一种双层钢板桩组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，特别涉及一种双层钢板桩组合围护结构及其施工方法。

背景技术：

近年来，随着我国城市建设的不断发展和提升，市政基础设施规模不断增大，城市管道(沟)工程作为市政基础设施的重要组成部分，其工程规模也在不断扩大，呈现“长、深、大”的趋势。管道(沟)工程一般多集中于城市中心区，其周边道路、管线、轨交、快速路等地面和地下设施密集，环境情况敏感复杂，可用施工空间紧张苛刻，而且，为了避免影响道路通行，管道(沟)工程的工期要求往往比较紧迫。

板撑结构是滨海、滨河软土地区管道(沟)工程最常用的基坑支护方案，尤其适用于施工场地狭窄、地层条件较差或周边环境风险高，支护结构和地面变形要求较高的情况。其中，钢板桩兼具挡土和隔水功能，且操作简便、施工快捷，但由于钢板桩桩体刚度偏弱，因此，其在深度较大的基坑中并不适用；smw工法桩、钻孔灌注桩、地下连续墙等围护方式虽能保证基坑安全，但施工成本相对较高，施工机械占地偏大，且施工进度也不够理想。

技术实现要素：

针对现有钢板桩在深度较大的地下工程的基坑支护中使用时，由于桩身刚度不足引起围护变形增大，存在渗漏失稳等风险的问题。本发明的目的是提供一种双层钢板桩组合围护结构及其施工方法，通过先后插打内、外层钢板桩及对桩间土体注浆加固的方式形成，使得基坑围护工程安全高效且经济环保。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种双层钢板桩组合围护结构，包括：

双层钢板桩，其设置于基坑四周，它包括外层钢板桩和内层钢板桩，每层钢板桩均是由多个钢板桩本体连续互锁而成的波浪状板，所述外层钢板桩和所述内层钢板桩紧贴位于两者宽度方向的轴线平行设置或对称设置，以及；

联合加强层，通过对所述外层钢板桩和所述内层钢板桩之间的土体进行注浆加固制成。

优选的，还包括设置于所述联合加强层内的刚性构件，所述刚性构件为沿所述钢板桩长度方向设置的钢筋混凝土板桩、型钢、钢管和钢筋的一种或多种组合。

优选的，平行设置的所述外层钢板桩和所述内层钢板桩之间的联合加强层呈连续“v”形，所述刚性构件采用钢筋混凝土板桩、型钢、钢管和钢筋的一种或多种组合，且所述刚性构件位于所述联合加强层的凸起部。

优选的，对称设置的所述外层钢板桩和所述内层钢板桩之间的联合加强层呈连续“o”形，所述刚性构件采用钢筋混凝土板桩、型钢、钢管和钢筋的一种或多种组合，且所述刚性构件位于所述联合加强层的中央，并沿宽度方向的轴线对称设置。

优选的，所述外层钢板桩和所述内层钢板桩的顶端平齐；或者，所述外层钢板桩和所述内层钢板桩沿其长度方向错开设置，所述外层钢板桩顶端高于所述内层钢板桩顶端的部分为外层钢板桩顶部外伸段，所述内层钢板桩底端低于所述外层钢板桩底端的部分为内层钢板桩底部外伸段，所述内层钢板桩顶标高与所述外层钢板桩底标高之间的区域为双层钢板桩组合受力段。

优选的，所述外层钢板桩和所述内层钢板桩的表面均涂刷有减摩材料。

另外，本发明还提供了一种双层钢板桩组合围护结构的施工方法，步骤如下：

s1：根据基坑施工场地条件，采用数值模拟方法对基坑支护结构的变形及稳定性进行综合分析，确定双层钢板桩的型号、桩长、各区段深度、组合截面型式、支撑数量及分布的支护结构布置方案，并满足相关规范要求；

s2：在基坑四周先后插打外层钢板桩和内层钢板桩，所述外层钢板桩和所述内层钢板桩紧贴位于两者宽度方向的轴线平行设置或对称设置，对所述外层钢板桩和所述内层钢板桩之间土体进行注浆加固形成联合加强层；

s3：依次开挖基坑土体并施工各道水平支撑直至坑底，实施地下结构的施工，根据设计要求设置换撑构件并拆除各道水平支撑；

s4：施工完成所述地下结构，密实回填土体至自然地坪标高，拔除所述外层钢板桩和所述内层钢板桩，并对拔桩空隙注浆填充。

优选的，所述步骤s2还包括，在所述外层钢板桩和所述内层钢板桩之间的土体内插入刚性构件，所述刚性构件为沿钢板桩长度方向设置的钢筋混凝土板桩、型钢、钢管和钢筋的一种或多种组合，且在施工完成后，所述刚性构件能够拔除并回收。

优选的，所述步骤s2中，同时插打所述外层钢板桩和所述内层钢板桩，且所述外层钢板桩和所述内层钢板桩顶端平齐，所述步骤s4中，同时拔除所述外层钢板桩和所述内层钢板桩，并对拔桩空隙注浆填充。

优选的，所述步骤s2中，在基坑四周插打外层钢板桩后，开挖所述外层钢板桩顶部外伸段所在位置的土方，再沿其长度方向错开插打内层钢板桩，之后对所述外层钢板桩和所述内层钢板桩之间土体进行注浆加固形成联合加强层，所述外层钢板桩顶端高于所述内层钢板桩顶端的部分为外层钢板桩顶部外伸段，所述内层钢板桩底端低于所述外层钢板桩底端的部分为内层钢板桩底部外伸段，所述内层钢板桩顶标高与所述外层钢板桩底标高之间的区域为双层钢板桩组合受力段；所述步骤s4中，回填土体至所述内层钢板桩桩顶标高后，拔除所述内层钢板桩，并对拔桩空隙注浆填充，待施工完成所述地下结构后，分层回填至自然地坪标高再拔除所述外层钢板桩，并对拔桩空隙注浆填充。

优选的，所述步骤s2中，所述外层钢板桩和所述内层钢板桩的打桩作业采用液压振动锤，且打桩作业按交错法流水施工。

本发明的效果在于：

一、本发明的双层钢板桩组合围护结构，它包括内、外两层钢板桩，及对两层钢板桩之间土体注浆加固形成的联合加强层；联合加强层联合前后两层钢板桩形成大刚度整体受力的组合围护结构；双层钢板桩相当于双重隔水屏障，进一步增强了组合围护结构的隔水抗渗性能；双层钢板桩组合围护结构通过插打内、外层钢板桩及对桩间土体注浆的方式形成，占地面积小，并减少了施工的二次污染；基坑回填后双层钢板桩可回收重复利用，节约能耗且降低了建设成本；因此，本发明的双层钢板桩组合围护结构安全可靠、经济适用、施工便捷、节省占地、可操作性强，有效扩展了钢板桩的使用范畴。

二、本发明双层钢板桩组合围护结构的施工方法，首先，根据基坑施工场地条件和计算分析确定支护结构布置方案，在基坑四周先后插打外层钢板桩和内层钢板桩，并对桩间土体进行注浆加固形成联合加强层，依次开挖基坑土体并施工其余各道水平支撑直至坑底，施工管道结构，根据设计要求设置换撑构件并拆除各道水平支撑，完成管道结构的施工后，回填土体至自然地坪标高后，同时拔除内层钢板桩和外层钢板桩，并对拔桩空隙注浆填充；该施工方法利用双层钢板桩及两者之间的联合加强层相互协同工作共同承受大刚度受力，并增强了组合围护结构的隔水抗渗性能；该施工方法通过插打内、外层钢板桩及对桩间土体加固注浆的方式，占地面积小，并减少了施工的二次污染，而且，钢板桩插打及拔除操作方便，施工效率高；基坑回填后双层钢板桩可以回收重复利用，节约能耗且降低建设成本；因此，该施工方法在保证基坑开挖安全的同时，能够节约工期、降低成本、减少污染，做到资源的合理配置。

附图说明

图1为本发明双层钢板桩组合围护结构一实施例的结构示意图；

图2为本发明双层钢板桩组合围护结构一实施例中平行设置的双层钢板桩的结构示意图；

图3为本发明双层钢板桩组合围护结构一实施例中对称设置的双层钢板桩的结构示意图；

图4至图12为本发明双层钢板桩组合围护结构的施工方法一实施例各步骤的示意图。

图中标号如下：

第一道水平支撑1；第二道水平支撑2；管道(沟)结构3；底板3′；换撑构件4；外层钢板桩10；内层钢板桩20；联合加强层30；钢管40；型钢50；钢筋混凝土板桩60；组合型钢70。

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。

本实施例的地下结构以管道(沟)工程为例，且管道(沟)工程的基坑深约7m，下面结合图1至图3说明本发明的双层钢板桩组合围护结构，它包括：

双层钢板桩，其设置于基坑四周，它包括外层钢板桩10和内层钢板桩20(此处内、外是以基坑为参照，远离基坑为外，靠近基坑为内)，本实施例的外层钢板桩10和内层钢板桩20均采用长度为12m的fsp-ⅳ型拉森钢板桩，每层钢板桩均是由多个钢板桩本体连续互锁而成的波浪状板，钢板桩本体两边的“u型”突起结构用来互锁相邻的钢板桩本体，多个互锁的钢板桩本体可以形成一个水密结构，从而增加钢板桩的强度；外层钢板桩10和内层钢板桩20紧贴位于两者宽度方向的轴线ax对称设置或平行设置，对称设置即钢板桩本体的波峰相对设置，平行设置即钢板桩本体的波峰位置相对应。

以及联合加强层30，通过对外层钢板桩10和内层钢板桩20之间的土体进行注浆加固制成。

本发明的双层钢板桩组合围护结构，它包括内、外两层钢板桩，及对两层钢板桩之间土体注浆加固形成的联合加强层30；联合加强层30联合前后两层钢板桩形成大刚度整体受力的组合围护结构；双层钢板桩相当于双重隔水屏障，进一步增强了组合围护结构的隔水抗渗性能；双层钢板桩组合围护结构通过插打内、外层钢板桩及对桩间土体注浆的方式形成，占地面积小，并减少了施工的二次污染；基坑回填后双层钢板桩可回收重复利用，节约能耗且降低了建设成本；因此，本发明的双层钢板桩组合围护结构安全可靠、经济适用、施工便捷、节省占地、可操作性强，有效扩展了钢板桩的使用范畴。

更佳的，双层钢板桩组合围护结构还包括设置于联合加强层30内的刚性构件，刚性构件为沿钢板桩长度方向设置的钢筋混凝土板桩60、型钢50、钢管40和钢筋的一种或多种组合。如图2所示，外层钢板桩10和内层钢板桩20紧贴位于两者宽度方向的轴线ax平行设置，联合加强层30呈连续“v”形，钢筋混凝土板桩60、型钢50、钢管40和钢筋(图中未示出)位于联合加强层30的凸起部，刚性构件的设置能够进一步增强组合围护结构截面的刚度，并可在施工完成后回收。作为另一实施例，如图3所示，外层钢板桩10和内层钢板桩20紧贴位于两者宽度方向的轴线ax对称设置，联合加强层30呈连续“o”形，也就是说，两个钢板桩本体围合形成的腔体截面增大，刚性构件采用钢筋混凝土板桩60和/或组合型钢70，且钢筋混凝土板桩60和/或组合型钢70位于联合加强层30的中央，并沿宽度方向的轴线ax对称设置，其中，钢筋混凝土板桩60是截面为矩形的钢筋混凝土浇筑体；组合型钢70的两块翼板分别位于对称设置的钢板桩本体的凹槽内，垂直固接于腹板两侧的肋板位于双层钢板桩沿宽度方向的轴线ax上，采用截面增大的钢筋混凝土板桩60和组合型钢70能够增强腔体内土体和注浆材料的联结，而且对称结构使得其受力均衡。

上述外层钢板桩10和内层钢板桩20的顶端平齐，便于同时插打及拔除外层钢板桩10和内层钢板桩20，操作方便快捷；或者，如图1所示，外层钢板桩10和内层钢板桩20沿其长度方向错开设置，外层钢板桩10顶端高于内层钢板桩20顶端的部分为外层钢板桩顶部外伸段b，用于隔挡基坑顶部的坑外土体，内层钢板桩20底端低于外层钢板桩底端的部分为内层钢板桩20底部外伸段c，起到加大桩长以满足深基坑开挖对围护体系稳定性要求的作用，内层钢板桩20顶标高与外层钢板桩底标高之间的区域为双层钢板桩组合受力段a，是组合围护结构的主要承力段，上述设置使得桩身刚度分布与其受力情况相协调。

上述组合围护结构沿深度各分段尺寸的控制要求：外层钢板桩顶部外伸段b的长度按照在悬臂围护计算模式下，能承担其顶部深度范围内的坑外水土压力的允许长度确定；内层钢板桩20底部外伸段c的长度按照围护结构稳定性控制要求确定；双层钢板桩组合受力段a应包括桩身最大受力范围至单层钢板桩可承受的标高，其按钢砼组合构件模式进行计算分析。

另外，在插入基坑土体之前，外层钢板桩10和内层钢板桩20的表面均涂刷有减摩材料，以便于后期拔除并反复利用。

结合图4至图12说明本发明双层钢板桩组合围护结构的施工方法，本实施例的地下结构以管道(沟)工程为例，且管道(沟)工程的基坑深约7m，具体步骤如下：

s1：根据基坑施工场地条件，采用数值模拟方法对基坑支护结构的变形及稳定性进行综合分析，确定双层钢板桩的型号、桩长、各区段深度、组合截面型式、支撑数量及分布等支护结构布置方案，并确保满足相关规范要求；

s2：如图4和图5所示，在基坑四周插打外层钢板桩10和内层钢板桩20，外层钢板桩10和内层钢板桩20紧贴位于两者宽度方向的轴线ax平行设置或对称设置，对外层钢板桩10和内层钢板桩20之间土体进行注浆加固形成联合加强层30，同时施工第一道水平支撑1，本实施例的内、外层钢板桩均采用长度为12m的fsp-ⅳ型拉森钢板桩，上述水平支撑为两道φ609mm@6m的钢管40；

s3：如图6所示，继续开挖基坑土体并施工第二道水平支撑2；如图7所示，继续开挖至坑底；

s4：如图8所示，施工管道(沟)结构3的底板3′，根据设计要求设置换撑构件，待底板3′的混凝土达到设计要求的强度后拆除第二道水平支撑2；

s5：如图9至图12所示，施工完成管道(沟)结构3，拆除内部换撑构件4和第一道水平支撑1，密实回填土体至自然地坪标高，拔除外层钢板桩10和内层钢板桩20，并对拔桩空隙注浆填充。

需说明的是，如果管道(沟)结构3有水平中板或顶板，需在水平支撑拆除前形成上述结构，可取消换撑构件的施工。

本发明双层钢板桩组合围护结构的施工方法，首先，根据基坑施工场地条件和计算分析确定支护结构布置方案，在基坑四周先后插打外层钢板桩10和内层钢板桩20，并对桩间土体进行注浆加固形成联合加强层30，依次开挖基坑土体并施工其余各道水平支撑直至坑底，施工管道结构，根据设计要求设置换撑构件并拆除各道水平支撑，完成管道结构的施工后，回填土体至自然地坪标高后，同时拔除内层钢板桩20和外层钢板桩10，并对拔桩空隙注浆填充；该施工方法利用双层钢板桩及两者之间的联合加强层30相互协同工作共同承受大刚度受力，并增强了组合围护结构的隔水抗渗性能；该施工方法通过插打内、外层钢板桩及对桩间土体加固注浆的方式，占地面积小，并减少了施工的二次污染，而且，钢板桩插打及拔除操作方便，施工效率高；基坑回填后双层钢板桩可以回收重复利用，节约能耗且降低建设成本；因此，该施工方法在保证基坑开挖安全的同时，能够节约工期、降低成本、减少污染，做到资源的合理配置。

上述步骤s2还包括，在外层钢板桩10和内层钢板桩20之间的土体内插入刚性构件，刚性构件为沿钢板桩长度方向设置的钢筋混凝土板桩60、型钢50、钢管40和钢筋的一种或多种组合，刚性构件的设置能够进一步增强组合围护结构截面的刚度，并可在施工完成后回收。

上述步骤s2中，同时插打外层钢板桩10和内层钢板桩20，且外层钢板桩和内层钢板桩20顶端平齐，步骤s4中，同时拔除外层钢板桩10和内层钢板桩20，以便于快速拔出双层钢板桩。

请继续参考图5，步骤s2中，在基坑四周插打外层钢板桩10后，开挖外层钢板桩顶部外伸段b所在位置的土方，再沿其长度方向错开插打内层钢板桩20，之后对外层钢板桩10和内层钢板桩20之间土体进行注浆加固形成联合加强层30，以利于整体受力构件的形成，同时施工第一道水平支撑1；且内层钢板桩20桩顶比外层钢板桩桩顶落低3m，即外层钢板桩顶部外伸段b为3m，内层钢板桩20底部外伸段c为3m，内层钢板桩20顶标高与外层钢板桩底标高之间的区域为双层钢板桩组合受力段a；步骤s4中，如图9所示，回填土体至内层钢板桩20桩顶标高；如图10所示，拆除第一道水平支撑1，同时拔除内层钢板桩20，并对拔桩空隙注浆填充；如图11和图12所示，待施工完成管道(沟)结构3后，分层回填至自然地坪标高再拔除外层钢板桩，并对拔桩空隙注浆填充。

上述步骤s2中，钢板桩的打桩作业可采用液压振动锤，液压振动锤噪音小，为环境友好型绿色工法；而且，打桩作业按交错法流水施工，钢板桩插打施工效率高，极大缩短了施工周期。

上述步骤s2中，在插入基坑土体之前，在外层钢板桩10和内层钢板桩20的表面均涂刷减摩材料，以便于后期拔除并反复利用。

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。