一种预应力空心管桩基坑围护结构及施工方法
【专利摘要】本发明涉及一种预应力空心管桩基坑围护结构，主要包括预应力管桩、凹凸连接带、混凝土止水带、预应力锚索、后浇筑混凝土；预应力管桩桩体的顶部设有盖板、底部设预制桩尖；在预应力管桩相接处设置有凹凸连接带，带内设有止水条；在管桩侧壁靠近基坑一侧设有钢隔板安装槽，槽内插有钢隔板；在管桩、凹凸连接带、钢隔板围成的空腔内浇筑混凝土形成混凝土止水带；在预制桩尖上设置混凝土止水封闭端头，桩尖内预埋锚索钩。本发明不但具有施工速度快、止水效果好、造价低、基坑变形小等优点，而且可以实现对围护结构的应力状态、变形规律的动态控制。本发明还公开了上述预应力空心管桩基坑围护结构的施工方法。
【专利说明】一种预应力空心管粧基坑围护结构及施工方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种预应力空心管桩基坑围护结构及施工方法，特别涉及一种施工快速、止水效果好，可对围护结构强度、应力进行动态控制的预应力空心管桩基坑围护结构。属于基础工程领域，适用于高层建筑基坑工程中维护结构的施工。
【背景技术】
[0002]随着城市化进程的不断加快，城区建筑物日益密集，土地资源越来越贫乏，土地利用成本越来越昂贵，对此，为节省建筑成本、提高土地利用率，高层建筑大多设计有较大平面尺寸和较深的地下室，而且基坑向深、大的方向发展的趋势也越来越明显。基坑围护结构，是一个土体、围护结构相互共同作用的有机体，它不仅要能保证基坑的稳定性及坑内作业的安全、方便，而且要使坑底和坑外的土体位移控制在一定范围内，确保邻近建筑物及市政设施正常使用。目前常用的基坑围护结构主要有重力式搅拌桩挡墙、地下连续墙、桩列式挡墙、土钉墙等。但采用这些围护结构时，必须留出墙厚空间的同时，还需要在地下建筑物的外侧预留足够的操作空间造成了土地资源的浪费，对于软弱土，基坑变形也较严重。
[0003]随着科技技术不断发展，基坑围护结构层出不穷，钻孔咬合桩就是其中之一。钻孔咬合桩有素混凝土桩和钢筋混凝土桩相互咬合和钢筋笼混凝土桩相互咬合的类型，其中素混凝土桩和钢筋混凝土桩相互咬合的形式最为常见。该结构施工方法将素混凝土桩和钢筋混凝土桩间隔排布，素混凝土桩不仅起到与钢筋混凝土桩协同承担荷载的作用，还起到止水防渗的作用。同样，这种施工方法也存在自身的不足:在上拔套管时，钢筋笼可能被套管带着一起上浮；在地下水位以下或饱和淤泥或泥质土中下压套管时，土体受强制扰动挤压，但土中的水和空气未能很快扩散，局部产生超静孔隙水压力，当套管拔出后，部分桩体受挤压会形成缩颈；随着钻孔深度增加和套管的摇动，淤泥质粘土和砾质粘土在饱和压力水作用下，可能发生管涌现象。
[0004]综上所述，现有的基坑围护结构虽然在加强地基土承载能力、增强基坑的止水防渗效果，减少基坑变形等方面具有良好的效果，在适宜的工程条件下也达到了预期的围护作用，但仍存可改善之处，主要体现在施工工艺复杂、施工成本高、变形量大、止水防渗效果不理想等方面。
[0005]鉴于此，针对既有围护结构的欠缺，提高施工速度、减少基坑变形量、增强基坑的止水防渗能力，目前亟需发明一种施工质量可靠、施工速度快、围护效果好的新型预应力空心管桩基坑围护结构及施工方法。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种施工快速、止水防渗效果好、施工质量可靠，并可对围护结构强度、应力进行动态控制的新型基坑围护结构及施工方法。
[0007]为了实现上述技术目的，本发明采用了以下技术方案:
[0008]一种预应力空心管桩基坑围护结构及施工方法，其特征在于结构主要包括预应力管桩、凹凸连接带、混凝土止水带、预应力锚索、后浇筑混凝土；预应力管桩沿基坑周边依次布设，桩体的顶部设盖板、底部设预制桩尖；在预应力管桩相接处设置有凹凸连接带，凹凸连接带内设有止水条；在管桩侧壁靠近基坑一侧设钢隔板安装槽，槽内插入钢隔板；在管桩、凹凸连接带、钢隔板围成的空腔内浇筑混凝土形成混凝土止水带；在预制桩尖上设置混凝土止水封闭端头，桩尖内预埋锚索钩。
[0009]所述预应力管桩断面呈圆形或方形，在管桩外侧沿纵向均匀间隔设置焊接环，焊接环与桩侧的凹凸连接带、钢隔板安装槽焊接连接。
[0010]所述凹凸连接带对称设于预应力管桩的两侧，采用不锈钢预制而成，与带内止水条粘贴连接；相邻管桩凹凸连接带的“凹”槽与“凸”隼对应设置。
[0011]所述钢隔板安装槽采用不锈钢制成，呈“工”字形，凹槽两侧设止水条，相邻凹槽内插入钢隔板。
[0012]所述钢隔板可留于围护结构内，亦可在混凝土止水带强度满足要求后拔出。
[0013]所述预制桩尖的顶部设与预应力空心管桩空心相对应的混凝土止水封闭端头；端头呈形，其上表面设止水条；
[0014]预应力锚索一端固定在桩尖上表面的锚索钩上；另一端穿过盖板上的预应力锚索孔，并用锚头固定；预应力锚索可在每条预应力管桩内设置，亦可均匀间隔布设。
[0015]本发明还提供了上述预应力空心管桩基坑围护结构的施工方法，主要包括以下步骤:
[0016]I)布设桩位:根据设计要求测绘桩体位置，并在指定位置布设静力压桩机；
[0017]2)施压第一根预应力管桩:用桩基设备将连接有凹凸连接带、钢隔板安装槽、不带混凝土止水封闭端头的预制桩尖、预应力锚索的预应力管桩压入地基内，静力压桩应保持桩身垂直，桩位偏差、压桩深度满足设计要求；
[0018]3)施压第二根预应力管桩:用桩基设备将连接有凹凸连接带、钢隔板安装槽、预制桩尖、预应力锚索的预应力管桩和钢隔板一起压入地基内，确保该桩的凹凸连接带与第一根预应力管桩的凹凸连接带、钢隔板与钢隔板安装槽连接紧密；
[0019]4)其余桩体施工:重复步骤3)，依次完成其余预应力管桩和钢隔板的施工；
[0020]5)灌注混凝土止水带:在管桩、凹凸连接带、钢隔板围成的空腔内浇筑混凝土形成混凝土止水带，根据设计要求将钢隔板拔出或留于地基围护结构内；
[0021]6)设置桩顶盖板:根据设计要求，将桩顶盖板设于预应力管桩顶部的对应位置，同时将预应力锚索穿过桩顶盖板上的预应力锚索孔；
[0022]7)施加预应力:对基坑结构进行监测，根据基坑变形情况，向预应力管桩内浇筑混凝土,并对预应力锚索施加预应力。
[0023]本发明具有以下的特点和有益效果:
[0024](I)围护结构采用预应力管桩，施工速度快、成桩质量可靠，桩体压入后即可起到围护作用，节省了施工工期、提高了围护效率。
[0025](2)预应力管桩两侧凹凸连接带既可起到限制桩位的作用，还可作为纵向挡土结构和混凝土止水带的模板，同时还具有一定的止水效果。
[0026](3)混凝土止水带可作为止水结构，采用整体浇筑，其止水防渗效果比较可靠，可有效隔断基坑外侧水体进入基坑的路径。[0027](4)预应力管桩内预设的预应力锚索，可根据基坑变形、应力情况，选择性的向管桩内灌注混凝土，并动态调整围护结构的预应力值，从而实现对基坑围护结构的承载力和变形的动态控制。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1是本发明预应力空心管桩基坑围护结构的结构示意图；
[0029]图2是预应力空心管桩的桩位布置及连接示意图；
[0030]图3是预制桩尖示意图；
[0031]图4是桩顶盖板与预应力锚索固定连接示意图；
[0032]图5是预应力空心管桩基坑围护结构的施工流程图。
[0033]图中:1-预应力管桩，2-凹凸连接带，3-钢隔板安装槽，4-钢隔板，5-混凝土止水带，6-预应力锚索，7-圆环形钢板，8-焊接环，9-预制桩尖，10-后浇筑混凝土，11-混凝土止水封闭端头，12-钢隔板板底凹槽，13-止水条，14-锚索钩，15-桩顶盖板，16-混凝土浇筑孔，17-预应力锚索锚头。
【具体实施方式】
[0034]本实施方式中预应力空心管桩、预制桩尖、盖板的设计及施工技术要求，钢板焊接施工技术要求，预应力锚索的连接、张拉施工技术要求，混凝土止水带设计及施工技术要求等本实施例中不再累述，重点阐述本发明涉及结构的实施方式。
[0035]图1是本发明预应力空心管桩基坑围护结构的结构示意图，图2是预应力空心管桩的桩位布置及连接示意图，图3是预制桩尖示意图，图4是桩顶盖板与预应力锚索固定连接示意图。参照图1?图4所示，本发明预应力空心管桩基坑围护结构主要由预应力管桩
1、凹凸连接带2、混凝土止水带5、预应力锚索6、后浇筑混凝土 10组成。
[0036]预应力管桩I为预制桩，其管壁厚度为110mm、外径为600_、单桩承载力设计值大于6000kN ;预应力管桩I桩头采用电焊联结法联结一圆环形钢板7，圆环形钢板7，采用厚度为20mm，强度等级为Q345的钢板，外径与预应力管桩I相同；预应力管桩I桩身外侧沿均匀间隔设有焊接环8，焊接环8呈圆环形，其高度为80mm，采用厚度为20mm，强度等级为Q235的钢板，外径与预应力管桩I相同；焊接环8与桩侧的凹凸连接带2、钢隔板安装槽3焊接连接。
[0037]凹凸连接带2采用强度等级为Q235的钢板预制成“凹”槽与“凸”隼状，对称设于预应力管桩I的两侧，且相邻管桩凹凸连接带的“凹”槽与“凸”隼对应设置；凹槽的深度为60mm,宽度为40mm,总长度为IOOmm ;“凸”隼凸出部分的高度为50mm,宽度为30mm,总长度为IOOmm ;在凹凸连接带2内粘贴止水条13 ;止水条13采用PN止水条，尺寸为20 X 30mm，其性能参数满足现行规范之要求。
[0038]钢隔板安装槽3焊接于预应力空心管桩上，采用厚度为20mm，强度等级为Q235的钢板预制成“工”字形；两侧凹槽的宽度为40mm，深度为100mm，在凹槽的侧壁上粘贴止水条13，在相邻凹槽内插入钢隔板4。
[0039]钢隔板4采用厚度为20mm，强度等级为Q235的钢板，板顶设两个起吊锚索插入口 ；钢隔板4的两侧与钢隔板安装槽3连接，底部与预应力桩尖9顶面的板底凹槽12连接。[0040]混凝土止水带5浇筑于预应力管桩1、凹凸连接带2、钢隔板4围成的空腔内，混凝土强度等级为C30。
[0041]预制桩尖9的混凝土强度等级为C35，顶面直径较预应力管桩大200_ ;预制桩尖9的顶部设与预应力空心管桩空心相对应的混凝土止水封闭端头11 ;混凝土止水封闭端头11呈“?”形，其上表面设止水条，凸起部分可插入管桩空腔内；预制桩尖9的上表面中心埋入锚索钩14，锚索钩14采用直径为32mm、强度等级为Q345的螺纹钢筋预制而成。
[0042]预应力锚索6采用采用19丝预应力钢绞线，公称直径为20.3mm,抗拉强度等级不小于500kN，长度较预应力管桩大1000mm，其底端与预制桩尖9顶部的锚索钩14固定连接，顶端穿过桩顶盖板15的锚索穿过孔，施加预应力后，通过预应力锚索锚头17固定，预应力锚索锚头17由锚垫板、锚具、夹片组成，具体性能参数满足现行规范之要求。
[0043]后浇筑混凝土 10浇筑于预应力空心管桩的空腔内，采用强度等级为C30的细石混凝土。
[0044]桩顶盖板15采用预制钢筋混凝土板,板的厚度为300mm,板底部设置与预应力空心管桩空腔相对应的凸隼；桩顶盖板15中间设直径为30_的预应力锚索6的穿过孔，穿过孔两侧设后浇筑混凝土 10的混凝土浇筑孔16。
[0045]图5是预应力空心管桩基坑围护结构的施工流程图，参照图5所示，预应力空心管桩基坑围护结构的施工步骤如下:
[0046]I)布设桩位:根据设计要求测绘桩体位置，并在指定位置布设静力压桩机；
[0047]2)施压第一根预应力管桩:用桩基设备将连接有凹凸连接带、钢隔板安装槽、不带混凝土止水封闭端头的预制桩尖、预应力锚索的预应力管桩压入地基内，静力压桩应保持桩身垂直，桩位偏差、压桩深度满足设计要求；
[0048]3)施压第二根预应力管桩:用桩基设备将连接有凹凸连接带、钢隔板安装槽、预制桩尖、预应力锚索的预应力管桩和钢隔板一起压入地基内，确保该桩的凹凸连接带与第一根预应力管桩的凹凸连接带、钢隔板与钢隔板安装槽连接紧密；
[0049]4)其余桩体施工:重复步骤3)，依次完成其余预应力管桩和钢隔板的施工；
[0050]5)灌注混凝土止水带:在管桩、凹凸连接带、钢隔板围成的空腔内浇筑混凝土形成混凝土止水带，根据设计要求将钢隔板拔出或留于地基围护结构内；
[0051]6)设置桩顶盖板:根据设计要求，将桩顶盖板设于预应力管桩顶部的对应位置，同时将预应力锚索穿过桩顶盖板上的预应力锚索孔；
[0052]7)施加预应力:对基坑结构进行监测，根据基坑变形情况，向预应力管桩内浇筑混凝土,并对预应力锚索施加预应力。
【权利要求】
1.一种预应力空心管桩基坑围护结构，其特征在于结构主要包括预应力管桩、预制桩尖、凹凸连接带、混凝土止水带、预应力锚索、后浇筑混凝土 ；预应力管桩沿基坑周边依次布设，桩体的顶部设盖板、底部设预制桩尖；在预应力管桩相接处设置有凹凸连接带，凹凸连接带内设有止水条；在管桩侧壁靠近基坑一侧设钢隔板安装槽，槽内插入钢隔板；在管桩、凹凸连接带、钢隔板围成的空腔内浇筑混凝土形成混凝土止水带；在预制桩尖上设置混凝土止水封闭端头，桩尖内预埋锚索钩。
2.根据权利要求1所述的预应力空心管桩基坑围护结构，其特征在于所述预应力管桩断面呈圆形，在管桩外侧沿纵向均匀间隔设置焊接环，焊接环与桩侧的凹凸连接带、钢隔板安装槽焊接连接。
3.根据权利要求1所述的预应力空心管桩基坑围护结构，其特征在于所述凹凸连接带对称设于预应力管桩的两侧，采用不锈钢预制而成，与带内止水条粘贴连接；相邻管桩凹凸连接带的“凹”槽与“凸”隼对应设置。
4.根据权利要求1所述的预应力空心管桩基坑围护结构，其特征在于所述钢隔板安装槽采用不锈钢制成，呈“工”字形，凹槽两侧设止水条，相邻凹槽内插入钢隔板。
5.根据权利要求1所述的预应力空心管桩基坑围护结构，其特征在于所述预制桩尖的顶部设与预应力空心管桩空心相对应的混凝土止水封闭端头；端头呈“Ω”形，其上表面设止水条。
6.根据权利要求1所述的预应力空心管桩基坑围护结构，其特征在于预应力锚索一端固定在桩尖上表面的锚索钩上，另一端穿过盖板上的预应力锚索孔，并用锚头固定。
7.权利要求1-6任一权利要求所述预应力空心管桩基坑围护结构的施工方法，主要包括以下步骤: 1)布设桩位:根据设计要求测绘桩体位置，并在指定位置布设静力压桩机； 2)施压第一根预应力管桩:用桩基设备将连接有凹凸连接带、钢隔板安装槽、预制桩尖、预应力锚索的预应力管桩压入地基内，静力压桩应保持桩身垂直，桩位偏差、压桩深度满足设计要求； 3)施压第二根预应力管桩:用桩基设备将连接有凹凸连接带、钢隔板安装槽、预制桩尖、预应力锚索的预应力管桩和钢隔板一起压入地基内，确保该桩的凹凸连接带与第一根预应力管桩的凹凸连接带、钢隔板与钢隔板安装槽连接紧密； 4)其余桩体施工:重复步骤3)，依次完成其余预应力管桩和钢隔板的施工； 5)灌注混凝土止水带:在管桩、凹凸连接带、钢隔板围成的空腔内浇筑混凝土形成混凝土止水带，根据设计要求将钢隔板拔出或留于地基围护结构内； 6)设置桩顶盖板:根据设计要求，将桩顶盖板设于预应力管桩顶部的对应位置，同时将预应力锚索穿过桩顶盖板上的预应力锚索孔； 7)施加预应力:对基坑结构进行监测，根据基坑变形情况，向预应力管桩内浇筑混凝土，并对预应力锚索施加预应力。
【文档编号】E02D5/72GK103643682SQ201310624794
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年11月28日 优先权日:2013年11月28日
【发明者】张增威 申请人:杭州江润科技有限公司