桩墙式支护结构的施工详解.docx

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桩墙式支护结构的施工详解

桩墙式支护结构的施工

（1）桩墙式支护结构的构造要求

①现浇钢筋混凝土支护结构的混凝土强度等级不得低于C20。

②桩墙式支护结构的顶部应设圈梁，其宽度应大于桩、墙的厚度。

桩、墙顶嵌入圈梁的深度不宜小于50mm；桩、墙内竖向钢筋锚入圈梁内的长度宜按受拉锚固要求确定。

（2）地下连续墙施工

①地下连续墙施工工艺过程

修筑导墙→挖槽→吊放接头管（箱）、吊放钢筋笼→浇注混凝土。

②导墙的形式与作用

导墙的作用：

护槽口，为槽定位（标高、水平位置、垂直），支撑（机械、钢筋笼等），存放泥浆（可保持泥浆面高度）。

③泥浆

泥浆的作用：

护壁，携碴，冷却润滑。

蚌式抓斗

多头钻的钻头

泥浆的成分：

膨润土（特殊黏土，有售）、聚合物、分散剂（抑制泥水分离）、增黏剂（常

用羟甲基纤维素，化学糨糊）、加重剂（常用重晶石）、防漏剂（堵住砂土槽壁大孔，如锯末、稻草沫等）。

泥浆质量的控制指标：

比重（比重计）、黏度（黏度计）、含砂量（泥浆含砂量测定仪）、失水量和泥皮厚度（泥浆渗透失水，同时在槽壁形成泥皮，薄而密实的泥皮有利于槽壁稳定，用过滤试验测定）、pH值（一般为8～9时泥浆不分层）、稳定性（静置前后比重差）、静切力（外力使静止泥浆开始流动后阻止其流动的阻力，静切力大时泥浆质量好）、胶体率（静置后泥浆部分体积与总体积之比）。

泥浆的处理：

土碴的分离处理——沉淀池（考虑泥浆循环、再生、舍弃等工艺要求）、振动筛与旋流器（离心作用分离）。

④挖槽

目前，在地下连续墙施工中国内外常用的挖槽机械，按其工作机理分为挖斗式、冲击式和回转式三大类，而每一类中又分为多种，如图2.2.7、图2.2.8所示。

⑤清底

常用方法如图所示。

清底方法

⑥钢筋吊放

采取在钢筋笼内放桁架的方法防止钢筋笼起吊变形。

⑦单元墙段的接头

常用的施工接头有以下几种：

A.接头管（亦称锁口管）接头，应用最多。

其施工过程如图2.2.11所示。

一个单元槽段土方挖好后，于槽段端部用吊车放入接头管，然后吊放钢筋笼并浇筑混凝土，待浇筑的混凝土强度达到0.05～0.20MPa时（一般在混凝土浇筑后3～5h，视气温而定），开始用吊车或液压顶升架提拔接头管，上拔速度应与混凝土浇筑速度、混凝土强度增长速度相适应，一般为2～4m/h，应在混凝土浇筑结束后8h以内将接头管全部拔出。

接头管直径一般比墙厚小50mm，可根据需要分段、接长。

端部半圆形可以增强整体性和防水能力。

B.接头箱接头。

一个单元槽段挖土结束后，吊放接头箱，再吊放钢筋笼。

钢筋笼端部的水平钢筋可插入接头箱内。

接头箱的开口面被焊在钢筋笼端部的钢板封住，因而浇筑的混凝土不能进入接头箱。

混凝土初凝后，与接头管一样逐步吊出接头箱。

其施工过程如图2.2.12所示。

接头管接头施工过程

⑧结构接头

地下连续墙与内部结构的楼板、柱、梁、底板等连接的结构接头，常用的有下列几种：

A.预埋连接钢筋法。

此法应用最多，如图2.2.16所示。

连接钢筋弯折后预埋在地下续墙内，待内部土体开挖后露出墙体时，凿开预埋连接钢筋处的墙面，将露出的预埋连接钢筋弯成设计形状连接。

考虑到连接处往往是结构的薄弱处，设计时一般使连接筋有20%的富余。

预埋连接钢板法预埋剪力连接件法

B.预埋连接钢板法。

这是一种钢筋间接连接的接头方式，预埋连接钢板放入并与钢筋笼固定。

浇筑混凝土后凿开墙面使预埋连接钢板外露，用焊接方式将后浇结构中的受力钢筋与预埋连接钢板焊接。

C.预埋剪力连接件法。

剪力连接件的形式有多种，剪力连接件先预埋在地下连续墙内，然后弯折出来与后浇结构连接。

⑨地下连续墙的规范要求

地下连续墙的常用厚度为600～800mm，已建工程中最大厚度1200mm。

墙厚除满足设计要求外，还需结合成槽机械的规格决定，不宜小于600mm。

地下连续墙单元墙段（槽段）的长度、形状，应根据整体平面布置、受力特性、槽壁稳定性、环境条件和施工要求等因素综合确定。

当地下水位变动频繁或槽壁孔可能发生坍塌时，应进行成槽试验及槽壁的稳定性验算。

地下连续墙受力钢筋应采用Ⅱ级钢筋，直径不宜小于20mm；构造钢筋可采用I级或Ⅱ级钢筋，直径不宜小于14mm；竖向钢筋的净距不宜小于75mm；构造钢筋的间距不应大于300mm。

单元槽段的钢筋笼宜装配成一个整体；

必须分段时，宜采用焊接或机械连接，应在结构内力较小处布置接头位置，接头应相互错开。

地下连续墙钢筋的保护层厚度，对临时性支护结构不宜小于50mm，对永久性支护结构不宜小于70mm。

竖向受力钢筋应有一半以上通长配置。

当地下连续墙与主体结构连接时，预埋在墙内的受力钢筋、连接螺栓或连接钢板，均应满足受力计算要求，锚固长度满足现行《混凝土结构设计规范》（GB50010—2002）要求，预埋钢筋应采用I级钢筋，直径不宜大于20mm。

地下连续墙墙体混凝土的抗渗等级不得小于0.6MPa，二层以上地下室不宜小于0.8MPa。

当墙段之间的接缝不设止水带时，应选用锁口圆弧形、槽形或V形等可靠的防渗止水接头，接头面应严格清刷，不得存有夹泥或沉渣。

地下室逆作法施工时，楼盖、梁和板整体浇筑作为水平支撑体系，应符合承载力、刚度及抗裂要求。

在出土口处先施工板下梁系形成水平支撑体时，应按平面框架方法计算内力和变形，其肋梁应按偏心受压杆件验算构件的承载力和稳定性。

肋梁应留出插筋以与混凝土墙体的竖筋连接。

当采用梁、板分次浇筑施工时，肋梁上应留出箍筋以便与后浇的混凝土楼板结合形成整体。

地下连续墙与地下结构梁、板的连接，应通过墙体的预埋构件；与底板应采用整体连接；接头钢筋应采用焊接或机械连接。

宜在墙内侧设置钢筋混凝土内衬墙，满足地下室使用要求。

地下主体结构的梁、板当施工期间有超载时（如走车、堆土等），应考虑其影响。

在兼作施工平台和栈桥时，其构件的强度和刚度应按正常使用和施工两种工况分别进行验算。

立柱和立柱桩的荷载应包括施工平台或栈桥所受的施工荷载。

竖向立柱的沉降，应满足主体结构的受力和变形要求。

2、逆作法施工

逆作法又称逆筑法。

（1）逆作法的工艺原理与优缺点

逆作法是施工高层建筑多层地下室和其他多层地下结构的有效方法。

国外如美、日、德、法等国家，在多层地下结构施工中已广泛应用，收到较好的效果。

如美国75层、高203m的芝加哥水塔广场大厦的4层地下室，就是用18m深的地下连续墙和144根大直径钻孔灌桩做中间支承柱，以逆作法进行施工的。

我国上海高116m的电信大楼的3层地下室等，都成功地应用了逆作法。

传统的施工多层地下室的方法是开敞式施工，即大开口放坡开挖，或用支护结构围护后垂直开挖，挖至设计标高后浇筑钢筋混凝土底板，再由下而上逐层施工各层地下室结构，待地下结构完成后再进行地上结构施工。

逆作法的工艺原理如图2.2.18所示：

先沿建筑物地下室轴线（地下连续墙也是地下室结构承重墙）或周围（地下连续墙等只用作支护结构）施工地下连续墙或其他支护结构，同时在建筑物内部的有关位置（柱子或隔墙相交处等，根据需要计算确定）浇筑或打下中间支承柱，作为施工期间于底板封底之前承受上部结构自重和施工荷载的支撑；然后施工地面一层的梁板楼面结构，作为地下连续墙刚度很大的支撑，随后逐层向下开挖土方和浇筑各层地下结构，直至底板封底；与此同时，由于地面一层的楼面结构已完成，为上部结构施工创造了条件，所以可以同时向上逐层进行地上结构的施工。

如此地面上、下同时进行施工，直至工程结束。

但是在地下室浇筑钢筋混凝土底板之前，地面上的上部结构允许施工的层数要经计算确定。

逆作法施工，还可以使地面一层楼面结构敞开，上部结构不与地下结构同时进行施工，只是地下结构自上而下逐层施工。

与传统施工方法比较，用逆作法施工多层地下室有下述优点：

A.缩短工程施工的总工期。

带多层地下室的高层建筑，如采用传统方法施工，其总工期为地下结构工期加地上结构工期，再加装修等所占之工期。

而用逆作法施工，一般情况下只有－l层占绝对工期，其他各层地下室可与地上结构同时施工，不占绝对工期，因此可以缩短工程的总工期。

如日本读卖新闻社大楼，地上9层、地下6层，用逆作法施工，总工期22个月，比传统施工方法缩短工期6个月。

地下结构层数愈多，用逆作法施工则工期缩短愈显著。

图2.2.18逆作法的工艺原理

1—地下连续墙2—中间支承柱3—地面层楼面结构4—底板

B.基坑变形小，相邻建筑物等沉降少。

采用逆作法施工，是利用逐层浇筑的地下室结构作为周围支护结构地下连续墙的内部支撑。

由于地下室结构与临时支撑相比刚度大得多，所以地下连续墙在侧压力作用下的变形就小得多。

C.便底板设计趋向合埋。

钢筋混凝土底板要满足抗浮要求。

用传统方法施工时，底板浇筑后支点少，跨度大，上浮力产生的弯矩值大，有时为了满足施工时抗浮要求而需加大底板的厚度，或增强底板的配筋。

而当地下和地上结构施工结束，上部荷载传下后，为满足抗浮要求而加厚的混凝土，反过来又作为自重荷载作用于底板上，因而使底板设计不尽合理。

用逆作法施工，在施工时底板的支点增多，跨度减小，较易满足抗浮要求，甚至

可减少底板配筋，使底板的结构设计趋向合理。

D.可节省支护结构的支撑。

深度较大的多层地下室，如用传统方法施工，为减少支护结构的变形须设置强大的内部支撑或外部拉锚，不但须要消耗大量钢材，施工费用亦相当可观。

如上海电信大楼的深11m、地下3层的地下室，用传统方法施工，为保证支护结构的稳定，约需临时钢围檩和钢支撑1350t。

而用逆作法施工，土方开挖后是利用地下室结构本身来支撑作为支护结构的地下连续墙，可省去支护结构的临时支撑。

逆作法是自上而下施工，上面已覆盖，施工条件较差，且须采用一些特殊施工技术，保证施工质量的要求更加严格。

半逆作法由上而下施工地下室各层梁施工，形成水平框架支撑，地下室封底后再向上逐层浇注楼板。

中心岛半逆作法先远离支护结构挖槽、正常施工基坑中部地下结构，然后逆作法施工基坑边部地下结构。

（2）逆作法的特殊施工技术

中间支承柱施工。

中间支承柱的作用，是在逆作法施工期间，于地下室底板未浇筑之前与地下连续墙一起承受地下和地上各层的结构自重和施工荷载；在地下室底板浇筑后，与底板连接成整体，做为地下室结构的一部分，将上部结构及承受的荷载传递给地基。

中间支承柱的位置和数量，要根据地下室的结构布置和制定的施工方案详细考虑后经计算确定，一般布置在柱子位置或纵、横墙相交处。

中间支承柱所承受的最大荷载，是地下室已修筑至最下一层、而地面上已修筑至规定的最高层数时的荷载。

由于底板以下的中间支承柱要与底板结合成整体，多做成灌注桩形式，其长度亦不能太长，否则使底板的受力与设计的计算假定不一致。

亦有的采用预制桩（钢管桩等）作为中间支承柱。

采用灌注桩时，底板以上的中间支承柱的柱身，多为钢管混凝土柱或H型钢柱，断面小而承载能力大，而且也便于与地下室的梁、柱、墙、板等连接。

在泥浆护壁下用反循环或正循环潜水电钻钻孔施工中间支承柱的工艺过程如图2.2.19所示。

钻孔后吊放钢管，钢管的位置要十分准确，否则与上部柱子不在同一垂线上对受力不利，因此钢管吊放后要用定位装置调整其位置。

（a）泥浆反循环钻孔（b）吊放钢管、浇筑混凝土（c）形成自凝泥浆

图2.2.19泥浆护壁用反循环钻孔灌注桩施工方法浇筑中间支承柱

l—补浆管2—护筒3—潜水电钻4—排浆管5—混凝土导管

6—定位装置7—泥浆8—钢管9—自凝泥浆10—混凝土桩

钢管的壁厚按其承受的荷载计算确定。

利用导管浇筑混凝土，钢管的内径要比导管接头处的直径大50～100mm。

而用钢管内的导管浇筑混凝土时，超压力不可能将混凝土压上很高，所以钢管底端埋人混凝土不可能很深，一般为lm左右，为使钢管下部与现浇混凝土柱能较好的结合，可在钢管下端加焊竖向分布的钢筋。

混凝土柱的顶端一般高出底板面30mm，高出部分在浇筑底板时将其凿除，以保证底板与中间支承柱联成一体。

混凝土浇筑完毕吊出导管。

由于钢管外面不浇筑混凝土，钻孔上段中的泥浆需进行固化处理，以便在清除开挖的土方时，防止泥浆到处流淌，恶化施工环境。

泥浆的固化处理方法，是在泥浆中掺入水泥形成自凝泥浆，使其自凝固化。

水泥掺量约10%，可直接投入钻孔内，用空气压缩机通过软管进行压缩空气吹拌，使水泥与泥浆很好地拌合。

中间支承柱用套管式灌注桩成孔方法施工如图2.2.20所示。

它是边下套管、边用抓斗挖孔。

由于有钢套管护壁，可用串筒浇筑混凝土，亦可用导管法浇筑，要边浇筑混凝土边上拔钢套管。

混凝土柱浇至底板标高处，套管与H形钢间的空隙用砂或土填满，以增加上部钢柱的稳定性。

（a）成孔（b）吊放H型钢、浇筑混凝土（c）抽套管、填砂

图2.2.20大直径套管灌注桩施工方法浇筑中间支承柱

1—套管2—抓斗3—混凝土导管4—H形钢5—扩大的桩头6—填砂

7—混凝土桩

中间支承柱还有用挖孔桩施工方法进行施工的。

在施工期间要注意观察中间支承柱的沉降和升抬的数值。

由于上部结构的不断加荷，引起中间支承柱的沉降；而基础土方的开挖，其卸载作用又会引起坑底土体的回弹，使中间支承柱升抬。

要求事先精确地计算确定中间支承柱最终是沉降还是升抬以及沉降或升抬的数值，目前还有一定的困难。

（3）地下室结构浇筑

地下室结构是由上而下分层浇筑的。

地下室结构的浇筑方法有以下两种:

A.利用土模浇筑梁板梁、板如图2.2.21所示。

对于地面梁板或地下各层梁板，挖至其设计标高后，将土面整平夯实，浇筑一层厚约50mm的素混凝土（土质好抹一层砂浆亦可），然后刷一层隔离

图2.2.21逆作法施工时的梁、板模板

1—楼板面2—素混凝土层与隔离层3—钢模板4—填土

层，即成楼板模板。

对于梁模板，如土质好可用土胎模，按梁断面挖出槽穴即可，如土质较差可用模板搭设梁模板。

柱头模板如图2.2.22所示。

施工时先把柱头处的土挖出至梁底以下约500mm处，设置柱子的施工缝模板，为使下部柱子易于浇筑，该模板宜呈斜面安装，柱子钢筋通穿模板向下伸出接头长度，在施工缝模板上面组立柱头模板与梁模板相连接。

如土质好柱头可用土胎膜，否则就用模板搭设。

下部柱子挖出后搭设模板进行浇筑。

图2.2.22柱头模板与施工缝

1—楼板面2—素混凝土层与隔离层3—柱头模板

4—预留浇筑孔5—施工缝6—柱筋7—H形钢8—梁

施工缝处的浇筑方法，国内外常用的方法有三种，即直接法、充填法和注浆法，如图2.2.23所示。

直接法即在施工缝下部继续浇筑混凝土时，仍然浇筑相同的混凝土，有时添加一些铝粉以减少收缩。

为浇筑密实可作出一假牛腿，混凝土硬化后可凿去。

充填法即在施工缝处留出充填接缝，待混凝土面处理后，再于接缝处充填膨胀混凝土或无浮浆混凝土。

注浆法即在施工缝处留出缝隙，待后浇混凝土硬化后用压力压入水泥浆充填。

在上述三种方法中，直接法施工最简单，成本亦最低。

施工时可对接缝处混凝土进行二次振捣，以进一步排除混凝土中的气泡，确保混凝土密实和减少收缩。

（a）直接法（b）充填法（c）注浆法

图2.2.23施工缝处的浇筑方法

1—浇筑混凝土2—充填无浮浆混凝土3—压入水泥浆

B.利用支模方式浇筑梁板。

用此法施工时，先挖去地下结构一层高的土层，然后按常规方法搭设梁板模板，浇筑梁板混凝土，再向下延伸竖向结构（柱或墙板）。

为此，须解决两个问题，一个是设法减少梁板支撑的沉降和结构的变形；另一个是解决竖向构件的上、下连接和混凝土浇筑。

为了减少楼板支撑的沉降和结构变形，施工时需对土层采取措施进行临时加固。

加固的方法：

可以浇筑一层素混凝土，以提高土层的承载能力和减少沉降，待墙、梁浇筑完毕，开挖下层土方时随土一同挖去，这就要额外耗费一些混凝土；另一种加固方法是铺设砂垫层，上铺枕木以扩大支承面积，如图2.2.24所示。

这样上层柱子或墙板的钢筋可插入砂垫层，以便与下层后浇筑结构的钢筋连接。

有时还可用其吊模板的措施来解决模板的支撑问题。

由于逆作法混凝土是从顶部的侧面入仓，为便于浇筑和保证连接处的密实性，除对竖向钢筋间距适当调整外，构件顶部的模板须做成喇叭形。

由于上、下层构件的结合面在上层构件的底部，再加上地面土的沉降和刚浇混凝土的收缩，在结合面处易出现缝隙。

为此，宜在结合面处的模板上

图2.2.24墙板浇筑时的模板

1—上层墙2—浇筑入仓口3—螺栓4—模板

5—枕木6—砂垫层7—插筋用木条8—钢模板

预留若干压浆孔，以便用压力灌浆消除缝隙，保证构件连接处的密实性。

（4）垂直运输孔洞的留设

逆作法施工是在顶部楼盖封闭条件下进行，在进行地下各层地下室结构施工时，须进行施工设备、土方、模板、钢筋、混凝土等的上下运输，所以须预留一个或几个上下贯通的垂直运输通道。

为此，在设计时就要在适当部位预留一些从地面直通地下室底层的施工孔洞。

亦可利用楼梯间或无楼板处做为垂直运输孔洞。

此外，还应保证逆作法施工期间的通风、照明、安全等满足施工要求。

3、重力式水泥土挡墙的施工

对于基坑开挖深度较浅，一般小于7m时，可用此支护结构，它既可挡土又可挡水，常用于沿海和南方地区。

常用的水泥土挡墙支护结构的布置形式如图2.2.25所示。

可以通过在未结硬的墙体中插入钢管、钢筋、型钢、木棒、竹筋等方法来提高水泥土挡墙支护结构的刚度（抗弯强度），有时也可用砂、碎石等置换格栅式结构中的土，以增加结构的稳定性。

（1）水泥土搅拌桩

水泥土搅拌法是利用水泥为固化剂，通过特制的机械（型号有多种，SJB系列深层搅拌机如图2.2.26所示，另配套灰浆泵、桩架等），在地基深处就地将原位土和固化剂（浆液或粉体）强制搅拌，形成水泥土桩。

水泥土搅拌桩施工分为湿法（喷浆）和干法（喷粉）。

图2.2.25水泥土挡墙支护结构的常用布置形式

（a）壁式（b）格栅式（c）拱式（d）设置型钢式（e）填料式

图2.2.26SJB系列深层搅拌机

1—输浆管2—外壳3—出水口4—进水口5—电动机6—导向滑块

7—减速器8—搅拌轴9—中心管10—横向系统11—球形阀12—搅拌头

水泥土搅拌桩施工步骤由于湿法和干法的施工设备不同而略有差异。

其主要步骤应为:

A.搅拌机械就位、调平；

B.预搅下沉至设计加固深度；

C.边喷浆（粉）、边搅拌提升直至预定的停浆（灰）面；

D.重复搅拌下沉至设计加固深度；

E.根据设计要求，喷浆（粉）或仅搅拌提升直至预定的停浆（灰）面；

F.关闭搅拌机械。

（2）高压喷射注浆桩

高压水泥浆（或其他硬化剂）的通常压力为15MPa以上，通过喷射头上一或两个直径约2mm的横向喷嘴向土中喷射，使水泥浆与土搅拌混合，形成桩体。

喷射头借助喷射管喷射或振动贯入，或随普通或专用钻机下沉。

使用特殊喷射管的二重管法（同时喷射高压浆液和压缩空气）、三重管法（同时喷射高压清水、压缩空气、低压浆液），影响范围更大，直径分别可达1000mm、2000mm。

施工工艺流程可概括如图2.57所示。

单管法、二重管法的喷射管如图2.58所示。

（3）水泥土墙的规范要求

水泥土墙采用格栅布置时，水泥土的置换率对于淤泥不宜小于0.8，淤泥质土不宜小于0.7，一般黏性土及砂土不宜小于0.6；格栅长宽比不宜大于2。

水泥土桩与桩之间的搭接宽度应根据挡土及截水要求确定，考虑截水作用时，桩的有效搭接宽度不宜小于150mm；当不考虑截水作用时，搭接宽度不宜小于100mm。

当变形不能满足要求时，宜采用基坑内侧土体加固或水泥土墙插筋加混凝土面板及加大嵌固深度等措施。

水泥土墙应采取切割搭接法施工。

应在前桩水泥土尚未固化时进行后序搭接桩施工。

施工开始和结束的头尾搭接处，应采取加强措施（如重复喷浆搅拌），消除搭接沟缝。

深层搅拌水泥土墙施工前，应进行成桩工艺及水泥掺入量或水泥浆的配合比试验，以确定相应的水泥掺入比或水泥浆水灰比，浆喷深层搅拌的水泥掺入量宜为被加固土重度的15%～18%；粉喷深层搅拌的水泥掺入量宜为被加固土重度的13%～16%。

高压喷射注浆施工前，应通过试喷试验，确定不同土层旋喷固结体的最小直径、高压喷射施工技术参数等。

高压喷射水泥水灰比宜为1.0～1.5。

深层搅拌桩和高压喷射桩水泥土墙的桩位偏差不应大于50mm，垂直度偏差不宜大于0.5%。

当设置插筋时桩身插筋应在桩顶搅拌完成后及时进行。

插筋材料、插入长度和出露长度等均应按计算和构造要求确定。

高压喷射注浆应按试喷确定的技术参数施工，切割搭接宽度应符合下列规定：

旋喷固结体不宜小于150mm；摆喷固结体不宜小于150mm；定喷固结体不宜小于200mm。

水泥土桩应在施工后一周内进行开挖检查或采用钻孔取芯等手段检查成桩质量，若不符合设计要求应及时调整施工工艺。

水泥土墙应在设计开挖龄期采用钻芯法检测墙身完整性，钻芯数量不宜少于总桩数的2%，且不应少于5根；并应根据设计要求取样进行单轴抗压强度试验。