一种基坑永久支护桩墙及其施工方法

技术领域

本发明涉及建筑施工领域，特别是指一种基坑永久支护桩墙及其施工方法。

背景技术

现有基坑支护一般采用临时性支护结构，如桩锚或桩撑等，支护桩为圆形钢筋混凝土钻孔灌注桩(即横截面为圆形)。钢筋混凝土灌注桩是一种直接在现场桩位上就地成孔，然后在孔内浇筑混凝土或安放钢筋笼再浇筑混凝土而成的桩。钢筋混凝土钻孔灌注桩是钢筋混凝土灌注桩的一种常见形式，其一般通过钻机在现场桩位上钻孔，然后下放钢筋笼，并灌注混凝土。

现有圆形钢筋混凝土钻孔灌注桩受地层影响较大，作为基坑支护桩墙使用时，由于垂直度和平整度较差，且圆形桩墙出现凹槽，因此需要大量辅助措施保证支护桩墙的垂直度、平整度，只能形成临时性支护桩结构，影响永久支护结构使用和推广。另外，圆形横截面的钢筋混凝土钻孔灌注桩在后续的梁结构施工时，需要将其圆柱形表面施工成平面，才能实现与梁结构的连接，导致后续施工繁琐。

发明内容

本发明提供一种基坑永久支护桩墙及其施工方法，提高了永久支护桩墙的平整度、垂直度和支护能力。

本发明提供技术方案如下：

一种基坑永久支护桩墙，包括由支护桩和水泥土搅拌墙交替排列形成的围护结构，其中：

所述支护桩为钢筋混凝土钻孔灌注桩，包括位于在基坑挖掘前已成型的桩孔内且竖向设置的桩身，所述桩身由位于所述桩孔内的钢筋笼和混凝土形成，所述桩身包括上部桩身和下部桩身，所述上部桩身为长方体柱形体，所述下部桩身为圆柱形体；所述上部桩身和所述下部桩身之间具有扩体段，所述扩体段的横截面尺寸大于所述上部桩身和所述下部桩身的横截面尺寸；所述上部桩身、所述扩体段和所述下部桩身在所述桩孔内从上到下按中心轴重合的方式依次设置且整体成型；

所述围护结构内部用于挖掘基坑，所述扩体段和所述下部桩身位于挖掘后的基坑的底面的下方，所述上部桩身位于挖掘后的基坑的底面的上方。

进一步的，所述扩体段包括上部圆台形体和下部圆柱形体，所述上部圆台形体和下部圆柱形体的中心轴重合，所述上部圆台形体的直径从上到下逐渐增大，所述上部圆台形体的底面直径与所述下部圆柱形体的顶面直径相等。

进一步的，所述上部桩身的矩形横截面在所述上部圆台形体顶面的投影形成的矩形内接于所述上部圆台形体顶面的圆形内，所述下部桩身的圆形横截面在所述上部圆台形体顶面的投影形成的圆形内切于所述上部桩身的投影形成的矩形内。

进一步的，所述钢筋笼包括纵向钢筋和横向箍筋，所述纵向钢筋竖向设置且在所述桩身的长度方向上通长布置。

进一步的，多个所述纵向钢筋在所述上部桩身内按照所述上部桩身的矩形截面成矩形排列，多个所述纵向钢筋在所述下部桩身内按照所述下部桩身的圆形截面成圆形排列，所述纵向钢筋在所述扩体段内的部分为向内弯折的过渡区。

进一步的，以所述上部桩身的矩形截面的中心点为中心，越靠近外侧的纵向钢筋向内弯折的程度越大，所述下部桩身的圆形横截面与所述上部桩身的矩形横截面相切处的纵向钢筋不弯折。

进一步的，所述桩身的受力侧以及受力侧的对侧的纵向钢筋进行加强处理。

进一步的，所述上部桩身的底部区域、所述下部桩身的顶部区域以及所述扩体段的全部区域内，所述横向箍筋加密设置。

进一步的，所述扩体段位于所述桩身承受最大弯矩的位置。

一种基坑永久支护桩墙的施工方法，所述方法包括：

S1：在基坑挖掘前，在所述水泥土搅拌墙的设计位置进行水泥土搅拌墙的施工；

S2：在水泥土搅拌墙施工完毕后且水泥土未凝固前，在所述支护桩的设计位置通过钻机进行桩孔的施工；

S3：在桩孔施工完毕后，向所述桩孔内下放绑扎好的钢筋笼，并向所述桩孔内灌注混凝土，实现支护桩的施工；

S4：待混凝土养护完成后，在所述支护桩和水泥土搅拌墙行成的围护结构内挖掘基坑；

S5：当所述基坑挖掘至设计深度后结束挖掘，所述基坑的设计深度应保证所述扩体段和所述下部桩身位于挖掘后的基坑的底面的下方，所述上部桩身位于挖掘后的基坑的底面的上方。

本发明具有以下有益效果：

本发明利用桩身上部的长方体柱形体的优势，提高了基坑永久支护墙的垂直度、平整度，方便后序处理局部缺陷，在后续施工过程中无需进行平整度装修，可直接与防水结构相连接，减少后序对永久支护结构墙体不平整处理的工作量，方便防水施工。在作为基坑永久支护墙中，可与梁、板结构直接连接，无需进行平整度处理，省去多余步骤，减少现有圆柱形桩平整度、垂直度偏差，提高了永久支护桩墙的平整度水平。另外，桩身的上部所受的弯矩较大，而相同截面积下矩形截面的抗弯系数大于圆形截面的抗弯系数，因此通过设置的矩形截面的上部桩身能承受较大弯矩。

本发明利用扩体段扩大基坑底部附近一定长度的桩身截面，对应并针对性提高基坑底部支护桩身最大弯矩，优化嵌固端的截面与嵌固深度，从而从受力出发优化桩身截面及其刚度，有利于承受桩身最大弯矩，做到针对性、适用性、科学性，提高桩身的水平支护能力；一方面使得本发明的水平抗弯能力与抗沉降能力与现有支护桩相比得到了进一步提升，另一方面提高了桩身材料利用效率，适应支护桩受力规律，节省材料。

附图说明

图1为本发明的一种基坑永久支护桩墙的立体图；

图2为支护桩形成排桩的示意图；

图3为支护桩的立体图；

图4为本发明的一种基坑永久支护桩墙的局部示意图；

图5为上部桩身的配筋截面图；

图6为下部桩身的配筋截面图；

图7为纵向钢筋的过渡截面图；

图8为上部桩身和下部桩身在扩体段顶面的投影示意图；

图9为纵向钢筋的过渡和横向箍筋的加密示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明实施例提供一种基坑永久支护桩墙，如图1-9所示，该基坑永久支护桩墙包括由支护桩100和水泥土搅拌墙200交替排列形成的围护结构300(例如方形、矩形或其他形状的围护结构)，如图1、2所示。

如图3所示，所述支护桩100为钢筋混凝土钻孔灌注桩，包括位于在基坑挖掘前已成型的桩孔内且竖向设置的桩身1，该桩身1由位于桩孔内的钢筋笼和混凝土形成，其中：

桩身1包括上部桩身2和下部桩身3，上部桩身2为长方体柱形体，其横截面形状为矩形，优选为方形。下部桩身3为圆柱形体，其横截面形状为圆形。

上部桩身2和下部桩身3之间具有扩体段4，扩体段4的横截面尺寸大于上部桩身2和下部桩身3的横截面尺寸。

上部桩身2、扩体段4和下部桩身3在桩孔内从上到下按中心轴重合的方式依次设置且整体成型。

前述的围护结构300内部用于挖掘基坑13，基坑13挖掘完毕后，扩体段4和下部桩身3位于挖掘后的基坑13的底面14的下方，上部桩身2位于挖掘后的基坑13的底面14的上方。

本发明将支护桩100设置为三部分，形成变截面的桩身。上部桩身2的截面为矩形，其目的是方便与后期地下结构(如梁、板等结构)进行连接，作为结构的一部分，承受水平和竖向力。中下部的扩体段4能有效应对桩身中的最大弯矩。扩体段4以下为圆形截面的下部桩身3，施工便捷、快速，能有效节约材料和工期。

前述的支护桩100例如可以用于深度大于10m的、采用永久支护桩墙的深基坑工程。本发明在基坑挖掘阶段作为支护桩，间隔排列形成排桩，如图2所示；支护桩100之间为水泥土搅拌墙200(或称之为水泥土搅拌墙)，如图1所示，起挡水等作用。本发明将支护桩100与水泥土搅拌墙200结合，共同形成如图1所示的利于垂直度、平整度控制的深基坑永久支护桩墙，集挡水与支护于一身。

本发明改变了传统的圆柱型的支护桩的结构形式，采用上部为长方体柱形体、下部为圆柱形体的变截面形式，并且之间采用扩体段，形成变截面桩身。上部长方体柱形体在施工完毕后露出基坑13的底面14，与上部框架结构连为整体，作为受力构件。中下部扩体段与下部圆柱形体埋入基坑13的底面14下部，如图4所示。

本发明利用支护桩的桩身上部的长方体柱形体的优势，提高了基坑永久支护墙的垂直度、平整度，方便后序处理局部缺陷，在后续施工过程中无需进行平整度装修，可直接与防水结构相连接，减少后序对永久支护结构墙体不平整处理的工作量，方便防水施工。在作为基坑永久支护墙中，可与梁、板结构直接连接，无需进行平整度处理，省去多余步骤，减少现有圆柱形桩平整度、垂直度偏差，提高了永久支护桩墙的平整度水平。另外，桩身的上部所受的弯矩较大，而相同截面积下矩形截面的抗弯系数大于圆形截面的抗弯系数，因此通过设置的矩形截面的上部桩身能承受较大弯矩。

本发明利用扩体段扩大基坑底部附近一定长度的桩身截面，对应并针对性提高基坑底部支护桩身最大弯矩，优化嵌固端的截面与嵌固深度，从而从受力出发优化桩身截面及其刚度，有利于承受桩身最大弯矩，做到针对性、适用性、科学性，提高桩身的水平支护能力；一方面使得本发明的水平抗弯能力与抗沉降能力与现有支护桩相比得到了进一步提升，另一方面提高了桩身材料利用效率，适应支护桩受力规律，节省材料。

作为一种示例，如图3、4所示，扩体段4可以包括上部圆台形体5和下部圆柱形体6，上部圆台形体5和下部圆柱形体6的中心轴重合，上部圆台形体5的直径从上到下逐渐增大，对直径进行过渡，上部圆台形体5的底面直径与下部圆柱形体6的顶面直径相等。

具体的，上部桩身2的矩形横截面在上部圆台形体5顶面的投影形成的矩形7内接于上部圆台形体5顶面的圆形8内，下部桩身3的圆形横截面在上部圆台形体5顶面的投影形成的圆形9内切于上部桩身2的投影形成的矩形7内，如图8所示。

本发明中，如图5-7、9所示，钢筋笼包括纵向钢筋10和横向箍筋11，纵向钢筋10竖向设置且在桩身1的长度方向上通长布置，即在上部桩身2、下部桩身3和扩体段4内，纵向钢筋10的数量一致。并且纵向钢筋10和横向箍筋11的数量根据工程现场力学计算结果合理布局。

多个纵向钢筋10在上部桩身2内按照上部桩身2的矩形截面成矩形排列，如图5所示；多个纵向钢筋10在下部桩身3内按照下部桩身3的圆形截面成圆形排列，如图6所示；纵向钢筋10在扩体段4内的部分为向内弯折的过渡区12，改变纵向钢筋10的形状，实现从上部桩身2到下部桩身3的过渡，如图7所示。

以上部桩身2的矩形截面的中心点为中心，越靠近外侧的纵向钢筋10向内弯折的程度越大，下部桩身3的圆形横截面与上部桩身2的矩形横截面相切处的纵向钢筋10-1不弯折，上部桩身2的矩形截面四个角上的纵向钢筋的弯折程度最大，如图7所示。

桩身1的受力侧以及受力侧的对侧的纵向钢筋10-2进行加强处理，例如如图5、6所示，桩身1的上侧面为受力侧(承受弯矩一侧)，因此在图中上部桩身2和下部桩身3的上侧和下侧对纵向钢筋10-2进行加强处理。加强处理可以通过增加纵向钢筋10-2的直径，也可以增加纵向钢筋10-2的密度。

上部桩身2的底部区域、下部桩身3的顶部区域以及扩体段4的全部区域内，横向箍筋11加密设置，以应对桩身最大弯矩，如图9所示。

在本发明中，根据实际工程基坑深度、土类型及桩入土深度，使得扩体段4位于桩身1承受最大弯矩的位置。具体的，扩体段4和下部桩身3位于挖掘后的基坑13的底面14的下方，扩体段4位于基坑底面处，其上表面与基坑底面平齐。上部桩身2位于挖掘后的基坑13的底面14的上方，如图4所示。

本发明实施例还提供前述的一种基坑永久支护桩墙的施工方法，其包括如下步骤：

S1：在基坑挖掘前，在水泥土搅拌墙200的设计位置进行水泥土搅拌墙200的施工。

水泥土搅拌墙是用于加固饱和软黏土地基的一种方法，它利用水泥作为固化剂，通过特制的搅拌机械，在地基深处将软土和固化剂强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的优质地基。例如，用回转的搅拌叶片将压入软土内的水泥浆与周围软土强制拌和形成泥加固体。水泥土搅拌墙的具体施工工艺为现有技术，本发明中对此不再赘述。

S2：在水泥土搅拌墙200施工完毕后且水泥土未凝固前，在支护桩100的设计位置通过钻机进行桩孔的施工。

桩孔施工时，按照设计要求，在不同深度有不同的截面，上部的截面为矩形，用于形成上部桩身2，下部的截面为圆形，用于形成下部桩身3，之间为桩孔截面的扩大部(简称扩孔部)，用于形成扩体段4。

在本发明中，上部桩身2和下部桩身3的长度和边长/直径可根据工程需要进行调整，扩体段4的直径和高度可根据工程需要进行调整。

S3：在桩孔施工完毕后，向桩孔内下放绑扎好的钢筋笼，并向桩孔内灌注混凝土，实现支护桩100的施工，施工后的支护桩100和水泥土搅拌墙200围成围护结构300。

S4：待混凝土养护完成后，在围护结构300内挖掘基坑13。

S5：当基坑13挖掘至设计深度后结束挖掘，进行后续施工。

基坑13的设计深度应保证扩体段4和下部桩身3位于挖掘后的基坑13的底面14的下方，上部桩身2位于挖掘后的基坑13的底面14的上方，扩体段4位于基坑13底面处，其上表面与基坑13的底面14平齐。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。