一种桩间挡土止水帷幕结构及其施工方法
技术领域
本发明涉及地下基础设施的开挖支护建造
技术领域
，尤其涉及一种桩间挡土止水帷幕结构及其施工方法。背景技术
我国土木、水利、矿山、市政等基础设施建设取得了举世瞩目的成就。在地下空间开发利用、矿产资源开采等过程中，当面临复杂的地质条件时，往往需要采取边坡支护或基坑支护措施，以保证地下工程建设过程及此期间周边环境的安全稳定。伴随着岩土工程技术、机械及土木工程材料等的发展，边坡支护及基坑支护技术得到了有效发展，相应地出现了以砂石、水泥、钢筋、混凝土等传统建筑材料为结构主体的土钉墙、复合土钉墙、地下连续墙、排桩支护、桩锚支护等支护结构体系。与此同时，为控制地下水对支护结构及地下工程施工的影响，还需在支护体系中考虑设置止水帷幕或者辅以降水措施。特别是在地下水位较高、侧壁土层较软易扰动的情况下，基坑支护必须考虑采取降水或止水等地下水处理措施。采取合理的挡土止水方式，更能保证周边建筑物、构筑物及地下管线的安全，更多情况下是侧壁土体的蠕变诱发了周边地表裂缝及建筑物的不均匀沉降等事故。当前桩间止水帷幕多采用水泥土类技术措施，如搅拌桩、高压旋喷桩、TRD工法桩及咬合桩等，当止水帷幕深度增加后，虽然采取相应的工程措施，仍存在缺陷导致的渗漏风险，此外，基坑开挖变形也可能导致止水帷幕开裂。但从基坑支护的本质来看，其作为保护地下主体结构施工和周边环境的安全，而采取的临时性支挡、加固、保护与地下水控制的措施，且基坑越深、周边环境越复杂，基坑工程的造价也就越高，更重要的一点是，基坑的使用寿命一般不超过2年，在地下主体结构施工完毕后即被废弃或者拆除，由此可见，与主体工程相比，基坑工程的造价就非常昂贵了。即使现阶段少数基坑采用了支护结构与地下主体结构一体化的设计，在此情况下，后续基础工程的施工效率降低、人工成本剧增及后续施工缝渗漏的潜在风险也是非常高，并且受施工工艺及混凝土浇筑导致的后续地下连续墙体薄弱部位、垂直度偏差的处理也是十分困难的。
SMW工法作为地下连续墙形式中的一种，以水泥为成墙主要材料，使用完毕后，也仅可对其中后插入的型钢进行回收，回收率低，且必须配合内支撑、锚索使用。内支撑、锚索的拆除，造价非常高，且对后续地下结构工程的施工带来非常大的不利影响。此外，钢筋混凝土地下连续墙作为最常见的形式，不仅造价高，且基本上不具有任何回收价值。因此，需要一种可有效解决装配式支护结构的挡土、止水需要，降低造价成本的挡土止水结构。
发明内容
本发明针对各类基坑、边坡、地铁站口、市政管道等项目开挖支护的发展需求和目前复合装配式可回收基坑支护结构在挡土、止水功能不足，以及造价成本高的问题，提供了一种桩间挡土止水帷幕结构及其施工方法。
为了实现上述目的，本发明提供一种桩间挡土止水帷幕结构，所述桩间挡土止水帷幕结构包括：挡土止水板和至少两个支护桩，每个所述支护桩都设有卡槽，所述挡土止水板卡设在相邻支护桩的卡槽内，所述卡槽内设有膨胀材料。
优选地，所述桩间挡土止水帷幕结构还包括固定件，所述支护桩的两内侧均连接有所述固定件，所述固定件的侧平面之间存在间隙以形成所述卡槽；所述挡土止水板的两侧缘均粘贴有所述膨胀材料，设有所述膨胀材料的所述挡土止水板的两端能够插入所述卡槽内；
所述支护桩的材质为钢质材料；所述支护桩的顶部设有安装孔和吊装孔；所述支护桩的桩身设有安装孔和吊装孔。
优选地，所述膨胀材料为条片状膨胀材料。
优选地，所述固定件为角钢。
进一步优选地，本发明还提供一种适用于上述所述的桩间挡土止水帷幕结构的施工方法，所述施工方法包括以下步骤：
S1：在相邻的指定位置上钻支护桩孔；
S2：加工支护桩，在所述支护桩的内侧安装加固件，所述固定件的侧平面之间存在间隙以形成卡槽，然后将所述支护桩植入对应的所述支护桩孔内；
S3：桩间成槽施工，采用成槽设备在相邻的支护桩孔之间开挖槽孔以连接相邻的所述支护桩孔；
S4：挡土止水板由多个面板组成，在所述挡土止水板的两侧缘通过粘结剂粘贴膨胀材料，将所述挡土止水板安装于所述槽孔内，且粘贴有所述膨胀材料的所述挡土止水板的两端能够插入所述卡槽内；
S5：支护桩孔回填。
优选地，步骤S1中，钻支护桩孔时同时校对支护桩桩孔的垂直度、钻杆的垂直度。
优选地，步骤S3中，在相邻的支护桩孔上方安装固定成槽设备，启动成槽设备，自上而下开始开挖槽孔。
优选地，步骤S3还包括在开挖槽孔至设计深度后，采用淘渣设备清理槽孔孔底的沉渣，并补充护壁泥浆。
优选地，步骤S4还包括在焊接部位对称安装吊装环。
优选地，步骤S5中，支护桩孔的回填材料采用弱粘低渗材料。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果：
一：本发明提供的桩间挡土止水帷幕结构，在柔性复合装配式可回收基坑支护结构体系中，结合支护桩截面构造设计，采用挡土止水板以及在卡槽内设置膨胀材料，共同发挥作用实现挡土、止水的功能，改变了传统桩间挡土止水帷幕多采用水泥土类建筑技术的局面，简化了设计与施工过程，在发挥完使用功能后，可实现桩间挡土止水帷幕结构的高效回收和重复利用，真正体现出基坑工程作为临时安全措施的本质特点。
二：柔性复合的作用发挥更明确，挡土止水板和条片状膨胀材料的韧性很好的发挥了“柔”的作用，共同形成挡土、止水功能的同时，桩孔和槽孔填料，缓和了主要受力支护结构与侧壁土体的应力突变，并同时起到接缝部位的防渗和控制土体的侧向蠕变作用，可以有效杜绝开挖过程中的渗漏。
三：支护桩采用钢质材料，充分将钢质材料的力学、加工性能及条片状膨胀材料的遇水膨胀、防渗性能结合起来，有效的克服了传统桩间挡土止水帷幕及其施工工艺存在的渗水缺点，并充分利用桩间土超薄成槽施工的特点，方便后续挡土止水板的回收和重复利用。
四：施工快捷，不需要后期频繁维护，膨胀材料的遇水膨胀能加快基坑工程的后续施工，与传统的水泥土类建筑支护结构体系相比，传统的传统的水泥土类建筑支护结构体系工期长，需要水泥土建完全成型才能进行后续工作，内支撑、锚索的拆除施工周期长，而本发明采用支护桩与挡土止水板的结合可节省50％以上的施工工期。
五：综合经济环保效益更具优势。与传统桩间挡土止水帷幕相比，本发明提出的桩间挡土止水帷幕结构的最大特点是施工期间，可减少粉尘、水泥、砼等对环境的污染，同时，施工过程中产生的泥浆，也可经处理后无害排放，基坑使用完毕后，后续回收价值高，且可重复使用，适用范围更广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中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示出的结构获得其他的附图。
图1为桩间止水帷幕结构的俯视半剖示意图；
图2为桩间支护水帷幕结构的剖面示意图；
图3为相邻支护桩成孔剖面示意图；
图4为加工后的支护桩的俯视结构示意图；
图5为加工后的支护桩的侧视结构示意图；
图6为桩间土成槽施工的示意图；
图7为挡土止水板的俯视示意图；
图8为挡土止水板的正视示意图。
【附图标记说明】
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明提供一种桩间挡土止水帷幕结构，如图1和图2所示，其包括：挡土止水板10和至少两个支护桩2，每个支护桩2都设有卡槽5，挡土止水板10卡设在相邻支护桩2的卡槽5内，卡槽5内设有膨胀材料13。
本发明提供的桩间挡土止水帷幕结构，在柔性复合装配式可回收基坑支护结构体系中，结合支护桩截面构造设计，采用挡土止水板以及在卡槽内设置膨胀材料，共同发挥作用实现挡土、止水的功能，改变了传统桩间挡土止水帷幕多采用水泥土类建筑技术的局面，简化了设计与施工过程，在发挥完使用功能后，可实现桩间挡土止水帷幕结构的高效回收和重复利用，真正体现出基坑工程作为临时安全措施的本质特点。
在一种优选的实施方式中，桩间挡土止水帷幕结构还包括固定件4，支护桩2的两内侧均连接有固定件4，固定件4的侧平面之间存在间隙以形成卡槽5；挡土止水板10的两侧缘均粘贴有膨胀材料13，也可以在卡槽5的两侧粘贴膨胀材料13，设有膨胀材料13的挡土止水板10的两端能够插入卡槽5内；支护桩2的材质优选为钢质材料；支护桩2优先采用钢质材料加工，一方面在于钢材的加工性能好，另一方面在于其回收重复利用价值高，支护桩2也可采用混凝土、其它新型材料加工。支护桩2的顶部设有安装孔6和吊装孔7；支护桩2的桩身设有安装孔6和吊装孔7。
进一步优选的，膨胀材料13为条片状膨胀材料，优选为条片状遇水膨胀材料，挡土止水板粘贴的膨胀材料遇水则自膨胀，挡土止水板10两侧缘正反两面均采用粘结剂将条片状膨胀材料粘结牢固，粘结前，清理好粘结区域。
另外，参照图1和图2，固定件4可优选为角钢，支护桩2可优选为工字钢，角钢的侧平面之间存在间隙以形成卡槽5，角钢与支护桩2可以焊接或者粘结，也可以在弹性膨胀材料的辅助下螺栓连接，且卡槽5的形成不限定于角钢，可以是其它截面的构件。如图1所示，四个角钢的四个直角集中设置，使得四个角钢组成中空的十字结构，具体的两个角钢的一侧对称设于支护桩2中间钢体的一侧，另外两个角钢对称设于于支护桩2中间钢体的另一侧，其中一个角钢的一面与支护桩2中间钢体焊接，另一面则与相对设置的另一角钢的平面形成间隙，从而使得两角钢的侧平面之间形成卡槽5。
本发明还提供一种适用于上述所述的桩间挡土止水帷幕结构的施工方法，所述施工方法包括以下步骤：
S1：在相邻的指定位置上钻支护桩孔3；具体的，参照图3，结合地层特点，采用合适的钻孔设备在指定地面1进行支护桩2的成孔施工，优选桩孔垂直度控制较好的设备，并做好防塌孔措施，成孔过程中，需经常校对桩孔的垂直度、钻杆的垂直度，并最终确认钻孔已经进入相对不透水层。
S2：加工支护桩2，在支护桩2的内侧安装加固件，固定件4的侧平面之间存在间隙以形成卡槽5，然后将支护桩2植入支护桩孔3内；具体的，参照图4和图5，可按照设计图纸中支护桩2的尺寸在工厂预制或现场加工支护桩2，在支护桩2两侧安装固定角钢形成限制挡土止水板10挪动的卡槽5，同时在支护桩2的顶部、桩身对应位置设置安装孔6和吊装孔7；支护桩2可以采用成品型钢，也可以为焊接组合钢构件；角钢与支护桩2可以焊接或者粘结，也可以在弹性膨胀材料的辅助下螺栓连接。植入支护桩2时，利用起重设备和平面定位矫正平台，精确的将加工好的支护桩2植入确定的桩孔位置，以满足设计的定位精度要求。
S3：桩间成槽施工，采用成槽设备8在相邻的支护桩孔3之间开挖槽孔9以连接相邻的支护桩孔3；具体的，参照图6，在相邻的支护桩孔3上方安装固定成槽设备8，可借助支护桩2作为锚固反力支撑点，启动成槽设备8，可以是自上而下开始正向锯槽施工，从而完成桩间土超薄成槽施工，进而得到超薄槽孔，也可以是反向锯槽、水平冲剪切槽、竖向冲切成槽工艺，由于槽孔9为薄槽，为防止槽孔9坍塌，可进一步提高护壁泥浆比重。成槽至设计深度后，采用淘渣设备或反循环泵将孔底沉桩清理出桩孔，并适当补充新鲜护壁泥浆。借助本发明独有的桩间土超薄成槽施工，并通过全新的挡土止水板和支护桩断面设计及其加工，同时充分发挥支护桩的断面特性、挡土止水板的韧性和条片状遇水自膨胀材料的膨胀特性，共同实现柔性装配式可回收支护结构桩间的挡土止水功能。
S4：挡土止水板10由多个面板11组成，具体的可以根据具体需要将多个面板11焊接成整体以构成挡土止水板10，在挡土止水板10的两侧缘通过粘结剂粘贴膨胀材料13，将挡土止水板10安装于槽孔9内，且粘贴有膨胀材料13的挡土止水板10的两端能够插入卡槽5内；或者可以将膨胀材料13粘贴于卡槽5的两侧。具体的，如图7和图8所示，将面板11焊接接长至设计长度以构成挡土止水板10，同时对焊接部位均匀对称安装吊装环12，挡土止水板10两侧缘正反两面采用粘结剂将条片状膨胀材料粘结牢固，粘结前，清理好粘结区域，植入挡土止水板10：利用起重设备，精确的将加工好的挡土止水板10植入相邻两支护桩2的卡槽5内，满足设计的定位精度要求。
S5：支护桩孔3回填，支护桩孔3和槽孔9的回填材料采用弱粘低渗材料14。槽孔9可回填也可不用回填，拆装桩间挡土止水帷幕结构时，用起重设备起吊吊装环12就可拆装挡土止水板10。具体的，支护桩孔回填材料优选弱粘低渗透性的材料，以辅助增强止水功能的实现，也可采用其它散粒材料。当不考虑回收需要时，可采用素混凝土等胶凝材料填充。桩孔填充时，宜从底部压灌至桩孔顶部，填充应尽可能饱满。
本发明提供的桩间挡土止水帷幕结构通过自膨胀形成挡土止水功能，粘贴于挡土止水板10两侧缘处正反两面的条片状膨胀材料，在地下水及土壤湿度的影响下，吸湿逐步膨胀，将挡土止水板10及支护桩2两侧的卡槽5充满，以实现止水挡土的功能。
需要理解的是，以上对本发明的具体实施例进行的描述只是为了说明本发明的技术路线和特点，其目的在于让本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，但本发明并不限于上述特定实施方式。凡是在本发明权利要求的范围内做出的各种变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
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