧形钢上翼缘处预留螺栓孔洞15相通，再用螺栓7连接。然后将第二层预制砼拱片8插入土中，之后重复上述步骤至拱片8施工完成。最终拱片8在竖向交替施工组合成联合式拱板桩，异形桩1在拱片8两侧对其起固定及支撑作用。

d、拱片8施工完成后，开挖基坑至一定施工高度，用螺栓7通过异形桩翼缘处预留孔洞5和砼拱片连接肋预留螺栓孔洞11，连接异形桩1和预制钢筋混凝土拱片8；

e、对需加设锚杆的深基坑，在螺栓7连接施工完成后，锚杆17和横梁18以及台座19、承压板20、承托支架21、锚具22在异形桩腹板处预留孔洞6位置处施工；

f、继续开挖基坑至下一施工高度，重复螺栓7、锚杆17和横梁18等的施工，最终形成完整的装配式连拱墙基坑支护结构。