本发明属于支护桩技术领域，具体涉及一种多边形基坑支护结构及施工方法。
背景技术：
支护桩，一般用于基坑支护、边坡支护以及滑坡治理，承受水平土压力或滑坡推力，现有技术中，还存在如下问题：
（1）、传统采用的钢筋混凝土圆桩与基坑周围的接触面方向均不同，圆桩受到基坑挤压时，起到支护作用的仅为一个方向上的单一点，钢筋混凝土圆桩中的钢筋每个方向仅有一根受力，容易造成受力不均，抗歪和抗剪切能力降低；
（2）、钢筋混凝土圆桩的材料造价高、施工慢；
（3）、施工方式：传统现场浇注，效率低；
（4）、不规则的基坑，如多边形结构的基坑，尚未有专用的支护结构。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种多边形基坑支护结构及其连接结构，基于横截面为多边形结构的基坑，设计不同截面的支护桩，在坑壁和拐角采用具有针对性的分布方式，可以在节约混凝土用量的基础上，最大程度提高桩体的抗弯和抗剪性能。
本发明提供了如下的技术方案：一种多边形基坑支护结构，包括基坑和沿基坑周向设置的支护桩组，基坑的横截面为多边形结构，基坑包括多个坑壁，坑壁之间首尾相连形成多个拐角，支护桩组包括设于坑壁的第一支护桩和设于拐角的第二支护桩，第一支护桩为三棱柱桩和/或四棱柱桩，第二支护桩为“ω”形桩和/或“z”形桩。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述第二支护桩为“ω”形桩和“z”形桩，所述拐角包括锐角、直角和钝角，“z”形桩设于直角和钝角中，“ω”形桩设于锐角中。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述第一支护桩和第二支护桩均包括混凝土浇筑而成的桩体，桩体中沿高度方向设有配筋，配筋沿桩体的侧壁间隔排列。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述配筋包括非金属预应力筋和钢筋。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述“ω”形桩包括呈圆弧体状的环形腹板，以及对称设置于环形腹板两侧底角外且呈条形体状的翼板，环形腹板嵌入拐角的土层设置；
所述非金属预应力筋沿环形腹板的侧壁间隔排列，钢筋和非金属预应力筋沿翼板的侧壁间隔交替排列。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述“z”形桩包括相互平行且呈条形状的迎土缘板和迎坑缘板，以及连接迎土缘板和迎坑缘板的条形腹板，迎土缘板和条形腹板嵌入拐角的土层设置；
所述非金属预应力筋沿迎土缘板的侧壁间隔排列，钢筋和非金属预应力筋沿迎土缘板和条形腹板的侧壁间隔交替排列。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述三棱柱桩的侧壁包括两个第一迎坑面和一个第一迎土面，第一迎土面与坑壁相平行，非金属预应力筋沿第一迎土面间隔排列，钢筋和非金属预应力筋沿第一迎坑面间隔交替排列，所述三棱柱桩的桩体中至少具有一个纵向空心结构。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述四棱柱桩的侧壁包括一个第二迎坑面、一个第二迎土面和两个构造面，非金属预应力筋沿第二迎土面间隔排列，钢筋沿第二迎坑面和构造面间隔交替排列，所述四棱柱桩的桩体中至少具有两个纵向空心结构。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述桩体中还设有箍筋，箍筋垂直于桩体的轴向设置，且沿桩体长度方向间隔排列，配筋间隔固接在箍筋的周向上并与箍筋形成筋笼，桩体上下端面上均设有端板，端板上设有与配筋的横截面相适应的穿孔，所述非金属预应力筋为纤维增强复合塑料筋和/或碳纤维筋。
本发明还提供一种多边形基坑支护结构的施工方法，包括如下步骤：
步骤一、数据准备
分析待开挖基坑的设计深度和成型形状，计算得到基坑的坑壁和拐角的数量，以及各个坑壁的边长和拐角的角度；
步骤二、桩体预制
（1）、根据基坑的设计深度确定所述支护桩组的长度；
（2）、根据基坑的成型形状确定第一支护桩和第二支护桩的分布方式：
坑壁上设置三棱柱桩和/或四棱柱桩；拐角为锐角时，采用“ω”形桩；拐角为钝角或直角时，采用“z”形桩；
（3）、根据各个坑壁的边长确定第一支护桩和第二支护桩的数量和几何尺寸，然后通过几何尺寸确定配筋的数量；
（4）、进行工厂化预制生产，制备筋笼，安装端板，锚固张拉施加预应力，离心浇筑成型后，再进行高压釜蒸压，得到具有对应尺寸和横截面的混合配筋预应力支护桩组，放置1~2天后运输至施工现场；
步骤三、打桩
根据步骤二中得到的分布方式，采用打桩设备将多个桩体依次打入待开挖基坑的四周；打桩后采用混凝土梁连接桩体的顶部，使支护桩组与混凝土梁形成一体；然后采用预应力施加设备，对配筋施加预应力，使得所有配筋受到相同的拉力；
步骤四、基坑开挖。
本发明的有益效果：基于横截面为多边形结构的基坑，设计不同截面的支护桩，在坑壁和拐角采用具有针对性的分布方式，可以在节约混凝土用量的基础上，最大程度提高桩体的抗弯和抗剪性能，具体如下：
（1）、由于多边形为三条或三条以上的线段首尾顺次连接所组成，其形成的夹角通常有锐角、直角和钝角，对应于本发明中的多边形基坑，其拐角包括锐角、直角和钝角，当拐角的角度较大时，采用“z”形桩打入土层，当拐角的角度较小时，采用“ω”形桩打入土层；
（2）、由于拐角处土层的施力方向有多个，“ω”形桩受到土层力的挤压时，起到支护作用的为两个翼板的两个迎土侧壁和整个环形腹板的迎土侧壁，相对于传统圆柱状的支护桩，该支护桩受力点更多，受力面更大，提高了桩体的抗歪和抗剪切能力，减少工程事故。另外，在提高支护性能的前提下，“ω”形桩中间为开口空心结构，可以尽可能降低了混凝土的用量，降低了造价；
当拐角处的夹角较大时，优选采用“z”形桩，设置于拐角处，当桩体受到土层力的挤压时，起到支护作用的为迎土缘板221外壁整个一侧面而非仅为一个方向上的单一点，与传统圆桩相比，同等截面面积条件下，可以获得更大的抗弯和抗剪强度，减少工程事故，同时还降低了混凝土的用量；
（3）、支护桩组均为预制桩，在工厂加工完成运输至现场，施工过程中，用沉桩设备将桩体打入土层的桩位中，相对于现浇混凝土桩，可以缩短施工周期，提高效率；
（4）、本发明的支护桩组包括三棱柱桩、四棱柱桩、“ω”形桩和和“z”形桩，针对其各自的特点，在其中采用不同的配筋分布方式，起到辅助提高抗弯和抗剪性能的作用。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的横截面示意图；
图2是本发明中“ω”形桩的立体结构示意图；
图3是本发明中“ω”形桩的横截面示意图；
图4是本发明中“z”形桩的立体结构示意图；
图5是本发明中“z”形桩的横截面示意图；
图6是本发明三棱柱的立体结构示意图；
图7是本发明三棱柱的横截面示意图；
图8是本发明四棱柱的横截面示意图；
图中标记为：1、基坑；11、坑壁；12、拐角；2、第一支护桩；21、“ω”形桩；211、环形腹板；212、翼板；22、“z”形桩；221、迎土缘板；222、迎坑缘板；223、条形腹板；3、第二支护桩；31、三棱柱；311、第一迎坑面；312、第一迎土面；32、四棱柱；321、第二迎坑面；322、第二迎土面；323、构造面；4、配筋；41、非金属预应力筋；42、钢筋。
具体实施方式
现结合说明书附图，详细说明本发明的结构特点。
参见图1，一种多边形基坑支护结构，包括基坑1和沿基坑1周向设置的支护桩组，基坑1的横截面为多边形结构，基坑1包括多个坑壁11，坑壁11之间首尾相连形成多个拐角12，支护桩组包括设于坑壁11的第一支护桩2和设于拐角12的第二支护桩3，第一支护桩2为三棱柱桩31和/或四棱柱桩32，第二支护桩3为“ω”形桩21和/或“z”形桩22。
本实施例基于横截面为多边形结构的基坑1，设计不同截面的支护桩，在坑壁和拐角采用具有针对性的分布方式，相对于传统圆桩，可以在节约混凝土用量的基础上，最大程度提高桩体的抗弯和抗剪性能，适用范围更广。
参见图1，进一步说，第二支护桩3的分布方式具体为：第二支护桩3为“ω”形桩21和“z”形桩22，拐角12包括锐角、直角和钝角，“z”形桩22设于直角和钝角中，“ω”形桩21设于锐角中。
由于多边形为三条或三条以上的线段首尾顺次连接所组成，其形成的夹角通常有锐角、直角和钝角，对应于本实施例中的多边形基坑，其拐角包括锐角、直角和钝角，当拐角的角度较大时，采用“z”形桩打入土层，当拐角的角度较小时，采用“ω”形桩打入土层。
参见图2和图3，进一步说，“ω”形桩21的结构和设置方式具体为：包括呈圆弧体状的环形腹板211，以及对称设置于环形腹板211两侧底角外且呈条形体状的翼板212，环形腹板211嵌入拐角12的土层设置。
由于拐角处土层的施力方向有多个，当桩体受到土层力的挤压时，起到支护作用的为两个翼板212的两个迎土侧壁和整个环形腹板211的迎土侧壁，相对于传统圆柱状的支护桩，该支护桩受力点更多，受力面更大，提高了桩体的抗歪和抗剪切能力，减少工程事故。另外，在提高支护性能的前提下，“ω”形桩中间为开口空心结构，可以尽可能降低了混凝土的用量，降低了造价。
参见图4和图5，进一步说，“z”形桩22的结构和设置方式具体为：包括相互平行且呈条形状的迎土缘板221和迎坑缘板222，以及连接迎土缘板221和迎坑缘板222的条形腹板223，迎土缘板221和条形腹板223嵌入拐角12的土层设置。
当拐角处的夹角较大时，优选采用“z”形桩，设置于拐角处，当桩体受到土层力的挤压时，起到支护作用的为迎土缘板221外壁整个一侧面而非仅为一个方向上的单一点，与传统圆桩相比，同等截面面积条件下，本支护桩可以获得更大的抗弯和抗剪强度，减少工程事故，同时还降低了混凝土的用量。
参见图3和图5，进一步说，第一支护桩2和第二支护桩3均包括混凝土浇筑而成的桩体，桩体中沿高度方向设有配筋4，配筋4沿桩体的侧壁间隔排列。配筋4包括非金属预应力筋41和钢筋42，非金属预应力筋21质轻且具有良好的抗腐蚀性、耐酸碱性和抗震性能，提高桩体抗弯和抗剪性能，还可以在多种土层环境中使用。
配筋4在“ω”形桩中的分布方式优选为：非金属预应力筋41沿环形腹板211的侧壁间隔排列，钢筋42和非金属预应力筋41沿翼板212的侧壁间隔交替排列。
配筋4在“z”形桩中的分布方式优选为：非金属预应力筋41沿迎土缘板221的侧壁间隔排列，钢筋42和非金属预应力筋41沿迎土缘板221和条形腹板223的侧壁间隔交替排列。
参见图6和图7，进一步说，三棱柱桩31的结构和设置方式具体为：三棱柱桩31的侧壁包括两个第一迎坑面311和一个第一迎土面312，第一迎土面311与坑壁11相平行，配筋4的分布方式优选为：非金属预应力筋41沿第一迎土面312间隔排列，钢筋42和非金属预应力筋41沿第一迎坑面311间隔交替排列，三棱柱桩31的桩体中至少具有一个纵向空心结构。
三棱柱桩31的横截面为三角形，当桩体受到土层力的挤压时，起到支护作用的为整个一侧面而非仅为一个方向上的单一点，同时，沿第一迎土面311的边缘间隔排列的多根配筋4受力，受力均匀，适用于坑壁11，在坑壁11连续设置可形成支护墙；另外，至少具有一个纵向空心结构，结合配筋4的分布方式，可以在进一步减少混凝土用量的基础上，保证了结构强度。
参见图8，进一步说，四棱柱桩32的结构和设置方式具体为：四棱柱桩32的侧壁包括一个第二迎坑面321、一个第二迎土面322和两个构造面323，非金属预应力筋41沿第二迎土面322间隔排列，钢筋沿第二迎坑面和构造面间隔交替排列，四棱柱桩32的桩体中至少具有两个纵向空心结构。
四棱柱桩32的横截面为矩形，当桩体受到土层力的挤压时，起到支护作用的也为整个一侧面而非仅为一个方向上的单一点，同时，沿第二迎土面322间隔排列的多根配筋4受力，受力均匀，适用于坑壁11，在坑壁11连续设置可形成支护墙；另外，至少具有两个纵向空心结构，结合配筋4的分布方式，同样，在保证了结构强度的基础上，降低造价。
参见图3和图5，进一步说，桩体中还设有箍筋，箍筋垂直于桩体的轴向设置，且沿桩体长度方向间隔排列，配筋4间隔固接在箍筋的周向上并与箍筋形成筋笼，桩体上下端面上均设有端板，端板上设有与配筋的横截面相适应的穿孔，非金属预应力筋41为纤维增强复合塑料筋和/或碳纤维筋。
参见图1，本实施例中还提供一种多边形基坑支护结构的施工方法，包括如下步骤：
步骤一、数据准备
分析待开挖基坑的设计深度和成型形状，计算得到基坑1的坑壁11和拐角12的数量，以及各个坑壁11的边长和拐角12的角度；
步骤二、桩体预制
（1）、根据基坑1的设计深度确定所述支护桩组的长度；
（2）、根据基坑的成型形状确定第一支护桩2和第二支护桩3的分布方式：
坑壁11上设置三棱柱桩和/或四棱柱桩；拐角为锐角时，采用“ω”形桩；拐角为钝角或直角时，采用“z”形桩；
（3）、根据各个坑壁11的边长确定第一支护桩2和第二支护桩3的数量和几何尺寸，然后通过几何尺寸确定配筋4的数量；
（4）、进行工厂化预制生产，制备筋笼，安装端板，锚固张拉施加预应力，离心浇筑成型后，再进行高压釜蒸压，得到具有对应尺寸和横截面的混合配筋预应力支护桩组，放置1~2天后运输至施工现场；
步骤三、打桩
根据步骤二中得到的分布方式，采用打桩设备将多个桩体依次打入待开挖基坑的四周；打桩后采用混凝土梁连接桩体的顶部，使支护桩组与混凝土梁形成一体；然后采用预应力施加设备，对配筋4施加预应力，使得所有配筋4受到相同的拉力；
步骤四、基坑开挖。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。