一种高水位沙层刚柔组合桩全断面止水帷幕的施工方法与流程

2021-01-17 11:01:57|

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本发明涉及基坑支护、止水施工技术领域，具体而言，涉及一种高水位沙层刚柔组合桩全断面止水帷幕的施工方法，适用于高水位、高渗透性、厚透水层等一些砂层地质条件下的埋深浅、形状规则、尺寸较小的基坑快速支护、止水施工。

背景技术：

随着国内基坑支护技术的发展和国外新技术的引进，基坑的竖向围护结构及止水帷幕的施工技术愈加成熟。但在高水位、高渗透性、厚透水层等一些砂层地质条件下，地下水的侧向及垂向补给，造成基坑地下水控制难度大，基坑支护强度往往不足。目前，在类似地层条件下，常用方法为地下连续墙、咬合桩等。以上两种工艺技术成熟，也具有较好的支护及止水效果，但存在施工周期长、造价高，而且配套设备较多，对工作面要求较大的问题，对于埋深浅、形状规则、尺寸较小的基坑支护、止水显得不经济。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对传统砂层地质埋深浅、形状规则、尺寸较小的基坑支护、止水显得不经济的难题，提出了一种高水位沙层刚柔组合桩全断面止水帷幕的施工方法，很好地解决小型基坑支护、止水不经济的难题。

为了实现上述技术目的，本发明采用了以下技术方案：

本发明涉及的一种高水位沙层刚柔组合桩全断面止水帷幕的施工方法，包括下列步骤：

s1.对待施工基坑进行放线处理：在基坑位置线外侧进行止水帷幕桩定位放线，在各止水帷幕桩定位线的延长线上分别定出钢管定向桩插打位置；

s2.钢管定向桩施工：利用打桩机在钢管定向桩插打位置打入钢管定向桩，在钢管定向桩顶部焊接顶板；

s3.安装定位钢架：在钢管定向桩的顶板上设置定位钢架，定位钢架与顶板可拆卸连接，所述的定位钢架包括两根平行设置的横杆和若干组间隔布置在横杆之间的定位杆；

s4.施工止水帷幕桩：施工部分止水帷幕桩，相邻止水帷幕桩之间进行搭接连接；

s5.施工h型钢：设定需要插入h型钢的止水帷幕桩，在s4施工的止水帷幕桩凝固前，移动定位钢架至定位杆移动到需要插入h型钢的止水帷幕桩的上方，利用定位杆对h型钢定位，并向止水帷幕桩内插入h型钢，h型钢顶端露出；

s6.重复s4～s5，至同一止水帷幕桩定位线上的止水帷幕桩和h型钢均施工完成后，移除定位钢架；

s7.重复s3～s6，完成所有止水帷幕桩定位线上的止水帷幕桩和h型钢的施工，在外露的h型钢两侧设置角钢将h型钢连接成整体，拔出四周钢管定向桩；

s8.在止水帷幕桩之间的区域内进行基坑开挖，开挖至设计标高后，进行坑底整平，在基坑上部设置止水沟；

s9.在基坑底部进行封底帷幕桩施工。

s10.桩间封闭注浆施工：在止水帷幕桩与封底帷幕桩衔接处的四个角落位置存在未搭接处，在未搭接处进行桩间封闭注浆。

优选地，每组定位杆的下表面均设有吊环，h型钢的腹板上设有限位孔，吊环上均安装有若干标高控制器，标高控制器包括大钢勾、小钢勾和钢丝绳；当插入h型钢时，用小钢勾勾住吊环，大钢勾勾住限位孔，通过钢丝绳控制h型钢的插入深度；重复s4～s5的过程中，移动定位钢架前，将标高控制器与h型钢分离，当定位杆移动至下一批h型钢的插入位置后，重新用标高控制器连接已插入的h型钢和其上方的定位杆。

优选地，所述s2中，顶板的上表面设有两个套筒，套筒内均拧入竖筋，所述s3中定位钢架放置在两个套筒之间，并在定位钢架上盖上限位板，限位板的两端插入竖筋中，并用螺母一对限位板及定位钢架进行临时固定；所述s5中移动定位钢架时，拧松螺母一后向前滑移定位钢架。

优选地，所述s6中，同一止水帷幕桩定位线上的止水帷幕桩和h型钢均施工完成且h型钢及止水帷幕桩达到设计强度后，拆下标高控制器，拧松螺母一，依次卸下限位板和竖筋，移除定位钢架。

优选地，所述s5中h型钢根据隔一插一的施工方案，即同一止水帷幕桩定位线上的止水帷幕桩中，每间隔一根止水帷幕桩。

优选地，所述s5中，h型钢顶端露出止水帷幕桩30cm。

优选地，对于不相交的止水帷幕桩定位线上的止水帷幕桩和h型钢，同步进行步骤s3～s6。

优选地，所述h型钢的两侧翼缘上设有相互对应的连接孔，所述s7中，同一排止水帷幕桩上的两根角钢通过贯穿连接孔的对拉螺栓及设在对拉螺栓两端的螺母二进行固定；在基坑转角处，相交的两组角钢之间采用l型钢及螺母三进行固定。

优选地，所述s9中，封底帷幕桩与止水帷幕桩错位相交设置，封底帷幕桩与止水帷幕桩及封底帷幕桩之间搭接连接。

优选地，所述s10中，桩间封闭注浆施工通过注浆装置进行施工，所述的注浆装置包括钻头、钢管壁、钻杆和注浆管，钻头上表面设有连接孔和连接槽，钢管壁上设有若干出浆孔，其具体步骤包括：

s10.1.钻杆拧入连接孔内，钢管壁拧入连接槽内，钻杆的顶部通过固定螺母与钢管壁的顶部固定；

s10.2.钻杆上部与钻孔机械相连，在止水帷幕桩四个角落处，进行钻孔，钻至止水帷幕桩桩底标高处时，拧松固定螺母，反向拧松拔出钻杆，放入注浆管，并用柔性层堵住注浆管与钢管壁缝隙，注入高压水泥浆，对四个角落处土体进行加固防渗施工。

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

(1)本发明通过在基坑四周设置止水帷幕桩，在基坑底部设置封底帷幕桩，形成一个密闭空间，在封底帷幕桩与止水帷幕桩未有效搭接处，进行桩间封闭注浆止水，确保基坑底部不发生渗水现象，有效阻隔地下水的侧向和垂向补给，保证基坑干燥作业。

(2)本发明采用钢管定向桩和定位钢架在止水帷幕桩中插入h型钢，提高了止水帷幕桩侧向强度，保证了基坑支护安全。

(3)本发明采用钢管定向桩和定位钢架的组合结构，在定位钢架内设置h型钢插打空隙，实现h型钢快速施工，并在施工过程中有效的保证了桩基施工垂直度，并采用标高控制器实现h型钢在插打过程中快速精确标高定位。

(4)本发明在外露的h型钢两侧固定连接角钢，并在角钢转角之间采用l型钢固定，有效提高了h型钢整体刚度。

(5)本发明施工完成后h型钢、钢管定向桩、定位钢架、钻头、钢管壁、角钢、l型钢等构件均可回收再利用，有效节约水泥用量、减少因施工造成的周围环境的污染和影响，保证现场达到文明施工要求，降低了施工成本，实现了绿色环保施工。

附图说明

图1是高水位沙层刚柔组合桩全断面止水帷幕结构示意图；

图2是焊接有套筒的顶板示意图；

图3是焊接有吊环的定位杆示意图；

图4是标高控制器示意图；

图5是h型钢插打示意图；

图6是h型钢插打俯视图示意图；

图7是h型钢角钢连接固定示意图；

图8是钻头沿直径剖开的结构示意图；

图9是钻头俯视示意图；

图10是待钻孔的钻杆、钢管壁、钻头连接示意图；

图11是待钻孔的钻杆、钢管壁、钻头连接a-a截面示意图；

图12是待注浆的注浆管、钢管壁、钻头连接示意图；

图13是待注浆的注浆管、钢管壁、钻头连接b-b截面示意图；

图14是步骤二结构示意图；

图15是步骤五结构示意图；

图16是步骤六施工示意图；

图17是步骤七施工完成示意图；

图18是封底帷幕桩与止水帷幕桩错位相见示意图；

图19是步骤九结构示意图；

图20是步骤十结构示意图。

图中：1.砂土层，2.软黏土层，3.止水帷幕桩，4.封底帷幕桩，5.h型钢，501.限位孔，502.连接孔，6.水位线，7.钢管定向桩，701.顶板，702.套筒，8.定位钢架，801.横杆，802.定位杆，803.吊环，9.标高控制器，901.大钢勾，902.小钢勾，903.钢丝绳，10.钻头，1001.连接孔，1002.连接槽，11.钢管壁，1101.出浆孔，12.钻杆，13.固定螺母，14.注浆管，1401.柔性层，15.角钢，16.对拉螺栓，17.螺母二，18.l型钢，19.螺母三，20.桩间封闭注浆，21.止水沟，22.竖筋，23.限位板，24.螺母一。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步详细说明，以下实施例是对本发明的解释并不局限于以下实施例。

本发明涉及一种高水位沙层刚柔组合桩全断面止水帷幕的施工方法，如图1所述，待施工基坑包括砂土层1和软黏土层2，水位线6位于软黏土层2中。

结合附图1和20所示，本发明涉及的一种高水位沙层刚柔组合桩全断面止水帷幕，包括止水帷幕桩3、封底帷幕桩4、h型钢5和连接角钢15。所述的止水帷幕桩3围合形成基坑，相邻的止水帷幕桩3相互搭接，同一直线上的止水帷幕桩3内间隔设置h型钢5；为控制h型钢5结构变形，h型钢5的顶端露出止水帷幕桩3顶面30cm，同一直线上的h型钢5的两侧固定有连接角钢15，连接角钢15通过对拉螺栓16连接，且通过对拉螺栓16两端的螺母二17锁紧，相交的两排止水帷幕桩3内的h型钢5两侧的连接角钢15相互连接，且连接角钢15的相交处采用l型钢18及螺母三19固定；所述封底帷幕桩4设置在基坑的底部，相邻封底帷幕桩4相互搭接，最外侧一圈封底帷幕桩4与相邻的止水帷幕桩3搭接，在止水帷幕桩3与封底帷幕桩4衔接处的四个角落位置存在未搭接处，未搭接处设有桩间封闭注浆20。

本实施例中止水帷幕桩3和封底帷幕桩4均采用潜孔冲击高压旋喷桩，其中止水帷幕桩3桩径700mm，桩长为8.4m，桩间有效搭接长度200mm，内插h型钢5采用隔一插一布置，长度8.4m，h钢型5为h400mm×200mm×8mm×13mm，型钢材质为q345。封底帷幕桩4桩径700mm，桩长为2.4m，桩间有效搭接长度100mm；止水帷幕桩3和封底帷幕桩4桩体强度要求≥0.8mpa，渗透系数≤1.0×10^-6cm/s，水泥掺量为15％，水泥等级为p·o42.5。注浆压力25～30mpa，提升速度为0.3m/min。

高水位沙层刚柔组合桩全断面止水帷幕的施工步骤包括：

s1.对待施工基坑进行放线处理：在基坑位置线外侧进行止水帷幕桩定位放线，在各止水帷幕桩定位线的延长线上分别定出钢管定向桩7插打位置。

s2.钢管定向桩7施工：钢管定向桩7采用φ820钢管桩，利用打桩机在钢管定向桩7插打位置打入钢管定向桩7，在钢管定向桩7顶部焊接顶板701，结合附图2、5和14所示，顶板701的上表面设有两个套筒702，套筒702内均拧入竖筋22。

s3.安装定位钢架8：结合附图3～6所示，在钢管定向桩7的顶板701上设置定位钢架8，定位钢架8的横杆801净距400mm，同组的定位杆802之间净距200mm，相邻两组定位杆802之间净距770mm，钢管壁管径60mm，长6m。定位钢架8与顶板701可拆卸连接，即定位钢架8放置在两个套筒702之间，并在定位钢架8上盖上限位板23，限位板23的两端插入竖筋22中，并用螺母一24对限位板23及定位钢架8进行临时固定；所述的定位钢架8包括两根平行设置的横杆801和若干组间隔布置在横杆之间的定位杆802，每组定位杆802的下表面均设有吊环803，吊环803上均安装有若干标高控制器9，标高控制器9包括大钢勾901、小钢勾902和钢丝绳903。

s4.施工止水帷幕桩3：施工部分止水帷幕桩3，相邻止水帷幕桩3之间进行搭接连接；

s5.结合附图5、6和15所示，施工h型钢5：设定需要插入h型钢5的止水帷幕桩3，h型钢5根据隔一插一的施工方案，即同一止水帷幕桩定位线上的止水帷幕桩中，每间隔一根止水帷幕桩，h型钢5的腹板上设有限位孔501，在s4施工的止水帷幕桩3凝固前，移动定位钢架8至定位杆802移动到需要插入h型钢5的止水帷幕桩3的上方，移动定位钢架8时，拧松螺母一24后向前滑移定位钢架8，利用定位杆802对h型钢5定位，并向止水帷幕桩3内插入h型钢5，插入h型钢5时，用小钢勾902勾住吊环803，大钢勾901勾住限位孔501，通过钢丝绳903控制h型钢5的插入深度，h型钢5顶端露出止水帷幕桩3上表面30cm。

s6.重复s4～s5，至同一止水帷幕桩定位线上的止水帷幕桩3和h型钢5均施工完成，此过程中，移动定位钢架8前，将标高控制器9与h型钢5分离，当定位杆802移动至下一批h型钢5的插入位置后，重新用标高控制器9连接已插入的h型钢5和其上方的定位杆802，同一止水帷幕桩定位线上的止水帷幕桩3和h型钢5均施工完成且h型钢5及止水帷幕桩3达到设计强度后，拆下标高控制器9，拧松螺母一24，依次卸下限位板23和竖筋22，如附图16所示，移除定位钢架8；对于不相交的止水帷幕桩定位线上的止水帷幕桩3和h型钢5，也同步进行步骤s3～s6，以提高施工速度，如图15所示。

s7.重复s3～s6，完成所有止水帷幕桩定位线上的止水帷幕桩3和h型钢5的施工；如附图5、7和17所示，在外露的h型钢5两侧设置角钢15将h型钢5连接成整体，拔出四周钢管定向桩7，上述h型钢5的两侧翼缘上设有相互对应的连接孔502，同一排止水帷幕桩3上的两根角钢15通过贯穿连接孔502的对拉螺栓16及设在对拉螺栓两端的螺母二17进行固定，在基坑转角处，相交的两组角钢15之间采用l型钢18及螺母三19进行固定。

s8.在止水帷幕桩3之间的区域内进行基坑开挖，开挖至设计标高后，进行坑底整平，在基坑上部设置止水沟21。

s9.结合附图1、18和19所示，在基坑底部进行封底帷幕桩4施工，封底帷幕桩4与止水帷幕桩3错位相交设置，封底帷幕桩4与止水帷幕桩3及封底帷幕桩4之间搭接连接，对整个基坑底面进行封底帷幕桩4土体加固防渗施工。

s10.结合附图20所示，在止水帷幕桩3与封底帷幕桩4衔接处的四个角落位置存在未搭接处，因为在止水帷幕桩3四个角落处，封底帷幕桩4很难与止水帷幕桩3进行有效搭接，在未搭接处进行桩间封闭注浆20施工，桩间封闭注浆20通过注浆装置进行施工，注浆装置包括钻头10、钢管壁11、钻杆12和注浆管14，结合附图8和9所示，钻头10上表面设有连接孔1001和连接槽1002，结合附图10和11所示，钢管壁11上设有若干出浆孔1101，具体步骤包括：

s10.1.如附图10和11所示，钻杆12拧入连接孔1001内，钢管壁11拧入连接槽1002内，钻杆12的顶部通过固定螺母13与钢管壁11的顶部固定；

s10.2.钻杆12上部与钻孔机械相连，在止水帷幕桩3四个角落处，进行钻孔，钻至止水帷幕桩3桩底标高处时，拧松固定螺母13，反向拧松拔出钻杆12，放入注浆管14，并用柔性层1401堵住注浆管14与钢管壁11缝隙，如附图12和13所示，注入高压水泥浆，对四个角落处土体进行加固防渗施工，形成如图1和20所示的高水位沙层刚柔组合桩全断面止水帷幕。

上述基坑内部结构施工完成后，拧松螺母二16拆下对拉螺栓16，拧松螺母三19拆下l型钢18，拆除角钢15，利用拔桩机拔出h型钢5，角钢15和h型钢5均可回收重复利用。

以上结合实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进，均仍属于本发明的涵盖范围之内。

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