本發(fā)明屬于土木、水利、礦山、市政等基礎(chǔ)設(shè)施的開挖支護技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及各類邊坡、基坑、市政管道等項目開挖施工所面臨的柔性復(fù)合防滲裝配式可回收矩形截面排樁支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計施工方法。

背景技術(shù)：

新中國成立以來，我國土木、水利、礦山、市政等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)取得了舉世矚目的成就。在地下空間開發(fā)利用、礦產(chǎn)資源開采等過程中，當(dāng)面臨復(fù)雜的地質(zhì)條件時，往往需要采取邊坡支護或基坑支護措施，以保證地下工程建設(shè)過程及此期間的周邊環(huán)境的安全穩(wěn)定。伴隨著巖土工程技術(shù)、機械及土木工程材料等的發(fā)展，邊坡支護及基坑支護技術(shù)得到了有效發(fā)展，相應(yīng)地出現(xiàn)了以砂石、水泥、鋼筋、混凝土等傳統(tǒng)建筑材料為結(jié)構(gòu)主體的土釘墻、復(fù)合土釘墻、地下連續(xù)墻、排樁支護、樁錨支護等支護結(jié)構(gòu)體系。與此同時，為控制地下水對支護結(jié)構(gòu)及地下工程施工的影響，還需在支護體系中考慮設(shè)置止水帷幕或者輔以降水措施。特別是在地下水位較高、側(cè)壁土層較軟易擾動的情況下，基坑支護必須考慮側(cè)壁防滲及地下水控制措施。相比而言，采取止水方式，更能保證周邊建筑物、構(gòu)筑物及臨近地下管線的安全，更多情況下，是側(cè)壁土體的蠕變誘發(fā)的周邊地表裂縫及建筑物的不均勻沉降等事故。理論上講，采取足夠的安全措施，可保證任何需求狀態(tài)下的邊坡或基坑安全。但從基坑支護的本質(zhì)來看，其作為保護地下主體結(jié)構(gòu)施工和周邊環(huán)境的安全，而采取的臨時性支擋、加固、保護與地下水控制的措施，且基坑越深、周邊環(huán)境越復(fù)雜，基坑工程的造價也就越高，更重要的一點是，基坑的使用壽命一般不超過2年，在地下主體結(jié)構(gòu)施工完畢后即被廢棄或者強制拆除。由此可見，與主體工程相比，基坑工程的造價就非常昂貴了。即使現(xiàn)階段少數(shù)基坑采用了支護結(jié)構(gòu)與地下工程主體結(jié)構(gòu)一體化的設(shè)計，在此情況下，后續(xù)基礎(chǔ)工程的施工效率降低、人工成本劇增及后續(xù)施工縫滲漏的潛在風(fēng)險也是非常高。

在當(dāng)前普遍采用的建筑材料中，鋼材的加工性能較好，力學(xué)性能優(yōu)越，在土木工程中得到了廣泛的應(yīng)用。與此同時，高聚物注漿技術(shù)是20世紀70年代發(fā)展起來的地基基礎(chǔ)快速加固技術(shù)。該技術(shù)通過向地基中注入高聚物材料，利用高聚物材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后的體積迅速膨脹并固化的特性，達到加固地基、填充脫空或提升結(jié)構(gòu)沉降區(qū)的目的。本專利基于鋼材的力學(xué)及可加工特性與高聚物注漿技術(shù)的特性研究，在本團隊前期的研究基礎(chǔ)上，包括已經(jīng)申請的編號為201310123667.6、201610078440.8和201610077784.7專利的基礎(chǔ)上，并充分利用矩形截面構(gòu)件的橫向抗彎剛度較大，更適應(yīng)基坑開挖所產(chǎn)生的力學(xué)特性，發(fā)明了一種柔性復(fù)合防滲裝配式可回收矩形截面排樁支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計施工方法，為土木、水利、礦山、市政等行業(yè)的基坑、邊坡、地鐵站口、市政管道等項目的開挖提供了全新的支護技術(shù)，具有回收價值高、且可重復(fù)利用及標準化設(shè)計與施工等特點。目前國內(nèi)還未見關(guān)于柔性復(fù)合防滲裝配式可回收矩形截面排樁支護結(jié)構(gòu)的相關(guān)報道。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對基坑、邊坡、地鐵站口、市政管道等項目的開挖支護的發(fā)展需求和目前支護技術(shù)存在的不足，發(fā)明了一種柔性復(fù)合防滲裝配式可回收矩形截面排樁支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計施工方法。本發(fā)明是在從基坑工程的本質(zhì)出發(fā)，首次提出柔性復(fù)合的設(shè)計理念，并在基坑支護結(jié)構(gòu)體系中引入機械精確制造、現(xiàn)場裝配標準化生產(chǎn)的思想，并基于土壓力理論研發(fā)而來的；在施工工藝上，通過獨立設(shè)計的平面定位矯正平臺，該平面定位矯正平臺根據(jù)鋼質(zhì)矩形截面排樁尺寸設(shè)計，剛好滿足后者從其中傳入，且自身具有自我調(diào)平功能，借助平面定位矯正平臺事先設(shè)定的中心與鋼質(zhì)矩形截面排樁中心重合，能高精確的實現(xiàn)鋼質(zhì)矩形截面排樁施工需要，并將鋼質(zhì)矩形截面排樁的樁位精度提高并控制在毫米級別，同時充分發(fā)揮鋼材優(yōu)異的力學(xué)及加工性能、高聚物材料的快速膨脹、防滲特性及精確的施工安裝工藝，實現(xiàn)本發(fā)明的設(shè)計目的。利用該發(fā)明可快速對基坑、邊坡、地鐵站口、市政管道等項目進行開挖支護，使用完畢后，通過對支護結(jié)構(gòu)的高效率回收，可大大的降低基坑支護成本，真正意義上實現(xiàn)并完成了基坑工程作為一個臨時安全措施的使命，為基坑、邊坡、地鐵站口、市政管道等項目的開挖支護提供了技術(shù)先進、安全可靠、經(jīng)濟指標優(yōu)越的新方法。

本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

一種柔性復(fù)合防滲裝配式可回收矩形截面排樁支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計施工方法，根據(jù)相關(guān)資料完成設(shè)計工作后，先工廠預(yù)制加工所需支護構(gòu)件，再進行支護結(jié)構(gòu)的施工，施工過程具體包括如下步驟：

（一）矩形截面排樁施工，其具體步驟如下：

（1）矩形截面排樁加工：根據(jù)設(shè)計計算結(jié)果，采用鋼材在工廠進行預(yù)制加工成矩形截面排樁，在矩形截面排樁的頂部、樁身對應(yīng)位置進行冠梁安裝固定孔、后期回收用的吊裝孔加工，并穿入回收鋼纜；根據(jù)設(shè)計需要，矩形截面排樁支護結(jié)構(gòu)采用單排樁支護結(jié)構(gòu)或雙排樁支護結(jié)構(gòu)；

（2）排樁成孔施工：在指定地面位置，利用樁機進行支護排樁的成孔施工，施工過程中嚴格控制成孔精度，包括平面定位精度和樁孔垂直精度；

（3）植入矩形截面排樁：利用吊車和平面定位矯正平臺，精確的將矩形截面排樁植入確定的樁孔位置，滿足設(shè)計的定位精度要求，當(dāng)采用雙排樁支護結(jié)構(gòu)時，控制好前排樁、后樁在結(jié)構(gòu)上的不同；

（4）樁孔回填，對樁孔采用適合地層需要的材料進行回填，以保證矩形截面排樁周邊土體的穩(wěn)定，回填材料為低標號混凝土、砂石及高分子材料；

（二）型鋼冠梁的具體施工步驟如下：

（1）型鋼冠梁的加工：根據(jù)基坑形狀和設(shè)計，精確加工樁頂型鋼冠梁及冠梁安裝孔的打孔處理，必要時采用機械拉彎加工工藝，以方便型鋼冠梁的螺栓連接；

（2）型鋼冠梁的拼接安裝：單排樁或者雙排樁施工完畢后，基坑開挖前，首先采用水準儀對型鋼冠梁的標高進行控制，緊接著用吊車對其位置進行初步固定，最后采用高強螺栓對型鋼冠梁與排樁頂部進行固定連接；

（三）鋼面板安裝，其具體施工步驟如下：

（1）分層分段開挖基坑內(nèi)部土方，每層開挖深度控制在0.5m左右，采用人工方法進行清理排樁或前排裝附近的土體，分層分段施工；

（2）在清理后的排樁側(cè)壁安裝鋼面板，具體實施步驟如下：

a.鋼面板加工：首先按排樁間距、適合人工操作的高度確定鋼面板尺寸，對鋼面板進行裁剪及打孔加工，若采用螺絲固定鋼面板，需提前對鋼面板進行打孔處理；若采用焊接工藝，則應(yīng)在焊接前對焊接部位進行除銹清潔處理；

b.鋼面板安裝：安裝前，采用水準儀對鋼面板進行定位與校正，隨后根據(jù)設(shè)計和施工需要，采用螺絲連接或者焊接工藝進行鋼面板安裝，將鋼面板牢固的固定在型鋼護坡樁上；

c.鋼面板后注漿：為保證鋼面板與側(cè)壁土體緊密結(jié)合防止樁側(cè)土體的蠕變，在鋼面板背后注入快速膨脹硬化的高聚物材料，形成具有一定強度和韌性的薄層高聚物層狀結(jié)構(gòu)，既可控制側(cè)壁土體的過大變形，也能防止接縫滲漏；

（四）依次豎向分層分段開挖；

（五）重復(fù)步驟（三）、（四），施工至設(shè)計的基底標高，即完成柔性復(fù)合防滲裝配式可回收矩形截面排樁支護結(jié)構(gòu)的施工；

（六）支護結(jié)構(gòu)完成使用功能后，隨著基坑回填工作的開始，便可進行回收階段的工作，具體回收步驟如下：

（1）隨基坑回填工作的進展，首先回收下部鋼面板；

（2）逐層回填夯實、逐層拆除回收對應(yīng)部位的鋼面板；

（3）排樁頂部型鋼冠梁拆除回收；

（4）吊車配合液壓千斤頂完成對矩形截面排樁拔出回收。

與現(xiàn)行的支護技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

（1）本專利技術(shù)提出的新型支護結(jié)構(gòu)的使用功能很好的體現(xiàn)了基坑工程的本質(zhì)特點：安全可靠、技術(shù)先進、經(jīng)濟指標優(yōu)越。基坑工程作為保證地下主體結(jié)構(gòu)施工的而采取的臨時安全措施，安全可靠是首要因素，技術(shù)先進、經(jīng)濟指標優(yōu)越是區(qū)分與評價支護結(jié)構(gòu)優(yōu)劣的可靠標準。

（2）材料特性發(fā)揮完美，充分將鋼材的力學(xué)及加工性能；矩形截面橫向抗彎剛度較大，更適應(yīng)基坑開挖所產(chǎn)生的力學(xué)特性；高聚物材料的快速膨脹、防滲性能結(jié)合起來；結(jié)構(gòu)傳力受力方式明確、結(jié)構(gòu)安全可靠。有效的克服了傳統(tǒng)支護樁施工工藝帶來的結(jié)構(gòu)局部強度弱化的缺陷。

（3）構(gòu)件采用機械精確加工，進行標準化生產(chǎn)。本專利技術(shù)提出的基坑支護結(jié)構(gòu)體系中的鋼質(zhì)矩形截面排樁、鋼面板、樁頂型鋼冠梁均采用標準化的生產(chǎn)工藝進行機械精確加工，同時通過施工環(huán)節(jié)對工藝的精確控制，將安裝精度控制在毫米級，便于安裝的同時，也便于回收重復(fù)利用，因而對于一類問題，也就實現(xiàn)了標準化的設(shè)計與施工。

（4）施工快捷，不需養(yǎng)生。矩形截面排樁、鋼面板、樁頂型鋼冠梁等已工廠化生產(chǎn)，在現(xiàn)場按施工順序連續(xù)作業(yè)，施工快捷，不需養(yǎng)生。高聚物材料在反應(yīng)后15分鐘內(nèi)即形成90%左右的強度、韌性及抗?jié)B性能，與傳統(tǒng)的支護結(jié)構(gòu)體系相比，可節(jié)省50%以上的施工工期。

（5）本專利提供同一套的支護結(jié)構(gòu)可滿足在一定深度范圍內(nèi)、周邊環(huán)境各異的基坑支護設(shè)計與施工任務(wù)。

（6）綜合經(jīng)濟環(huán)保效益更具優(yōu)勢。與傳統(tǒng)支護技術(shù)相比，柔性復(fù)合防滲可回收支護結(jié)構(gòu)的最大特點是施工期間，可減少泥漿、粉塵、砼等對環(huán)境的污染，基坑使用階段安全可靠，同時后續(xù)回收價值高，且可重復(fù)使用，并節(jié)省了大量的施工工期。

因此，本發(fā)明研發(fā)的柔性復(fù)合防滲裝配式可回收矩形截面排樁支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計施工方法，在基坑、邊坡、地鐵站口、市政管道開挖等項目施工過程中具有明顯優(yōu)勢。與現(xiàn)行的支護技術(shù)相比，柔性復(fù)合防滲裝配式可回收矩形截面排樁支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計施工方法又是一整套全新的技術(shù)，主要表現(xiàn)在：

（1）全新的支護結(jié)構(gòu)設(shè)計理念：在基坑支護結(jié)構(gòu)中，從基坑工程的本質(zhì)出發(fā)，首次提出柔性復(fù)合的設(shè)計理念，并在基坑支護結(jié)構(gòu)體系中引入機械精確制造、現(xiàn)場裝配標準化生產(chǎn)的思想，改變了過去每一個項目的支護結(jié)構(gòu)獨立設(shè)計并在發(fā)揮完使用功能即被遺棄的局面，本支護結(jié)構(gòu)采用了標準化的設(shè)計與施工，對同一類問題，可以采用一種解決模式，簡化了設(shè)計與施工過程，在發(fā)揮完使用功能后，可實現(xiàn)支護結(jié)構(gòu)的高效回收和重復(fù)利用，真正體現(xiàn)出基坑工程作為臨時安全措施的本質(zhì)特點。

（2）柔性復(fù)合裝配式可回收矩形截面排樁支護結(jié)構(gòu)體系受力分工明確：高聚物材料形成的韌性良好的薄層結(jié)構(gòu)很好的發(fā)揮了“柔”的作用，填充且彌合了支護結(jié)構(gòu)與側(cè)壁土體之間的剛度差異，使得排樁結(jié)構(gòu)與側(cè)壁土體的變形協(xié)調(diào)，并同時起到防滲和控制土體的側(cè)向蠕變作用；排樁支護結(jié)構(gòu)發(fā)揮“剛”的作用，土壓力通過鋼面板由排樁、樁頂型鋼冠梁承擔(dān)，結(jié)構(gòu)受力合理，材料力學(xué)特性發(fā)揮充分。承擔(dān)土壓力的構(gòu)件本身具備材質(zhì)均勻，各向同性，力學(xué)指標明確，結(jié)構(gòu)更合理可靠。

（3）施工標準化程度高：柔性復(fù)合防滲裝配式可回收矩形截面排樁支護結(jié)構(gòu)體系中的鋼質(zhì)矩形截面排樁、鋼面板、型鋼冠梁等可實現(xiàn)機械化精確加工，現(xiàn)場通過獨立設(shè)計的平面定位矯正平臺，將支護結(jié)構(gòu)中最關(guān)鍵的鋼質(zhì)矩形截面排樁的樁位精度提高到毫米級別，便于后續(xù)各項工作的標準化快速安裝，也便于后期回收和結(jié)構(gòu)的重復(fù)使用。

（4）邊坡側(cè)壁防滲效果明顯，針對性強。在基坑土方開挖過程中，通過開挖過程的直接揭露，利用高聚物材料在側(cè)壁土體和結(jié)構(gòu)體系之間的快速膨脹，形成具有韌性及防滲滯水功能的高聚物薄層結(jié)構(gòu)，同時利用高聚物材料在膨脹過程中對側(cè)壁土體的軟弱部位進行補強，使得支護結(jié)構(gòu)與周圍土體結(jié)合相對緊密，不存在明顯的薄弱環(huán)節(jié)。

（5）結(jié)構(gòu)回收率高、重復(fù)利用率高：柔性復(fù)合防滲裝配式可回收矩形截面排樁支護結(jié)構(gòu)體系的絕大部分構(gòu)件均為標準化生產(chǎn)的鋼構(gòu)件，不僅回收率高，而且回收價值高；同時，回收后的支護構(gòu)件也能在后續(xù)同一類支護項目的多次周轉(zhuǎn)使用。

綜上所述，本發(fā)明無論從支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計理念、受力機理、標準化施工、側(cè)壁防滲處理效果還是結(jié)構(gòu)體系的回收重復(fù)利用價值等方面都和現(xiàn)行的支護技術(shù)具有明顯的不同，具有安全可靠、施工快捷、技術(shù)先進、可回收重復(fù)利用、經(jīng)濟指標優(yōu)越等優(yōu)點，并成功應(yīng)用于基坑支護工程，發(fā)展應(yīng)用前景可觀。

附圖說明

圖1矩形截面排樁加工節(jié)點大樣圖。

圖2矩形截面排樁構(gòu)造剖面圖。

圖3矩形截面排樁填充效果圖。

圖4鋼面板安裝節(jié)點大樣圖。

圖5柔性復(fù)合防滲矩形截面排樁支護結(jié)構(gòu)平剖圖。

圖6柔性復(fù)合防滲矩形截面排樁支護結(jié)構(gòu)剖立面圖。

圖7柔性復(fù)合防滲矩形截面排樁支護結(jié)構(gòu)完成后的立面圖。

附圖備注：1-矩形截面排樁，2-冠梁安裝固定孔，3-吊裝孔，4-回收鋼纜，5-地面，6-樁孔，7-后樁，8-回填材料，9-型鋼冠梁，10-螺栓，11-鋼面板，12-螺絲，13-高聚物材料，14-基底。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。

一種柔性復(fù)合防滲裝配式可回收矩形截面排樁支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計施工方法，其特征在于，在基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計中，從基坑工程的本質(zhì)出發(fā)，首次提出柔性復(fù)合的設(shè)計理念，并引入機械精確制造、現(xiàn)場裝配標準化生產(chǎn)的思想，根據(jù)相關(guān)資料完成設(shè)計工作后，先工廠預(yù)制加工所需支護構(gòu)件，再進行支護結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場裝配施工；基坑回填過程中，支護結(jié)構(gòu)同步拆除回收，且可重復(fù)利用及標準化設(shè)計施工。施工過程具體包括如下步驟：

（一）矩形截面排樁施工，其具體步驟如下：

（1）矩形截面排樁1加工：根據(jù)設(shè)計計算結(jié)果，采用鋼材在工廠進行預(yù)制加工成矩形截面排樁，在矩形截面排樁的頂部、樁身對應(yīng)位置進行冠梁安裝固定孔2、后期回收用的吊裝孔3加工，并穿入回收鋼纜4，如圖1所示。根據(jù)設(shè)計需要，矩形截面排樁支護結(jié)構(gòu)可采用單排樁支護結(jié)構(gòu)，也可以采用雙排樁支護結(jié)構(gòu)。

（2）排樁成孔施工：在指定地面位置5，利用樁機進行支護排樁的成孔施工，施工過程中嚴格控制成孔精度，包括平面定位精度和樁孔垂直精度。

（3）植入矩形截面排樁：利用吊車、獨立設(shè)計的平面定位矯正平臺，精確的將矩形截面排樁植入確定的樁孔6位置，滿足設(shè)計的定位精度要求。當(dāng)采用雙排樁支護結(jié)構(gòu)時，控制好前排樁1、后樁7在結(jié)構(gòu)上的不同。

（4）樁孔回填，對樁孔采用適合地層需要的材料進行回填，以保證矩形截面排樁周邊土體的穩(wěn)定，回填材料8可以為低標號混凝土、砂石及高分子材料等，如圖2、圖3所示。

（二）型鋼冠梁的具體步驟如下：

（1）型鋼冠梁9的加工：根據(jù)基坑形狀和設(shè)計，精確加工樁頂型鋼冠梁及冠梁安裝孔的打孔處理，必要時采用機械拉彎加工工藝，以方便型鋼冠梁的螺栓10連接。

（2）型鋼冠梁的拼接安裝：單排樁或者雙排樁施工完畢后，基坑開挖前，首先采用水準儀對型鋼冠梁的標高進行控制，緊接著用吊車對其位置進行初步固定，最后采用高強螺栓對型鋼冠梁與排樁頂部進行固定連接。

（三）鋼面板11安裝，其具體施工步驟如下：

（1）分層分段開挖基坑內(nèi)部土方，每層開挖深度控制在0.5m左右，采用人工方法進行清理排樁或前排裝附近的土體，分層分段施工。

（2）在清理后的排樁側(cè)壁安裝鋼面板，具體實施步驟如下：

a.鋼面板加工：首先按排樁間距、適合人工操作的高度確定鋼面板尺寸，對鋼面板進行裁剪及打孔加工。若采用螺絲12固定鋼面板，需提前對鋼面板進行打孔處理；若采用焊接工藝，則應(yīng)在焊接前對焊接部位進行除銹清潔處理。

b.鋼面板安裝：安裝前，采用水準儀對鋼面板進行定位與校正，隨后根據(jù)設(shè)計和施工需要，采用螺絲連接或者焊接工藝進行鋼面板安裝，將鋼面板牢固的固定在型鋼護坡樁上，如圖4所示。

c.鋼面板后注漿：為保證鋼面板與側(cè)壁土體緊密結(jié)合防止樁側(cè)土體的蠕變，在鋼面板背后注入快速膨脹硬化的高聚物材料13，形成具有一定強度和韌性的薄層高聚物層狀結(jié)構(gòu)，既可控制側(cè)壁土體的過大變形，也能防止接縫滲漏，如圖5所示。

（四）依次豎向分層分段開挖，

（五）重復(fù)步驟（三）、（四），施工至設(shè)計的基底14標高，即完成柔性復(fù)合防滲裝配式可回收矩形截面排樁支護結(jié)構(gòu)的施工，如圖6、圖7所示。

（六）支護結(jié)構(gòu)完成使用功能后，隨著基坑回填工作的開始，便可進行回收階段的工作，具體回收步驟如下：

（1）隨基坑回填工作的進展，首先回收下部鋼面板11。

（2）逐層回填夯實、逐層拆除回收對應(yīng)部位的鋼面板。

（3）排樁頂部型鋼冠9梁拆除回收。

（4）吊車配合液壓千斤頂完成對矩形截面排樁拔出回收。

顯然，上述實施方式僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護范圍之中。