双H型钢一体化预制桩复合型基坑围护结构及其施工方法

本发明涉及装配式基坑围护，具体为双h型钢一体化预制桩复合型基坑围护结构及其施工方法。

背景技术：

1、目前，基坑工程领域所采用的装配式基坑围护结构，普遍以桩-梁-墙-锚杆复合型体系为主要形式，依靠桩体承担挡土作用、桩间设置支撑或连系梁实现构件连接、剪力墙现场装配并配合锚杆锚固，以完成基坑围护与土方开挖作业。实际应用表明，上述传统围护结构及施工方法存在诸多技术不足：

2、① 各构件之间缺乏可靠的整体连接构造，难以形成协同受力体系，结构整体性较弱，在基坑外侧土压力作用下受力传递路径不清晰、不可靠，易引发局部破坏，且后期难以加固复用；

3、② 桩与墙、墙与墙、构件与锚杆之间的连接节点未设置有效拉结、锚固及咬合构造，节点连接可靠性不足，整体刚度与稳定性难以适配深基坑及复杂地质工况；

4、③ 桩间、墙间及桩墙结合部位止水构造不完善，连接节点易产生渗漏水，给基坑施工作业带来较大安全风险；

5、④ 现场施工工序繁杂、装配化程度不高、施工效率偏低、工期较长，无法适配基坑工程高效化、绿色化、安全化的发展需求。

6、为此，亟需开发一种整体性优良、受力可靠、止水效果优异、施工高效的新型基坑围护结构及其施工方法，以解决现有技术存在的上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供双h型钢一体化预制桩复合型基坑围护结构及其施工方法，以解决背景技术提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种双h型钢一体化预制桩复合型基坑围护结构，包括整体成型的钢筋混凝土预制桩和双h型钢一体化预制桩，所述双h型钢一体化预制桩包括中部的连接钢棒和两端的h型钢桩，两根所述h型钢桩对称布置于所述钢筋混凝土预制桩的左右两端，且所述连接钢棒和所述h型钢桩的靠近所述钢筋混凝土预制桩的一侧翼板嵌入所述混凝土预制桩内部；

3、相邻两钢筋混凝土预制桩之间设有结构相同但相向布置的外侧带端承梁叠合板和内侧带端承梁叠合板，二者端部为端承梁，所述端承梁的扩大截面部布置于所述h型钢桩翼板和腹板之间的空腔内，且所述端承梁与所述h型钢桩一同穿设有抗剪螺杆；

4、所述外侧带端承梁叠合板和所述内侧带端承梁叠合板之间设有钢筋笼，且两叠合板与所述钢筋混凝土预制桩的空腔内设有高强灌浆料形成桩间剪力墙，两叠合板均穿设有锚杆，所述锚杆打入基坑外土层。

5、优选的，所述h型钢桩的腹板上设有螺杆穿孔，所述端承梁设有预留孔，所述抗剪螺杆穿设于所述螺杆穿孔和所述预留孔。

6、优选的，所述外侧带端承梁叠合板和所述内侧带端承梁叠合板分别设有位置相对应的锚杆孔，以供所述锚杆穿设。

7、本发明同时提供一种双h型钢一体化预制桩复合型基坑围护结构的施工方法，用于形成所述的基坑围护结构，包括如下步骤：

8、步骤s1：钢筋混凝土预制桩和双h型钢一体化预制桩整体成型，测量放线定桩位；

9、步骤s2：静压沉桩，首层土方开挖；

10、步骤s3：预留孔清理，吊装外侧带端承梁叠合板；

11、步骤s4：第一轮高压注浆，分段吊放钢筋笼；

12、步骤s5：吊装内侧带端承梁叠合板，抗剪螺杆穿孔打设；

13、步骤s6：插入锚杆套管，第二轮高压注浆；

14、步骤s7：锚杆打设，首层以下土方分层分段开挖；

15、步骤s8：重复步骤s2至s7，直至全部完成基坑围护结构施工。

16、优选的，具体步骤如下：

17、步骤s1：双h型钢一体化预制桩中的左右两根h型钢桩通过不少于两排连接钢棒形成组合型桩体，连接钢棒通过机械连接方式固定于该两根h型钢桩上，并形成双h型钢一体化预制桩；竖向相邻两连接钢棒之间的距离不超过300mm，连接钢棒直径不小于25mm，连接钢棒的下料长度较同方向预制桩截面尺寸大40mm，连接钢棒外表面设计成螺纹状；

18、在装配式pc工厂生产钢筋混凝土预制桩时，双h型钢一体化预制桩与对应的一组钢筋一起组装，并浇筑形成钢筋混凝土预制桩，两根h型钢桩对称布置于钢筋混凝土预制桩的左右两端，且连接钢棒以及两根h型钢桩的靠近钢筋混凝土预制桩一侧的翼板均嵌入钢筋混凝土预制桩的内部；

19、预制构件进场时做好成品验收工作，对钢筋混凝土预制桩和双h型钢一体化预制桩整体成型外观质量有严重缺陷或严重影响桩体沉设的成品质量问题，不得进场；现场施工过程中，采用全站仪按照桩体设计位置准确测量定好各桩位，做好过程验收与记录；

20、步骤s2：待钢筋混凝土预制桩和双h型钢一体化预制桩整体成型后，按照已测设的沉桩点位对各桩体采用静压方式逐根沉设，现场沉桩采用“水泥土搅拌桩+静压沉桩”施工工艺；为了避免水泥土搅拌桩终凝后导致双h型钢一体化预制桩的土体难清理，设计水泥掺入量控制在6%~8%之间；水泥土搅拌桩直径不超过钢筋混凝土预制桩截面最大边长设计，保留两侧双h型钢一体化预制桩自由切土随钢筋混凝土预制桩沉设就位；

21、待静压沉桩24小时后，对首层基坑土方进行开挖，对于基坑深度较大、土层较松软或经常受较大振动等复杂工况时，基坑内土方开挖采用中心岛式开挖方案，在靠近桩体的土方采用人工方式进行开挖，首层土方开挖至首层外侧带端承梁叠合板和内侧带端承梁叠合板的底部标高处，做好过程验收工作；

22、步骤s3：待首层土方采用中心岛式开挖后，对桩体表面的多余杂土进行清理，重点清理后续内侧带端承梁叠合板和外侧带端承梁叠合板吊装就位处的h型钢桩腹板处的土方，并清理干净各h型钢桩腹板上的螺杆穿孔；

23、待清理好各桩间杂土后，吊装外侧带端承梁叠合板，采用塔吊将外侧带端承梁叠合板缓慢吊放，让外侧带端承梁叠合板两端的扩大截面部卡入h型钢桩翼板和腹板之间的空腔内，先采用抗剪螺杆由h型钢桩腹板上的螺杆穿孔中穿过，再插入已吊装初步就位的外侧带端承梁叠合板两端的预留孔中，穿过预留孔后打入基坑外土层内部；

24、待外侧带端承梁叠合板初步就位后，外侧带端承梁叠合板底部支承于首层土方底部标高处，在外侧带端承梁叠合板与其下部土方之间打设混凝土垫块，并在外侧带端承梁叠合板和首层土方底部之间的接缝处采用砂浆封堵，在灌浆前避免较大振动，做好过程验收工作；

25、在外侧带端承梁叠合板吊装就位后，于外侧带端承梁叠合板两端扩大截面部的上侧和/或下侧，与h型钢桩翼板之间的空隙中嵌入钢制抗滑移挡块，形成对外侧带端承梁叠合板沿水平方向的限位；

26、步骤s4：待外侧带端承梁叠合板吊装后，进行第一轮高压注浆工作，第一轮高压注浆主要完成外侧带端承梁叠合板和基坑外土层之间空腔内的灌浆作业，在灌浆之前：首先采用锚杆套管将外侧带端承梁叠合板上的锚杆孔全部堵住，锚杆套管由锚杆孔中打入基坑外土层，锚杆套管表面涂刷隔离剂，仅保留最下部一行上第一个和最后一个锚杆孔不进行封孔，保留最下部一行第一个和最后一个锚杆孔作为高压注浆的灌浆孔，并在靠近注浆孔位置的外侧带端承梁叠合板表面设置位移监测点；

27、接着在外侧带端承梁叠合板上设置若干道临时斜撑，临时斜撑的一端抵顶于外侧带端承梁叠合板的外侧面，另一端抵顶于已沉设就位的钢筋混凝土预制桩或h型钢桩的翼板上，临时斜撑采用可调式钢管支撑，通过调整其长度使斜撑对外侧叠合板施加预紧力，以平衡注浆过程中浆料对外侧叠合板产生的水平推力；

28、然后在外侧带端承梁叠合板的下部与土层的接缝处铺设方木，在方木的外侧采用短钢筋头打入土层以固定方木；最后采用高压注浆机由两个灌浆孔中进行第一轮高压注浆，在高压注浆机上的注浆嘴前端与注浆孔紧密吻合并形成一个相对密封的通道之后，再进行注浆作业；

29、该轮高压注浆采用分级分次注浆工艺方法降低注浆压力产生的水平推力，将注浆压力分为若干等级逐级施加，每一级注浆压力下维持一定时间，待外侧带端承梁叠合板的位移监测数据稳定后再进行下一级加压；

30、待高压注浆作业完毕后，再将留作注浆孔的锚杆孔用打入锚杆套管的方式封堵，加强养护；

31、待第一轮高压注浆料达到设计强度30%以上后，通过多次转动各锚杆套管的方式，确保锚杆套管与注浆料在终凝前能够脱离，以便后续能够顺利拔出，待第一轮高压注浆料达到设计强度60%以上后，拔出各锚杆套管和抗剪螺杆；待第一轮高压注浆达到设计强度后，分段安装钢筋笼，做好隐蔽工程验收；

32、步骤s5：待钢筋笼全部安装完毕后，进行内侧带端承梁叠合板的吊装就位工作，然后从内侧带端承梁叠合板两端的预留孔中由上至下依次插入抗剪螺杆，将抗剪螺杆由内侧带端承梁叠合板两端的预留孔中一次穿过h型钢桩腹板上的螺杆穿孔和外侧带端承梁叠合板两端的预留孔，最后打入至基坑外土层中；

33、步骤s6：待内侧带端承梁叠合板和外侧带端承梁叠合板端部的抗剪螺杆穿孔打设完毕后，拔出各短钢筋头并取走方木，并逐一将各锚杆套管由内侧带端承梁叠合板和内侧带端承梁叠合板上的锚杆孔中打入至基坑外土层，再进行第二轮高压注浆工作；

34、注浆前，现场锚杆套管的打设，仍保留最下部一行第一个和最后一个锚杆孔作为高压注浆的灌浆孔，在内侧带端承梁叠合板的下部与土层的接缝处同样铺设方木；然后采用高压注浆机由两个灌浆孔中进行第二轮高压注浆，并在注浆嘴前端与注浆孔紧密吻合并形成一个相对密封的通道之后，再将内侧带端承梁叠合板和外侧带端承梁叠合板之间的空腔灌满高强注浆料，采用橡皮塞对两个灌浆孔进行封堵，加强养护；第二轮高压注浆同样采用上述步骤s4中分级分次注浆工艺手段，以减轻注浆压力产生的水平推力；

35、最后，拔出橡皮塞，在高压注浆料初凝后、终凝前由两个灌浆孔处打入锚杆套管，减少振动，再加强养护，做好过程验收与记录；

36、步骤s7：待第二轮高压注浆施工完毕且达到注浆料强度100%后，进行各锚杆的施工，锚杆施工由内侧带端承梁叠合板表面各锚杆套管端口处将锚杆打入至基坑外土层，锚杆打设采取“分区间逐一打设，由内侧带端承梁叠合板中部向两侧打设，由上至下逐一打设，注浆密实”的施工工艺；待各区间所有锚杆全部打设完毕，静置不少于24小时后，对基坑内侧首层以下土方分层分段进行开挖工作，做好过程验收与记录；

37、步骤s8：待首层基坑围护结构全部施工完毕后，首层以下土方分层分段开挖至各层设计标高，对首层基坑围护结构底部进行清理，为首层以下基坑围护结构的分层分段施工提供条件；

38、对于首层以下外侧叠合板的吊装施工采用普通叠合板设计，且该普通叠合板的两端一体成型有多个附加钢板条以形成外侧普通叠合板，首层以下外侧叠合板设计长度按照相邻两h型钢桩之间的净距确定；

39、将外侧普通叠合板吊装至其安装点的同一水平高度附近后，辅以人工调整推动外侧普通叠合板进入安装点，再通过焊接附加钢板条与两侧h型钢桩的方式固定外侧普通叠合板；其他关于高压注浆、钢筋笼吊装等工序仍参照重复步骤s2至s7，直至全部完成基坑围护结构施工，做好验收与文件归档。

40、相比于现有技术，本发明所具备的有益效果为：

41、1、本发明通过将双h型钢一体化预制桩与钢筋混凝土预制桩在工厂内整体浇筑成型，使连接钢棒及h型钢桩内侧翼板嵌入混凝土内部，形成一体化受力桩体；内外侧带端承梁叠合板端部扩大截面部卡入h型钢桩翼板与腹板之间的空腔，并通过抗剪螺杆贯穿h型钢桩腹板与叠合板端承梁处的预留孔，在相邻两预制桩和内外侧带端承梁叠合板围成的空腔内设置钢筋笼并灌注高强灌浆料，以此形成桩间剪力墙，使桩、墙、锚杆形成整体受力体系，受力传递路径连续明确，可大幅提高围护结构抵抗土压力的能力，有效避免局部破坏。

42、2、本发明采用多路径止水节点设计，依托整体成型桩体从构造上消除桩身渗漏隐患；通过两轮高压注浆密实填充桩间、板间及桩板结合处空腔；锚杆孔采用锚杆套管封堵并预留专用注浆孔，注浆完成后及时封堵，实现全节点、全断面密封止水，从根本上解决传统围护结构桩板节点、板间接缝易渗漏水的问题，消除基坑施工安全隐患。

43、3、本发明桩体构件采用工厂化预制，现场采用“水泥土搅拌桩+静压沉桩”工艺沉设，沉桩阻力小、就位精度高；内外侧叠合板可分段吊装、分步固定，抗剪螺杆穿孔安装、钢筋笼分段吊放、锚杆分层打设，并配合分层分段土方开挖与循环施工，工序衔接紧凑，现场湿作业量少，安装效率高，较传统施工方法可节省工期40%以上。

44、4、本发明h型钢桩与叠合板采用端承卡合与抗剪螺杆贯穿相结合的连接构造，锚杆采用分层分区逐一施工并注浆密实，整体结构受力均匀；局部构件或节点发生损伤时，可通过更换螺杆、补注灌浆料、调整锚杆等方式快速加固修复，有效提高围护结构的耐久性与复用性，降低后期维护成本。