一种可回收大直径钢管支护桩及施工工法

技术领域

本发明涉及基坑支护工程技术领域，具体的涉及一种可回收大直径钢管支护桩及施工工法。

背景技术

随着高层、超高层建筑的发展，建筑基坑的深度也越来越大，基坑的安全性在很大程度上决定了整个工程建设的成败，对基坑支护提出了更高的要求。支护方式的选取应综合考虑基坑地层条件、基坑安全等级、场地条件、周边环境等条件，从安全、经济、环境和社会等方面出发，选取一种最优的支护方案。目前深基坑支护常用的支挡构件主要有钢筋混凝土灌注桩、水泥土搅拌桩、地下连续墙等，这些挡土构件各有优点，支护方式各有特点，但都存在着施工工序复杂，劳动强度大，施工造价高、材料可回收性差的缺点。

鉴于上述支挡构件的缺点，本申请提出一种采用可回收大直径钢管桩取代钢筋混凝土灌注桩，进行基坑支护施工，总结出可回收大直径钢管支护桩新型施工技术。与钢筋混凝土灌注桩相比，有着成本小、进度快、可重复利用以及无泥浆污染等优势，在深基坑围护工程中取得了良好的经济效益和社会效益。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明公开一种可回收大直径钢管支护桩及施工工法，通过钢管及管内土体组成可回收大直径钢管桩，施工过程中无其他材料投入，工艺简单，节约支护工程成本和提高施工速度，基坑支护使用功能结束后，钢管可拔出重复使用，降低生产成本。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现：

一种可回收大直径钢管支护桩，通过钢管绑搭焊接，钢管焊接接头处采用两面接头坡口焊接，且焊接过程中应对四个方位采取点焊固定，采用对称加固的方法，所述钢管焊接接头处加固焊接焊缝全满焊后采用至少4块具有圆弧度的钢板搭接满焊作加固，所述钢管的上下管口处采用弧形钢板包边，采取错位包边，包边采用上下两面满焊焊接，上部管口包边处用氧乙炔割拴钢丝绳孔。

进一步的，所述钢管绑搭焊接时钢管对接应保持顺直，垂直度偏差不大于1‰，焊缝应连续、饱满、不夹渣、无气泡，能满足受力及施工要求。

进一步的，所述钢管焊接采用的搭接满焊作加固的圆弧度的钢板尺寸为250mm×200mm×10mm；

所述钢管上下管口的弧形包边钢板厚度不小于10mm，包边宽度为300mm，包边采用上下两面满焊焊接，须满足钢管下沉和起拔强度要求，所述拴钢丝绳孔规格为Φ30mm。

本发明的另一目的在于，提出一种可回收大直径钢管支护桩的施工工法；

所述可回收大直径钢管支护桩的施工工法，包括以下步骤：

S1：测量定位：根据施工图纸进行测量放线，开挖出压顶梁施工槽，槽宽900-1100mm，在桩位处做好标识，并作好保护措施，对桩位坐标进行复核；

S2：吊车就位：下放钢管前，应在桩位一定距离处，布置两个桩位控制点，以备钢管下放时作桩位校准，采用液压振动锤夹具将钢管吊至对应桩位处，调整钢管至竖直，分别测量桩位控制点到钢管的距离，保证钢管中心与桩位中心位置重合；

S3：下放钢管：采用焊接的可回收大直径钢管支护桩钢管，中心与桩位中心经校准符合设计要求后，采用液压振动锤振动下送钢管，钢管沉放开始阶段，液压振动锤调至低频低压档，并随着钢管沉放深度及难度的增加，逐步提高液压振动锤的压力和振动频率，保证钢管持续平稳地贯入土中；

S4：终孔测量：钢管沉放结束后，应确保钢管桩顶标高高出施工槽顶200mm以上，以便回收；

S5：冠梁施工：在钢管桩沉放完毕后，在施工槽内铺设模板，同时按照设计图纸绑扎冠梁钢筋，待钢筋绑扎和模板完成后，进行混凝土浇筑；

为方便回收，钢管与压顶梁混凝土不可直接接触，应采取薄膜隔离法或其他有效隔离措施；

S6：锚索及腰梁施工；

S7：钢管桩回收。

进一步的，所述S3下放钢管时，钢管桩沉放过程中，为控制钢管桩的垂直度及桩位偏差，每下沉5m，采用水平尺测量钢管桩的垂直度和位置偏差，保证钢管埋设符合设计要求，其中桩位偏差控制在±50mm，垂直度偏差不应大于1％，高程偏差不宜大于50mm。

进一步的，所述S6锚索及腰梁施工：压顶梁内混凝土养护达到设计强度后，进行基坑分步开挖，每次开挖至腰梁以下0.5m处；

在坑壁开挖直立面上铺设钢筋网片及喷射混凝土面层，钢筋网片不能直接与钢管焊接连接，可采取以下措施解决：在冠梁中预埋钢筋，钢筋网片与冠梁预埋筋连接；必要时，可在钢管桩间设置Φ16钢筋短钉加以固定网片，钢筋短钉长度为1m，各层钢筋网片应穿过腰梁底部，方便下层钢筋网片的连接；

锚索施工前，应探明锚索长度范围内的地下管线及构筑物，保证锚索施工不对其造成破坏，施工中锚索孔定位偏差不大于20mm，角度偏差不大于2°，锚索长度不应小于设计长度。

对腰梁所在部位侧面进行平整，清除表面淤泥、浮土等，然后进行钢筋绑扎，铺设模板，浇筑混凝土；

锚索张拉应在锚固体强度大于20MPa并大于设计强度80％，腰梁抗压强度达到20MPa后方可进行锚索张拉，锁定前超张拉1.1-1.2倍设计预加力。

进一步的，所述S7钢管桩回收，采用钢管桩的基坑，钢管需回收以便重复利用；

钢管的回收须具备以下条件：①地下室外墙做好防水，具备回填条件；②地下室间后浇带封闭，或未封闭的经设计单位复核认可；③肥槽根据锚索排数分层回填压实，压实系数应大于0.90，回填土体应采用土质较好的砂石土或砂土、级配料等，不得含有杂草、树根、垃圾等杂质，不得含有泥炭质土及淤泥质土。

进一步的，所述钢管回收的施工条件为：

A、履带吊悬挂液压振动锤回收钢管需要的垂直于基坑边的距离不小于8m，垂直方向的净空为钢管长度+10m；

B、回收时使用的液压振动锤和ICE设备的功率不得小于插放钢管时的功率。

本发明的另一目的在于，提出一种可回收大直径钢管支护桩的施工工法在基坑支护工程中的应用。

本发明的有益效果：

本发明的可回收大直径钢管支护桩及施工工法，首先根据基坑安全等级和基坑壁侧向水平力大小模拟计算确定钢管的直径、壁厚及长度，满足强度刚度等要求；其次借助高频液压振动锤，通过振动软化钢管接触部位的土体，减少钢管下沉的摩阻力，同时提供钢管下沉所需的压力将钢管插放至设计深度，无需桩机开孔和浇灌混凝土；利用钢管桩与钢管内土体形成一个整体，共同抵挡基坑侧壁的水平推力，起到支护坑壁的作用，可根据实际情况采取单排悬臂桩支护、双排桩支护、桩锚支护及内支撑支护四种形式；

本发明的可回收大直径钢管支护桩及施工工法，施工速度快，桩长15～20m的钢管从起吊到沉桩结束平均用时0.5～1h；由于可回收大直径钢管桩是由钢管及管内土体组成，施工过程中无其他材料投入，工艺简单，节约支护工程成本；从施工准备、沉管至拔管结束，现场不产生泥土、废渣，对周边环境影响小，环保节能；基坑支护使用功能结束后，钢管可拔出重复使用，降低生产成本。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所述可回收大直径钢管支护桩施工工法的工艺流程图；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

可回收大直径钢管支护桩的制备

通过钢管绑搭焊接，钢管焊接接头处采用两面接头坡口焊接，且焊接过程中应对四个方位采取点焊固定，采用对称加固的方法，所述钢管焊接接头处加固焊接焊缝全满焊后采用至少4块具有圆弧度的钢板搭接满焊作加固，所述钢管的上下管口处采用弧形钢板包边，采取错位包边，包边采用上下两面满焊焊接，上部管口包边处用氧乙炔割拴钢丝绳孔；

主要材料有：符合设计强度、壁厚、直径和型号要求的钢管，质量合格且符合工程需要的焊条。

需配备的机械设备见表1。

表1机械设备表

钢管绑搭焊接时钢管对接应保持顺直，垂直度偏差不大于1‰，焊缝应连续、饱满、不夹渣、无气泡，能满足受力及施工要求；

进一步的，所述钢管焊接采用的搭接满焊作加固的圆弧度的钢板尺寸为250mm×200mm×10mm；

所述钢管上下管口的弧形包边钢板厚度不小于10mm，包边宽度为300mm，包边采用上下两面满焊焊接，须满足钢管下沉和起拔强度要求，所述拴钢丝绳孔规格为Φ30mm。

通过上述实施方式制备获得钢管桩备用。

实施例2

可回收大直径钢管支护桩的施工工法：

S1：测量定位：根据施工图纸进行测量放线，开挖出压顶梁施工槽，槽宽900-1100mm，在桩位处做好标识，并作好保护措施，对桩位坐标进行复核；

S2：吊车就位：下放钢管前，应在桩位一定距离处，布置两个桩位控制点，以备钢管下放时作桩位校准，采用液压振动锤夹具将钢管吊至对应桩位处，调整钢管至竖直，分别测量桩位控制点到钢管的距离，保证钢管中心与桩位中心位置重合；

S3：下放钢管：采用上述实施例1制备的焊接的可回收大直径钢管支护桩钢管，中心与桩位中心经校准符合设计要求后，采用液压振动锤振动下送钢管，钢管沉放开始阶段，液压振动锤调至低频低压档，并随着钢管沉放深度及难度的增加，逐步提高液压振动锤的压力和振动频率，保证钢管持续平稳地贯入土中；

S4：终孔测量：钢管沉放结束后，应确保钢管桩顶标高高出施工槽顶200mm以上，以便回收；

S5：冠梁施工：在钢管桩沉放完毕后，在施工槽内铺设模板，同时按照设计图纸绑扎冠梁钢筋，待钢筋绑扎和模板完成后，进行混凝土浇筑；

为方便回收，钢管与压顶梁混凝土不可直接接触，应采取薄膜隔离法或其他有效隔离措施；

S6：锚索及腰梁施工；

S7：钢管桩回收。

所述S3下放钢管时，钢管桩沉放过程中，为控制钢管桩的垂直度及桩位偏差，每下沉5m，采用水平尺测量钢管桩的垂直度和位置偏差，保证钢管埋设符合设计要求，其中桩位偏差控制在±50mm，垂直度偏差不应大于1％，高程偏差不宜大于50mm。

所述S6锚索及腰梁施工：压顶梁内混凝土养护达到设计强度后，进行基坑分步开挖，每次开挖至腰梁以下0.5m处；

在坑壁开挖直立面上铺设钢筋网片及喷射混凝土面层，钢筋网片不能直接与钢管焊接连接，可采取以下措施解决：在冠梁中预埋钢筋，钢筋网片与冠梁预埋筋连接；必要时，可在钢管桩间设置Φ16钢筋短钉加以固定网片，钢筋短钉长度为1m，各层钢筋网片应穿过腰梁底部，方便下层钢筋网片的连接；

锚索施工前，应探明锚索长度范围内的地下管线及构筑物，保证锚索施工不对其造成破坏，施工中锚索孔定位偏差不大于20mm，角度偏差不大于2°，锚索长度不应小于设计长度。

对腰梁所在部位侧面进行平整，清除表面淤泥、浮土等，然后进行钢筋绑扎，铺设模板，浇筑混凝土；

锚索张拉应在锚固体强度大于20MPa并大于设计强度80％，腰梁抗压强度达到20MPa后方可进行锚索张拉，锁定前超张拉1.1～1.2倍设计预加力。

所述S7钢管桩回收，采用钢管桩的基坑，钢管需回收以便重复利用；

钢管的回收须具备以下条件：①地下室外墙做好防水，具备回填条件；②地下室间后浇带封闭，或未封闭的经设计单位复核认可；③肥槽根据锚索排数分层回填压实，压实系数应大于0.90，回填土体应采用土质较好的砂石土或砂土、级配料等，不得含有杂草、树根、垃圾等杂质，不得含有泥炭质土及淤泥质土。

所述钢管回收的施工条件为：

A、履带吊悬挂液压振动锤回收钢管需要的垂直于基坑边的距离不小于8m，垂直方向的净空为钢管长度+10m；

B、回收时使用的液压振动锤和ICE设备的功率不得小于插放钢管时的功率。

本工法成功应用于多项工程实际，取得了良好的工程效果，创造了较大的经济效益和社会效益。

实施例3

采用本申请实施例的工程之一，昆明九夏云水项目1、2、4号地块基坑开挖深度4.6～5.8m，基坑周边邻近采莲郡、桂圆小区、湖畔之梦小区以及采莲河，周边环境复杂，基坑支护等级为一～二级，设计采用桩锚支护。基坑支护深度范围内主要分布第四系冲洪积层(Q

本工程变更部分采用长螺旋钻孔灌注桩支护工期要20天，采用可回收大直径钢管桩支护工期仅10天，节省工期10天；大大减少工程材料(如钢筋、混凝土等)和作业人员的投入，与传统钢筋混凝土桩相比，成本节约260万元，节约率为24.2％；避免了废渣和泥浆对周边环境的二次污染，符合绿色施工的要求，实现了节能环保的目的，具有显著的社会效益。经现场施工方和第三方监测，支护结构、基坑周边地表、建(构)筑物变形均满足设计及规范要求。

实施例4

采用本申请实施例的工程之一，昆明琥珀俊园项目二期A12地块基坑开挖深度5.75～7.65m，基坑周长546m，基坑周边除东南侧为官渡13号路外，其余均为空地，基坑支护等级为二级，设计采用排桩支护。基坑支护深度范围内主要以第四系冲洪积层(Q

本工程采用传统钻孔灌注桩支护工期要32天，采用可回收大直径钢管桩支护工期仅14天，节省工期18天；与传统钢筋混凝土桩相比，成本节约45万元，节约率为23％；本工法工艺简单，极大地降低了施工难度和强度，提高了施工效率，同时施工质量也更容易保证；减少了钢筋、混凝土等材料的用量，避免了废渣和泥浆对周边环境的二次污染，绿色节能环保，具有显著的社会效益。采用钢管桩支护施工快速，安全可靠，支护体系和周边道路、建筑物的变形均在规范和设计允许范围内。

实施例5

采用本申请实施例的工程之一昆坊2号地块基坑开挖深度约14.1m，基坑周长517.6m，基坑周边邻近白塔路、U2公寓及国税局宿舍，周边环境复杂，基坑支护等级为一～二级，设计采用桩锚支护。基坑支护深度范围内主要分布第四系冲洪积层(Q

本工程采用传统钻孔灌注桩支护工期要38天，采用可回收大直径钢管桩支护工期仅21天，节省工期17天；与传统钢筋混凝土桩相比，成本节约390万元，节约率为23.8％；本工法工艺简单，极大地降低了施工难度和强度，提高了施工效率，同时施工质量也更容易保证；减少了钢筋、混凝土等材料的用量，避免了废渣和泥浆对周边环境的二次污染，绿色节能环保，具有显著的社会效益。整个基坑施工和使用期间，支护体系安全可靠，各项应力、应变监测值均在设计允许范围内。

从上述实际实施案例总结本申请技术方案的实际效益：

经济效益

1、与钢筋混凝土灌注桩相比较，采用钢管桩作为基坑支挡结构可大大节省机械设备、工程材料(如水泥、钢筋等)和作业人员的投入，可节约成本23％。

2、可回收大直径钢管桩成桩施工工序简单，施工强度低，因而在保证施工质量和支挡效果的前提下与钢筋混凝土灌注桩相比可缩短工期50％。

3、在基坑支护使用功能结束后，可利用吊车配合液压振动锤将钢管拔出，实现循环利用，按钢管重复使用10次摊销，单桩成本与钢筋混凝土灌注桩相比较仅为后者的25％。

社会效益

1、通过基坑支护技术的不断探索，总结得出由钢管及管内土体共同组成的钢管桩的支护方式，为基坑支护方式提供了一个新的选择。

2、可回收大直径钢管桩代替传统的钢筋混凝土灌注桩，简化了工程施工工序，提高了施工速度。

3、相对于传统的钢筋混凝土灌注桩，采用可回收大直径钢管桩进行基坑支护造价低、工艺简单且施工质量易控制，具有广泛的推广价值。

环保效益

1、与钢筋混凝土灌注桩相比，可回收大直径钢管桩主要由钢管及管内土体构成，大量减少了混凝土及钢筋的使用，不存在弃土和泥浆问题，减少了对周边环境的污染。

2、钢管桩支护功能结束后，可回收重复使用，大大减少了建筑垃圾和工程材料的投入，实现了绿色环保施工的目标。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。