专利名称：预制构件水泥土钻孔灌注桩及其施工方法
技术领域：
本发明涉及深基础设计与施工方法中的新型围护结构领域，尤其涉及预制构 件水泥土钻孔灌注^庄及其施工方法。
背景技术：
基坑的围护结构主要用于承受基坑开挖卸荷所产生的土压力和水压力，并将 此压力传递给支撑。基坑的围护结构是稳定基坑的一种挡墙结构。目前，软土地
区较常用的适用于基坑开挖深度在10m以上的基坑围护结构型式主要有SMW 工法桩、钻孔灌注4庄和地下连续墙等。
其中，SMW工法桩是在连续套接的三轴水泥土搅拌桩内插入型钢形成的复 合挡土止水结构。SMW工法(soil mixing wall )全称"型钢水泥土复合搅拌桩(墙) 支护结构技术"。该法是在水泥土深层搅拌桩(墙)中插入H形型钢所形成的一 种新的地下连续墙施工方法。其原理是以专用机具、用水泥土作为固化剂与地基 土进行就地原位强制性搅拌，并插入型钢，固化后形成桩列式地下连续墙体，充 分利用水泥土挡土墙的高止水性和型钢所具有的强度与刚度。SMW工法桩的缺 点是当工期大于6个月时，会造成型钢租赁费用增加，并且型钢拔除比较麻烦。
其中，钻孔灌注桩围护属于柱列式挡土墙，本身不可止水，需另外设置止水 帷幕，其缺点是由于其横截面是圆形，因此受力特性较差；如为提高其受力强 度，需要增加钢筋投入，如此会造成部分钢筋用量的浪费。
其中，地下连续墙的缺点是造价较高，且施工工艺复杂。
综上所述，目前我国地下工程建设中现有的围护结构型式还不能完全满足工 程建设需求，因此，迫切需要开发一种造价经济、环境影响小、安全、高效的围 护结构型式及其施工工艺。
发明内容
本发明的目的在于提供一种预制构件水泥土钻孔灌注桩及其施工方法，在满足基坑围护结构受力要求而保证安全的前提下，有效降低了造价成本。
为了达到上述的目的，本发明提供一种预制构件水泥土钻孔灌注桩，包括一 桩孔，所述桩孔内含有水泥土浆液，并且在所述^f庄孔中插置有一长条状的预制构 件。
进一步，所述预制构件水泥土钻孔灌注桩包括多个所述桩孔，通过跳打而成， 且相邻桩孔相互咬合。
进一步，所述预制构件的横截面呈轴对称。
所述预制构件是一混凝土箱型构件，所述混凝土箱型构件由钢筋混凝土制 成，其横截面呈矩形，且横截面的中部设一矩形孔。
所述预制构件是一钢与混凝土组合梁构件，所述钢与混凝土组合梁构件包括
一h型钢和两钢筋混凝土厚板，所述h型钢由两块边板通过一块连接板连接构 成，所述钢筋混凝土厚板分别贴合连接在所述h型钢的边板外侧。所述钢筋混凝 土厚板与所述h型钢的边4l采用栓钉连接。所述h型钢由薄钢板制成。
所述预制构件是一钢与混凝土组合衍架构件，所述钢与混凝土组合衍架构件 包括一钢筋混凝土厚板和一钢衍架，所述钢衍架由上、下弦杆通过若干腹杆连接 组成，所述钢筋混凝土厚板固定连接于所述钢衍架的上弦杆上侧。所述钢筋混凝 土厚板与钢衍架的上弦杆采用栓钉连接。所述钢衍架的上、下弦杆采用角钢，所
述腹杆采用钢管。
所述预制构件是一预应力混凝土构件，所述预应力混凝土构件^^黄截面呈矩 形的内部i殳有钢筋的具有预应力的混凝土结构。
还公开了一种预制构件水泥土钻孔灌注桩的施工方法，包括如下步骤 第一步，对地面钻孔形成一桩孔； 第二步，在所述桩孔内灌入水泥土浆液；
第三步，在所述桩孔内插入一长条状的预制构件。
进一步，所述预制构件水泥土钻孔灌注桩包括多个所述桩孔，通过跳打而成， 且相邻桩孔相互咬合。
进一步，所述第一步中，采用正循环工艺成孔。
所述第二步中，先将沉淀泥浆与水泥搅拌好，然后采用导管法灌入所述桩孔中。进一步，所述预制构件的横截面呈轴对称。
所述预制构件是一混凝土箱型构件，所述混凝土箱型构件由钢筋混凝土制 成，其横截面呈矩形，且横截面的中部设一矩形孔。
所述预制构件是一钢与混凝土组合梁构件，所述钢与混凝土组合梁构件包括
一 H型钢和两钢筋混凝土厚板，所述H型钢由两块边4反通过一块连接板连4矣构 成，所述钢筋混凝土厚板分别贴合连接在所述H型钢的边板外侧。所述钢筋混凝 土厚板与所述H型钢的边板采用栓4丁连接。所述H型钢由薄钢板制成。
所述预制构件是一钢与混凝土组合衍架构件，所述钢与混凝土组合衍架构件 包括一钢筋混凝土厚板和一钢衍架，所述钢衍架由上、下弦杆通过若干腹杆连接 组成，所述钢筋混凝土厚板固定连接于所述钢衍架的上弦杆上侧。所述钢筋混凝 土厚板与钢衍架的上弦杆采用栓钉连接。所述钢衍架的上、下弦杆采用角钢，所 述腹杆采用钢管。
所述预制构件是一预应力混凝土构件，所述预应力混凝土构件是^f黄截面呈矩 形的内部设有钢筋的具有预应力的混凝土结构。 本发明的有益效果是
本发明预制构件水泥土钻孔灌注桩与钻孔灌注桩及SMW工法桩相比
1、 采用本发明预制构件水泥土钻孔灌注桩的止水帷幕与挡土结构合二为一， 截面受力特性更好，同钻孔灌注桩相比减少了钢材与混凝土的用量。
2、 本发明预制构件水泥土钻孔灌注桩的造价完全不受施工工期影响，尤其 对于超大面积的基坑而言，SMW工法桩完全不具备经济可比性。
3、 本发明预制构件水泥土钻孔灌注桩施工方法立足于原有施工4几械，因而， 省去了大量机械研发成本。
4、 将钻孔灌注桩与本发明预制构件水泥土钻孔灌注桩作经济性比较，可以 发现:本发明提出的三种新型围护结构型式造价比钻孔灌注桩小10% ~ 20%左右， 尤以钢与混凝土組合桁架型式最节省。
综上所述，本发明预制构件水泥土钻孔灌注桩及其施工方法，在满足基坑围 护结构受力要求而保证安全的前提下，有效降低了造价成本。属于一种造价经济、 环境影响小、安全和高效的新型围护结构型式，可以完善地下工程领域的围护结 构型式，以进一步满足工程建设需求。
本发明的预制构件水泥土钻孔灌注桩由以下的实施例及附图给出。
图la是本发明预制构件水泥土钻孔灌注桩的结构示意图； 图〗b是实施例1中预制构件的横截面结构示意图； 图lc是实施例1中预制构件的配筋情况示意图； 图2是实施例2中预制构件的横截面结构示意图； 图3a是实施例3中预制构件的横截面结构示意图； 图3b是实施例3中预制构件的纵截面结构示意图； 图4是实施例4中预制构件的横截面结构示意图5是本发明预制构件水泥土钻孔灌注桩施工方法的整体施工工艺流程图； 图6是本发明多根桩的施工顺序图； 图7是本发明单才M庄施工工艺流程图中，l-桩孔，2-水泥土浆液，3-预制构件，311-孔，321-H型钢，3211-边 板，3212-连接板，322-钢筋混凝土厚板，331-钢衍架，3311-上弦杆，3312-下弦 杆，3312-腹杆,332钢筋混凝土厚板，341-钢筋。
l沐实施方式
以下将对本发明的预制构件水泥土钻孔灌注桩作进一步的详细描述。 实施例1
请参阅图la，这种预制构件水泥土钻孔灌注桩，包括一桩孔l，所述桩孔1 内含有水泥土浆液2，并且在所述桩孔l中插置有一长条状的预制构件3。
请参阅图lb，考虑两面受侧向荷载作用，所述预制构件3采用轴对称截面设 计两侧配筋情况相同(见图lc)。即所述预制构件3的^f黄截面呈轴对称。本实 施例中，所述预制构件3是一混凝土箱型构件。该混凝土箱型构件由钢筋混凝土 制成，其横截面呈矩形，且横截面的中部设一矩形孔311,在满足基坑围护结构 受力要求的前提下节约钢筋和混凝土。这种预制构件3采用由钢筋混凝土制成的 箱型截面形式，相对于现有的钻孔灌注桩而言，既能充分利用钢材的受拉能力， 又能发挥混凝土的抗压特性。因而，可以最大化发挥和利用材料的优点。本实施例应用于开挖深度在13m左右的基坑。考虑每延米围护结构可以承受 1300KN.m的弯矩，因此可以采用小1100 mm孔径的预制箱型构件的水泥土钻孔 灌注桩，桩长26m。其中预制构件采用950mmx400mm的箱型构件截面，混凝 土强度等级C40，配筋如图lc所示(图中，单位是mm)，钢筋等级HRB335。其 中，混凝土中的钢筋配置如下12根4)28 mm的钢筋、6根cj)22mm的钢筋和6 根(J) 10mm的钢筋。这些钢筋通过c]) 10mm的箍筋连接并由混凝土浇筑成上述混 凝土箱型构件。
另外，根据成孔深度27m,桩径为(J) 1100mm,考虑采用GPS-10型钻机能满 足成孔要求，预制构件的吊装选用32t汽车吊，起重半径控制在7m,最大起重 量为10t左右，能满足吊装工况。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于所述预制构件3是一钢与混凝土组合梁构 件，即采用钢-混凝土组合结构。这种钢-混凝土组合结构与钢结构相比，它节 省了钢材，并且增强了构件或建筑物的刚度，提高了抗变形能力。这种钢-混凝 土组合结构与普通的钢筋混凝土结构相比，它减轻了重量，增大了构件的延性， 且具有更高的强度，可以充分发挥了钢材和混凝土这两种材料的材性特点，因而 可以做到技术和经济的统一。
请参阅图2,所述钢与混凝土组合梁构件具体结构如下包括一 H型钢321 和两钢筋混凝土厚板322。所述钢筋混凝土厚板322由配置有若干钢筋的混凝土 厚板组成。所述H型钢321由两块边板3211通过一块连接板3212连接构成"H" 型钢板。所述钢筋混凝土厚板322分别贴合连接在所述H型钢321的边板3211 外侧。所述H型钢321由薄钢板制成，构成薄翼缘的"H"型钢板。所述H型钢 321与钢筋混凝土厚板322组合，并在混凝土厚板中配置较多的钢筋。这样根据 钢结构组合梁的思想既能充分利用型钢和钢材的受拉能力，又能发挥混凝土的 抗压特性，因此，可以最大化发挥和利用材料的优点。这种钢与混凝土组合梁构 件与现有组合梁不同的是，预制构件3需考虑两面受侧向荷载作用，需要采用轴 对称截面设计H型钢两边板3211 (即两翼缘)采用等截面钢板，翼缘外钢筋混 凝土厚板322截面和配筋情况均相同。
所述钢筋混凝土厚板322与所述H型钢321的边板3211采用栓钉连接。即所述钢筋混凝土厚板322与边板3211间采用栓钉作为抗剪连接件。栓钉的直径 一般为12m ~ 25mm，为了抵抗掀起作用，松4丁上部〗故成大头或弯钩。 实施例3
请参阅图3a和图3b，本实施例与实施例1的区别在于所述预制构件3是 一钢与混凝土组合衍架构件。所述钢与混凝土组合衍架构件包括一钢筋混凝土厚 板332和一钢衍架321。所述钢衍架321由上、下弦杆3211、 3212通过若干腹杆 3213连接组成。所述钢筋混凝土厚板332固定连接于所述钢衍架321的上弦杆 3211上侧。所述钢筋混凝土厚板332与钢衍架321的上弦杆3211采用栓钉连接。 钢桁架321的上、下弦杆3211、 3212可以采用角钢，腹杆3213可以采用钢管的 型式。
这种钢与混凝土组合桁架梁构件是一种新型的组合结构形式，具有良好的受 力性能和较好的经济性，可以广泛应用于大跨度、重荷载的高层建筑和超高层建 筑、大型的^^共建筑和工业厂房当中。这种钢与混凝土组合桁架梁构件与普通的 组合梁相比，可以进一步减轻结构自重，降低造价。相比普通的组合梁节约钢材 达20%左右。而在同等用钢量的情况下，这种钢与混凝土组合桁架梁构件比普通 组合梁具有更大的整体抗弯刚度。
另外，这种钢与混凝土组合桁架梁构件与钢-混凝土组合梁类似，在钢桁架 321与钢筋混凝土厚板332间也同样需要设置抗剪连接件。剪力连接件用来承受 钢筋混凝土厚板332与钢衍架321之间的纵向剪切力和垂直掀起作用的重要部 件。它的性能的优劣对整个结构的承载力、变形等各种力学性能有重大的影响。
实施例4
请参阅图4，本实施例与实施例1的区别在于所述预制构件3是一预应力 混凝土构件，所述预应力混凝土构件是横截面呈矩形的内部设有钢筋341的具有 预应力的混凝土结构。
这种预应力混凝土构件由于充分利用高强度钢筋及高强度混凝土，可以减小 或抵消荷载所引起的混凝土拉应力，从而使结构构件的拉应力不大，甚至处于受 压状态。它具有可以提高构件的抗裂度和刚度，并且可以节约钢筋、减轻自重的 优点。
实施例5
10请参阅图5,图5是本发明预制构件水泥土钻孔灌注桩施工方法的整体施工 工艺流程图。该预制构件水泥土钻孔灌注桩施工方法整体施工工艺流程主要包括 如下步骤首先，清理地下障碍物、平整场地；然后，开挖导沟；接着，设置导 架；接着，桩机定位，与此同时需要做好如下准备工作准备压浆(配置好由沉 淀泥浆与水泥搅拌成的水泥浆)和准备好泵送压缩空气；然后，钻进搅拌， 一边 钻进， 一边压浆和泵送压缩空气，同时进行搅拌；接着，插入预制构件，其通过 起吊机实现；最后，进行弃土处理。其中，所述预制构件的制作方法如下首先， 进行钢筋骨架制作，然后，进行组合钢构件安装，最后，进行混凝土浇筑及养护。
请参阅图6，图6是多根桩的施工顺序图。这些桩采用跳打而成。先施工各 A桩，在A桩中的水泥土浆液初凝之前，施工好B桩。简要步骤如下先对地 面钻孔形成若干A桩的桩孔1，然后，灌入水泥土浆液，接着，插入预制构件3， 从而完成A桩的施工。接着，必须在A桩的水泥土浆液初凝前完成B桩的施工。 B冲庄的施工方法如同A才庄。
请参阅图7，图7是本发明单根预制构件水泥土钻孔灌注桩施工工艺流程图。 这种预制构件水泥土钻孔灌注桩的施工方法，包括如下步骤
第一步，对地面钻孔形成一桩孔l。所述第一步中，采用正循环工艺成孔。
第二步，在所述桩孔1内灌入水泥土浆液2。所述第二步中，先将沉淀泥浆 与水泥搅拌好配制成所需要的水泥土浆液21，然后采用导管法灌入所述桩孔中。 以上第一步和第二步就是上述整体施工工艺中的钻进搅拌工序细分而来。
第三步，在所述桩孔l内插入一长条状的预制构件3。所述预制构件3与实 施例1中的预制构件结构形式相同。所述预制构件3是一混凝土箱型构件，所述 混凝土箱型构件由钢筋混凝土制成，其横截面呈矩形，且横截面的中部设一矩形 孔。所述预制构件的横截面呈轴对称。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所 属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的 更动与润饰。因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为 。
权利要求
1.一种预制构件水泥土钻孔灌注桩，包括一桩孔，其特征在于所述桩孔内含有水泥土浆液，并且在所述桩孔中插置有一长条状的预制构件。
2. 如权利要求1所述的预制构件水泥土钻孔灌注桩，其特征在于所述预 制构件水泥土钻孔灌注桩包括多个所述桩孔，通过跳打而成，且相邻桩 孔相互咬合。
3. 如权利要求1所述的预制构件水泥土钻孔灌注桩，其特征在于所述预 制构件的4黄截面呈轴对称。
4. 如权利要求1或2或3所述的预制构件水泥土钻孔灌注桩，其特征在于 所述预制构件是一混凝土箱型构件，所述混凝土箱型构件由钢筋混凝土 制成，其横截面呈矩形，且横截面的中部设一矩形孔。
5. 如权利要求1或2或3所述的预制构件水泥土钻孔灌注桩，其特征在于 所述预制构件是一钢与混凝土组合梁构件，所述钢与混凝土组合梁构件 包括一 H型钢和两钢筋混凝土厚板，所述H型钢由两块边板通过一块 连接板连接构成，所述钢筋混凝土厚板分别贴合连接在所述H型钢的边 板外侧。
6. 如权利要求5所述的预制构件水泥土钻孔灌注桩，其特征在于所述钢 筋混凝土厚板与所述H型钢的边板采用栓钉连接。
7. 如权利要求5所述的预制构件水泥土钻孔灌注桩，其特征在于所述H 型钢由薄钢板制成。
8. 如权利要求1或2或3所述的预制构件水泥土钻孔灌注桩，其特征在于 所述预制构件是一钢与混凝土组合衍架构件，所述钢与混凝土组合衍架 构件包括一钢筋混凝土厚板和一钢衍架，所述钢衍架由上、下弦杆通过 若干腹杆连接组成，所述钢筋混凝土厚板固定连接于所述钢衍架的上弦 杆上侧。
9. 如权利要求8所述的预制构件水泥土钻孔灌注桩，其特征在于所述钢 筋混凝土厚板与钢衍架的上弦杆采用栓钉连接。
10. 如权利要求8所述的预制构件水泥土钻孔灌注桩，其特征在于所述钢衍架的上、下弦杆采用角钢，所述腹杆釆用钢管。
11. 如权利要求1或2或3所述的预制构件水泥土钻孔灌注桩，其特征在于 所述预制构件是一预应力混凝土构件，所述预应力混凝土构件是横截面 呈矩形的内部设有钢筋的具有预应力的混凝土结构。
12. —种预制构件水泥土钻孔灌注桩的施工方法，其特征在于包括如下步 骤第一步，对地面钻孔形成一桩孔； 第二步，在所述桩孔内灌入水泥土浆液；第三步，在所述桩孔内插入一长条状的预制构件。
13. 如权利要求12所述的预制构件水泥土钻孔灌注桩的施工方法，其特征 在于所述预制构件水泥土钻孔灌注桩包括多个所述桩孔，通过跳打而 成，且相邻^庄孔相互咬合。 ，
14. 如权利要求12所述的预制构件水泥土钻孔灌注桩的施工方法，其特征 在于所述第一步中，采用正循环工艺成孔。
15. 如权利要求12所述的预制构件水泥土钻孔灌注桩的施工方法，其特征 在于所述第二步中，先将沉淀泥浆与水泥搅拌好，然后采用导管法灌 入所述桩孔中。
16. 如权利要求12所述的预制构件水泥土钻孔灌注桩的施工方法，其特征 在于所述预制构件的横截面呈轴对称。
17. 如权利要求12或13所述的预制构件水泥土钻孔灌注桩的施工方法，其 特征在于所述预制构件是一混凝土箱型构件，所述混凝土箱型构件由 钢筋混凝土制成，其横截面呈矩形，且横截面的中部设一矩形孔。
18. 如权利要求12或13所述的预制构件水泥土钻孔灌注桩的施工方法，其 特征在于所述预制构件是一钢与混凝土组合梁构件，所述钢与混凝土 组合梁构件包括一 H型钢和两钢筋混凝土厚板，所述H型钢由两块边 板通过一块连接板连接构成，所述钢筋混凝土厚板分别贴合连接在所述 H型钢的边板外侧。
19. 如权利要求18所述的预制构件水泥土钻孔灌注桩的施工方法，其特征 在于所述钢筋混凝土厚板与所述H型钢的边板采用栓钉连接。
20. 如权利要求18所述的预制构件水泥土钻孔灌注桩的施工方法，其特征在于所述H型钢由薄钢^反制成。
21. 如权利要求12或13所述的预制构件水泥土钻孔灌注桩的施工方法，其 特征在于所述预制构件是一钢与混凝土组合衍架构件，所述钢与混凝 土组合衍架构件包括一钢筋混凝土厚板和一钢衍架，所述钢衍架由上、 下弦杆通过若干腹杆连接组成，所述钢筋混凝土厚板固定连接于所述钢 衍架的上弦杆上侧。
22. 如权利要求21所述的预制构件水泥土钻孔灌注桩的施工方法，其特征 在于所述钢筋混凝土厚板与钢衍架的上弦杆采用栓钉连接。
23. 如权利要求21所述的预制构件水泥土钻孔灌注桩的施工方法，其特征 在于所述钢衍架的上、下弦杆采用角钢，所述腹杆釆用钢管。
24. 如4又利要求12或13所述的预制构件水泥土钻孔灌注桩的施工方法，其 特征在于所述预制构件是一预应力混凝土构件，所述预应力混凝土构 件是^f黄截面呈矩形的内部设有钢筋的具有预应力的混凝土结构。
全文摘要
本发明涉及深基础设计与施工方法中的新型围护结构领域，尤其涉及预制构件水泥土钻孔灌注桩及其施工方法。这种预制构件水泥土钻孔灌注桩，包括一桩孔，所述桩孔内含有水泥土，并且在所述桩孔中插置有一长条状的预制构件。还公开了一种预制构件水泥土钻孔灌注桩的施工方法，包括如下步骤1.对地面钻孔形成一桩孔；2.在所述桩孔内灌入水泥土浆液；3.在所述桩孔内插入一长条状的预制构件。这种预制构件水泥土钻孔灌注桩及其施工方法，在满足基坑围护结构受力要求并保证安全的前提下，有效降低了造价成本。属于一种造价经济、环境影响小、安全和高效的新型围护结构型式，可以完善地下工程领域的围护结构型式，以进一步满足工程建设需求。
文档编号E02D5/34GK101666086SQ200910056278
公开日2010年3月10日 申请日期2009年8月11日 优先权日2009年8月11日
发明者佘清雅, 冯海涛, 王祺国, 胡玉银, 许永和, 铮 钟 申请人:上海建工(集团)总公司