变刚度组合式预制双排桩支护结构及其施工方法技术

本发明专利技术公开了一种变刚度组合式预制双排桩支护结构，包括有前排桩、后排桩、桩顶梁板平台、挡墙、扶壁肋；前排桩为一排密集排列布置的预制预应力砼空心方桩，后排桩为一排间隔排列布置的预制预应力砼空心桩，前排桩和后排桩平行，预制预应力砼空心方桩或预制预应力砼空心桩的空腔内设现浇的钢筋砼填芯。据此，发明专利技术人还建立相应施工方法。应用本发明专利技术支护结构无需额外增设止水帷幕和桩间挡土构件，实现了支护结构侧向刚度沿深度变化，扩展了有限桩长预制桩在支护工程中的应用，具有施工快、省工期、省投资、结构表面整齐美观等特点，适合基坑工程、路崭边坡和河道码头护岸支护。

Variable rigidity composite prefabricated double row pile supporting structure and its construction method

【技术实现步骤摘要】
变刚度组合式预制双排桩支护结构及其施工方法
本专利技术属于岩土工程中的支护结构
，尤其涉及一种变刚度组合式预制双排桩支护结构及其施工方法。
技术介绍
双排桩支护结构是前后排钢筋混凝土桩以及桩顶连梁形成的空间门架式支护结构，其抗侧移刚度较大，对于一般深度不大基坑，无需在基坑内设置内撑或锚索，方便施工，节省工期，因而受到工程界青睐。然而，对于地下水丰富、地下位高、需要隔水的基坑工程，由于前后排分离式钢筋混凝土桩无法止水，需要额外设置止水帷幕，增加了施工工序和工程造价。此外，普通双排桩虽具有较大的抗侧移刚度，但形式上仍属于悬臂类支护结构，当基坑工程深度较大时，双排桩支护结构悬臂较高，在满足基坑工程稳定性和控制变形方面就显得不足。根据朗肯土压力理论，对于基坑或路堑边坡的支护桩结构，其支护结构后侧的侧向土压力分布随着基坑后边坡的深度高度增大而增大。从结构与力学的角度看，合理的支护结构的侧向刚度沿竖向应与水平土压力沿深度的分布匹配，即支护结构的侧向刚度沿竖向应随水平土压力沿深度的分布增大而增大。传统的支护桩结构如柱列式灌注桩、双排灌注桩、地连墙因其截面沿着深度无变化，其侧向刚度沿着深度保持不变，这对于土压力较小的桩顶段无需如此大侧向刚度的结构来平衡水平土压力，无疑是一种较大的浪费。随着装配式建筑潮流的发展，预应力混凝土空心方桩因在工厂预制成型并经高压蒸汽养护生产，流水化生产，生产效率高，节省建筑材料，具有成桩质量可靠，桩身强度高(混凝土等级为C60～C80)，抗裂、抗弯、抗剪、抗拉、压性能优异，施工机械化程度高，噪音小，施工过程无污染，施工效率高，工期短，单桩承载力造价比较常规灌注桩低，符合节能减排、绿色建造要求等特点，广泛应用于岩土工程地基基础、地基处理、边坡支挡和基坑支护领域。但受限于生产方便、搬运及运输和施工条件原因，预制预应力混凝土空心方桩长度较短(一般长度不超过15m)，截面尺寸较小(边长一般为400mm～800mm)，单桩承载力抗弯、抗剪较低，导致其应用受到较大的限制。随着城市现代化的快速发展，城市土地寸土寸金，各种建构筑物日益密集，城市基础设施工程建造空间日益减小，基础设施建设环境日益严峻，建构筑物及地下管线保护要求严格，对基础设施建设中深基坑支护和边坡支挡结构的变形控制要求越来越高，施工空间越来越小。因现有的基坑支护结构的受力特性的不足和保护基坑安全的目的，基坑规范规定，基坑边两米以内范围严禁堆填任何荷载，进一步限制了施工空间，使得施工时基坑周边2m以内范围的空间都不能作为施工场地。此外，基础建设工期的要求越来越短，传统的支护桩结构如柱列式灌注桩、双排灌注桩、地连墙，虽然刚度较大，承载力较高，但其施工步序多，施工繁琐，需要较长的养护时间，工期长，难以适应工期很紧张的支护工程。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种施工快、省工期、省投资、结构表面整齐美观、侧向刚度较大且沿深度变化的无撑无锚的变刚度组合式预制双排桩支护结构及其施工方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：变刚度组合式预制双排桩支护结构，包括有前排桩、后排桩、桩顶梁板平台、挡墙、扶壁肋；前排桩为一排密集排列布置的预制预应力砼空心方桩，后排桩为一排间隔排列布置的预制预应力砼空心桩，前排桩和后排桩平行，预制预应力砼空心方桩或预制预应力砼空心桩的空腔内设有现浇的钢筋砼填芯；桩顶梁板平台是由前排桩冠梁、后排桩冠梁、刚架梁及平台板组成并采用混凝土整体浇筑形成的梁板结构；刚架梁为前排桩和后排桩的横向连接骨架，前排桩、后排桩分别锚入前排桩冠梁、后排桩冠梁；挡墙固接在前排桩冠梁上，扶壁肋固接在刚架梁上。预制预应力砼空心桩为预制预应力砼空心方桩或预制预应力砼空心圆桩。方桩的边长为0.4m-0.8m，圆桩的外径为0.4m-0.8m；前排桩桩间距为1倍所用预制预应力空心方桩边长，后排桩桩间距为1.0-6.0倍方所用方桩边长或圆桩外径，前排桩和后排桩的排距为所用前排桩或后排桩边长/桩径的3.0-10.0倍。预制预应力砼空心桩的2个对称表面各设有2个对称弧形凹槽；前排桩中紧邻的两根预制预应力砼空心方桩贴合表面一一对应的的4个凹槽组合形成2个注浆止水孔，注浆止水孔注满水泥浆液，并在水泥浆液凝固成注浆体前插入带肋钢筋。前排桩及其内设钢筋砼填芯和注浆止水孔内的带肋钢筋锚入前排桩冠梁与桩顶梁板平台固接在一起；后排桩及其内设钢筋砼填芯锚入后排桩冠梁与桩顶梁板平台固接在一起；前排桩和后排桩通过桩顶现浇钢筋混凝土浇筑而成的梁板平台整体浇筑固接在一起。挡墙及其扶壁肋为固接在桩顶梁板平台上的现浇钢筋混凝土挡土构件；挡墙为固接在梁板平台前排桩冠梁上的现浇钢筋混凝土构件，扶壁肋为固接于刚架梁上并与挡墙内侧固接在一起的钢筋混凝土构件。钢筋砼填芯由底部焊接有端板的钢筋笼浇筑混凝土形成。前排桩冠梁和后排桩冠梁的梁宽分别比所用预制桩边长/桩径宽200-400mm，冠梁梁高为0.8-1.5倍前排桩所用预制桩桩边长；刚架梁间距同后排桩间距，刚架梁梁高为0.8-1.0倍冠梁梁高，刚架梁梁宽为1.0-1.2倍后排所用预制桩边长/桩径；挡墙厚度为0.2mm-0.6m，挡墙扶壁肋厚度为0.2-0.6m，扶壁肋间距为刚架梁间距的1-4倍且其底部固接在刚架梁顶面，扶壁肋形状为上小下大梯形或三角形。上述变刚度组合式预制双排桩支护结构的施工方法，包括以下步骤：<1>施工准备：地下管线及构筑物调查及改迁，根据基坑工程、边坡支护或河道码头护岸的地质条件和周边环境情况，计算组合式预制双排桩支护结构所需的各个参数，绘制设计图纸，然后根据设计图纸进行场地平整，放坡开挖浅基坑或采用临时钢板桩支护开挖浅基坑至设计桩顶标高，浅基坑深度为1.0-6.0m；<2>后排桩施工：在浅基坑底，根据设计图纸和现场测量确定的后排桩的桩位，用振动沉桩法或静压法或植桩法将后排桩垂直沉入地层中；<3>前排桩施工：在浅基坑底，根据设计图纸和现场测量确定的前排桩桩位，将前排桩按振动沉桩法或静压法或植桩法密排沉入地层中；待前排桩沉桩完成后，在两桩贴合面一一对应的4个凹糟组成的注浆止水孔内注满水泥浆液，然后在水泥浆液凝固成注浆体前插入直径为1.5-1.9倍凹糟深度的带肋钢筋，带肋钢筋的长度为1.0倍桩长，且带肋钢筋需预留35倍钢筋直径高出前排桩桩顶锚入前排桩桩顶冠梁；<4>梁板平台施工：将事先加工好的底部带有圆形钢板的钢筋笼插入到前排桩和后排桩空腔内，并预留35倍钢筋直径高出桩顶分别锚入前排桩冠梁和后排桩冠梁；在浅基坑现场绑扎由刚架梁、平台板、前排桩冠梁、后排桩冠梁组成的桩顶梁板平台的钢筋骨架，并在梁板平台钢筋骨架上绑扎预留的桩顶挡墙和挡墙的扶壁肋的竖向钢筋，然后再支设刚架梁、前排桩冠梁、后排桩冠梁的侧模板，随后整体浇筑钢筋砼填芯、前排桩冠梁、后排桩冠梁、刚架梁、平台板的混凝土形成梁板结构体系的梁板平台，使前排桩、后排桩固接形成类似门式刚架的双排桩支护结构；<5>本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种变刚度组合式预制双排桩支护结构，包括有前排桩、后排桩、桩顶梁板平台、挡墙、扶壁肋；其特征在于：所述前排桩为一排密集排列布置的预制预应力砼空心方桩，后排桩为一排间隔排列布置的预制预应力砼空心桩，前排桩和后排桩平行，预制预应力砼空心方桩或预制预应力砼空心桩的空腔内设有现浇的钢筋砼填芯；所述桩顶梁板平台是由前排桩冠梁、后排桩冠梁、刚架梁及平台板组成并采用钢筋混凝土整体浇筑形成的梁板结构；所述刚架梁为前排桩和后排桩的横向连接骨架，前排桩、后排桩分别锚入前排桩冠梁、后排桩冠梁；所述挡墙固接在前排桩冠梁上，扶壁肋固接在刚架梁上。/n

【技术特征摘要】
1.一种变刚度组合式预制双排桩支护结构，包括有前排桩、后排桩、桩顶梁板平台、挡墙、扶壁肋；其特征在于：所述前排桩为一排密集排列布置的预制预应力砼空心方桩，后排桩为一排间隔排列布置的预制预应力砼空心桩，前排桩和后排桩平行，预制预应力砼空心方桩或预制预应力砼空心桩的空腔内设有现浇的钢筋砼填芯；所述桩顶梁板平台是由前排桩冠梁、后排桩冠梁、刚架梁及平台板组成并采用钢筋混凝土整体浇筑形成的梁板结构；所述刚架梁为前排桩和后排桩的横向连接骨架，前排桩、后排桩分别锚入前排桩冠梁、后排桩冠梁；所述挡墙固接在前排桩冠梁上，扶壁肋固接在刚架梁上。


2.根据权利要求1所述的变刚度组合式预制双排桩支护结构，其特征在于：所述预制预应力砼空心桩为预制预应力砼空心方桩或预制预应力砼空心圆桩。


3.根据权利要求2所述的变刚度组合式预制双排桩支护结构，其特征在于：所述方桩的边长为0.4m-0.8m，圆桩的外径为0.4m-0.8m；所述前排桩桩间距为1倍所用预制预应力空心方桩边长，后排桩桩间距为1.0-6.0倍所用方桩边长或圆桩外径，前排桩和后排桩的排距为所用前排桩或后排桩边长/外径的3.0-10倍。


4.根据权利要求1所述的变刚度组合式预制双排桩支护结构，其特征在于：所述预制预应力砼空心桩的2个对称表面各设有2个对称弧形凹槽；所述前排桩中紧邻的两根预制预应力砼空心方桩贴合表面的一一对应的4个凹槽组合形成2个注浆止水孔，注浆止水孔注满水泥浆液，并在水泥浆液凝固成注浆体前插入带肋钢筋。


5.根据权利要求4所述的变刚度组合式预制双排桩支护结构，其特征在于：所述前排桩及其内设钢筋砼填芯和注浆止水孔内的带肋钢筋锚入前排桩冠梁与桩顶梁板平台固接在一起；所述后排桩及其内设钢筋砼填芯锚入后排桩冠梁与桩顶梁板平台固接在一起；所述前排桩和后排桩通过桩顶现浇钢筋混凝土浇筑而成的梁板平台整体浇筑固接在一起。


6.根据权利要求1所述的变刚度组合式预制双排桩支护结构，其特征在于：所述挡墙及其扶壁肋为固接在桩顶梁板平台上的现浇钢筋混凝土挡土构件；所述挡墙为固接在梁板平台前排桩冠梁的现浇钢筋混凝土构件，扶壁肋为固接于刚架梁上并与挡墙内侧固接在一起的钢筋混凝土构件。


7.根据权利要求1所述的变刚度组合式预制双排桩支护结构，其特征在于：所述钢筋砼填芯由底部焊接有端板的钢筋笼并浇筑混凝土形成。


8.根据权利要求1所述的变刚度组合式预制双排桩支护结构，其特征在于：所述前排桩冠梁和后排桩冠梁的梁宽分别比所用预制桩边长/桩径宽200-400mm，冠梁梁高为0.8-1.5倍前排桩所用预制桩桩边长；所述刚架梁间距同后排桩间距，刚架梁梁高为0.8-1.0倍冠梁梁高，刚架梁梁宽为1.0-1.2倍后排所用预制桩边长/桩径；所述挡墙厚度为0.2mm-0.6m，扶壁肋...

【专利技术属性】
技术研发人员：韦永超，颜春，肖华杰，谢明志，魏密，欧冬，胡腾飞，
申请(专利权)人：广西交通科学研究院有限公司，南宁市城市建设投资发展有限责任公司，
类型：发明
国别省市：广西;45