一种软土承压水层模块化基坑支护结构及施工方法

技术领域

本发明涉及基坑支护技术领域，特别是一种软土承压水层模块化基坑支护结构及施工方法。

背景技术

软土指强度较低的土体，软土一般分布在河道附近，这意味基坑支护工程会面临软土承压水层这一具有挑战性的基坑支护项目，对于该类基坑支护结构，一般采用水泥土止水帷幕与水泥土封底的方式提高土体强度，防止地下水渗透，部分采用直接抽水的方式截断地下水渗流，配合水泥土封底进行基坑支护设计，上述的两种方法虽然一定程度上解决了软土承压水层基坑支护的问题，但仍存在以下不足：1)施工质量要求高，基坑主要依靠水泥土止水帷幕进行止水，一方面泥土与软土混合后的强度增长较低，另一方面，容易出现搅拌不均匀的情况，容易导致基坑渗水；2)成本高：采用水泥土进行止水，需要消耗大量的水泥，极大的提高了基坑支护的成本；3)环境污染大：水泥土的大量使用，或者截断水源的做法，会对当地的地下环境造成显著影响，严重污染当地的生态环境。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的问题在于如何解决现有施工方式施工质量要求高、成本高以及环境污染大的问题。

技术方案：本发明一种软土承压水层模块化基坑支护结构，其包括，支护组件，包括冻结桩、第一冻结管、连接管、连接杆以及支撑钢筋，所述冻结桩位于基坑内底壁，所述第一冻结管固定于所述冻结桩内，所述连接管与所述第一冻结管两端连通，所述冻结桩顶部开设有预埋孔，所述连接杆插接于所述预埋孔内，所述支撑钢筋固定于所述连接杆顶端；以及，连接组件，设置于所述冻结桩上，包括第一连接板、第二连接板、防护件、限位件以及紧固件，所述第一连接板固定于所述第一冻结管端部，所述第二连接板固定于所述连接管端部，所述防护件设置于所述第一连接板上，所述限位件设置于所述冻结桩顶部两侧，所述紧固件设置于所述连接杆两侧。

进一步说，所述防护件包括活动门以及斜板，所述冻结桩顶部两侧均开设有放置槽，所述第一冻结管端部以及所述第一连接板均位于所述放置槽内，所述活动门滑动于所述放置槽内壁两侧顶部，所述斜板固定于所述活动门底部两侧。

进一步说，所述防护件还包括活动块、安装块、导向杆、滑块以及第一弹簧，所述活动块滑动于所述第一连接板顶部两侧，所述安装块固定于所述第一连接板顶部，且位于两个所述活动块之间，所述导向杆固定于所述安装块两侧，所述滑块固定于所述活动块两侧，且滑动于所述导向杆上，所述第一弹簧两端分别与所述安装块和所述滑块固定。

进一步说，所述限位件包括凸块、限位板以及转板，所述凸块固定于所述活动块顶部两侧，所述限位板固定于所述冻结桩顶部两侧，所述转板转动连接于每侧两个所述限位板之间。

进一步说，所述限位件还包括挡条以及第二弹簧，所述限位板内侧开设有滑槽，所述挡条滑动于所述滑槽内，所述第二弹簧两端分别与所述挡条和所述滑槽内壁固定。

进一步说，所述紧固件包括侧撑杆、压板、插板以及联动杆，所述侧撑杆固定于所述连接杆顶部两侧，所述冻结桩顶部开设有插孔，其与所述侧撑杆配合，所述压板固定于所述侧撑杆内侧，所述插孔内侧开设有活动槽，所述插板滑动于所述活动槽内，所述连接杆两侧均开设有与所述插板配合的插槽，所述联动杆固定于所述插板两侧，其另一端与所述活动门固定。

进一步说，所述如下步骤：

(1)定位和设计基坑位置，在基坑四周施工外侧支护桩；

(2)立柱结构施工，将支撑钢筋和连接杆安装在冻结桩顶端，并将二者打入基坑底部；

(3)在基坑底部且位于每两个相邻冻结桩之间排布局部冻结管，同时在侧支护桩内也设置冻结管；

(4)地下水循环换热装置启动，冻结机组启动；

(5)基坑开挖，并在开挖的同时进行支护的浇筑；

(6)重复开挖和浇筑支护的操作，直至基坑开挖完成。

进一步说，所述支撑钢筋表面开设有承接槽，其与所述支护配合。

进一步说，所述侧支护桩内侧设有斜拉锚杆。

进一步说，所述斜拉锚杆为中空状，分为进水口和出水口。

有益效果：采用施工质量容差大，成本较低，污染小的施工方式，同时通过支护组件与连接组件的设置可极大提高支护施工的便利性和稳定性。

附图说明

图1为软土承压水层模块化基坑支护结构及施工方法的场景图。

图2为软土承压水层模块化基坑支护结构及施工方法的斜拉锚杆剖面图。

图3为软土承压水层模块化基坑支护结构及施工方法的冻结桩剖面图。

图4为软土承压水层模块化基坑支护结构及施工方法的连接组件剖面图。

图5为软土承压水层模块化基坑支护结构及施工方法的防护件另一个视角剖面图。

图6为软土承压水层模块化基坑支护结构及施工方法的限位件另一个视角图。

图7为软土承压水层模块化基坑支护结构及施工方法的防护件结构图。

图8为软土承压水层模块化基坑支护结构及施工方法的紧固件剖面图。

图9为软土承压水层模块化基坑支护结构及施工方法的紧固件俯视剖面图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步详细说明。

实施例1

参照图1和图4，为本发明第一个实施例，该实施例提供了一种软土承压水层模块化基坑支护结构及施工方法，软土承压水层模块化基坑支护结构包括支护组件100和连接组件200，支护组件100对基坑起到支撑作用，同时通过连接组件200可提高支护安装的便利性和稳固性。

具体的，支护组件100，包括冻结桩101、第一冻结管102、连接管103、连接杆104以及支撑钢筋105，冻结桩101位于基坑内底壁，第一冻结管102固定于冻结桩101内，连接管103与第一冻结管102两端连通，冻结桩101顶部开设有预埋孔S，连接杆104插接于预埋孔S内，支撑钢筋105固定于连接杆104顶端。

冻结桩101为预制桩体，其顶部有一部分可设置为铁质或钢板结构，预埋孔S位于该部分内，第一冻结管102呈螺旋状预埋在冻结桩101内，且冻结桩101采用高导热的混凝土，当把冻结桩101安装在基坑内时，通过连接管103将第一冻结管102与外部冻结设备连接，从而可对其附近的软土进行冻结，增加其硬度，软土在冻结时，会从各个方位向冻结桩101施加挤压的力，从而能够进一步提高其支撑的稳定性，连接杆104与支撑钢筋105插接在预埋孔S内，可对后续施工过程中的安装的支护进行支撑，其设置有多个，施工人员可根据基坑实际的情况来分布。

连接组件200，设置于冻结桩101上，包括第一连接板201、第二连接板202、防护件203、限位件204以及紧固件205，第一连接板201固定于第一冻结管102端部，第二连接板202固定于连接管103端部，防护件203设置于第一连接板201上，限位件204设置于冻结桩101顶部两侧，紧固件205设置于连接杆104两侧。

第一连接板201和第二连接板202均呈矩形，用来连通第一冻结管102和连接管103，其中第二连接板202底部固定有孔径小于第一冻结管102的插管，插管的外侧与第一冻结管102的内壁贴合，其在安装时能够整个插接在第一冻结管102内，从而提高安装的便利性和安装完成后的密封效果，避免在冻结时发生泄漏等情况。

防护件203用来对第一冻结管102裸漏的两端进行防护，避免其在预制完成后的放置或运输的过程中异物进入其内部，影响其后续使用，限位件204可对第二连接板202和防护件203限位和固定，以使其安装更加方便和稳固，紧固件205用来对连接杆104和支撑钢筋105进行固定，无需采用焊接等操作即可使其稳定性更加高。

实施例2

参照图1～图9，为本发明第二个实施例，该实施例基于上一个实施例。

具体的，防护件203包括活动门203a以及斜板203b，冻结桩101顶部两侧均开设有放置槽M，第一冻结管102端部以及第一连接板201均位于放置槽M内，活动门203a滑动于放置槽M内壁两侧顶部，斜板203b固定于活动门203a底部两侧。

每侧活动门203a对称设置有两个，均在放置槽M内滑动，第一连接板201位于放置槽M内，且放置槽M内壁两侧均固定有导向轨道，第二连接板202两侧固定有滑块，该滑块在导向轨道内滑动，从而可对第二连接板202和连接管103限位，避免其在向下安装时发生偏移等情况，斜板203b底部呈倾斜状，每个活动门203a底部设置有两个斜板203b，在安装连接管103时，将第二连接板202放置在第一连接板201顶部，然后将对称的两个活动门203a关闭，此时通过斜板203b可对第二连接板202向下挤压，使其能够更加稳固的与第一连接板201贴合，起到密封的作用，活动门203a上开设有与连接管103贴合的孔，在安装完成后，该孔能够对连接管103定位，避免其端部发生弯折等情况。

防护件203还包括活动块203c、安装块203d、导向杆203e、滑块203f以及第一弹簧203g，活动块203c滑动于第一连接板201顶部两侧，安装块203d固定于第一连接板201顶部，且位于两个活动块203c之间，导向杆203e固定于安装块203d两侧，滑块203f固定于活动块203c两侧，且滑动于导向杆203e上，第一弹簧203g两端分别与安装块203d和滑块203f固定。

每个第一连接板201顶部滑动有两个活动块203c，二者相向移动，初始状态下，两个活动块203c接触，并将第一冻结管102端部闭合，以避免其在运输或存放过程中异物进入第一冻结管102内，给后续操作带来较大的不便，安装块203d位于两个活动块203c之间，其与导向杆203e和滑块203f共同起到导向和限位的作用，避免活动块203c在移动的过程中发生偏移，第一弹簧203g给滑块203f和活动块203c施加向内侧移动的拉力，使得活动块203c在初始状态下能够更加稳固的贴合，防护效果更加好。

活动块203c顶部呈倾斜状，在将连接管103和第二连接板202安装在第一连接板201顶部时，第二连接板202底部的插管先将两个活动块203c向外侧拨动，然后插接在第一冻结管102内，第二连接板202底部开设有供活动块203c等部件插接的槽，以防止其妨碍第二连接板202的安装。

限位件204包括凸块204a、限位板204b以及转板204c，凸块204a固定于活动块203c顶部两侧，限位板204b固定于冻结桩101顶部两侧，转板204c转动连接于每侧两个限位板204b之间。

凸块204a顶部做倒角处理，每侧限位板204b设置有两个，转板204c位于每侧两个限位板204b之间，并通过转轴与其转动连接，转板204c端部设有U型腔室，当两个活动门203a接触时，手动转动转板204c，使得两个活动门203a上的凸块204a位于腔室内，即可对活动门203a进行进一步的紧固，防止出现意外脱离等情况，影响连接管103安装的稳定性。

限位件204还包括挡条204d以及第二弹簧204e，限位板204b内侧开设有滑槽P，挡条204d滑动于滑槽P内，第二弹簧204e两端分别与挡条204d和滑槽P内壁固定。

挡条204d呈矩形，其两端在滑槽P内滑动，当其滑动至靠近活动门203a的位置时，可对转板204c限位，使其无法转动，当其滑动至靠近转板204c转动的一端时，转板204c可随意转动，第二弹簧204e给挡条204d施加靠近活动门203a位置的拉力，使其在初始状态下能够对转板204c限位，使得活动门203a的位置稳固性更加好。

紧固件205包括侧撑杆205a、压板205b、插板205c以及联动杆205d，侧撑杆205a固定于连接杆104顶部两侧，冻结桩101顶部开设有插孔V，其与侧撑杆205a配合，压板205b固定于侧撑杆205a内侧，插孔V内侧开设有活动槽J，插板205c滑动于活动槽J内，连接杆104两侧均开设有与插板205c配合的插槽Y，联动杆205d固定于插板205c两侧，其另一端与活动门203a固定。

侧撑杆205a呈类L型，其一端通过螺栓可拆卸式固定在连接杆104两侧，图中未示出，另一端在安装时插接在插孔V内，压板205b呈矩形，其底部做倒角处理，插板205c顶部也做倒角处理，其可在活动槽J内移动，在安装时侧撑杆205a和压板205b向插孔V内移动，并通过压板205b推动插板205c向连接杆104的方向移动，插槽Y分为两部分，一部分较浅，供插板205c在插接时缓慢移动，另一部分较深，在安装完成后，插板205c会位于插槽Y内较深的位置，从而对连接杆104起到限位和固定的作用，以提高连接杆104安装完成后的稳固性。

联动杆205d用来连接插板205c和活动门203a，当插板205c插接在插槽Y内时，插板205c和联动杆205d带动活动门203a同步移动，使其关闭，从而进一步提高活动门203a关闭后的稳定性。

在使用时，首先在外部预制冻结桩101，在浇筑的过程中将第一冻结管102呈螺旋状预埋在冻结桩101内，预制完成后可通过两侧的活动块203c和活动门203a对第一冻结管102裸露的两端进行防护，避免在运输或存放时灰尘等杂质进入第一冻结管102内，给其后续使用带来较大的不便，然后在外部将支撑钢筋105和连接管103安装在冻结桩101上。

首先将活动门203a开启，将连接管103和第二连接板202对应插接在第一连接板201上，此时第二连接板202底部的插管先将两个活动块203c向外侧拨动，然后插接在第一冻结管102内，直至第二连接板202与第一连接板201贴合，然后将支撑钢筋105和连接杆104插接在预埋孔S内，侧撑杆205a和压板205b向插孔V内移动，并通过压板205b推动插板205c向连接杆104的方向移动，此时插板205c会位于插槽Y内较深的位置，从而对连接杆104起到限位和固定的作用，以提高连接杆104安装完成后的稳固性，同时插板205c和联动杆205d带动活动门203a同步移动，使其关闭，从而进一步提高活动门203a关闭后的稳定性，最后手动转动转板204c，使得两个活动门203a上的凸块204a位于腔室内，即可对活动门203a进行进一步的紧固，防止出现意外脱离等情况，影响连接管103安装的稳定性，此时即可完成桩体的安装，方便后续的施工。

该装置中的冻结桩101和第一冻结管102均为预制桩，其内部的结构为一次性使用，无需重复利用，而连接管103和连接杆104等结构为可重复利用，从而起到一定降低成本的效果。

实施例3

参照图1～图9，为本发明第三个实施例，该实施例基于前两个实施例。

具体的，还包括如下步骤：

定位和设计基坑位置，在基坑四周施工外侧支护桩301，其内部填充高导热材料，外侧采用斜拉锚杆304进行斜拉，以提高整体抗拉强度，其中，斜拉锚杆304为中空状，分为进水口H1和出水口H2，二者形成水路的循环，也起到冻结的作用，进一步提高整体基坑的强度；

立柱结构施工，将支撑钢筋105和连接杆104安装在冻结桩101顶端，并将二者打入基坑底部，其设置有多组，根据后续所需支护303的分布来布局，其中支撑钢筋105表面设置有多层的承接槽T，每层支护303在浇筑时都位于该承接槽T内，以提高支护303的承载力，且承接槽T内设置有可拆卸的模板，图中未示出，可方便后续支护303的拆除；

在基坑底部且位于每两个相邻冻结桩101之间排布局部冻结管302，同时在侧支护桩301内也设置冻结管，多个局部冻结管302可进一步提高基坑底部软土的硬度，为施工提供便利，侧支护桩301内部的冻结管用来提高基坑四周软土的强度；

地下水循环换热装置启动，冻结机组启动，此为现有技术中的装置，其工作原理等本领域的技术人员均已知晓，在此不做赘述；

基坑开挖，并在开挖的同时进行支护303的浇筑；

重复开挖和浇筑支护303的操作，直至基坑开挖完成，此步骤中，基坑每开挖一定的深度就需要浇筑支护303，然后再继续开挖，以保证对基坑的支护始终稳固。