一种自立式复合围护结构及其施工方法与流程

本发明涉及岩土工程设计与施工技术领域，特别涉及一种自立式复合围护结构及其施工方法。

背景技术：

水泥土重力式围护墙(重力坝)系通过固化剂对土体进行加固后形成有一定厚度和嵌固深度的重力墙体，能承受墙后水、土压力并兼具隔水效果。水泥土重力式围护墙是无支撑自立式挡土结构，由于基坑内部开敞，具有成本较低且施工便捷的优点，同时也存在位移变形偏大和坝体占地空间较宽的缺点，适用于开挖深度一般不超过7m的基坑工程，但邻近对变形敏感的建(构)筑物时慎用。

型钢水泥土搅拌墙(smw工法)是一种在连续套接的三轴水泥土搅拌桩内插入h型钢形成的复合挡土截水结构。这种结构充分发挥了水泥土混合体和型钢的力学特性，且h型钢可回收利用，具有变形控制能力好、工期短、高截水性、对周围环境影响小等优点，适用深度可达15m；但需结合支撑系统共同使用，影响基坑出土效率，当基坑面积达到一定规模时，大量临时支撑的设置和拆除不仅施工繁琐，也使得工程造价大为增加。

当前，随着我国城市纵深和地下空间的扩展，基坑的规模越来越大、挖深越来越深、周边的环境也愈加复杂敏感，因此，基于上述现有围护型式的特点，扬长避短，进行新型围护技术的研究开发具有重要的现实意义。

技术实现要素：

针对现有围护型式存在位移变形偏大、坝体占地空间较宽以及支撑系统影响出土效率的问题。本发明的目的是提供一种自立式复合围护结构及其施工方法，在水泥土重力式围护墙内增加门架式受力体系，复合刚度大、变形控制效果好，占地面积小，施工便捷、可操作性强，而且减免了内支撑体系的使用，改善了基坑施工的便捷性与经济性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种自立式复合围护结构，包括：水泥土重力式围护墙，由沿基坑四周设置的多排格栅形的水泥土搅拌桩组成，其中，在迎坑面和迎土面均设置至少两排平行的水泥土搅拌桩，同排相邻的所述水泥土搅拌桩之间以及相邻两排所述水泥土搅拌桩之间均相互咬合，迎坑面和迎土面的至少两排水泥土搅拌桩之间纵向间隔设置多个搅拌桩列，所述搅拌桩列由多个横向相互咬合的所述水泥土搅拌桩组成，用于连接迎坑面和迎土面的所述至少两排水泥土搅拌桩；

多个刚性构件，纵向且间隔设置于所述水泥土重力式围护墙的迎坑面和迎土面的所述至少两排水泥土搅拌桩内，且所述刚性构件的中心与所述至少两排水泥土搅拌桩的中心重合；

顶圈梁，设置于所述刚性构件顶部并与所述水泥土重力式围护墙的盖板整浇，以及；

连系梁，平行且间隔设置于相邻的两个所述顶圈梁之间。

优选的，所述刚性构件为钢筋混凝土板桩或型钢，所述钢筋混凝土板桩的横截面为工字型、矩形、十字型或圆形。

优选的，所述刚性构件与所述水泥土重力式围护墙边缘的净距d不小于200mm。

优选的，所述水泥土重力式围护墙迎坑面和迎土面的所述至少两排水泥土搅拌桩内的刚性构件位置相对应或交错设置，所述连系梁与迎坑面或/和迎土面的所述至少两排水泥土搅拌桩内的刚性构件的中心相对应。

优选的，所述钢筋混凝土板桩的横截面呈工字形，其内部设有多个纵向贯通的注浆孔，相邻两个所述注浆孔之间通过多个水平分布的水力通道连通，且每个所述注浆孔通过多个水平分布的水平通道与外部连通。

优选的，所述搅拌桩列内设置钢筋、钢管、毛竹的一种或多种的组合。

另外，本发明还提供了一种自立式复合围护结构的施工方法，步骤如下：

s1：在基坑四周施工多排格栅形的水泥土搅拌桩形成水泥土重力式围护墙，其中，迎坑面和迎土面分别施工至少两排平行的水泥土搅拌桩，同排相邻的所述水泥土搅拌桩之间以及相邻两排所述水泥土搅拌桩之间均相互咬合，在迎坑面和迎土面的所述至少两排水泥土搅拌桩之间间隔设置多个搅拌桩列，所述搅拌桩列由多个横向相互咬合的所述水泥土搅拌桩组成；

s2：沿迎坑面和迎土面的至少两排水泥土搅拌桩的中心线间隔套打刚性构件；

s3：在所述刚性构件顶部浇筑顶圈梁，相邻两个所述顶圈梁之间浇筑连系梁，且所述顶圈梁与所述水泥土重力式围护墙的盖板整浇；

s4：基坑施工完成后，拔除所述刚性构件，拔除空隙采用压密注浆或素土回填密实。

优选的，所述步骤s2中，所述至少两排水泥土搅拌桩施工后7天内，在所述至少两排水泥土搅拌桩内采用跳打方式套打施工所述刚性构件，且相邻两根所述刚性构件的施工间隔不少于2天。

优选的，所述步骤s2中，所述刚性构件采用横截面为工字型、矩形、十字型或圆形的钢筋混凝土板桩，其中，所述钢筋混凝土板桩的横截面呈工字形时，其内部设有多个纵向贯通的注浆孔，相邻两个所述注浆孔之间通过多个水平分布的水力通道连通，且每个所述注浆孔通过多个水平分布的水平通道与外部连通；所述步骤s4中，基坑施工完成后，从所述注浆孔注入高压水流劈裂分离所述钢筋混凝土板桩与所述水泥土重力式围护墙。

优选的，所述步骤s2中，所述刚性构件采用型钢，在所述型钢插入所述至少两排水泥土搅拌桩之前，所述型钢表面预先涂刷减摩材料；所述步骤s4中，基坑施工完成后，拔除所述型钢。

本发明的效果在于：

本发明的自立式复合围护结构，包括沿基坑四周设置且由多排格栅形的水泥土搅拌桩组成的水泥土重力式围护墙，在水泥土重力式围护墙的迎坑面及迎土面的至少两排平行的水泥土搅拌桩的中心位置间隔设置的多个刚性构件，设置于刚性构件顶部且与水泥土重力式围护墙的盖板整浇的顶圈梁，以及平行且间隔设置于相邻两个顶圈梁之间的连系梁，水泥土重力式围护墙、刚性构件、顶圈梁和连系梁共同构成复合刚度的门架式受力体系，该自立式复合围护结构充分发挥了材料的力学性能，复合刚度大、变形控制效果好，占地面积小，做到了资源的合理配置；自立式复合围护结构安全可靠、施工便捷、可操作性强；自立式复合围护结构减免了内支撑体系的使用，改善了基坑施工的便捷性与经济性；在基坑施工完毕后，内插刚性构件可拔出回收循环使用，降低了施工成本。

本发明的自立式复合围护结构的施工方法，首先，在基坑四周施工多排格栅形的水泥土搅拌桩形成水泥土重力式围护墙，在迎坑面及迎土面的至少两排水泥土搅拌桩的中心位置间隔套打刚性构件，在刚性构件顶部浇筑顶圈梁，相邻两个顶圈梁之间浇筑连系梁，且顶圈梁与水泥土重力式围护墙的盖板整浇，在养护达龄期后，水泥土重力式围护墙、刚性构件、顶圈梁和连系梁共同构成复合刚度的门架式受力体系，该施工方法可操作性强，方便快捷；充分发挥了材料的力学性能，复合刚度大、变形控制效果好，占地面积小，做到了资源的合理配置；减免了内支撑体系的使用，改善了基坑施工的便捷性与经济性；在基坑施工完毕后，内插刚性构件可拔出回收循环使用，进一步体现了工艺的经济性，本发明尤其适用于中等挖深、且对围护变形有一定控制要求的基坑工程。

附图说明

图1为本发明的自立式复合围护结构一实施例的剖面图；

图2为本发明的自立式复合围护结构一实施例的平面图；

图3为本发明的自立式复合围护结构一实施例中顶圈梁和连系梁的连接关系示意图；

图4为本发明的自立式复合围护结构一实施例中钢筋混凝土板桩的水力通道的结构示意图；

图5为图4的a-a剖面图。

图中标号如下：

地下室结构1；自立式复合围护结构10；水泥土重力式围护墙11；水泥土搅拌桩11a；搅拌桩列11b；刚性构件12；注浆孔12a；水平通道12b；顶圈梁14；连系梁15；盖板16；钢筋17；钢管18。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。为叙述方便，下文中所述的“上”、“下”与附图的上、下的方向一致，但这不能成为本发明技术方案的限制。

本实施例的基坑深度约5m，因主体结构与用地红线的退界距离有限，导致围护结构施工场地受限，不足以施工足够宽度的水泥土重力式围护墙11，故采用在水泥土重力式围护墙11内增加门架式受力体系的基坑复合围护结构的技术方案，下面结合图1至图5说明本发明的自立式复合围护结构10，它包括：

水泥土重力式围护墙11，由沿基坑四周设置的多排格栅形的水泥土搅拌桩11a组成，其中，本实施例水泥土重力式围护墙11的迎坑面和迎土面均横向设置内、外两排平行的水泥土搅拌桩11a(靠近基坑一侧为内，远离基坑一侧为外)，同排相邻的水泥土搅拌桩11a之间以及相邻两排水泥土搅拌桩11a之间均相互咬合，迎坑面和迎土面的两排平行的水泥土搅拌桩11a之间纵向间隔设置多个搅拌桩列11b，搅拌桩列11b由多个横向相互咬合的水泥土搅拌桩11a组成，用于连接迎坑面和迎土面的两排水泥土搅拌桩11a；

多个刚性构件12，纵向且间隔设置于水泥土重力式围护墙11的迎坑面和迎土面的两排水泥土搅拌桩11a内，且刚性构件12的中心与两排水泥土搅拌桩11a的中心重合；

顶圈梁14，设置于刚性构件12顶部并与水泥土重力式围护墙11的盖板16整浇，以及；

连系梁15，平行且间隔设置于相邻的两个顶圈梁14之间。

上述水泥土搅拌桩11a的形式可为单轴、双轴、三轴、五轴等，本实施例的内容及附图以较为典型的双轴水泥土搅拌桩为例，水泥土重力式围护墙11采用φ700@500的双轴水泥土搅拌桩施工，围护体宽3.7m，入土深度6m，搅拌桩水灰比0.6，水泥掺量15％，水泥土重力式围护墙11顶部设置200mm厚细石混凝土配筋的盖板16，刚性构件12顶部设置的顶圈梁14截面尺寸1000mm×700mm(长×宽)，连系梁15的截面尺寸700mm×600mm(长×宽)。

本发明的自立式复合围护结构10，包括沿基坑四周设置且由多排格栅形的水泥土搅拌桩11a组成的水泥土重力式围护墙11，在水泥土重力式围护墙11的迎坑面及迎土面的至少两排平行的水泥土搅拌桩11a的中心位置间隔设置的多个刚性构件12，设置于刚性构件12顶部且与水泥土重力式围护墙11的盖板16整浇的顶圈梁14，以及平行且间隔设置于相邻两个顶圈梁14之间的连系梁15，水泥土重力式围护墙11、刚性构件12、顶圈梁14和连系梁15共同构成复合刚度的门架式受力体系，该自立式复合围护结构10充分发挥了材料的力学性能，复合刚度大、变形控制效果好，占地面积小，做到了资源的合理配置；自立式复合围护结构10安全可靠、施工便捷、可操作性强；自立式复合围护结构10减免了内支撑体系的使用，改善了基坑施工的便捷性与经济性；在基坑施工完毕后，内插刚性构件12可拔出回收循环使用，降低了施工成本。

上述刚性构件12为钢筋混凝土板桩或型钢，以提高迎坑面和迎土面的至少两排水泥土搅拌桩11a的抗侧压能力，其中，钢筋混凝土板桩的横截面为工字型、矩形、十字型或圆形，具体根据围护结构受力变形控制要求确定。

如图2所示，为保证隔水效果，刚性构件12与水泥土重力式围护墙11边缘的净距d不小于200mm。

水泥土重力式围护墙11的迎坑面和迎土面的至少两排水泥土搅拌桩11a内的刚性构件12位置相对应或交错设置，图2所述为刚性构件12交错设置的情形，连系梁15与迎坑面或/和迎土面的至少两排水泥土搅拌桩11a内的刚性构件12的中心相对应，有利于形成稳定的门架式受力体系，提高围护结构的整体抗压能力。

上述刚性构件12拔除后造成的空隙采用压密注浆或素土回填密实。

上述型钢在插入至少两排水泥土搅拌桩11a之前，在型钢表面涂刷减摩材料，便于后期拔出回收反复利用。

如图4和图5所示，本实施例的钢筋混凝土板桩的横截面呈工字形，其内部设有多个纵向贯通的注浆孔12a，相邻两个注浆孔12a之间通过多个水平分布的水力通道连通，且每个注浆孔12a通过多个水平分布的水平通道12b与外部连通。采用高压注水方式，高压水流经注浆孔12a及水力通道，由多个水平通道12b流出的高压水能够将钢筋17混凝土板桩与双排双轴搅拌桩劈裂分离，便于钢筋17混凝土板桩的拔除施工，更佳的，水力通道与外部连通的孔洞表面覆膜封闭，避免孔洞发生堵塞。

如图2所示，纵向且间隔设置的搅拌桩列11b内设置钢筋17、钢管18、毛竹的一种或多种的组合，以加强搅拌桩列11b的结构强度，另外，至少两排水泥土搅拌桩11a内的相邻两根刚性构件12之间也可设置钢筋17、钢管18、毛竹的一种或多种的组合。

下面结合图1至图5说明本发明的自立式复合围护结构的施工方法，具体步骤如下：

s1：在基坑四周施工多排格栅形的水泥土搅拌桩11a形成水泥土重力式围护墙11，其中，迎坑面和迎土面分别施工至少两排平行的水泥土搅拌桩11a，同排相邻的水泥土搅拌桩11a之间以及相邻两排水泥土搅拌桩11a之间均相互咬合，在迎坑面和迎土面的至少两排平行的水泥土搅拌桩11a之间间隔设置多个搅拌桩列11b，搅拌桩列11b由多个横向相互咬合的水泥土搅拌桩11a组成；

s2：沿迎坑面和迎土面的至少两排水泥土搅拌桩11a的中心线间隔套打刚性构件12；

s3：在刚性构件12顶部浇筑顶圈梁14，相邻两个顶圈梁14之间浇筑连系梁15，且顶圈梁14与水泥土重力式围护墙11的盖板16整浇；

s4：基坑施工完成后，拔除刚性构件12，拔除空隙采用压密注浆或素土回填密实。

本发明的自立式复合围护结构的施工方法，首先，在基坑四周施工多排格栅形的水泥土搅拌桩11a形成水泥土重力式围护墙11，在迎坑面及迎土面的至少两排水泥土搅拌桩11a的中心位置间隔套打刚性构件12，在刚性构件12顶部浇筑顶圈梁14，相邻两个顶圈梁14之间浇筑连系梁15，且顶圈梁14与水泥土重力式围护墙11的盖板16整浇，在养护达龄期后，水泥土重力式围护墙11、刚性构件12、顶圈梁14和连系梁15共同构成复合刚度的门架式受力体系，该施工方法可操作性强，方便快捷；充分发挥了材料的力学性能，复合刚度大、变形控制效果好，占地面积小，做到了资源的合理配置；减免了内支撑体系的使用，改善了基坑施工的便捷性与经济性；在基坑施工完毕后，内插刚性构件12可拔出回收循环使用，进一步体现了工艺的经济性，本发明尤其适用于中等挖深、且对围护变形有一定控制要求的基坑工程。

步骤s2中，至少两排水泥土搅拌桩11a施工后7天内，在至少两排水泥土搅拌桩11a内套打刚性构件12，套打刚性构件12时采用跳打方式套打施工，且相邻刚性构件12的施工间隔宜大于2天，相邻两个刚性构件12的间距根据刚度需要确定，本实施例中相邻两根刚性构件12的间隔小于等于2m，避免至少两排水泥土搅拌桩11a处于弯曲应力状态，防止出现弯曲破坏。

步骤s2中，刚性构件12采用横截面为工字型、矩形、十字型或圆形的钢筋混凝土板桩，本实施例优选横截面呈工字形的钢筋混凝土板桩，其横截面尺寸700mm×400mm，腹板及翼板厚均为100mm，桩长12m，钢筋混凝土板桩顶部设置的顶圈梁14截面尺寸1000mm×700mm(长×宽)，连系梁15的截面尺寸600mm×700mm(长×宽)，开挖后，钢筋混凝土板桩与水泥土重力式围护墙11和盖板16整浇，钢筋混凝土板桩内部设有多个纵向贯通的注浆孔12a，相邻两个注浆孔12a之间通过多个水平分布的水力通道连通，且每个注浆孔12a通过多个水平分布的水平通道12b与外部连通，基坑施工完成后，从注浆孔12a注入高压水流劈裂分离钢筋混凝土板桩与水泥土重力式围护墙11，以便钢筋混凝土板桩拔出回收。

步骤s2中，刚性构件12采用型钢，在打入至少两排水泥土搅拌桩11a之前，型钢表面预先涂刷减摩材料；步骤s4中，基坑施工完成后，拔除型钢。

步骤s3中，水泥土重力式围护墙11的迎坑面和迎土面的至少两排水泥土搅拌桩11a内的刚性构件12位置相对应或交错设置，连系梁15与迎坑面或/和迎土面的至少两排水泥土搅拌桩11a内的刚性构件12的中心相对应，有利于形成稳定的门架式受力体系，提高围护结构的整体抗压能力。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求范围。