一种深基坑支护止水帷幕结构及其构造方法与流程

本发明属于基建工程领域，尤其涉及一种深基坑支护止水帷幕结构及其构造方法。

背景技术：

基坑是在基础设计位置按基底标高和基础平面尺寸所开挖的土坑。开挖前应根据地质水文资料，结合现场附近建筑物情况，决定开挖方案，并作好防水排水工作。

在现有的深基坑施工过程中，往往需要第一部分的挡土桩、第二部分的止水帷幕以及第三部分的支护结构构成。但现有的止水帷幕并未考虑到高深度施工情况下，施工场地振动所带来的对止水帷幕的破坏影响，由于止水帷幕主要起到阻挡水的作用，并非起到挡土、支撑等作用强受力结构，因此实际上其结构强度和稳定性等均较为有限。实际在高深度的基坑建设过程中，时有止水帷幕产生开裂的现象发生，经研究发现，这主要是在基坑建设过程中场地设备振动在止水帷幕内持续积蓄内应力，导致应力开裂。

并且除振动力以外，在高深度基坑的建设过程中，止水帷幕往往也存在一定的纵向受力，多方向的应力导致实际高深度基坑的建设中止水帷幕的结构强度和稳定性还存在不足。

因此，通过结构上的改进提高止水帷幕在高深度基坑中的结构强度和稳定性具有重大的意义。

技术实现要素：

为解决现有的止水帷幕结构在高深度基坑中结构强度和结构稳定性不足，容易由于混凝土的全刚性结构导致内应力积蓄形成应力开裂等问题，本发明提供了一种深基坑支护止水帷幕结构，并提供其构造方法。

本发明的目的在于：

一、提高止水帷幕结构的稳定性；

二、使得止水帷幕结构具有一定的支撑支护性能，能够起到辅助支撑的作用；

三、确保止水帷幕结构具有良好的抗振性能；

四、能够有效分散止水帷幕结构中混凝土部分的内应力，避免应力开裂。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案。

一种深基坑支护止水帷幕结构，包括：

交替设置的止水桩和支护桩；

所述止水桩和支护桩边缘部分搭接形成搭接区；

所述止水桩内设有止水筋架，支护桩内设有支护筋架；

所述止水筋架由若干沿止水桩轴向设置的止水外筋、若干沿止水桩轴向设置的止水内筋和止水环筋构成；

所述若干止水外筋设置在同一半径的圆周，若干止水内筋设置在半径更小的圆周内，止水环筋竖向螺绕止水外筋和止水环筋，形成类漏斗形的平面构型；

所述支护筋架由若干沿支护桩轴向设置的支护外筋、若干沿支护桩轴向设置的支护内筋、若干沿支护桩轴向设置的搭接筋和支护环筋构成；

所述支护外筋在支护桩内设置在同一半径的圆周，若干支护内筋设置在半径更小的圆周内，搭接筋设置在半径更大的圆周内；

所述支护环筋绕设在支护外筋、支护内筋和搭接筋上固定。

作为优选，

所述止水筋架埋设在止水桩中。

作为优选，

所述止水内筋设置在止水桩的搭接区连线上，并以该连线中点为对称点对称设置。

作为优选，

所述止水环筋与止水外筋通过焊接固定；

所述止水环筋与止水内筋通过紧绕设固定。

作为优选，

所述支护外筋以搭接区连线为对称线对称设置；

所述支护内筋以搭接区连线为对称线对称设置；

所述搭接筋以搭接区连线为对称线对称设置。

作为优选，

所述支护内筋设置在支护桩搭接区连线上，并以该连线中点为对称点对称设置。

作为优选，

所述搭接筋设置在搭接区边缘。

作为优选，

所述支护环筋与支护外筋、支护内筋和搭接筋均采用紧绕设固定的方式进行固定。

一种深基坑支护止水帷幕结构的构造方法，

所述方法包括：

s1：根据场地施工要求间隔挖掘第一桩坑，置入止水筋架，随后在第一桩坑内填充混凝土；

s2：待第一桩坑内混凝土固化形成止水桩，在相邻的两个止水桩之间挖掘第二桩坑，第二桩坑连通第一桩坑，在第二桩坑内置入支护筋架，随后在第二桩坑内填充混凝土；

s3：待第二桩坑内混凝土固化，形成的支护桩与止水桩形成稳定结合构成止水帷幕结构。

作为优选，

步骤s1中，置入止水筋架前在第一桩坑中预填充10～30cm厚的混凝土，在混凝土初凝固化前将止水筋架置入并使止水筋架底部沉入预填充的混凝土中，待预填充的混凝土初凝固化后再继续进行混凝土的填充；

补正s2中，置入支护筋架前在第二桩坑中预填充20～45cm厚的混凝土，在混凝土初凝固化前将支护筋架置入并使支护筋架底部沉入预填充的混凝土中，待预填充的混凝土初凝固化后再继续进行混凝土的填充。

本发明的有益效果是：

1）整体止水帷幕结构具有良好的力学性能和结构稳定性；

2）结构强度上升能够起到辅助支护的作用；

3）具有良好的抗振性能并能够分散内应力至支护筋架和止水筋架上，避免支护桩和止水桩的应力开裂。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为止水桩的侧面透视示意图；

图3为止水桩的俯视结构示意图；

图4为止水筋架的平面构型示意图；

图5为止水筋架的侧视结构示意图；

图6为支护桩的侧面透视示意图；

图7为支护桩的俯视结构示意图；

图8为支护筋架的平面构型示意图；

图9为支护筋架的侧视结构示意图；

图10为本发明止水帷幕结构构造流程图一；

图11为本发明止水帷幕结构构造流程图二；

图12为本发明止水帷幕结构构造流程图三；

图13为本发明止水帷幕结构构造流程图四；

图中：100止水桩，101搭接槽，200止水筋架，201、201a～201f止水外筋，202、202a、202b止水内筋，203止水环筋，300支护桩，301搭接区，400支护筋架，401、401a～401j支护外筋，402、402a、402b支护内筋，403、403a～403d搭接筋，404支护环筋，500基坑，501第一桩坑，502第二桩坑。

具体实施方式

以下结合具体实施例和说明书附图对本发明作出进一步清楚详细的描述说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“厚度”、“上”、“下”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定，“若干”的含义是表示一个或者多个。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例

一种如图1所示的深基坑支护止水帷幕结构，其由若干止水帷幕桩构成；

所述止水帷幕桩分为止水桩100和支护桩300两种，止水桩100外径小于支护桩300外径，止水桩100和支护桩300交替设置，相邻的止水桩100和支护桩300之间存在搭接区，因此形成连续墙体，产生止水挡土的效果；

所述止水桩100如图2和图3所示；

其由在与支护桩300形成连续搭接前存在搭接槽101，搭接槽101可由常规的止水帷幕施工方式进行制备，但与常规止水帷幕中不设钢筋、较细的非加强结构止水帷幕桩相比，本发明的深基坑支护止水帷幕结构中的止水桩100设有止水筋架200，止水筋架200完全埋设在止水桩100中，由于现有的止水帷幕中较细的非加强结构止水帷幕桩并未考虑到深基坑施工作业过程中，往往会产生较大且持续的振动，而所设置的较细的非加强结构止水帷幕桩是一种纯刚性结构，在长期振动环境中容易形成应力开裂，导致出现渗漏水的问题发生，而设置止水筋架200后止水筋架200和混凝土配合构成止水桩100，通过止水筋架200吸收应力、避免固化后纯刚性的混凝土积蓄过多的内应力导致开裂，能够有效提高止水桩100的抗振性能，同时能够提高支护桩300的支护支撑能力，载荷能力得到提升；

所述止水筋架200如图3、图4和图5所示，其由若干止水外筋201、若干止水内筋202以及绕设在止水外筋201和止水内筋202上的止水环筋203组成；

所述若干止水外筋201以止水桩100轴心为对称中心对称设置，本实施例中在搭接槽101连线的两侧各设有三根平行于止水桩100轴向方向的止水外筋201，且所有止水外筋201距离止水桩100轴心线均相等，即设置在同一半径的圆周上，且在搭接槽101连线同侧的止水外筋201沿该周向均匀设置；

所述止水内筋202设置在搭接槽101内侧，每个搭接槽101内侧均设有一根平行与止水桩100轴向方向的止水内筋202，且止水内筋202均处于搭接槽101的连线上，以止水桩100轴心为对称中心对称设置；

所述止水环筋203整体绕设趋势为绕止水外筋201和止水内筋202形成类沙漏形结构，具体绕设方式如图4和图5所示；

图4和图5中绕设方向a～i一一对应；

结合图4和图5进行说明，在竖向方向上止水环筋203如图5所示从上至下绕设，而横向方向上首先止水止水外筋201依次沿a方向从止水外筋201c、止水外筋201b和止水外筋201a外侧绕过，随后由止水外筋201a外侧沿b方向绕至止水内筋202a的内侧，在止水内筋202a沿c方向绕过一周后再次从止水内筋202a内侧沿d方向绕至止水外筋201d，再沿e方向依次从外侧绕过止水外筋201e和止水外筋201f，由止水外筋201f外侧沿f方向绕至止水内筋202b内侧，在止水内筋202b上沿g方向绕过一周后再从止水内筋202b内侧沿h方向绕向止水外筋201c，以此完整一周，并沿i方向从止水外筋201c开始进行下一周的绕设，至止水外筋201和止水内筋202的底部后以同样的方式在垂直与止水外筋201和止水内筋202的平面内绕至一周形成闭环并焊接收尾，同理在止水环筋203竖向开始绕设前同样先在在垂直与止水外筋201和止水内筋202的平面内绕至将近一周接近闭环后开始向下竖向绕设；

其中通过焊接形成止水外筋201和止水环筋203的固定，止水内筋202和止水环筋203优选不进行焊接固定，仅以绕设的方式实现相互的固定，通过焊接的方式固定止水环筋203和止水外筋201能够形成更稳定的框架结构，使得止水桩100能够形成更优的支护支撑效果，而以绕设方式实现止水内筋202和止水环筋203的固定，则是有利于提升止水桩100的抗振性能，进行振动破坏试验，在同尺寸的对照样和试验样上进行等频率(30hz)振动冲击试验i，沿径向对对照样和试验样施加振动并逐渐增大振动冲击力，对照样中止水内筋202和止水环筋203采用焊接固定，试验样采用绕设缠绕固定，试验结果表明试验样发生应力开裂时所能承受的振动冲击力比之对照样发生应力开裂时所能承受的振动冲击力提升了9.6～11.4%，五组试验均值为10.6%，明显提升了抗振动冲击力能力，使得止水桩100在实际使用过程中更不容易发生应力开裂的现象，再与空白对照组纯混凝土止水桩100进行同等试验比较，空白对照组相较于试验组而言区别仅在于不设置止水筋架200，试验结果表明试验样发生应力开裂时所能承受的振动冲击力比之空白对照组发生应力开裂时所能承受的振动冲击力提升了94.6～101.9%，五组试验均值为99.2%，能够在整体上极大程度地提升止水桩100的抗振性能；

所述支护桩300如图6和图7所示，其固化成型后形成与止水桩100搭接的搭接区，搭接区朝向止水桩100呈弧形凸起，且支护桩300设有支护筋架，支护桩300的支护筋架相较于常规止水帷幕中所用的钢筋组合形成的钢筋架在结构上进行了改进；

所述支护筋架由若干支护外筋401、若干支护内筋402、若干搭接筋403以及绕设在支护外筋401、支护内筋402和搭接筋403上的支护环筋404构成，支护外筋401、搭接筋403和支护环筋404外径相等且小于支护内筋402；

所述支护外筋401以支护桩300的轴心为对称中心对称设置，本实施例中在搭接区连线的两侧各设有五根平行于止水桩100轴向方向的支护外筋401，且所有支护外筋401距离支护桩300轴心线均相等，即设置在同一半径的圆周上，且在搭接区连线同侧的支护外筋401沿该周向均匀设置；

所述支护内筋402设置在搭接区内侧，每个搭接区内侧均设有一根平行与支护桩300轴向方向的支护内筋402，且支护内筋402均处于搭接区的连线上，以支护桩300轴心为对称中心对称设置；

所述若干搭接筋403同样均设置在同一半径的圆周上，且该圆周半径大于支护外筋401所设置的圆周半径，搭接筋403设置在搭接区的内边缘处，且若干搭接筋403以支护桩300的轴心为对称中心对称设置、同样以搭接区连线为对称线设置在搭接区连线的两侧，每侧各设有两根搭接筋403；

所述支护环筋404绕设在支护外筋401、支护内筋402和搭接筋403上，在俯视面上形成类似两个纺锤形部分重叠搭接的几何构型；

具体绕设方式如图8和9所示，图8和图9中绕设方向a～i一一对应；

结合图8和图9对支护环筋404的绕设方式进行说明，如图9所示，支护环筋404呈竖向向下的绕设趋势，在横向方向上，支护环筋404沿a方向依次从外侧绕过支护外筋401e、支护外筋401d、支护外筋401c、支护外筋401b和支护外筋401a，并由支护外筋401a外侧绕制搭接筋403a并绕搭接筋403a沿b方向绕设接近一周后由搭接筋403a外侧绕至支护内筋402a的内侧，在支护内筋402a上沿c方向绕设满一周后由支护内筋402a内侧绕至搭接筋403b内侧，并在搭接筋403b上沿d方向绕设接近一周后由搭接筋403b外侧绕至支护外筋401f，并沿e方向从支护外筋401f依次从外侧绕过支护外筋401g、支护外筋401h、支护外筋401i和支护外筋401j，随后从支护外筋401j绕至搭接筋403c内侧，在搭接筋403c上沿f方向绕设接近一周后由搭接筋403c的外侧绕至支护内筋402b的内侧，在支护内筋402b上沿g方向绕设满一周后由支护内筋402b绕至搭接筋403d的内侧，并在搭接筋403d上沿h方向绕设接近一周后有搭接筋403d外侧绕向支护外筋401e，并沿i方向进行下一周期的绕设，至支护外筋401、支护内筋402和搭接筋403的底部后以同样的方式在垂直于支护外筋401、支护内筋402和搭接筋403的平面内绕至一周形成闭环并焊接收尾，同理在支护环筋404竖向开始绕设前同样先在在垂直于支护外筋401、支护内筋402和搭接筋403的平面内绕至将近一周接近闭环后开始向下竖向绕设；

进一步的，所述支护环筋404在经过每一根外筋时均绕设一周，整体支护环筋404与支护外筋401、支护内筋402、搭接筋403间的固定方式均采用紧绕设的方式进行相对固定；

相较于常规止水帷幕桩中钢筋架采用焊接固定的方式，采用绕设的方式能够提供支护筋架以更优的抗振性能；

设置以下试验组、对照组和空白对照组：

试验组：上述结构支护桩300；

对照组：与试验组的区别仅在于支护筋架上的支护环筋404和支护外筋401采用焊接的方式进行固定连接；

空白对照组：与试验组的区别仅在于，将支护筋架替换为常规止水帷幕桩所用的钢筋架；

进行进行等频率(30hz)振动冲击试验i，沿径向对对照样和试验样施加振动并逐渐增大振动冲击力，试验结果表明，相较于空白对照组而言，试验组发生应力开裂时所受的振动冲击力增大了51.3～52.9%，五组试验组均值为52.2%，相较于对照组而言，试验组发生应力开裂时所受的振动冲击力增大了8.6～9.7%，五组试验组均值为8.9%；

通过上述试验可明显看出，相较于常规设有钢筋架的止水帷幕桩而言，本发明的支护桩300在抗震性能上得到了显著的提升。

以两个止水桩100和一个支护桩300搭接形成的止水帷幕为试验组，以同尺寸的常规止水帷幕为空白对照组，进行轴向抗压性能测试和径向抗振性能测试，抗压性能测试以止水帷幕桩发生总高度5%的竖向坍塌时所受的压强进行比较，径向抗振性能测试同上振动冲击试验，振动作用在支护桩300和常规止水帷幕的粗桩上，或止水桩100和常规止水帷幕的细桩上；

试验结果表明，试验组发生总高度5%的竖向坍塌时所受的压强相较于空白对照组而言，提高了22.9～24.7%，五组均值为24.1%，试验组支护桩300发生应力开裂时所受的振动冲击力相较于空白对照组的粗壮发生应力开裂时所受的振动冲击力而言，提高了89.2～92.9%，五组均值为91.1%，试验组止水桩100发生应力开裂时所受的振动冲击力相较于空白对照组的细桩发生应力开裂时所受的振动冲击力而言，提高了116.4～119.1%，五组均值为117.2%。

上述试验结果表明，在个体止水桩100和支护桩300上，力学性能均显著优于现有止水帷幕桩中细桩和粗桩，并且组合形成止水帷幕整体后，两者相互协调配合产生了更优的抗振效果，在抗振性能上显著优于其单独存在时的表现，本发明的止水帷幕结构在用于深基坑使用时还能够起到一定支护支撑，具有更高的结构稳定性，不易发生开裂等问题。

本发明的止水帷幕结构通过以下方法进行构造：

如图10所示，首先在基坑500上通过常规手段挖设第一桩坑501，在第一桩坑501底部通过灌浆在第一桩坑501底部预填充10～30cm厚的混凝土后，将止水筋架200竖向插入第一桩坑501，止水筋架200顶部低于基坑500，止水筋架200底部沉入底部预填充的混凝土并待预填充的混凝土初凝固化后，采用常规的止水帷幕桩施工工艺进行高压喷射注浆至混凝土与基坑500齐平，并在该过程中通过插管排浆的方法形成搭接槽101，至混凝土固化后形成带有搭接槽101的止水桩100；

依照施工要求等间距排列设置止水桩100，待完成多个止水桩100的制备后，如图11所示在相邻的两个止水桩100直接拟画第二桩坑502，并依照拟画线打通第二桩坑502，第二桩坑502打通后连通止水桩100中的搭接槽101，第二桩坑502深度与第一桩坑501相等或大于第一桩坑501，随后同样通过灌浆在第二桩坑502底部预填充20～45cm厚的混凝土后，如图12所示将支护筋架底部沉入预填充的混凝土中，并使得支护筋架的支护内筋402和支护外筋401顶端高于基坑500，待预填充的混凝土初凝固化后采用常规止水帷幕桩施工工艺进行高压喷射注浆至混凝土与基坑500齐平，至混凝土固化后与止水桩100形成如图13所示止水帷幕结构。

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