沙洲高水位管道基坑开挖支护降水体系及施工方法

摘要

本发明公开了一种沙洲高水位管道基坑开挖支护降水体系，包括杆桩，杆桩为组合式，包括后端的桩杆和前端的钻头，钻头分为带螺纹钻头和直钉式钻头，依据不同的钻头采用钻进或夯进；桩杆端部设置有桩套头，桩杆通过卡箍与横杆连接；所述滤水板插在横杆内侧，进行阻沙滤水，所述软式透水管沿设集排水坑的基坑侧壁坑底埋设，保障排水和坑底无水施工；所述监测管与软式透水管连接，监测基坑地下水的污染情况。本发明还公开了所述沙洲高水位管道基坑开挖支护降水体系的施工方法。本发明具有监控水质环境，减少垮塌，减少流沙；使降水导致的基坑周边沉降均衡；保障施工质量；施工成本低的特点。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基坑开挖支护降水体系，具体涉及一种沙洲高水位管道基坑开挖支护降水体系及施工方法。

背景技术

随着我国城市建设用地越来越紧张，靠近沿江、沿海及滩涂地带开发越来越多，伴随高水位、沙土环境下的基坑开挖施工逐渐增加，面对新的地质环境施工困难点凸显。

沙洲基坑开挖时，地下水位高，水源充足，易出现大面积流沙和垮塌现象，无法顺利进行开挖。采用拉森钢板桩支护，虽然可以阻止侧向流水导致的沙土坑壁垮塌，但大大增加了侧压，处理不当拉森钢板桩易发生挤压侧斜，增加井点降水，又大大增加了支护降水费用，甚至导致周边不均衡局部大沉降危险。

因此，寻求一种小开挖面情况下减少水力侧压、均衡基坑周边沉降、支护降水效果明显、施工操作简单及降低成本的体系及施工方法，对于维护生态环境和加强经济发展具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种沙洲高水位管道基坑开挖支护降水体系及施工方法，主要用于解决在靠近沿江、沿海及滩涂地带等高水位沙土基坑开挖支护降水施工的困难的问题。

本发明是这样实现的：

一种沙洲高水位管道基坑开挖支护降水体系，包括杆桩、桩套头、卡箍、横杆、滤水板、软式透水管、监测管，所述杆桩为组合式，包括后端的桩杆和前端的钻头；桩杆端部设置有桩套头，桩杆通过卡箍与横杆连接；所述滤水板插在横杆内侧，进行阻沙滤水，所述软式透水管沿设集排水坑的基坑侧壁坑底埋设，保障排水和坑底无水施工；所述监测管与软式透水管连接，监测基坑地下水的污染情况。

更进一步的方案是：

所述桩杆与钻头通过螺旋旋接并加螺纹钉固定，所述钻头分为带螺纹钻头和直钉式钻头，依据不同的钻头采用钻进或夯进。

更进一步的方案是：

所述卡箍包括螺杆固定卡箍和全卡箍固定的卡箍；

螺杆固定卡箍在杆桩每隔10～30cm设置对穿孔，对穿孔呈十字交叉依次设置，设置范围为桩顶到钻头方向1/2～1/3桩长；

全卡箍固定的卡箍无需打孔，设置范围为桩顶到钻头方向1/2～1/3桩长；

桩杆上剩下的钻头到桩顶方向1/2～2/3的桩杆上设置纹路和/或磨砂处理，增强桩体与土基咬合力以防脱防移动侧斜。

更进一步的方案是：

当采用螺杆固定卡箍固定时，则所述横杆中间加设对拉螺旋杆以安装固定横杆，对拉螺旋杆中间设有对穿孔，两端设对拉螺旋，方便调节横杆杆件长度，对拉螺旋杆2边的端螺旋横杆两端口均设置螺旋；

当采用全卡箍固定的卡箍时，则直接选用建筑支撑钢管，直接通过卡箍固定。

更进一步的方案是：

所述桩套头包括驱动套头和夯套头，驱动套头与带螺纹钻头相配套，驱动套头与钻进驱动轴连接。

更进一步的方案是：

所述滤水板长度为2～3m，包括网夹膜滤水板，塑钢滤水板，簸箕滤水板或钢板筛滤水板。

更进一步的方案是：

所述网夹膜滤水板包括滤水板筐、钢模网、土工布、檩条，滤水板筐中间每隔20～30cm设一竖向撑条，根据滤水板筐大小裁剪2片钢模网，2片钢模网中间夹一层与滤水板筐大小相同的土工布，用檩条将夹好土工布的钢模网加自攻钉固定在滤水板筐上，滤水板筐和檩条为同一材质，可以为铝合金、不锈钢及其他钢材；可以在此基础上升级改造成夹好土工布的钢模网芯块在滤水板筐内可伸拉抽换的滤水板；

所述塑钢滤水板为塑钢板中间夹设过滤网制成的；

所述簸箕滤水板是枝条或竹条编织而成的；

所述钢板筛滤水板是钢板条焊接格框上固定密孔筛网形成的。

更进一步的方案是：

所述的软式透水管外径为160mm，铺设后软式透水管的端口在集排水坑位置；

所述的监测管为40mmPE管，在与软式透水管连接处设置连接卡块，伸入软式透水管一端使用纱布包裹，长度与回填上表面同高，上口加塞盖盖上，监测抽水时打开抽取。

本发明还提供了前述沙洲高水位管道基坑开挖支护降水体系的施工方法，具体包括如下步骤：

步骤1，测量放样：测量放样支护开挖线，开挖线宽不小于管径加两侧不小于50cm；然后根据滤水板长度设定间距，测定并放样出杆桩位置，在管井位置增设集排水坑，在管井之间增设好集排水坑位置。

步骤2，钻进或夯进杆桩：根据开挖深度设计并选定好杆桩，在测设的杆桩位置，在地下有坚硬地质层采用带螺旋钻头杆桩钻进，常规地层采用直钉式杆桩使用重锤夯进，控制好入土深度及桩顶标高，杆桩在基坑开挖后入土深度不小于基坑深度的1.5倍。

步骤3，沟槽开挖：沟槽开挖由沟槽边集排水坑及管井位置顺沟槽线向两边开挖，分层开挖，每层开挖30～50cm，具体依据土质情况确定，每层开挖深度以开挖后不易大面积立即垮塌为好。

步骤4，横杆卡箍固定：每层开挖后立即组织人力在沟槽内侧进行横杆卡箍固定；在单独的集排水坑与沟槽连接的开口处，在沟槽回填时的集排水坑面进行横杆卡箍固定。

步骤5，滤水板插入：横杆卡箍固定后，第一层开挖后安排一人站在沟槽内将滤水板插入横杆与坑壁之间，使滤水板触及此时槽底；后面每层开挖安装好横杆后，沟槽内安排一人刮平槽壁引导滤水板下移，沟槽外安排一人再次紧随上块滤水板插入并推压下面滤水板；在单独的集排水坑与沟槽连接的开口处，在沟槽回填时的沟槽面依次插入滤水板。

步骤6，抽排水：在排水坑开挖并出现大量积水后，根据测算并合理动态更换不同抽水泵，保证无大量积水，边抽排边进行顺沟槽线向两边的沟槽开挖，抽排直至沟槽回填完成后的给排水坑回填。

步骤7，人工清理基底：沟槽开挖离基底约15～20cm采用人工清理，基底横向向设有集排水坑的槽壁侧修2～3％的向下的坡，并在设有集排水坑的槽壁侧基底设置排水沟，抽排干基底。

步骤8，埋设软式透水管：沿设有集排水坑的槽壁侧基底埋设软式透水管，埋设使用设计管基(碎石)材料回填至管底标高，埋设前软式透水管需要拉顺直。

步骤9：管道铺设、安设监测管：管道沿沟槽中线铺设好后，在管道接口位置旁软式透水管上安设监测管，以便运营期抽检水监测管道渗漏情况。

步骤10：沟槽回填、横杆拆除及提拉滤水板：管道回填应两边对称进行回填，回填过程监测管四周应扶正人工压实,沟槽回填至横杆位置后拆除横杆并提拉滤水板至此回填完成面进行压实，依次进行如此操作直至横杆全部拆除及滤水板全部抽出，沟槽回填压实完成。

步骤11：集排水坑回填、横杆拆除及提拉滤水板：在沟槽回填完成后进行集排水坑的回填，回填过程中四周横杆拆除及提拉滤水板同沟槽回填，直至集排水坑回填完成。

步骤12：拉拔或反旋钻提升出杆桩，填实桩孔：根据不同的杆桩，带螺旋钻头杆桩采用反旋钻提升出杆桩，直钉式杆桩直接拉拔取出，然后使用粗沙、砂砾石或碎石填实桩孔。

本发明采用滤砂板，抽装方便，有效减小水压力，阻挡流沙垮塌，形成导流幕墙，均衡水降导致的地面沉降，有效避免不均匀沉降导致的破坏；本发明采用的杆桩有纹路，增加与沙土的结合力，钻头可拆卸更换，根据钻头的不同可分别采取钻进和重锤夯进的办法；卡箍形式多样，连接紧密，可有效防脱防滑；横杆依据卡箍方式不同，横杆类型多样，取材便利，同时可已很好的控制每次回填深度；基坑开挖破坏面小，支护降水投入少，成效明显；系统适用面广，选取材料可多次周转，操作简单，损耗小；消除侧壁水流从基底反压力，减少坑底翻涌，导流系统很好的保障抽排供给，过滤细沙，降低水泵堵塞烧毁的风险；软式透水管的使用可以很好的引流汇集，便于抽排，同事可作为污泄取水监测取水空间；该系统使得集水明排在高水位沙土基坑开挖中使用成为可行，系统构成完整、结构稳定，使用安全可靠。

本发明的有益效果主要是：本发明具有监控水质环境、减少环境破坏面；减少垮塌，减少流沙，施工滤沙净水，保障水泵安全顺利运行；使降水导致的基坑周边沉降均衡，降低不均衡沉降给周边附属建筑带来的危险；很好控制回填深度；保障施工质量；系统结构简单，材料容易选取，操作方便，减少基坑水力侧压，结构稳定，支护效果明显，保障施工安全，施工成本低，本系统同时可使用在其他地下水丰富的土质环境基坑开挖中，适用面广，改变了传统做法，使得集水明排在高水位沙性土中运用成为可能，为沙洲管道基坑开挖施工提供一种稳定安全的支护降水系统及施工方法。

附图说明

图1为本发明实施例的网夹膜滤水板结构示意图；

图2为本发明实施例的塑钢滤水板结构示意图；

图3为本发明实施例的簸箕滤水板结构示意图；

图4为本发明实施例的钢板筛滤水板结构示意图；

图5为本发明实施例的支护骨架示意图；

图6为本发明实施例的支护降水体系示意图；

图7为本发明实施例的支护降水体系俯视示意图。

其中，1—网夹膜滤水板、1-1—滤水板筐、1-2—钢模网、1-3—土工布、1-4—檩条、1-5—自攻钉、2—塑钢滤水板、2-1—塑钢板、2-2—过滤网、3-簸箕滤水板、4-钢板筛滤水板、5—桩杆、6—钻头、6-1—直钉式钻头、6-2—带螺旋钻头、7—桩套头、7-1—驱动套头、7-2—夯套头、8—卡箍、8-1—全卡连卡箍、8-2—螺杆固定卡箍、9—横杆、9-1—对拉螺旋杆、9-2—端螺旋横杆、9-3-支撑钢管、10—软式透水管、11—连接卡块、12—监测管、13—管道、14—集排水坑、15—管井

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

如附图1至7所示，一种沙洲高水位管道基坑开挖支护降水体系，其特征在于：

(1)所述的杆桩为组合式，包含桩杆5和钻头，钻头分为带螺纹钻头6-2和直钉式钻头6-1两种，带螺旋钻头6-2带螺旋钻纹，直钉式钻头6-1不带螺旋钻纹，桩杆5和钻头通过螺旋旋接并加螺纹钉固定；桩杆5根据卡箍形式的不同，采用螺杆固定的卡箍需在杆桩每隔10～30cm设置对穿孔，对穿孔一横一竖十字交叉依次设置，设置范围为桩顶到钻头方向1/2～1/3桩长，采用全卡箍固定的卡箍无需打孔，对于剩下钻头到桩顶方向1/2～2/3桩长可设纹路及磨砂处理，增强桩体与土基咬合力以防脱防移动侧斜。

(2)所述的桩套头7针对不同的杆桩不同，针对带螺旋钻头6-2杆桩加设连接钻进驱动轴的驱动套头7-1，套头于杆桩使用螺栓固定；针对直钉式杆桩加设重锤夯击面的夯套头7-2，减小夯击时对杆桩的损坏。

(3)所述的卡箍可有多种设计和选择，可以是一端采用螺杆穿杆桩，固定横杆口带螺纹的螺杆固定卡箍8-2，也可以是全卡箍固定的全卡连卡箍8-1等，卡箍的设计选择需保证卡箍的杆件稳定牢固并能不少于150kN推拉力。

(4)所述的滤水板可有多种设计和选择：如附图1所示，可以使用一种网夹膜滤水板1包括滤水板筐1-1、钢模网1-2、土工布1-3、檩条1-4，滤水板筐1-1大小进行标准化设计，筐中间每隔20～30cm设一竖向撑条，根据滤水板筐1-1大小裁剪钢模网1-2 2片，2片钢模网1-2中间夹一层滤水板筐1-1大小的土工布1-3，用檩条1-4将夹好土工布1-3的钢模网1-2加自攻钉1-5固定在滤水板筐1-1上，滤水板筐1-1和檩条1-4为同一材质，可以为铝合金、不锈钢其他钢材等；可以在此基础上升级改造成夹好土工布1-3的钢模网1-2芯块在模框可伸拉抽换的滤水板。也可以如附图2所示，采用塑钢板2-1中间夹设过滤网2-2制成塑钢滤水板2。也可以是枝条或竹条编织的簸箕滤水板3，如附图3所示。也可以是钢板条焊接格框上固定密孔筛网形成的钢板筛滤水板4，如附图4所示，等等。各板根据需要，可在下边框设置卡槽以保证使用时叠放在一个平面不滑脱错位，滤水板长度易为2～3m，具体依据需要设计尺寸。

(5)所述横杆，若采用螺杆固定卡箍8-2固定则横杆中间加设对拉螺旋杆9-1以安装固定横杆，对拉螺旋杆9-1中间设有对穿孔，两端设对拉螺旋，方便调节横杆杆件长度，对拉螺旋杆9-12边的端螺旋横杆9-2两端口均设置螺旋；若采用全卡箍固定则直接选用建筑支撑钢管9-3，直接卡箍固定。

(6)所述的软式透水管10为市场购买的成品，外径为160mm即可，铺设需要拉直绷紧，设端口在集排水坑14位置，将基坑内水引流到集排水坑14抽排。

(7)所述的监测管12为市场购买的40mmPE管，在与软式透水管10连接处设置连接卡块11，伸入软式透水管10一端使用纱布包裹，长度与回填上表面同高，上口加塞盖盖上，监测抽水时打开抽取。

作为本发明的一个具体实施例，本发明还提供了前述沙洲高水位管道基坑开挖支护降水体系的施工方法，具体包括如下步骤：

步骤1，测量放样：测量放样支护开挖线，开挖线宽不小于管径加两侧不小于50cm；然后根据滤水板长度设定间距，测定并放样出杆桩位置，在管井15位置增设集排水坑14，在管井15之间增设好集排水坑14位置。

步骤2，钻进或夯进杆桩：根据开挖深度设计并选定好杆桩，在测设的杆桩位置，在地下有坚硬地质层采用带螺旋钻头6-2杆桩钻进，常规地层采用直钉式杆桩使用重锤夯进，控制好入土深度及桩顶标高，杆桩在基坑开挖后入土深度不小于基坑深度的1.5倍。

步骤3，沟槽开挖：沟槽开挖由沟槽边集排水坑14及管井15位置顺沟槽线向两边开挖，分层开挖，每层开挖30～50cm，具体依据土质情况确定，每层开挖深度以开挖后不易大面积立即垮塌为好。

步骤4，横杆卡箍固定：每层开挖后立即组织人力在沟槽内侧进行横杆卡箍固定；在单独的集排水坑14与沟槽连接的开口处，在沟槽回填时的集排水坑14面进行横杆卡箍固定。

步骤5，滤水板插入：横杆卡箍固定后，第一层开挖后安排一人站在沟槽内将滤水板插入横杆与坑壁之间，使滤水板触及此时槽底；后面每层开挖安装好横杆后，沟槽内安排一人刮平槽壁引导滤水板下移，沟槽外安排一人再次紧随上块滤水板插入并推压下面滤水板；在单独的集排水坑14与沟槽连接的开口处，在沟槽回填时的沟槽面依次插入滤水板。

步骤6，抽排水：在排水坑开挖并出现大量积水后，根据测算并合理动态更换不同抽水泵，保证无大量积水，边抽排边进行顺沟槽线向两边的沟槽开挖，抽排直至沟槽回填完成后的给排水坑回填。

步骤7，人工清理基底：沟槽开挖离基底约15～20cm采用人工清理，基底横向向设有集排水坑14的槽壁侧修2～3％的向下的坡，并在设有集排水坑14的槽壁侧基底设置排水沟，抽排干基底。

步骤8，埋设软式透水管10：沿设有集排水坑14的槽壁侧基底埋设软式透水管10，埋设使用设计管基(碎石)材料回填至管底标高，埋设前软式透水管10需要拉顺直。

步骤9：管道铺设、安设监测管12：管道13沿沟槽中线铺设好后，在管道接口位置旁软式透水管10上安设监测管12，以便运营期抽检水监测管12道渗漏情况。

步骤10：沟槽回填、横杆拆除及提拉滤水板：管道回填应两边对称进行回填，回填过程监测管四周应扶正人工压实,沟槽回填至横杆位置后拆除横杆并提拉滤水板至此回填完成面进行压实，依次进行如此操作直至横杆全部拆除及滤水板全部抽出，沟槽回填压实完成。

步骤11：集排水坑14回填、横杆拆除及提拉滤水板：在沟槽回填完成后进行集排水坑14的回填，回填过程中四周横杆拆除及提拉滤水板同沟槽回填，直至集排水坑14回填完成。

步骤12：拉拔或反旋钻提升出杆桩，填实桩孔：根据不同的杆桩，带螺旋钻头6-2杆桩采用反旋钻提升出杆桩，直钉式杆桩直接拉拔取出，然后使用粗沙、砂砾石或碎石填实桩孔。

本发明通过1)横杆位置的设放，很好控制了沟槽回填摊铺厚度；2)监测管的设置很好的监测渗漏情况，很好的避免了弄虚作假，保障了隐蔽工程的施工质量；3)使用的材料简单，系统结构简单，使用价格低，操作简单；4)保障了因为地下水抽排后的均匀沉降，避免了不均匀沉降给周边附属建筑带来的危险；5)系统对沙土的过滤效果好，保障了清水抽排，减小水泵堵塞烧毁的危险；6)本体系还适用于其他基坑开挖支护中，改变了传统做法，使得集水明排在高水位沙性土中运用成为可能。