双弧面钢桩、地下支护结构及地下支护结构的施工方法与流程

本发明涉及地下结构施工过程中的支护结构部件、支护结构，以及该支护结构的施工方法，具体涉及一种双弧面钢桩、地下支护结构及地下支护结构的施工方法。

技术背景

在基坑的支护结构中，灌注桩由于其刚度较大，抗弯能力强，变形相对较小，经济效益好等优势，成为一种常用的支护桩，但是由于其自身施工的特点，相邻的两根灌注桩之间无法进行搭接，桩间至少要留有100-200mm的间隙，挡水效果较差，为了弥补挡水效果，一般将其与水泥土搅拌桩组合使用，灌注桩用于抗弯，水泥土搅拌桩形成止水帷幕起挡水作用。

灌注桩与水泥土搅拌桩的组合使用，虽然保证了挡水效果，但延长了施工周期和施工成本。

技术实现要素：

本发明的目的首先在于提供一种双弧面钢桩，利用该钢桩可以有效地将两根相邻的灌注桩之间的间隙封闭掉，无需水泥土搅拌桩所形成的止水帷幕即可满足挡水要求，具体的技术方案为：

双弧面钢桩，包括一对翼缘，该一对翼缘间隔设置；以及至少一块腹板，腹板布置在该一对翼缘之间、并连接在该一对翼缘上；任一翼缘均具有一背离腹板的外侧面，该外侧面朝腹板方向下凹而呈圆弧状。

在使用时，该双弧面钢桩与灌注桩交替布置，灌注桩桩孔内的水泥砂浆会渗入桩孔周围的土体中，当双弧面钢桩与灌注桩的间隔距离较小时，这些渗入桩孔周围的水泥砂浆会碰撞到双弧面钢桩的翼缘的外侧面上，并凝结到翼缘的外侧面上，当这些水泥砂浆完全凝固后，会形成具有低透水性的壳层，该壳层将灌注桩与双弧面钢桩之间的间隙封闭，从而双弧面钢桩将相邻的两根灌注桩之间的间隙封闭，使由灌注桩和双弧面钢桩所形成的挡墙具有挡水功能，由于避免了水泥土搅拌桩的施工，在保证了挡水效果的基础上，不但可以缩短施工周期，还可以减低一定的施工成本。

优选地，为保证双弧面钢桩之间具有一定宽度的连接层，翼缘的外侧面的中心角为30-120°。

优选地，所述翼缘为弧形板。翼缘具体可以采用钢板卷制或由钢管切割而成。

进一步，该双弧面钢桩的横截面呈相对于一对称轴对称的轴对称形，该对称轴经过所述一对翼缘的外侧面的圆弧中心。该设计使双弧面钢桩具有大致对称的结构，有利于在土体中稳定地下沉，减少倾斜的概率。

优选地，一对翼缘的外侧面的圆弧半径相同。由于在一个工程施工中，同一支护结构中的灌注桩的直径均相同，相对应的，双弧面钢桩的翼缘外侧面的圆弧采用相同的半径是一个比较好的选择。另外，采用相同的圆弧半径，还有利于翼缘的批量加工，提高双弧面钢桩的加工效率。

本申请的另一目的在于提供一种地下支护结构，该地下支护结构由双弧面钢桩和灌注桩交替布置而形成，相邻的双弧面钢桩和灌注桩之间具有间隙；所述双弧面钢桩为上述任一项技术方案中所述的双弧面钢桩。优选地，相邻的双弧面钢桩和灌注桩之间的间隙为10-20mm。

利用双弧面钢桩能够使相邻两根灌注桩之间的间隙基本上处于封闭状态，为避免在施工灌注桩的桩孔时，桩机的钻头触碰到双弧面钢桩，在相邻的双弧面钢桩和灌注桩之间留有一个小的间隙，在灌注桩的浇注过程中，灌注桩内的水泥砂浆会渗入到桩孔周围的土体中，并粘结到近距离的双弧面钢桩上，完成双弧面钢桩与灌注桩之间的连接，使双弧面钢桩与灌注桩之间不会具有由素土所形成的区域，保证了挡水功能。

双弧面钢桩和灌注桩之间的间隙过大，从灌注桩内渗出的水泥砂浆无法将该间隙完全封闭，挡水性能不好，间隙过小，桩机在钻孔时，易于碰到双弧面钢桩，可能会对桩机的钻头造成损害。将双弧面钢桩和灌注桩之间的间隙控制在10-20mm之间，在保证桩机顺利钻孔的同时，还能够保证从混凝土灌注过程中渗出的水泥砂浆较为牢固地粘结到翼缘上。

进一步，所述灌注桩为钻孔灌注桩，双弧面钢桩的翼缘的外侧面的圆弧中心与灌注桩的中心重叠。上述设计可以使翼缘的外侧面与灌注桩的外侧面之间具有较为均匀的距离，易于形成稳定的连接结构。

本申请的再一目的在于提供一种上述地下支护结构的施工方法，该方法包括如下步骤：

(1)按设定位置下沉双弧面钢桩；

(2)在相邻的双弧面钢桩之间施工灌注桩，形成支护结构。

在下沉双弧面钢桩时，要确保其垂直度在1％以内，为此需要采用导向架，最好采用高精度导向架，并采用液压振动沉桩。

在该施工方法中，采用先施工双弧面钢桩后施工灌注桩的步骤，首先施工双弧面钢桩后，在随后的灌注桩的混凝土灌注振捣施工过程中，浇注到桩孔内的水泥砂浆，会有部分水泥砂浆渗入到桩孔周围的土体中，这部分水泥砂浆在土体的扩散过程中，会受到双弧面钢桩的翼缘的阻隔，随着时间的推移，从桩孔内渗出的水泥将会有较大部分别布置在灌注桩与翼缘之间，形成一个水泥土的结构，尤其是当翼缘的弧度较大时，这个类似水泥土的结构使该地下支护结构具有了较强的挡水能力。

进一步，为降低建造成本，在地下结构完成施工后，拔除双弧面钢桩，对双弧面钢桩进行回收重复利用，或用于其它施工中。当需要对双弧面钢桩进行回收时，在下沉双弧面钢桩时，需要在双弧面钢桩的表面涂刷减摩剂，以便于双弧面钢桩的回收。

附图说明：

图1为双弧面钢桩第一个实施例的结构简图。

图2为双弧面钢桩第二个实施例的结构简图。

图3为双弧面钢桩第三个实施例的结构简图。

图4为地下支护结构一实施例的结构简图。

具体实施方式：

实施例1：

参阅图1，一种双弧面钢桩10，其包括一腹板11；一对翼缘，为方便描述，将该一对翼缘分别称为第一翼缘12和第二翼缘13，该一对翼缘设置在腹板11的相对的两侧。腹板11为呈长条状的钢板，在腹板11宽度方向的两侧分别设置第一翼缘12和第二翼缘13。

翼缘具有朝向腹板方向下凹且呈圆弧状的外侧面。其中第一翼缘12的外侧面122朝向腹板11方向下凹且呈圆弧状。第二翼缘13的外侧面132朝向腹板11方向下凹且呈圆弧状。

在本实施例中，第一翼缘12的外侧面122的中心角α为60°，在图1中，为表示清楚，第一翼缘12的外侧面122的圆心121采用一个小的圆圈来表示。第二翼缘13的外侧面132的中心角β也为60°，在图1中，为表示清楚，第二翼缘13的外侧面132的圆心131同样采用一个小的圆来表示。可以理解，在其它实施例中，中心角α和中心角β还可以为30°、40°、100°或120°，当然也可以为30°-120°之间的其它任意角。

在本实施例中，第一翼缘12的外侧面122的半径r12与第二翼缘13的外侧面132的半径r13相同。

翼缘采用弧形板制作，具体采用钢板卷制，当然也可以采用圆形钢管切割而成。

腹板11连接在翼缘的内侧面的中间部。即腹板11的两侧分别连接在第一翼缘12的内侧面123以及第二翼缘13的内侧面133。该双弧面钢桩10的横截面呈相对于一对称轴111对称的轴对称形，该对称轴111经过所述第一翼缘的外侧面的圆弧中心121和第二翼缘的外侧面的圆弧中心131。

实施例2

在本实施例是在实施例1基础上的改进，请参阅图2，本实施例中的双弧面钢桩40与实施例1的不同在于增设了一块腹板，本实施例中设置有两块平行的腹板41、44，该两块腹板连接在第一翼缘42的内侧面423以及第二翼缘43的内侧面433上，该双弧面钢桩40的横截面呈相对于一对称轴112对称的轴对称形，该对称轴112经过所述第一翼缘的外侧面的圆弧中心421和第二翼缘的外侧面的圆弧中心431。

两块腹板41、44大致位于第一翼缘42与第二翼缘43的中间区域。

实施例3

在本实施例是在实施例1基础上的改进，请参阅图3，本实施例中的双弧面钢桩50与实施例1的不同在于增设了两块腹板，本实施例中设置有三块平行的腹板51、54、55，该三块腹板连接在第一翼缘52的内侧面523以及第二翼缘53的内侧面533上，该双弧面钢桩的横截面呈相对于一对称轴113对称的轴对称形，该对称轴113经过所述第一翼缘和第二翼缘的外侧面的圆弧中心。

腹板51位于第一翼缘52与第二翼缘53的中间的正中央。腹板54、55对称地位于腹板51的两侧，并连接在两个翼缘的边缘。使双弧面钢桩50的横截面呈相对于一对称轴113对称的轴对称形，该对称轴113经过所述第一翼缘52的外侧面的圆弧中心521和第二翼缘53的外侧面的圆弧中心531。

上述3个实施例分别设置了1、2、3块不同数量的腹板，当然也可以设置其它数量的腹板，设置多块腹板一方面是为了增强挡水效果，另一方面是为了提高双弧面钢桩自身的强度，避免在外部压力的作用下发生较大的形变而降低档水效果。

实施例4

请参阅图4，一种地下支护结构，该地下支护结构具体由实施例1中的双弧面钢桩和灌注桩交替布置而形成，相邻的双弧面钢桩和灌注桩之间具有间隙。图中示例性地显示了三个双弧面钢桩和三个灌注桩，为方便描述，将三个双弧面钢桩按布置顺序依次称为第一双弧面钢桩101、第二双弧面钢桩102和第三双弧面钢桩103。依照同样的顺序，将三个灌注桩依次称为第一灌注桩31、第二灌注桩32和第三灌注桩33。

按布置顺序，三个双弧面钢桩和三个灌注桩的布置顺序为第一双弧面钢桩101、第一灌注桩31、第二双弧面钢桩102、和第二灌注桩32、第三双弧面钢桩103和第三灌注桩33。

相邻的双弧面钢桩和灌注桩之间的间隙为10mm，可以理解在其它实施例中，相邻的双弧面钢桩和灌注桩之间的间隙可以在10-20mm之间任意选择。

在本实施例中，灌注桩为钻孔灌注桩，双弧面钢桩的翼缘的外侧面的圆弧中心与灌注桩的中心重叠。请继续参阅图2，以第一灌注桩31、第二灌注桩32和第二双弧面钢桩102为例说明灌注桩与双弧面钢桩之间的位置关系，第一灌注桩31和第二灌注桩32位于第二双弧面钢桩102的两侧。第一灌注桩31的中心311和第二双弧面钢桩102的第一翼缘16的外侧面162的圆弧中心161重叠，且第一灌注桩31的半径r31较第一翼缘16的外侧面162的圆弧半径r21小10mm。第二灌注桩32的中心321和第二双弧面钢桩102的第二翼缘17的外侧面172的圆弧中心171重叠，且第二灌注桩32的半径r32较第二翼缘17的外侧面172的圆弧半径r22小10mm。

为显示清楚，第一灌注桩31的中心311和第二灌注桩32的中心321均采用一个小的圆圈表示。

在本实施例中，三个双弧面钢桩和三个灌注桩的长度相等。可以理解在其它实施例中，根据止水帷幕的的深度要求，双弧面钢桩的桩底可以高于或低于灌注桩的桩底。

实施例5

本实施例是对实施例4中的地下支护结构进行建造的施工方法进行说明。请继续参阅图4，具体的施工步骤为：

(1)采用高精度导向架，并用液压振动，按设定位置下沉双弧面钢桩101、102、103。双弧面钢桩的垂直度控制在1％以内。在沉桩前，在双弧面钢桩的表面涂刷减摩剂。

(2)在相邻的双弧面钢桩之间施工灌注桩31、32、33。在施工灌注桩时，首先挖掘桩孔，然后在桩孔内放置钢筋笼，最后浇注混凝土并振捣，在混凝土的的浇注振捣过程中，部分水泥砂浆会渗出桩孔，并在后续水泥砂浆的压力下继续向外扩散，并触碰到双弧面钢桩的翼缘的内侧面并凝结，将双弧面钢桩与灌注桩粘结为一体。

在完成地下支护结构的建造后，开挖基坑，进行地下结构的施工并完成，在地下结构的施工完成后，拔除双弧面钢桩，回收重复利用。

当不需要回收双弧面钢桩时，在沉桩前则无须涂刷减摩剂。