基坑支护墙、大直径钢管支护桩及其施工方法与流程

1.本发明涉及一种大直径钢管支护桩以及该大直径钢管支护桩的施工方法，以及采用该大直径钢管支护桩所构成的基坑支护墙。


背景技术：

2.在基坑施工过程中，为了保证施工的安全性，需要在基坑周围设置支护桩或支护墙，以避免基坑塌方和外部土体中的水分进入到基坑内，影响基坑的安全和施工效率。smw工法桩由于结合了水泥土的连续止水和h型钢的强度，得到了广泛的应用，但是由于h型钢是插设在水泥土桩体内，需要完全被包裹在水泥土桩体内，以保证止水性能，这限制了h型钢桩的截面宽度和刚度，从而限制了smw工法桩的应用，使得smw工法桩主要应用在2层以内地下室的浅基坑施工中。而在深基坑施工时，常常采用大直径的钢管桩作为基坑的支护桩，以保证基坑的安全，同时辅助水泥土搅拌桩形成止水帷幕，保证基坑的止水能力。
3.为了降低施工成本，在完成施工后，需要将钢管桩从地下拔出，进行回收。由于地下土体中含有一定量的水分，土体具有相当高的粘性，因此在回收钢管桩时，钢管桩内的土体会粘结在钢管桩的内壁上，随钢管桩一起被拔出，这导致在回收钢管桩时，会在地下形成巨大的孔洞，需要进行二次回填，有时还会进行造成区域塌方，影响周围区域的安全性。如果在钢管桩的底部安装封闭桩靴，钢管打入/压入困难，且会对周围的土体造成挤密，对周围建筑物的安全造成影响。


技术实现要素：

4.为解决上述问题，本技术首先提出了一种大直径钢管支护桩，其包括下沉在地下的钢管桩、衬设在钢管桩内的土工布袋和装填在土工布袋内的土方；在完成地下结构的施工后，该钢管桩被拔出回收。在该大直径钢管支护桩中，设置了一个土工布袋，并在土工布袋内装填有土方，在拔出回收钢管桩时，由于土工布袋的隔离作用以及土工布袋内土方的重力作用，土工布袋被保留在地下，避免在拔出钢管桩时，将钢管桩内的土方一起带出，形成孔洞，由于土工布袋内土方的支撑作用，避免了在拔出钢管桩时，所形成孔洞的塌方，且由于钢管桩内的土方不再随钢管桩被拔出，还降低了拔出钢管桩时拔桩力，降低了施工成本。利用本技术，能够经钢管桩下沉到地下20-40米的深度。
5.进一步，该土工布袋的底部封闭，土工布袋的底部向下超过钢管桩的桩底、并形成为一囊袋，该囊袋形成为一端部扩大头。利用端部扩大头，能够有效地提高土工布袋在地下的抗拔能力，保证在回收钢管桩时，避免土工布袋与钢管桩之间的摩擦力太大，而导致土工布袋与钢管桩同步上升。
6.其次本技术还提供了各方案中的上述大直径钢管支护桩的施工方法，其包括如下步骤：
7.(1)将钢管桩沉入地下，将钢管桩内的土方挖出，形成桩孔；在挖掘钢管内的土方时，可以采用长螺旋钻机、旋挖钻机或钻孔桩机进行挖掘，当然当钢管桩的内径容许时，还
可以采用人工挖掘的方式进行土方挖掘，但一般不建议这种人工挖掘的方式；
8.(2)将土工布袋放置到桩孔内，土工布袋的底部封闭，向土工布袋内装填土方，形成支护桩；在向桩孔内装回填土方时，可以完全填满钢管桩，或者填满钢管桩，以在后续的施工期间，土方能够自然下沉，进行密实；当然也可以仅仅使钢管内的土方顶部与地面平齐，当土方向下沉降后，再补充土方；
9.(3)在钢管桩的顶部浇注冠梁；
10.(4)进行基坑挖掘、地下结构的施工，并完成；
11.(5)回收钢管桩，使土工布袋保留在地下。
12.为避免在回填土方时，土工布袋全部向下滑落到桩孔底部，可以将土工布袋的顶部向外翻折，然后利用铆钉、胶粘剂或者钢丝、铁丝以及抱箍等方式将土工布袋的顶部固定在钢管桩的外壁上，在回收钢管桩时，先将土工布袋的顶部从钢管桩上拆卸下来。在向桩孔内回填土方时，需要优先回填从桩孔内所挖掘出的土方。在下沉钢管桩时，在钢管桩的底部不设置桩靴，或将钢管桩的底部进行封闭。
13.本施工方法中，首先将钢管桩沉入地下，保证了钢管桩在地下土体中的稳定性，利用土工布袋在钢管桩与回填土之间形成一个隔离层，避免了土方与钢管桩之间的粘结，使得在回收钢管桩时，利用土工布袋的隔离作用以及土工布袋内土方的重力作用，使得土工布袋以及所装填的土方一起保留在地下，避免了现有技术中，钢管桩内土方随钢管桩一起被拔出，而在地下形成一个巨大的孔洞。
14.如果取消土工布袋，而仅仅将土工回填到钢管桩内，由于地下施工周期较长，能够达到数月甚至一年以上，钢管桩内的土方在重力的作用下仍会自然进行密实，并由于其中所含的水分而重新粘结在钢管桩的内壁上，在拔出钢管桩时，仍会有大量的土方随钢管桩一起被拔出。
15.由于冠梁浇注在钢管桩的顶部浇注有冠梁，且冠梁包裹在钢管桩的外周面上，在回收钢管桩时，冠梁能够起到对钢管桩外壁上土方的刮擦作用，从而避免了钢管桩外壁上土方的携带。
16.进一步，桩孔向下超过钢管桩的桩底，土工布袋的底部向下超过钢管桩的桩底、并形成为一囊袋，在向桩孔内回填土方时，首先向桩孔内装填扩充料，并对扩充料进行夯砸，使囊袋向外扩张，并形成为一端部扩大头，完成端部扩大头的施工后，再向桩孔内回填土方。具体地，该扩充料为素土、混凝土或水泥土。利用端部扩大头，以有效地提高土工布袋在地下的抗拔能力，保证在回收钢管桩时，避免土工布袋与钢管桩之间的摩擦力太大，而导致土工布袋与钢管桩同步上升。端部扩大头还能提高钢管桩在地下的稳定性。
17.进一步，当扩充料为混凝土或水泥土时，在高度方向上，囊袋内的扩充料的高度为1-2米，且囊袋内的扩充料的顶部向上不超过钢管桩的下端面。该设计能够保证端部扩大头内的混凝土或水泥土具有足够的高度，以顺利形成端部扩大头，同时避免混凝土或水泥土渗出土工布袋后粘结在钢管桩上，对后续钢管桩的拔出产生不利影响，这种粘结虽然不会导致端部扩大头随钢管桩被一起拔出，但需要更大的力量才能将钢管桩拔出。
18.进一步，为保证在拔出钢管桩时，土工布袋能够稳定地保持在地下，端部扩大头的高度为1-3米；端部扩大头的直径为钢管桩外径的1.2-1.4倍。上述端部扩大头的高度主要是为了保证顺利地形成端部扩大头，本技术中的端部扩大头主要是为了使土工布袋以及其
内部的土方不会随钢管桩被拔出，而保持在地下，端部扩大头在上述直径范围内，已能够提高足够的抗拔能力，直径过小，在拔出钢管桩时，端部扩大头虽不会被拔出，但可能会产生向上的移动，使得端部扩大头的下方出现空洞，而直径过大时，已不能提高更多的益处，仅仅会消耗更多的施工时间，降低了施工效率。
19.进一步，为保证大直径钢管支护桩的强度，钢管桩的外径为0.8-2.0米。
20.再次，本技术还提供了一种基坑支护墙，其包括支护排桩和设置在支护排桩外侧的止水帷幕，该支护排桩由沿基坑边缘间隔设置的若干根上述方案中的大直径钢管支护桩所构成，止水帷幕由沿水平方向相互搭接的搅拌桩所构成。其中的支护排桩主要用于抵抗基坑外部的土体压力，止水帷幕用于抵抗外部水体，该设计能够单独设置止水帷幕的厚度，并利用现有的双轴或三轴搅拌桩一次性的完成止水帷幕的施工，使得支护排桩和止水帷幕能够同步施工，以提高施工效率。而取消止水帷幕，而在两根钢管桩之间增设旋喷桩，以形成止水帷幕时，由于形成旋喷桩的水泥土具有一定的收缩率，其止水效果较差，需要再采用其他结构来增强止水效果。
21.进一步，外保证止水帷幕的顺利施工，支护排桩与止水帷幕之间的净距离为100-300mm。止水帷幕应尽量靠近支护排桩，以保证止水帷幕所受到的外力能够顺利地传递到支护排桩上，但是止水帷幕与支护排桩之间的距离过小，使得止水帷幕的施工受到影响，另外两者之间的距离太小时，搅拌桩中的水泥土向外渗透时，会粘结到钢管桩的外壁上，影响钢管桩的顺利拔出。
附图说明
22.图1是基坑支护墙的一实施例的结构示意图。
23.图2是图1中a-a向的视图。
24.图3是图2中b-b向的视图。
25.图4是图3中c部分的放大图。
26.图5是大直径钢管支护桩的施工流程图。
具体实施方式
27.以下首先对基坑支护墙的结构进行说明，请参阅图1-3，图1中，标记300表示基坑，将朝向基坑内部的方向称为内侧，背离基坑内部的方向称为外侧。
28.该基坑支护墙包括支护排桩100和设置在支护排桩100外侧的止水帷幕50，该支护排桩100由沿基坑300边缘间隔设置的若干根大直径钢管支护桩10所构成，止水帷幕50由沿水平方向相互搭接的搅拌桩51所构成。在支护排桩100的上部浇注有冠梁20。
29.本实施例中，支护排桩与止水帷幕之间的净距离为200mm。可以理解，在其他实施例中，支护排桩与止水帷幕之间的净距离还可以为100mm、150mm、250mm或300mm，当然也可以为100-300mm之间的其他距离。
30.其中的大直径钢管支护桩10具体包括下沉在地下的钢管桩11、衬设在钢管桩11内的土工布袋12和回填在土工布袋内的土方13。该土工布袋的底部封闭，土工布袋的底部向下超过钢管桩的桩底、并形成为一囊袋121，该囊袋形成为一端部扩大头15。
31.具体在本实施例中，钢管桩11采用外径为1200mm、厚度为14mm、材料为q460的钢管
制成，相邻钢管桩之间的中心距为1400mm。钢管桩在地下的下沉深度为40米。
32.以下对大径钢管支护桩10的施工方法进行说明，请同时参阅图5，图5中标记200表示地面，该施工方法包括如下步骤：
33.(1)请参阅图5中的(a)步骤，将钢管桩11沉入地下，使钢管桩11的顶部露出地面0.5米，以便于将钢管桩拔出。为便于拔出钢管桩，本实施例中，在钢管桩的内壁和外壁上均涂刷有隔离剂。
34.参阅图5中的(b)步骤，采用长螺旋钻机将钢管桩11内的土方91挖出，形成桩孔92。在挖掘桩孔92时，还可以采用旋挖钻机或钻孔桩机进行挖掘。桩孔92向下超过钢管桩的桩底，桩孔向下超过钢管桩的桩底的区域形成为预扩孔93，本实施例中，预扩孔93的高度s为1.5米。
35.(2)请参阅图5中的(c)步骤，将土工布袋12放置到桩孔内，土工布袋的底部封闭，使土工布袋的底部到达预扩孔93内，并形成为一囊袋121。即使土工布袋的底部向下超过钢管桩的桩底。
36.为使土工布袋顺利地下降到桩孔的底部，预先在囊袋内装填少量的混凝土131。
37.为了避免在后续的土方回填时，土工布袋12整体向下滑落到桩孔的底部，将土工布袋的顶部沿钢管桩11的顶部向外翻折形成为固定部122，用铆钉将固定部固定在钢管桩的外壁上，在另一实施例中，还可以采用钢丝或铁丝将固定部绑扎在钢管桩的外壁上。
38.请参阅图5中的(d)步骤，完成土工布袋的布置后，向土工布袋内装填混凝土131，使混凝土131到达囊袋121内，对混凝土131进行夯砸，使囊袋121向外扩张，形成端部扩大头15，然后再向土工布袋内回填土方。本实施例中，在高度方向上，囊袋内的混凝土高度为1.5米，即囊袋内的混凝土的顶部与钢管桩的下端面平齐。该混凝土即为扩充料。
39.根据囊袋高度的不同，囊袋内混凝土的高度控制在1-2米内，且向上不超过钢管桩的下端面，以避免混凝土渗出土工布袋后粘结在钢管桩的内壁上，影响钢管桩的回收。
40.请参阅图5中的(e)步骤,在完成端部扩大头15的施工后，向桩孔内回填土方13，回填的土方13采用钢管桩内所挖掘出的土方。当桩孔内土方填满时，停止土方的回填，完成一根大直径钢管支护桩10的施工。
41.沿预设位置完成所有的大直径钢管支护桩10的施工，形成支护排桩100。
42.(3)请继续参阅图5中的(e)步骤,在支护排桩的顶部浇注冠梁20，并完成。即在钢管桩的顶部浇注冠梁。
43.同步在大直径钢管支护桩的外侧进行止水帷幕50的施工，在本实施例中，止水帷幕50采用三轴搅拌桩机进行施工。可以理解，在其他实施例中，止水帷幕还可以采用双轴搅拌桩机或单轴搅拌桩机进行施工。
44.(4)进行基坑挖掘、地下结构的施工，并完成。
45.(5)请继续参阅图5中的(f)、(g)步骤,利用静压桩机起吊钢管桩11，进行回收。在起吊钢管桩前，首先将土工布袋的固定部122从钢管桩上拆卸下来。由于土工布袋的隔离作用、以及端部扩大头15的抗拔作用，使得土工布袋保持在地下。将土工布袋超出地面的部分进行切割，并对土工布袋内的土方、以及土工布袋与周围土体之间的缝隙进行注浆硬化。
46.在起吊钢管桩时，静压桩机支撑在冠梁上，钢管桩在起吊过程中，钢管桩外壁上的土方在冠梁的刮擦下被清理下来。
47.在本实施例中，为避免在形成端部扩大头时，囊袋被涨破，囊袋的外径与端部扩大头的外径相等。可以理解，在另一实施例中，还可以使囊袋的外径超过端部扩大头外径20-100mm，以避免端部扩大头的外径超过预设值时，将囊袋涨破。在施工过程中，即使由于端部扩大头的外径超过预设值，使得囊袋涨破，也不会影响端部扩大头的抗拔作用。
48.具体在本实施例中，端部扩大头的直径为1.6米，即端部扩大头的直径为钢管桩外径的1.33倍。可以理解，在其他实施例中，端部扩大头的直径还可以为钢管桩外径的1.2倍、1.25倍、1.35倍或1.4倍，当然也可以为1.2-1.4倍之间的其他倍数。
49.在本实施例中，采用混凝土形成端部扩大头，可以理解，在其他实施例中，还可以仅采用素土形成端部扩大头，素土具体可以采用钢管桩内所挖掘出的土方，或者采用纯水泥浆和素土所形成的水泥土来形成端部扩大头。
50.在另一实施例中，桩孔的底部与钢管桩的底部平齐，即不形成端部扩大头，土工布袋内仅仅回填土方。