一种止水型角耳钢板桩的制作方法

1.本发明属于地下工程钢板桩支护施工领域，具体涉及到一种止水型角耳钢板桩及施工方法。


背景技术：

2.近年来，随着我国城市建设的快速发展，市政基础设施施工中的地下空间开发建设需求也在持续增加，特别是基坑施工，呈现出建设环境复杂、标准要求较高、施工工期紧等特征，拉森钢板桩支护施工技术的应用也越来越备受关注。
3.目前，经冷弯或热轧加工成型的拉森钢板桩，其截面形式多为“z”型或“u”型，钢板桩边缘自带圆弧形锁口。但对于水上沉桩或当降水对周边建筑物、地下管线、道路等造成危害或对环境造成长期不利影响时，这种边缘自带圆弧形锁口“z”型或“u”型拉森钢板桩因自身锁口形式或施工方式方法等诸多问题制约，基坑开挖时往往出现钢板桩锁口部位渗水、漏水等现象，影响了基坑内各项施工工序正常实施。为解决这一现象，目前常规做法：一是基坑开挖成型后需要对钢板桩增加锁口止水材料或在锁口部位焊接钢板来进行止水；二是在钢板桩的外侧采用搅拌桩或旋喷桩配合钢板桩形成止水帷幕，无形中影响了工程的施工进度和增加了工程施工成本。


技术实现要素：

4.本发明为解决现有技术的不足，提供一种止水型角耳钢板桩及施工方法。
5.本发明是通过以下技术方案实现的：
6.一种止水型角耳钢板桩，包括钢板桩桩体，所述钢板桩桩体为半圆形钢板桩，在钢板桩桩体的两侧沿长度方向设有角耳，所述角耳包括两凸榫，两凸榫之间围出一楔形凹槽；所述凸榫向外延伸时宽度逐渐增大，凸榫外侧端点与内侧端点之间连线与水平方向的夹角为4
°
～8
°
；所述凸榫匹配插入凹槽内；所述凸榫垂直或平行钢板桩桩体两侧侧面切线；所述钢板桩桩体内侧沿长度方向设有椭圆孔，所述椭圆孔一半在钢板桩桩体上，一半凸出钢板桩桩体外，椭圆孔底部距离钢板桩桩体底部5
‑
10cm，椭圆孔底部为斜切面；所述椭圆孔下端部分的内部设置与椭圆孔一体的挡圈，挡圈内放置椭圆形钢珠，所述挡圈上部和下部的内径小于钢珠水平方向的直径，挡圈中上部和中下部的内径等于钢珠水平方向的直径，挡圈中部的内径大于钢珠水平方向的直径；所述钢珠竖直方向的直径大于挡圈最大的内径。
7.所述凸榫外侧端点与内侧端点之间连线与水平方向的夹角为7
°
。
8.所述凹槽尺寸比凸榫大1
‑
5mm。
9.所述椭圆孔短内径与长内径比为1:(1.2～1.6)。
10.所述椭圆孔设置为两个，两个椭圆孔对称设置在两角耳旁。
11.所述椭圆孔底部斜切面的斜切角度为45
°
～60
°
。
12.本发明还包括一种钢板桩施工方法，利用本发明的止水型角耳钢板桩完成，包括如下步骤：
13.（一）测量放线，在施工现场放出止水型角耳钢板桩及围凛下支撑和围凛上支撑的中线；
14.（二）安放围凛下支撑；
15.（三）贴紧围凛下支撑外侧打设本发明的止水型角耳钢板桩；
16.（四）安放围凛上支撑：
17.（五）将围凛上支撑与围凛下支撑之间通过链条连接；围凛上支撑与止水型角耳钢板桩桩顶之间通过链条连接：
18.（六）基坑开挖至上下链条均受力，这时围凛上支撑和围凛下支撑达到设计标高；
19.（七）基坑内施工作业完成后拔出本发明的止水型角耳钢板桩。
20.作为优选方案：
21.进一步的，所述步骤（三）中，打设止水型角耳钢板桩时，可通过椭圆孔连接高压水；当止水型角耳钢板桩打设完成后，可通过椭圆孔注浆。
22.进一步的，所述步骤（五）中，围凛上支撑与围凛下支撑之间的链条两端为弓形卸扣，弓形卸扣分别固定在围凛上支撑和围凛下支撑上；围凛上支撑与止水型角耳钢板桩桩顶之间的链条一端为弓形卸扣，一端为吊钩，弓形卸扣固定在围凛上支撑上，吊钩钩在止水型角耳钢板桩桩顶。
23.进一步的，所述步骤（七）中，可向椭圆孔内注射高压水以便于拔出止水型角耳钢板桩。
24.本发明的有益效果为：
25.本发明止水型角耳钢板桩，其桩身截面为半圆弧形状，桩身两侧边缘自带用于连接相邻钢板桩的楔形锁口，在打入地下后或受到钢板桩外侧的侧压力时，楔形锁口受力自动锁紧，沿楔形锁口的咬合部位形成一道泌水线，避免了钢板桩锁口部位渗水、漏水等现象。本发明钢板桩承受侧压力及整体稳定性较好，与传统的拉森钢板桩相比能有效解决相邻钢板桩之间锁口部位渗水、漏水等问题，特别是在港口码头、河道护岸、防渗墙、水上沉桩等永久性工程中，或当降水对周边建筑物、地下管线、道路等造成危害或对环境造成长期不利影响时比传统钢板桩更能凸显其高强度、耐久性和隔水性能。
26.本发明的钢板桩可针对不同地质地貌使用，且能灵活组合多种类型的桩体，具有施工简易、强度和稳定性高、支护结构止水性好、对周边影响小等显著优点，社会效益是相当显著的。另外楔形锁口能够更好的实现相邻钢板桩的合拢效果，可快速形成一个封闭的维护体系，从而有利于深基坑开挖作业的顺利开展，促进地下主体结构的高效进行。
附图说明
27.图1为本发明a型桩断面结构示意图。
28.图2为本发明b型桩断面结构示意图。
29.图3为本发明c型桩断面结构示意图。
30.图4为本发明a型桩立面结构示意图。
31.图5为本发明b型桩立面结构示意图。
32.图6为本发明角耳放大结构示意图。
33.图7为本发明的椭圆孔下部放大断面图。
34.图8为本发明施工过程的结构示意图。
35.图9为本发明aa型桩正向组合体系断面结构示意图。
36.图10为aa型桩正反组合体系断面结构示意图。
37.图11为bb型桩正反双向组合体系断面结构示意图。
38.图12为bb型桩正反单向组合体系断面结构示意图。
39.图13为abab型桩正反单向组合体系断面结构示意图。
40.图中，1钢板桩桩体，2凸榫，3凹槽，4链条，5吊钩，6弓形卸扣，7围凛上支撑，8围凛下支撑，9椭圆孔，10钢珠，11挡圈a，12挡圈b，13挡圈c，14挡圈d，15挡圈e，16斜切面，17外侧端点，18内侧端点。
具体实施方式
41.以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本技术技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
42.本发明的钢板桩桩体1横截面为半圆形，在钢板桩桩体1的两侧边缘沿钢板桩桩体1长度方向设有角耳。所述角耳包括两凸榫2，两凸榫2之间围出一楔形中空凹槽3，因其截面形状与人脸面部耳朵相似，故这里称之为角耳，对应的钢板桩称之为止水型角耳钢板桩。
43.所述的凸榫2向外延伸时宽度逐渐增大，因此围出的凹槽3向外延伸时开口从大变小。凸榫2外侧端点17与内侧端点18之间连线与水平方向的夹角为4
°
～8
°
。经过反复研究和实践得出当上述的夹角即凸榫2倾斜角小于4
°
时，在施打的过程中容易导致凸榫2与凹槽3脱离，锁口失效；当锁口大于8
°
时，与桩身连接的两个角耳容易在根部断裂。经长期的打、拔实验数据分析与现场实际施工经验总结，上述最佳夹角为7
°
，如附图6所示。
44.所述的凸榫2与凹槽3形状匹配，凸榫2匹配插入凹槽3内。实际施工时为便于凸榫2与凹槽3安装，优选凹槽3的尺寸比对应的凸榫2尺寸大1mm～5mm。
45.所述凸榫2可以垂直钢板桩桩体1侧边边缘的切线，也可以平行钢板桩桩体1侧边边缘的切线，因此有三种类型的本发明的止水型角耳钢板桩，这里分别命名为a型桩、b型桩、c型桩。
46.a型桩为两侧的凸榫2均垂直钢板桩桩体1侧边边缘的切线，如附图1所示；b型桩为两侧的凸榫2均平行钢板桩桩体1侧边边缘的切线，如附图2所示；c型桩为一侧的凸榫2垂直钢板桩桩体1侧边边缘的切线，另一侧的凸榫2平行钢板桩桩体1侧边边缘的切线，如附图3所示。
47.上述三种类型的桩可以灵活组合成多种钢板桩支护结构，根据所支护的地质条件和对周边环境条件的影响不同，其可形成至少5种类型的封闭支护体系，按照组合方式可分为aa型桩正向组合体系、aa型桩正反组合体系、bb型桩正反双向组合体系、bb型桩正反单向组合体系、abab型桩正反单向组合体系，如附图9
‑
13所示。
48.所述钢板桩桩体1内侧沿长度方向还设有椭圆孔9，椭圆孔9优选为两个，对称的布置在角耳根部内侧位置。所述的椭圆孔9一半在钢板桩桩体1内，一半凸出钢板桩桩体1外。之所以如此设置是因为：若将椭圆孔9全部布置在钢板桩桩体1内，一是占用桩身，影响桩身的自身强度，二是若施工期间椭圆孔9内被杂物封堵，采用高压水（或孔内螺旋清理器）难以冲洗出来的情况下，这时此椭圆孔9就废了。而若是椭圆孔9一半在桩身外，一是减少了桩身
结构的占用，二是如遇到难以用高压水（或孔内螺旋清理器）冲洗的情况下，可以采用电焊从外侧开口清理，清理后再用电焊焊接即可。为确保椭圆孔9内水的最大压强及在堵孔的情况下便于清理，椭圆孔9短内径与长内径比为1:(1.2～1.6)。
49.在钢板桩桩体1打设施工期间为避免损伤椭圆孔9的下部出口，椭圆孔9底部距离钢板桩桩体1底部5
‑
10cm，且椭圆孔9底部为斜切面16，椭圆孔9底部斜切面16的斜切角度优选为45
°
～60
°
。
50.在椭圆孔9底部部分的内部设置有与椭圆孔9一体的挡圈，挡圈内放置椭圆形钢珠10，钢珠10被限制在挡圈内。挡圈上部和下部的内径小于钢珠10水平方向的直径，挡圈中上部和中下部的内径等于钢珠10水平方向的直径，挡圈中部的内径大于钢珠10水平方向的直径。为便于更清楚的说明，这里将挡圈从上至下分成五部分，从上至下依次为挡圈a11、挡圈b12、挡圈c13、挡圈d14、挡圈e15，其中优选的，挡圈a11和挡圈e15的内径比钢珠10水平方向直径小3mm～6mm；挡圈b12和挡圈d14的内径与钢珠10水平方向直径相等；挡圈c13内径比钢珠10水平方向直径大2mm～4mm。当钢珠10移动到中部挡圈c13部位时，注入椭圆孔9内的液体可以从钢珠10周围流动。为防止钢珠10在受到上方或下方单方面压力时出现侧翻，钢珠10竖直方向的直径大于挡圈内部最大的内径，即钢珠10竖直方向的直径大于挡圈c13内径，这样钢珠10就无法侧翻。为满足不同地质工况下施工的复杂条件，中部挡圈c13长度根据钢板桩桩体1的长度不同而相应增减，挡圈c13的长度越长，椭圆孔9喷出的液体压力越大，反之越小。
51.下面详细介绍一下椭圆孔9的工作原理：
52.当打设钢板桩桩体1时，随着钢板桩桩体1底部深入土体，钢板桩桩体1底部受到土体的阻力而被动将土体挤压到椭圆孔9内，并将椭圆孔9内的钢珠10挤压到挡圈b12位置，由于上部挡圈a11的孔径比钢珠10小，钢珠10停留在挡圈b12部位。随着钢板桩桩体1不断的深入土体，钢板桩桩体1四周受到土体的阻力不断增大，插打到一定深度之后，当钢板桩桩体1周身受到的阻力大于或等于插打钢板桩机械的动力后，钢板桩桩体1就会出现打不下去的现象，此时，通过钢板桩桩体1顶部的椭圆孔9连接高压水，椭圆孔9内的高压水推动钢珠10至中部挡圈c13部位，此时，液体通过钢珠10周围并从椭圆孔9下部出口喷出，喷射出来的高压水降低钢板桩桩体1端部的阻力，增加钢板桩桩体1周围土体的空隙水压力来扰动钢板桩桩体1端部的土体，从而减少钢板桩桩体1插打时的阻力。当椭圆孔9内的高压水压力大于椭圆孔9的土体压力时，孔内的钢珠10即落入在下部挡圈d14部位，此时，钢珠10受到下部挡圈e15的阻挡，高压水无法从孔内喷射出来，此时证明钢板桩桩体1端部的土体阻力小于承压水的压力，若减少高压水的压力，当高压水的压力小于土体的阻力时，又会继续喷射。
53.因此本发明的椭圆孔9不仅能够在插打钢板桩时充当水刀的功能，为一水刀孔，而且当钢板桩桩体1打设完成后，为了对基坑底部进行加固，也可以充当注浆孔，特别是在水中作业沉桩时，针对基坑底部涌水涌砂地层补浆或是冷冻法注浆效果明显。另外在拔出钢板桩桩体1时，当钢板桩桩体1受到饱和土的作用在钢板桩桩体1周围形成真空负压导致钢板桩无法拔出时，还可以通过椭圆孔9注射高压水减少钢板桩桩体1周围的负压阻力。
54.基于本发明的止水型角耳钢板桩，本发明还包括一种钢板桩施工方法，具体包括如下步骤：
55.（一）测量放线，在施工现场放出止水型角耳钢板桩及围凛下支撑8和围凛上支撑7
的中线；
56.（二）安放围凛下支撑8；
57.（三）贴紧围凛下支撑8外侧打设本发明的止水型角耳钢板桩；
58.（四）安放围凛上支撑7：
59.（五）将围凛上支撑7与围凛下支撑8之间通过链条4连接；围凛上支撑7与止水型角耳钢板桩桩顶之间通过链条4连接：
60.（六）基坑开挖至上下链条4均受力，这时围凛上支撑7和围凛下支撑8达到设计标高；
61.（七）基坑内施工作业完成后拔出本发明的止水型角耳钢板桩。
62.下面以aa型桩正向组合形成的长方形基坑支护体系为例进行更详细阐述本发明的施工方法。
63.（一）测量放线：按照设计图纸，在施工现场放出止水型角耳钢板桩、围凛下支撑8和围凛上支撑7三者的中线。
64.（二）安放围凛下支撑8：根据测量放线，将围凛下支撑8组合焊接牢固，然后整体吊装至基坑围凛下支撑8的中线位置，并使得围凛下支撑8中心线与现场围凛下支撑8中线吻合。
65.（三）打设止水型角耳钢板桩：第一棵止水型角耳钢板桩为后续桩的基准桩，应采用经纬仪等进行准确定位。第一棵桩的施工位置确定无误后，沿着围凛下支撑8外侧垂直打设第一棵止水型角耳钢板桩，并使止水型角耳钢板桩的两个凸榫2紧贴围凛下支撑8外侧面。第二棵止水型角耳钢板桩打设前首先将第二棵止水型角耳钢板桩桩身半圆弧与第一棵止水型角耳钢板桩桩身半圆弧调整在同一侧，人工辅助扶正就位，然后将第二棵止水型角耳钢板桩凸榫2安放在第一棵止水型角耳钢板桩凹槽3中，采用打桩机进行初打，待第二棵桩与第一个桩的锁口咬合线大于1米后再进行连续施打至设计标高。其他止水型角耳钢板桩沿着围凛下支撑8外侧四周依次类推打设。如遇到有转角部位，在转角部位采用打设c型桩进行转角调整。
66.打设止水型角耳钢板桩时，根据情况可通过椭圆孔9连接高压水；当止水型角耳钢板桩打设完成后，根据情况可通过椭圆孔9注浆。
67.（四）安放围凛上支撑7：全部止水型角耳钢板桩按照基坑放线及设计标高打设完成后，将围凛上支撑7组合固定后整体吊装放置在基坑中围凛下支撑8的正上方，使其上下重叠。
68.（五）将围凛上支撑7与围凛下支撑8之间采用两端带有弓形卸扣6的环形的链条4进行连接，两端的弓形卸扣6分别固定在围凛上支撑7和围凛下支撑8上。围凛上支撑7与止水型角耳钢板桩上端之间的环形的链条4一端为弓形卸扣6，一端为大开口的吊钩5，弓形卸扣6固定在围凛上支撑7上，吊钩5钩在止水型角耳钢板桩桩顶。
69.（六）基坑开挖：基坑内土方应严格按照分层、分段、对称、均衡的原则进行开挖，随着基坑内土方开挖，围凛上支撑7和围凛下支撑8受自身重力作用也会随之下沉，下沉直至所有的链条4全部受力，也就达到了所设计的围凛标高，这时基坑开挖至设计标高，然后进行混凝土垫层和主体地下结构施工。
70.（七）拔钢板桩：基坑内施工作业完成后拔出止水型角耳钢板桩。拔桩前应先将基
坑内的围凛上支撑7和围凛下支撑8吊装出基坑，拔桩应根据现场实际情况，采用分次、分段、间隔拔桩的顺序，不宜采用一次性连续拔桩的方法。当钢板桩桩体1受到饱和土的作用在钢板桩桩体1周围形成真空负压导致钢板桩桩体1无法拔出时，还可以通过椭圆孔9注射高压水减少钢板桩桩体1周围的负压阻力，便于拔出止水型角耳钢板桩。
71.以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。