CN212506308U - 一种倾斜管桩与竖直楔形桩的组合支护结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种倾斜管桩与竖直楔形桩的组合支护结构，包括由管桩和楔形桩交替排列构成的排桩支护结构；所述管桩和所述楔形桩沿基坑边沿内侧设置，在所述管桩和所述楔形桩的桩顶上设有冠梁；所述楔形桩，其轴线垂直于水平面，其横截面的面积从桩顶至桩底依次变小；所述管桩的轴线倾斜于水平面且其下部向基坑内倾斜；所述管桩的桩顶中心连线与所述楔形桩的桩顶中心连线平行或重合。本实用新型可减小桩顶位移，增加开挖深度，降低基坑倾覆破坏可能性，可减小支护桩设计强度以降低造价。

Description

一种倾斜管桩与竖直楔形桩的组合支护结构

技术领域

本实用新型涉及一种基坑支护结构，特别涉及一种倾斜管桩与竖直楔形桩的组合支护结构。

背景技术

目前，随着国家城市化进程的推进，地下大面积大长度基坑占我国基坑总面积的80％以上。但是传统的支护方式存在着较大的不足和缺陷：1.对于悬臂基坑支护结构，仅能适用于基坑开挖深度较浅，土质条件较好的基坑工程中；2.对于内支撑支护结构，虽然其可以应用在深基坑中，但是施工复杂，施工工期长，环境污染严重，并且造价高。因此倾斜桩支护结构应运而生，通过将竖直悬臂支护桩向基坑内倾斜一定角度，形成倾斜支护桩，并将倾斜支护桩与竖直支护桩交替布置，便可形成斜直交替支护结构。传统的斜直交替支护桩均采用管桩，在软土地基基础工程中，管桩受力形式大多为摩擦基础桩，而管桩桩身的混凝土强度(C60-C100)很高，但桩体的比表面积(单位混凝土体积与桩身外表面积之比)较小，因此管桩桩身外表与土壤间的作用力远远小于桩身强度，桩身结构强度没有能够得到充分的发挥，造成了混凝土管桩承载力的很大浪费，无法充分发挥支护结构的桩身摩擦力。而支护结构整体支护能力主要靠直桩给予斜桩的拉力来发挥，传统的管桩未能充分发挥此拉力。

发明内容

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种倾斜管桩与竖直楔形桩的组合支护结构。

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种倾斜管桩与竖直楔形桩的组合支护结构，包括由管桩和楔形桩交替排列构成的排桩支护结构；所述管桩和所述楔形桩沿基坑边沿内侧设置，在所述管桩和所述楔形桩的桩顶上设有冠梁；所述楔形桩，其轴线垂直于水平面，其横截面的面积从桩顶至桩底依次变小；所述管桩的轴线倾斜于水平面且其下部向基坑内倾斜；所述管桩的桩顶中心连线与所述楔形桩的桩顶中心连线平行或重合

进一步地，所述管桩的轴线与所述楔形桩的轴线之间的夹角角度≤30°。

进一步地，所述管桩的桩底深度为2～2.5倍基坑开挖深度。

进一步地，所述楔形桩的桩底深度为2～2.5倍基坑开挖深度。

进一步地，所述管桩桩径为300～600mm；所述楔形桩的桩顶桩径为600～1200mm，所述楔形桩的楔角为5°～15°。

进一步地，所述冠梁的宽度方向边缘超出所述管桩和所述楔形桩的桩顶边缘，所述冠梁的高度大于等于管桩桩径的0.6倍或楔形桩平均桩径的0.6倍。

进一步地，所述冠梁的宽度方向边缘超出所述管桩和所述楔形桩的桩顶边缘的尺寸为：1/2管桩的桩径或1/2楔形桩平均桩径。

进一步地，相邻管桩和楔形桩的桩间距为2～4倍管桩的桩径或2～4倍楔形桩的平均桩径。

进一步地，设楔形桩长度为L，在楔形桩的桩顶中心连线外侧且距离楔形桩的桩顶中心连线0.2L处设置水泥搅拌桩隔水帷幕。

本实用新型具有的优点和积极效果是：本实用新型的一种倾斜管桩与竖直楔形桩组合支护结构，管桩和楔形桩交替排列构成等高组合支护结构，使楔形桩的轴线垂直于水平面且其横截面的面积从桩顶至桩底依次变小；使管桩的轴线倾斜于水平面且其下部向基坑内倾斜；楔形桩可增大侧摩阻力，从而轴力可充分发挥，给与管桩更大的拉力，很大程度上减小桩顶位移，使设桩后地面变形大大减小，避免对周围环境造成破坏，同时可以减小桩身弯矩，使桩身设计强度降低，从而降低工程造价；本实用新型可增加开挖深度，并且由于开挖面倾斜，以及楔形桩承载力高，沉降量小，基坑发生倾覆破坏的可能性大大减小，可以保证基坑工程的安全；管桩和楔形桩交替排列构成等高组合支护结构，使原本可能需要采用内撑式支护或拉锚式支护的基坑工程，可仅利用悬臂桩支护就可以满足设计要求，从而使设计施工更加简便，并且节约材料，从而降低工程费用。

综上所述，本实用新型可减小桩顶位移，增加开挖深度，降低基坑倾覆破坏可能性，可减小支护桩设计强度以降低造价的基坑支护工程。

附图说明

图1为本实用新型的一种倾斜管桩与竖直楔形桩组合支护结构的示意图。

图中：1-冠梁；2-基坑坑底；3-基坑边沿；4-楔形桩；5-管桩。

图2为本实用新型的一种倾斜管桩与竖直楔形桩组合支护结构的剖面示意图。

图中：H₁-基坑开挖深度；H₂-楔形桩桩长；θ-管桩倾角。

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的发明内容、特点及功效，兹列举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参见图1至图2，一种倾斜管桩与竖直楔形桩的组合支护结构，包括由管桩5和楔形桩4交替排列构成的排桩支护结构；所述管桩5和所述楔形桩4沿基坑边沿内侧设置，在所述管桩5的桩顶和所述楔形桩4的桩顶上设有冠梁1；所述楔形桩4，其轴线垂直于水平面，其横截面的面积从桩顶至桩底依次变小；所述管桩5的轴线倾斜于水平面且其下部向基坑内倾斜；所述管桩5的桩顶中心连线与所述楔形桩4的桩顶中心连线平行或重合。所述管桩5和所述楔形桩4的桩顶位于基坑边沿3的内侧，管桩5和楔形桩4通过冠梁1连接形成一个整体。

所述管桩5的桩顶中心连线可位于所述楔形桩4的桩顶中心连线的内侧；相邻管桩5和楔形桩4的桩间距可为2～4倍管桩的桩径或2～4倍楔形桩的平均桩径。

楔形桩的轴线为垂直于其顶面且与其顶面中心相交的直线，楔形桩的桩径为垂直于其轴线的横截面的4倍面积与周长的比值；楔形桩的横截面的面积从桩顶至桩底依次变小；对应的桩径也从桩顶至桩底依次变小。

管桩5的轴线相对于楔形桩4的轴线，倾斜角度可大于0°且小于等于30.5°，所述管桩的轴线与所述楔形桩的轴线之间的夹角角度优选≤30°。如图2所示，可将所述管桩的轴线相对于楔形桩的轴线夹角称为管桩倾角θ，管桩倾角θ可≤30°。管桩倾角θ可优选10°、12°、15°、18°、21°、24°。

所述管桩5的桩底深度可为2～2.5倍基坑开挖深度H₁。即所述管桩5的桩底端距离基坑坑底2的高度为2～2.5倍基坑开挖深度H₁。

所述楔形桩4的桩底深度可为2～2.5倍基坑开挖深度H₁。即所述楔形桩4的桩底端距离基坑坑底2的高度为2～2.5倍基坑开挖深度H₁。

所述管桩桩径可为300～600mm；所述楔形桩的桩顶桩径可为600～1200mm，所述楔形桩的楔角可为5°～15°。所述楔形桩的楔角优选7.5°、9°、12°。

在楔形桩4和管桩5上设置冠梁1。冠梁1的宽度可大于与其连接的管桩5及楔形桩4的桩顶桩径，所述冠梁1的宽度方向边缘可超出所述管桩5和所述楔形桩4的桩顶边缘，所述冠梁1的高度可大于等于管桩5桩径的0.6倍或楔形桩4平均桩径的0.6倍。

进一步地，所述冠梁1的宽度方向边缘单侧超出所述管桩5和所述楔形桩4的桩顶边缘的尺寸可为：1/2管桩5的桩径或1/2楔形桩4的平均桩径。

进一步地，可设楔形桩长度为L，可在楔形桩的桩顶中心连线外侧且距离楔形桩的桩顶中心连线0.2L处设置水泥搅拌桩隔水帷幕。

本实用新型还提供了一种倾斜管桩与竖直楔形桩的组合支护结构的构造方法实施例，该方法包括：预制管桩5和楔形桩4；在现场沿基坑边沿内侧布设管桩5和楔形桩4，使管桩5和楔形桩4交替排列构成排桩支护结构；使楔形桩4的轴线垂直于水平面且其横截面的面积从桩顶至桩底依次变小；使管桩5的轴线倾斜于水平面且其下部向基坑内倾斜；使管桩5的桩顶中心连线与楔形桩4的桩顶中心连线平行或重合，管桩5和楔形桩4均采用跳桩施工方法，间隔1～2根桩压入下一根预制桩；在管桩5的桩顶和楔形桩4的桩顶上预制冠梁1。可使所述管桩5的桩顶中心连线位于所述楔形桩4的桩顶中心连线的内侧；可使相邻管桩5和楔形桩4的桩间距为2～4倍管桩的桩径或2～4倍楔形桩的平均桩径。

进一步地，在现场布设楔形桩4的方法可包括如下步骤：

步骤A-1，在目标地基上进行楔形桩4成孔作业，使挖成孔径从上至下逐渐变小。

步骤A-2，成孔后，先在孔底处铺设混凝土垫层。

步骤A-3，楔形桩4吊放下沉后，对空心段浇筑混凝土，边浇筑边振捣密实。

步骤A-4，浇筑完成后，开挖承台基坑，将承台盖板的螺栓孔和注浆孔对应与楔形桩4桩顶段的固定螺栓和注浆导管对准，使承台盖板与楔形桩4的桩顶及承台基坑的侧壁贴合，回填承台基坑，将边沿填筑紧密。

步骤A-5，采用水泥净浆对导管注浆，直至桩侧土层有水泥浆泛出。

进一步地，可设楔形桩4长度为L，可在楔形桩4的桩顶中心连线外侧且距离楔形桩4的桩顶中心连线0.2L处设置水泥搅拌桩隔水帷幕；水泥搅拌桩隔水帷幕的构造方法可包括如下步骤：

步骤B-1，将深层搅拌机到达指定桩位并对中。

步骤B-2，待深层搅拌机的冷却水循环正常后，启动深层搅拌机，使深层搅拌机沿导向架搅拌切土下沉。

步骤B-3，待深层搅拌机下沉到设定深度时，搅拌水泥浆并将水泥浆倒入集料斗中。

步骤B-4，当深层搅拌机下沉到设计深度后，开启水泥浆泵将水泥浆压入地基中，且边喷浆、边旋转搅拌，同时按照设计确定的提升速度提升深层搅拌机。

步骤B-5，深层搅拌机提升至设计深度的顶面标高后，再次将深层搅拌机边旋转搅拌边沉入土中，至设计深度后再将深层搅拌机提升出地面。

进一步地，在管桩5的桩顶和楔形桩4的桩顶上预制冠梁1的方法可包括如下步骤：

步骤C-1，冠梁1土方采用机械分区开挖，先开挖第一层土方至楔形桩4的桩顶标高，清除余土后开始破除桩头浮浆至设计标高，桩芯顶面的混凝土要凿毛处理，清除桩顶浮渣，如设计标高桩头砼强度达不到设计要求，则继续破除直至砼质量达到设计要求。

步骤C-2，桩间土整平至冠梁1底标高，并夯填密实。

步骤C-3，按冠梁1剖面配筋进行钢筋制作；纵筋采用HRB335级或HRB400级钢筋，箍筋采用HPB300级钢筋；拉结筋采用HRB335级钢筋。

步骤C-4，完成混凝土浇筑及养护；混凝土强度等级高于等于C25，排桩主筋锚入冠梁1大于等于35倍钢筋桩径。

下面以本实用新型的一个优选实施例来进一步说明本实用新型的结构、构造方法及工作原理：

请参阅图1，一种倾斜管桩与竖直楔形桩组合支护结构，包括若干个管桩5和若干个楔形桩4，所述管桩5和所述楔形桩4交替排列构成等长组合支护结构；所述楔形桩4，其轴线垂直于水平面，其横截面的面积从桩顶至桩底依次变小；所述管桩5的轴线倾斜于水平面且其下部向基坑内倾斜；所述管桩5的桩顶中心连线与所述楔形桩4的桩顶中心连线平行，所述楔形桩4沿基坑边沿3内侧设置，所述管桩5位于所述楔形桩4的桩顶中心连线的内侧；在所述管桩5的桩顶和所述楔形桩4的桩顶上设有冠梁1。

所述楔形桩4为竖直支护桩，所述管桩5为内倾支护桩，冠梁1将所有楔形桩和所有管桩连成一体。在所述楔形桩4的桩顶中心连线的外侧设置隔水帷幕。

本实用新型的基本原理是：

管桩5和楔形桩4交替排列构成组合支护结构，当竖直支护桩为楔形桩4，内倾支护桩为管桩5时，管桩5和楔形桩4交替排列构成的组合支护结构又称为斜直交替支护结构，管桩5和楔形桩4通过桩顶冠梁1的连接形成一个整体，共同受力。其中，管桩5受压，楔形桩4受拉。通过冠梁1，楔形桩4将自身轴向力提供给管桩5，可以给予管桩5一个向下的拉力，此拉力大小与楔形桩4侧摩阻力的大小相关。

此拉力可以有效地减小桩体变形，从而减小基坑土体变形，保护周围建筑，增加基坑开挖深度H₁，增强基坑稳定性。当竖直支护桩采用楔形桩4进行基坑支护时，由于桩身横截面的面积从桩顶至桩底依次变小，增加了楔形桩与土体尤其是底部较好土层的接触面积，可有效增加侧摩阻力，从而增大楔形桩拉力，进一步控制基坑位移。

相比较其他支护结构，本实用新型可有效发挥楔形桩4拉力，因此可以缩短楔形桩桩长H₂，增大支护桩的桩间距，缩小支护桩的桩径。施工前需要根据场地条件和计算分析，确定最优的管桩倾斜角度，对楔形桩4及管桩5的桩长与桩身强度进行设计。本实用新型适用于悬臂桩支护方式。本实用新型推荐管桩5的倾斜角度大于0°且小于等于30.5°；楔形桩4和管桩5的桩底深度为2～2.5倍基坑开挖深度H₁；相邻楔形桩4和管桩5的桩间距为2～2.5倍桩径。管桩5的桩径为300～600mm，楔形桩4的桩头桩径约为600～1200mm，楔形桩4的桩底桩径为300～600mm。

一种倾斜管桩与竖直楔形桩组合支护结构的构造方法：

预制等长的管桩5和楔形桩4；在现场布设管桩5和楔形桩4，使管桩5和楔形桩4交替排列；使楔形桩4的轴线垂直于水平面且其横截面的面积从桩顶至桩底依次变小；使管桩5的轴线倾斜于水平面且其下部向基坑内倾斜；使管桩5的桩顶中心连线与楔形桩4的桩顶中心连线平行，使楔形桩4沿基坑边沿3内侧设置，使管桩5位于楔形桩4的桩顶中心连线内侧；管桩5和楔形桩4均采用跳桩施工方法，间隔1～2根桩压入下一根预制桩；在管桩5的桩顶和楔形桩4的桩顶上预制冠梁1。

上述楔形桩4的施工方法如下：

1)在目标地基上进行楔形桩4成孔，挖成孔径从上至下逐渐变小的孔。

2)成孔后，先在桩端处铺设混凝土垫层。

3)楔形桩4吊放下沉吊装完成后，对空心段浇筑混凝土，边浇筑边振捣密实。

4)承台拼装：浇筑完成后，开挖承台基坑，将承台盖板的螺栓孔和注浆孔对准桩顶段的固定螺栓和注浆导管，使承台盖板和侧壁与楔形桩4贴合紧密，回填承台基坑，将边沿填筑紧密。

5)导管注浆：安装完成后，采用水泥净浆对导管注浆，直至桩侧土层有水泥浆泛出。

当桩中心距小于等于4倍桩径时，桩较密集，应由中间向两侧对称施打，这样，打桩时土体由四周向两侧挤压，保证施工质量。当桩数较多时，也可采用分区段施打。当桩中心距大于等于4倍边长或桩径时，桩较稀疏，可采用上述施打顺序或采用一侧向单一方向进行施打的方式。

设楔形桩4长度为L，在楔形桩4的桩顶中心连线外侧且距离楔形桩4的桩顶中心连线0.2L处设置水泥搅拌桩隔水帷幕；隔水帷幕的搅拌桩桩底标高与楔形桩4桩底标高相同。

上述水泥搅拌桩隔水帷幕的施工方法：

1)定位：深层搅拌机到达指定桩位，对中。

2)预搅下沉：待深层搅拌机的冷却水循环正常后，启动搅拌机电机，放松搅拌机吊索使搅拌机沿导向架搅拌切土下沉。

3)制备水泥浆：待深层搅拌机下沉到一定深度时，即开始按设计确定的配合比搅拌水泥浆，压浆前将水泥浆倒入集料斗中。

4)提升喷浆搅拌：深层搅拌机下沉到设计深度后，开启灰浆泵将水泥浆压入地基中，且边喷浆、边旋转，同时严格按照设计确定的提升速度提升深层搅拌机。

5)重复上、下搅拌：深层搅拌机提升至设计深度的顶面标高时，集料斗中的水泥浆应正好排空。为时软土和水泥浆搅拌均匀，可再次将搅拌机边旋转边沉入土中，至设计加固深度后再将搅拌机提升出地面。

6)清洗：清洗全部管路中残存的水泥浆，并将粘附在搅拌头的软土清洗干净。

7)移位：将深层搅拌机移至下一桩位，重复上述步骤。

在楔形桩4和管桩5的上面设置冠梁1。推荐冠梁1的宽度大于与其连接的管桩5桩径或楔形桩4桩顶桩径，冠梁1的高度可大于等于管桩5桩径的0.6倍或楔形桩4平均桩径的0.6倍。冠梁1沿宽度方向两边各扩出1/2管桩5的桩径或1/2楔形桩4的平均桩径。

上述冠梁1的施工方法为：

1)冠梁1土方采用机械分区开挖，先开挖第一层土方至支护桩设计桩顶标高，清除余土后开始破除桩头浮浆至设计标高，桩芯顶面的混凝土要凿毛处理，清除桩顶浮渣，如设计标高桩头砼强度达不到设计要求，须继续破除直至砼质量达到设计要求，不足标高段浇冠梁1砼时一同浇筑成型。

2)桩间土人工整平至冠梁1底标高，并夯填密实。

3)桩头破除后即可按冠梁1剖面配筋进行钢筋制作。钢筋下料、绑扎误差确保满足设计及施工规范要求。

4)对冠梁1标高进行校核并安装模板。模板支护时须确保模板稳定、牢固，以防浇筑砼时模板变形，模板截面尺寸按冠梁1剖面制作。

5)完成钢筋工程。纵筋最好采用HRB335级或HRB400级钢筋，箍筋及拉结筋应采用HPB300级和HRB335级钢筋。

6)完成混凝土浇筑及养护。混凝土强度等级不应低于C25，排桩主筋锚入冠梁1不应小于35d(d为钢筋桩径)。

以上所述的实施例仅用于说明本实用新型的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本实用新型的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本实用新型的专利范围，即凡本实用新型所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本实用新型的专利范围内。

Claims (9)

1.一种倾斜管桩与竖直楔形桩的组合支护结构，其特征在于，包括由管桩和楔形桩交替排列构成的排桩支护结构；所述管桩和所述楔形桩沿基坑边沿内侧设置，在所述管桩和所述楔形桩的桩顶上设有冠梁；所述楔形桩，其轴线垂直于水平面，其横截面的面积从桩顶至桩底依次变小；所述管桩的轴线倾斜于水平面且其下部向基坑内倾斜；所述管桩的桩顶中心连线与所述楔形桩的桩顶中心连线平行或重合。

2.根据权利要求1所述的倾斜管桩与竖直楔形桩的组合支护结构，其特征在于，所述管桩的轴线与所述楔形桩的轴线之间的夹角角度≤30°。

3.根据权利要求1所述的倾斜管桩与竖直楔形桩的组合支护结构，其特征在于，所述管桩的桩底深度为2～2.5倍基坑开挖深度。

4.根据权利要求1所述的倾斜管桩与竖直楔形桩的组合支护结构，其特征在于，所述楔形桩的桩底深度为2～2.5倍基坑开挖深度。

5.根据权利要求1所述的倾斜管桩与竖直楔形桩的组合支护结构，其特征在于，所述管桩桩径为300～600mm；所述楔形桩的桩顶桩径为600～1200mm，所述楔形桩的楔角为5°～15°。

6.根据权利要求1所述的倾斜管桩与竖直楔形桩的组合支护结构，其特征在于，所述冠梁的宽度方向边缘超出所述管桩和所述楔形桩的桩顶边缘，所述冠梁的高度大于等于管桩桩径的0.6倍或楔形桩平均桩径的0.6倍。

7.根据权利要求6所述的倾斜管桩与竖直楔形桩的组合支护结构，其特征在于，所述冠梁的宽度方向边缘超出所述管桩和所述楔形桩的桩顶边缘的尺寸为：1/2管桩的桩径或1/2楔形桩平均桩径。

8.根据权利要求1所述的倾斜管桩与竖直楔形桩的组合支护结构，其特征在于，相邻管桩和楔形桩的桩间距为2～4倍管桩的桩径或2～4倍楔形桩的平均桩径。

9.根据权利要求1所述的倾斜管桩与竖直楔形桩的组合支护结构，其特征在于，设楔形桩长度为L，在楔形桩的桩顶中心连线外侧且距离楔形桩的桩顶中心连线0.2L处设置水泥搅拌桩隔水帷幕。

Images