现浇式体外预应力钢管混凝土桩及其施工方法及支护桩墙的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种现浇式体外预应力钢管混凝土桩，包括：钢管、在所述钢管内部现浇而成的混凝土层和设置在所述钢管上的多根预应力筋，所述预应力筋沿钢管的轴线方向设置，包括顶段、中间段和底段，所述中间段位于钢管外侧，所述顶段和底段贯穿钢管管壁进入钢管内侧，所述钢管的上端开口，底端上具有一封闭结构。本发明还提供了前述混凝土桩的施工方法和具有前述混凝土桩的支护桩墙。通过上述方式，本发明的现浇式体外预应力钢管混凝土桩采用体外预应力技术，能够更好的对桩体进行约束，提供抗拉力，有效的限制了支护桩墙在基坑开挖过程中的变形；另外，可现场制作，节省运输成本，在保证基坑支护安全可靠的前提下，降低成本，缩短工期且施工方便。
【专利说明】[0001] 现浇式体外预应力钢管混凝土粧及其施工方法及支护粧墙
【技术领域】
[0002] 本发明涉及建筑、市政、交通、水利、电力、工业等所有建设工程领域，特别是涉及 一种现浇式体外预应力钢管混凝土桩及其施工方法及支护桩墙。
【背景技术】
[0003] 基坑工程技术方案主要从安全可靠性、经济合理性、施工难度、施工工期等方面进 行考虑。在我国沿海周边软土地区对SMW工法桩、灌注桩、地下连续墙的应用比较多。
[0004] 型钢水泥土搅拌墙，通常称为SMW工法，是一种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隔水结构。即利用三轴搅拌桩钻机在原地层中切削泥土，同时 钻机前段低压注入水泥浆液，与切碎土体充分搅拌形成隔水性较高的水泥土桩列式挡墙， 在水泥土浆液尚未硬化前插入型钢的一种地下工程施工技术。SMW工法桩是基于深层搅拌 桩施工工艺发展起来的，这种结构充分发挥了水泥土混合体和型钢的力学特性，具有经济、 工期短、隔水性强、对周围环境影响小等特点。型钢水泥土搅拌墙维护结构在地下室施工完 成后，可以将Η型钢从水泥土搅拌桩中拔出，达到回收和再次利用的目的。因此该工法与常 规的维护形式相比不仅工期短，施工过程无污染，场地整洁干净、噪声小，而且可以节约社 会资源，避免维护体在地下室施工完毕后永久遗留于地下，成为地下障碍物。在提倡建设节 约型社会，实现可持续发展的今天，推广应用该工法更加具有现实意义。
[0005] 但SMW工法桩存在以下缺点：SMW工法桩中大多使用Η型钢，Η型钢的造价高，在实 际建筑工程使用过程中，型钢的运输费用和租赁费用都很高，尤其是工期较长的情况下，型 钢的租赁费用会大大增加使用成本。另外型钢一般在地下室施工结束后，需要进行拔除，可 能会导致型钢的弯曲、拉断等损耗，当场地限制无法拔出时又会大大增加工程成本。
[0006] 灌注桩的钢筋和混凝土的用量较多，还需另外设置止水帷幕，施工较繁琐，对环境 的影响比较大。
[0007] 因此，现有的建筑基坑工程中所用的支护结构还不能完全满足工程需求，需要开 发出一种新型的基坑支护结构，安全可靠，经济合理，施工方便。
【发明内容】
[0008] 本发明主要解决的技术问题是提供一种现浇式体外预应力钢管混凝土桩及其施 工方法及支护桩墙，结构简单合理，该现浇式体外预应力钢管混凝土桩采用体外预应力技 术，能够更好的对桩体进行约束，提供抗拉力，有效的限制了支护桩墙在基坑开挖过程中的 变形；另外，该现浇式体外预应力钢管混凝土桩可根据设计要求现场制作，避免了桩体接长 和运输带来的不利，节省了运输成本，在保证基坑支护安全可靠的前提下，能够降低工程成 本，缩短工期且施工方便。
[0009] 为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种现浇式体外预应 力钢管混凝土桩，包括：钢管、在所述钢管内部现浇而成的混凝土层和设置在所述钢管上的 多根预应力筋，所述预应力筋沿钢管的轴线方向设置，包括顶段、中间段和底段，所述中间 段位于钢管外侧，所述顶段和底段贯穿钢管管壁进入钢管内侧，所述钢管的上端开口，底端 上具有一封闭结构。
[0010] 在本发明一个较佳实施例中，所述钢管的壁体上具有多个上贯穿孔和多个下贯穿 孔，所述顶段从上贯穿孔贯穿进入钢管内部，所述底段从下贯穿孔贯穿进入钢管内部。
[0011] 在本发明一个较佳实施例中，所述上贯穿孔与顶段的接合处设置有密封圈，所述 下贯穿孔与底段的接合处设置有密封圈。
[0012] 在本发明一个较佳实施例中，所述中间段的外部包裹有一护套管，所述护套管的 两端分别与上贯穿孔、下贯穿孔相配接。
[0013] 在本发明一个较佳实施例中，所述上贯穿孔与钢管上端面之间的距离为2nT4m，所 述多个下贯穿孔与多个上贯穿孔对称设置。
[0014] 在本发明一个较佳实施例中，所述封闭结构为棱锥形封闭结构。
[0015] 在本发明一个较佳实施例中，所述钢管的截面整体呈哑铃型，包括上翼缘、下翼缘 和设置在所述上翼缘、下翼缘之间的腹板，所述上翼缘中分布有多个顶段和底段，所述下翼 缘中分布有多个顶段和底段。
[0016] 本发明还提供了上述现浇式体外预应力钢管混凝土桩的施工方法，包括以下具体 步骤： a、 将所述预应力筋、护套管、密封圈和钢管装配好，形成一个钢管整体，待用； b、 采用水泥土搅拌桩施工机械进行施工，形成水泥土搅拌桩； c、 通过送桩器将钢管整体放入水泥土搅拌桩中，抽出送桩器； d、 从钢管上端开口向其内部浇筑混凝土，振捣养护； e、 当养护达到设计强度后，进行体外预应力施加。
[0017] 在本发明一个较佳实施例中，步骤c中将钢管整体放入水泥土搅拌桩中时，在水 泥土搅拌桩中配设有高压水管装置。
[0018] 本发明还提供了一种具有上述现浇式体外预应力钢管混凝土桩的支护桩墙，所述 支护桩墙包括若干个水泥土搅拌桩和设置在所述水泥土搅拌桩内的现浇式体外预应力钢 管混凝土桩。
[0019] 本发明具有以下有益效果： 1、 本发明的现浇式体外预应力钢管混凝土桩采用体外预应力技术，能够更好的对桩体 进行约束，提供抗拉力，有效的限制了支护桩墙在基坑开挖过程中的变形； 2、 本发明的现浇式体外预应力钢管混凝土桩，可根据设计要求，在水泥土搅拌桩内现 场浇筑，浇筑施工方便，避免了桩体接长的麻烦，降低了运输成本； 3、 与钻孔灌注桩相比，本发明的现浇式体外预应力钢管混凝土桩，所采用的钢筋和混 凝土的用量少，节约成本，且对环境影响小； 4、 与SMW工法桩相比，本发明的现浇式体外预应力钢管混凝土桩，相对于型钢，增加了 强度，降低了运输成本，且不需要拔除，避免了工程完成后型钢的拔除损耗问题； 5、 本发明的支护桩墙，采用现浇式体外预应力钢管混凝土桩，具有较好的抗弯刚度，支 护强度高； 综上所述，本发明现浇式体外预应力钢管混凝土桩及其施工方法及支护桩墙，即保证 基坑支护结构的安全可靠，又具有良好的经济效益，施工方便，环境影响小，进一步满足了 基坑工程建设的需求。
【专利附图】
【附图说明】
[0020] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使 用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于 本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它 的附图，其中： 图1是所述现浇式体外预应力钢管混凝土桩的截面结构示意图一； 图2是图1的A-A向剖视图； 图3是所述现浇式体外预应力钢管混凝土桩的截面结构示意图二； 图4是所述现浇式体外预应力钢管混凝土桩的截面结构示意图三； 图5是本发明支护桩墙的一较佳实施例的结构示意图； 图6是本发明支护桩墙的另一较佳实施例的结构示意图。
【具体实施方式】
[0021] 下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施 例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通 技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范 围。
[0022] 请参阅图1至图6,本发明实施例包括： 实施例一： 参阅图1、图2和图5,一种现浇式体外预应力钢管混凝土桩，包括：钢管1、在所述钢管 1内部现浇而成的混凝土层2和设置在所述钢管1上的多根预应力筋3,所述预应力筋沿钢 管1的轴线方向设置，包括顶段31、中间段32和底段33,所述中间段32位于钢管1外侧， 所述顶段31和底段33贯穿钢管管壁进入钢管内侧，所述底段33伸进混凝土层2内部，与 混凝土层2紧密结合在一起，所述顶段31部分与混凝土层2相结合，还有部分露出混凝土 层2,露出的部分用来在桩体达到设计强度后，对所述的预应力筋进行体外预应力施加，本 发明采用体外预应力技术，能够更好的对桩体进行约束，提供抗拉力，有效的限制了支护桩 墙在基坑开挖过程中的变形。
[0023] 所述钢管1的上端开口，用来浇筑混凝土，底端上具有一封闭结构4。
[0024] 所述钢管1的壁体上具有多个上贯穿孔11和多个下贯穿孔12,所述顶段31从上 贯穿孔11贯穿进入钢管内部，所述底段33从下贯穿孔12贯穿进入钢管内部。
[0025] 所述上贯穿孔11与顶段31的接合处设置有密封圈（图中未示出），使得上贯穿孔 11与顶段31的接合处具有较好的密封性能，防止外部的水进入钢管内部，影响混凝土的强 度；同样，所述下贯穿孔12与底段33的接合处设置有密封圈，使得下贯穿孔12与底段33 的接合处具有较好的密封性能，防止外部的水进入钢管内部，影响混凝土的强度。
[0026] 本实施例中，所述钢管1的截面整体呈哑铃型，包括上翼缘13、下翼缘14和设置 在所述上翼缘13、下翼缘14之间的腹板15,所述上翼缘13和下翼缘14呈椭圆形，所述腹 板呈长方形，所述上翼缘13内部具有上腔133,所述下翼缘14内部具有下腔143,所述腹板 内部具有中间腔151，所述上翼缘13和腹板15之间形成有上隔板131，所述下翼缘与腹板 15之间形成有下隔板141，所述上隔板131上沿其长度方向布置有多个上通孔132,所述下 隔板141上沿其长度方向布置有多个下通孔142,所述上通孔132和下通孔142使得上腔 133、中间腔151和下腔143内部的混凝土结合为一个整体，使得整个钢管混凝土桩具有较 佳的结构性能，安全性高。
[0027] 所述上翼缘13的外边上设置有多根预应力筋3,所述预应力筋3从上翼缘13的外 边上贯穿进入上腔133内部，所述下翼缘14的外边上设置有多个预应力筋，所述预应力筋 从下翼缘14的外边上贯穿进入下腔143内部，所述上翼缘13的上腔133中分布有多个顶 段和底段，所述下翼缘14的下腔143中分布有多个顶段和底段。
[0028] 参照图1，所述多根预应力筋以平摊的方式均匀分布在钢管1上，结构简单，设计 合理。
[0029] 优选的，所述上贯穿孔11与钢管1上端面之间的距离为4m，设计合理，保证了体外 预应力施加的进行，所述多个下贯穿孔12与多个上贯穿孔11对称设置。
[0030] 参照图5,本发明还提供了一种具有上述现浇式体外预应力钢管混凝土桩的支护 桩墙，所述支护桩墙包括若干个水泥土搅拌桩和设置在所述水泥土搅拌桩内的现浇式体外 预应力钢管混凝土桩。
[0031] 所述水泥土搅拌桩采用三轴水泥土搅拌桩施工机械进行施工，每次加工出三个相 互咬合的水泥土搅拌桩，分别为前桩、中间桩和后桩，形成一个水泥土搅拌桩单元，通过多 种施工方式形成墙体，在所述水泥土搅拌桩内连续或间隔设置现浇式体外预应力钢管混凝 土桩。
[0032] 所述支护桩墙由多个水泥土搅拌桩单元错位排列而成，前一个水泥土搅拌桩单元 的后桩与后一个水泥土搅拌桩单元的前桩相互咬合，形成交错式结构，增强了整体的抗弯 刚度和抗侧移能力。在实际施工过程中，可以在单独的水泥土搅拌桩中设置小尺寸的现浇 式体外预应力钢管混凝土桩，在错位处的相互咬合的水泥土搅拌桩中设置大尺寸的现浇式 体外预应力钢管混凝土桩。
[0033] 实施例二： 本发明的第二实施例与第一实施例基本相同，主要区别在于：所述预应力筋的中间段 外部包裹有一护套管，所述护套管的两端分别与上贯穿孔、下贯穿孔相配接，并用密封圈密 封好，本实施例中，在中间段外部增加了护套管，该护套管可以采用塑料管，能够保护预应 力筋不受外部水的侵蚀，充分保证了预应力筋的高强度和使用性能。
[0034] 另外，还有以下区别，本实施例中，所述上贯穿孔与钢管上端面之间的距离为2m， 结构设计合理，保证了体外预应力施加的顺利进行，所述多个下贯穿孔与多个上贯穿孔对 称设置。
[0035] 实施例三： 参照图3和图6,本发明的第三实施例与第一实施例基本相同，主要区别在于：所述预 应力筋有2飞根（图3中所示的为6根)，分为两组，两组预应力筋对称设置，每组1~3根预 应力筋紧靠在一起，组成一个整体，结构简单，设计合理。
[0036] 另外，还有以下区别，本实施例中，所述上贯穿孔与钢管上端面之间的距离为3m， 结构设计合理，保证了体外预应力施加的顺利进行，所述多个下贯穿孔与多个上贯穿孔对 称设置。
[0037] 另外，还有以下区别，本实施例中提供了一种具有上述现浇式体外预应力钢管混 凝土桩的支护桩墙，所述支护桩墙包括若干个水泥土搅拌桩和设置在所述水泥土搅拌桩内 的现浇式体外预应力钢管混凝土桩。
[0038] 所述水泥土搅拌桩采用三轴水泥土搅拌桩施工机械进行施工，每次加工出三个相 互咬合的水泥土搅拌桩，分别为前桩、中间桩和后桩，形成一个水泥土搅拌桩单元，通过多 种施工方式形成墙体，在所述水泥土搅拌桩内连续或间隔设置现浇式体外预应力钢管混凝 土桩。
[0039] 所述支护桩墙包括由多个依次排列相互咬合的水泥土搅拌桩组成的水泥土墙基 体，在所述水泥土墙基体一侧间隔设有多个平行于所述水泥土墙基体的水泥土搅拌桩单 元，间隔的距离可以为一个水泥土搅拌桩或多个水泥土搅拌桩，根据实际的水泥土墙基体 的长度而定，所述水泥土搅拌桩单元的三个桩分别与水泥土墙基体上的三个桩相互咬合， 形成外凸式结构，所述水泥土搅拌桩内连续或间隔设置有现浇式体外预应力钢管混凝土 桩，增强了整体的抗弯刚度和抗侧移能力。在实际施工过程中，可以在单独的水泥土搅拌桩 中设置小尺寸的现浇式体外预应力钢管混凝土桩，在外凸式结构处的相互咬合的水泥土搅 拌桩中设置大尺寸的现浇式体外预应力钢管混凝土桩。
[0040] 实施例四： 参照图4,本发明的第四实施例与第一实施例基本相同，主要区别在于所述上翼缘和下 翼缘由原来的椭圆形改为扁平型。
[0041] 另外，还有以下区别，本实施例中，所述上贯穿孔与钢管上端面之间的距离为3m， 结构设计合理，保证了体外预应力施加的顺利进行，所述多个下贯穿孔与多个上贯穿孔对 称设置。
[0042] 本发明还提供了上述现浇式体外预应力钢管混凝土桩的施工方法，包括以下具体 步骤： a、 将所述预应力筋、护套管、密封圈和钢管装配好，形成一个钢管整体，待用； b、 采用水泥土搅拌桩施工机械进行施工，形成水泥土搅拌桩； c、 通过送桩器将钢管整体放入水泥土搅拌桩中，抽出送桩器，钢管底部的棱锥形封闭 结构，降低了送入时的阻力，如果送入阻力还是过大，在水泥土搅拌桩中配设有高压水管装 置，用来稀释水泥土，从而降低阻力； d、 从钢管上端开口向其内部浇筑混凝土，振捣养护； e、 当养护达到设计强度后，进行体外预应力施加。
[0043] 本发明具有以下有益效果： 1、 本发明的现浇式体外预应力钢管混凝土桩采用体外预应力技术，受力合理，能够更 好的对桩体进行约束，提供抗拉力，有效的限制了支护桩墙在基坑开挖过程中的变形； 2、 本发明的现浇式体外预应力钢管混凝土桩，可根据设计要求，在水泥土搅拌桩内现 场浇筑，浇筑施工方便，避免了桩体接长的麻烦，降低了运输成本； 3、 与钻孔灌注桩相比，本发明的现浇式体外预应力钢管混凝土桩，所采用的钢筋和混 凝土的用量少，节约成本，且对环境影响小。
[0044] 4、与SMW工法桩相比，本发明的现浇式体外预应力钢管混凝土桩，相对于型钢，增 加了强度，降低了运输成本，且不需要拔除，避免了工程完成后型钢的拔除损耗问题。
[0045] 5、本发明的支护桩墙，采用现浇式体外预应力钢管混凝土桩，具有较好的抗弯刚 度，支护强度高。
[0046] 综上所述，本发明现浇式体外预应力钢管混凝土桩及其施工方法及支护桩墙，即 保证基坑支护结构的安全可靠，又具有良好的经济效益，施工方便，环境影响小，进一步满 足了基坑工程建设的需求。
[0047] 以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发 明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领 域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
【权利要求】
1. 一种现浇式体外预应力钢管混凝土桩，其特征在于，包括：钢管、在所述钢管内部现 浇而成的混凝土层和设置在所述钢管上的多根预应力筋，所述预应力筋沿钢管的轴线方向 设置，包括顶段、中间段和底段，所述中间段位于钢管外侧，所述顶段和底段贯穿钢管管壁 进入钢管内侧，所述钢管的上端开口，底端上具有一封闭结构。
2. 根据权利要求1所述的现浇式体外预应力钢管混凝土桩，其特征在于，所述钢管的 壁体上具有多个上贯穿孔和多个下贯穿孔，所述顶段从上贯穿孔贯穿进入钢管内部，所述 底段从下贯穿孔贯穿进入钢管内部。
3. 根据权利要求2所述的现浇式体外预应力钢管混凝土桩，其特征在于，所述上贯穿 孔与顶段的接合处设置有密封圈，所述下贯穿孔与底段的接合处设置有密封圈。
4. 根据权利要求3所述的现浇式体外预应力钢管混凝土桩，其特征在于，所述中间段 的外部包裹有一护套管，所述护套管的两端分别与上贯穿孔、下贯穿孔相配接。
5. 根据权利要求2所述的现浇式体外预应力钢管混凝土桩，其特征在于，所述上贯穿 孔与钢管上端面之间的距离为2nT4m，所述多个下贯穿孔与多个上贯穿孔对称设置。
6. 根据权利要求1所述的现浇式体外预应力钢管混凝土桩，其特征在于，所述封闭结 构为棱锥形封闭结构。
7. 根据权利要求1所述的现浇式体外预应力钢管混凝土桩，其特征在于，所述钢管的 截面整体呈哑铃型，包括上翼缘、下翼缘和设置在所述上翼缘、下翼缘之间的腹板，所述上 翼缘中分布有多个顶段和底段，所述下翼缘中分布有多个顶段和底段。
8. -种如权利要求4所述的现浇式体外预应力钢管混凝土桩的施工方法，其特征在 于，包括以下具体步骤： a、 将所述预应力筋、护套管、密封圈和钢管装配好，形成一个钢管整体，待用； b、 采用水泥土搅拌桩施工机械进行施工，形成水泥土搅拌桩； c、 通过送桩器将钢管整体放入水泥土搅拌桩中，抽出送桩器； d、 从钢管上端开口向其内部浇筑混凝土，振捣养护； e、 当养护达到设计强度后，进行体外预应力施加。
9. 根据权利要求8所述的现浇式体外预应力钢管混凝土桩的施工方法，其特征在于， 步骤c中将钢管整体放入水泥土搅拌桩中时，在水泥土搅拌桩中配设有高压水管装置。
10. -种支护桩墙，其特征在于，所述支护桩墙包括若干个水泥土搅拌桩和设置在所述 水泥土搅拌桩内的现浇式体外预应力钢管混凝土桩，所述现浇式体外预应力钢管混凝土桩 为权利要求1~7任一项所述的现浇式体外预应力钢管混凝土桩。
【文档编号】E02D5/60GK104099923SQ201410276731
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年6月20日 优先权日:2014年6月20日
【发明者】徐汉东, 滕坤, 周俊杰, 符新军, 陈浩锋, 王燕, 赵迁, 李莉, 曹亚强 申请人:江苏鼎达建筑新技术有限公司, 常州市建筑科学研究院股份有限公司