专利名称：多层位整体工作桩支护体系及施工方法
技术领域：
本发明涉及建筑物深挖基抗挡工支护工程。
城市建设的飞速发展造成建筑物密度愈来愈大。人们在有限的土地上为了取得更多的使用面积，除了向高空发展之外，向地下发展也就成了必然的途径，而且建筑物向地下发展还可取得很好的节能效果。目前国内外迅速发展起来的岩土支护工程正是迎合了这种需要。
当前国内外岩土支护工程所采取的手段主要有钢板桩-锚杆，地下连续墙-锚杆等做法，中国建筑工业出版社1989年4月出版的《地基工程处理手册》介绍了美国西雅图Columbia大厦基坑护壁工程，该大厦高出街面287米，76层，基坑深37米，基坑的护壁肋柱间隔4米，肋柱之间采用10-15cm厚的挡土墙，每根37米长的肋柱需用20-30根锚杆。我国北京地铁的挖开工程，基坑也采用过打入68号工字钢肋柱-锚杆支护方法。由于这种支护方法耗用钢材多，投资大，施工中需有大型专用设备，以及受工程地质条件限制，此法采用不多，而大量采用的支护手段，则是承受竖向外载的各类桩基，如予制桩，沉管灌注桩，钻孔灌注桩，钻孔压浆成桩等。采用这些桩当挖开深度较大时亦需设锚杆，使得工程造价高，施工周期长，有些桩在施工中对周围居民产生噪声和震动干扰，有的还存在护壁泥浆排放污染等。
把这些桩引用到主要承受侧向荷载的支护结构中，难以发挥最佳效益，因支护桩主要功能在于抗弯，要求桩本身具有尽量大的抗弯截面模量，并且其布筋与构造也应有相应的要求。
本发明的目的在于弥补现有支护桩结构上述不足之处，提供了一种能充分发挥支护桩本身的抗弯功能，具有尽量大的抗弯截面模量，不需设置锚杆，不需对支护桩间土后期进行二次支护，可大大缩短桩的嵌入深度的多层位整体工作桩支护体系及施工方法。
多层位整体工作桩支护体系包括该工作桩本身，以及由该工作桩组成的能承受桩顶刚架或拱架反力的抗推排桩墙，和桩顶刚架或拱架构成。
1、多层位整体工作桩是该支护体系的核心，它是一种钢筋混凝土制成的由共同工作的下列几部分组成，用于增大桩与土层摩擦力呈锯齿状混凝土护壁3，该护壁含外环筋17及竖筋19;混凝土内壁4含内环筋18及有方位性的竖筋5;桩空心内沿竖向依受力特点设置肋板或肋环6，它能有效地发挥整体抗弯剪性功能;桩底单向伸出前后趾8，前后趾8内含受力钢筋20，用于增大桩抗倾覆力矩，并有效地增强抵抗因挖开而导致的倾覆，桩内空心部位密填砂土7;桩顶设圈梁2，桩壁厚度和布筋密度可按受力大小由计算确定，有关公式略。
2、抗推排桩墙，当挖开基坑如图5所示成平面14形状时，其AB及DE上拱架推力由BC及CD上的排桩承受，从而构成抗推排桩墙10，它的密排相切的左右相邻桩护壁切点，保持有不小于240毫米宽的混凝土接触面，接触面以企口状15相连，在受力较大处增设连接左右桩的拉结筋，该拉结筋有水平连接16A或斜向连接16B、16C、或其他形式。
3、桩顶封闭刚架或拱架，其中桩顶封闭刚架9是带有纵筋和箍筋的钢筋混凝土结构;桩顶拱架由卧于地面之下同一水平面或同一斜面之内的拱圈11，拉梁12和拉杆13构成，其中拱圈是在地面所挖折线形原槽内浇注混凝土，内配有构造钢筋，拉梁用于平衡拱圈左右端推力，而拉杆是由两端焊有锚板的钢筋制成，用于连接拉梁12和拱圈11。
多层位整体工作桩支护体系的施工方法包括a、挖土护壁成孔工艺，采用分节连续向下制作按设计要求挖孔→绑扎护壁竖筋19，外环筋17→支模(用若干块弧形模板块21和加劲角钢22拼成)→拆模(经一段时间后，当混凝土达到可拆模强度时进行)→重复上述工序达到设计标高，进行扩底，设置前后趾8，成孔结束。
b、桩身内壁成型工艺在孔内绑扎前后趾受力钢筋20，竖筋5，内环筋18→扩底部混凝土浇注至设计要求高度→支内滑模如图10，图11所示，内滑模由薄钢板23，吊钩24和加劲角钢25构成→边浇注混凝土，边提内滑模，并密填砂土7，空提内滑模后浇注肋板6混凝土，→重复上述工序达到设计桩顶标高为止;
c、桩顶封闭刚架或拱架的制作桩顶封闭刚架9是布有纵筋和箍筋的钢筋混凝土结构;桩顶拱架由拱圈11，拉梁12和拉杆13构成，拱圈是在地面所挖折线原槽内浇注混凝土，配有构造钢筋，拉杆是由两端焊有锚板的钢筋制成，用于连接拉梁和拱圈。
在上述工艺过程中必须注意1、挖孔护壁分节连续向下做成，上下节间的竖筋19要求有足够的搭接长度，环筋17按要求制作;
2、护壁内外两侧做成锯齿形，上下节护壁要连成整体，以利于共同工作;
3、挖土护壁成孔需一隔一地进行，对抗推排桩墙的相邻桩护壁切面，保持有不小于240毫米宽的接触面，使左右护壁3的混凝土粘接牢固，成企口状15相连，对已完工的护壁外皮要清刷处理在受力较大处增设连接左右桩的水平拉结筋16A，或斜向拉结筋16B、16C;
4、在孔内绑扎竖筋5，环筋18要求按方位配筋，即在受力大部位配筋;
5、竖筋5伸出桩顶标高处要有足够长度，以便于同桩顶刚架或桩顶拱架连接成整体。
本发明与现有支护桩结构体系比较具有如下优点1、本发明可构成极为有利的空间支护体系，它将桩与倒T形挡土墙合二为一，既是桩又组成倒T形挡土墙，将离散单根桩有机地结合为抗推力桩墙;
2、这种多层位整体工作桩由于设计是空心的，断面可以显著加大，再加上桩底伸出前后趾，具有新的尺寸效应与刚度效应，是一种原位成型暗设倒T形地下抗侧力结构体系;
3、这种支护结构体系可避免采用小直径桩间土后期进行二次，支护的缺陷;
4、卧式拱架的采用增强了多层位整体工作桩支护体系的整体性;
5、当这种支护体系组成抗推排桩墙之后，其抗侧能力已不是各单桩抗侧能力的总和，而是急骤地提高到桩总数的平方值那样大倍数的抗侧能力;
6、这种工作桩是空心的，可利用现场砂土密填，减少残土外运;
7、这种支护体系由于不需设置锚杆，桩的长度较一般桩短，大大降低桩的嵌入深度，可节省钢材、水泥、降低工程造价20-30%;
8、施工中无噪声、震动干扰和污染，可以很好地保护地下管网，实现文明施工，安全可靠;
9、由于采用人工挖土成孔，不用大型专用机械设备，具有施工简便，作业面可同时展开，有效缩短工期，并可为社会提供就业机会。
图1是多层位整体工作桩结构示意2是该工作桩剖面3是桩顶封闭刚架示意4是桩顶拱架示意5是桩顶平面刚架异型形状示意6是抗推排桩墙相邻两桩连接示意7是企口状连接相邻桩大样图8是相邻两桩拉结筋连接示意9弧形模板示意10内滑模示意11内滑模剖面示意图。
图中标注1多层位整体工作桩桩身，2桩顶圈梁，3混凝土护壁，4混凝土内壁，5内壁竖筋，6肋板或肋环，7填密砂土，8前后趾，9封闭刚架，10抗推排桩墙，11拱圈，12拉梁，13拉杆，14平面刚架异型形状，15相邻两桩护壁企口状连结，16A相邻两桩水平拉结筋，16B，16C相邻桩斜向拉结筋，17外环筋，18内环筋，19护壁竖筋，20前后趾受力钢筋，21弧形模板块，22加劲角钢，23内滑模，24提模吊钩，25内滑模加劲角钢。
工程实施例某工程兴建于周围建筑物密集地块上，需开挖基坑深10.5米，用本发明技术方案进行支护，设计桩径1.75米，桩长13米，桩距1.8米，支护工程完工后经过数月，整个支护体系完整无损，成功地保护了距基坑一边仅1.0米的临时水箱房(无基础)重千余吨，在距基坑一边5米左右的独立浅基础三层配电楼，该两建筑均未因基坑开挖受到丝毫影响。
权利要求
1.多层位整体工作桩支护体系涉及建筑物深挖基坑挡土支护工程，该支护体系由钢筋混凝土制成的多层位整体工作桩，由该工作桩组成的承受桩顶刚架或拱架反力的抗推排桩墙以及桩顶刚架或拱架组成，该工作桩桩身1的内外两侧是锯齿状混凝土护壁3，该护壁含外环筋17，护壁竖筋19，混凝土内壁4含内环筋18，其特征是a、该工作桩桩身1布有肋板或肋环6，混凝土内壁4含有竖筋5，桩底单向伸出前后趾8，内含受力钢筋20，桩顶设圈梁2；b、抗推排桩墙10是由一根根多层位整体工作桩组成，左右相邻桩混凝土护壁3的切面，保持有不小于240毫米的接触面，形成企口状15相连，在受力较大处增设连接左右桩的拉结筋16A、B、C；c、桩顶封闭刚架9用钢筋混凝土制成内布纵筋和箍筋；桩顶拱架由卧于地面之下同一水平面或斜面内的拱圈11，拉梁12和拉杆13构成。
2.按照权利要求1所述的支护体系，其特征是该工作桩是混凝土空心桩，内填密砂土7，桩身混凝土内壁的竖筋5配筋有方位性，即是在受力大的部位配筋;
3.按照权利要求1所述的支护体系，其特征是连接左右桩的拉结筋可以是水平拉结筋16A，也可以是斜向拉结筋16B16C或其它形式;
4.按照权利要求1所述的支护体系，其特征是该工作桩的桩壁厚度和布筋密度是按其受力大小由计算确定;
5.多层位整体工作桩支护体系的施工方法包括挖土护壁成孔工艺，桩身内壁成型工艺和桩顶封闭刚架或拱架的制作，其中挖土护壁成孔工艺是按设计要求挖孔→绑扎护壁竖筋19，外环筋17→支模用若干块弧形模板块21，加劲角钢22拼成→拆模(当混凝土达到可拆模强度时进行)→重复上述工序达到设计标高，其特征是a、挖土护壁成孔达到设计标高后，进行单向扩底，设桩底前后趾;b、桩身内壁成型工艺包括孔内绑扎桩趾受力钢筋20，内壁竖筋5，内环筋18→扩底混凝土浇注至设计要求高度→支内滑模→边浇注混凝土边提内滑模，并填密砂土7，在相应位置空提内滑模后，浇注肋板6混凝土→重复上述工序直达到桩顶标高为止;
6.按照权利要求5所述的施工方法，其特征是，挖土护壁成孔需一隔一地进行，当多层位整体工作桩组成抗推排墙时，相邻桩护壁3的切点应保持有不小于240毫米宽的接触面，使左右护壁的混凝土相接触，粘结成企口状15相连，在受力较大的部位增设连接左右桩的水平拉结筋16A或斜向拉结筋16B、16C或其它形式;
7.按照权利要求5所述的施工方法，其特征是，竖筋5应伸出桩顶标高处有足够的长度，以便于同桩顶封闭刚架或拱架连成一整体;
8.按照权利要求5所述的施工方法，其特征是桩顶拱架的拱圈11是在地面所挖折线形原槽内浇注混凝土，并配有构造钢筋;拉杆13是由两端焊有锚板的钢筋制成，拉杆13用于连接拱圈11和拉梁12。
全文摘要
多层位整体工作桩支护体系包括由钢筋混凝土制成的空心桩，内设肋板或肋环内填密砂土，桩底伸出前后趾，桩身竖筋配置有方位性由该工作桩组成的抗推排桩墙，以及桩顶封闭刚架组成，该支护体系可充分发挥支护桩抗弯功能，有尽量大的抗弯截面模量，不需设置锚杆，不必对桩间土后期二次支护，节省钢材和水泥，缩短工期，无噪声、震动干扰与污染，降低工程造价20—30％。
文档编号E02D27/12GK1058247SQ9110620
公开日1992年1月29日 申请日期1991年7月12日 优先权日1991年7月12日
发明者汤无鹏, 李豪邦, 孙洪杰 申请人:中国建筑东北设计院