一种APS装配式围护桩结构的制作方法

本发明涉及土木工程技术领域，具体来说涉及一种装配式围护桩。

背景技术：

基坑工程或边坡工程中采用排桩围护结构是基坑围护的一种重要结构形式，已在全世界各地广泛应用，目前排桩常采用钻孔灌注柱或SMW工法的型钢水泥土搅拌墙等。

灌注桩系指在工程现场通过机械成孔、泥浆护壁，在地基土中形成桩孔，并在其内放置钢筋笼、现场灌注混凝土而形成的桩，依照成孔方法不同，灌注桩又可分为冲孔灌注桩、钻孔灌注桩和挖孔灌注桩等几类。钻孔灌注桩的施工，因其所选护壁形式的不同，有泥浆护壁方式和全套管施工两种。软土地层和不稳定土层中采用泥浆护壁方式施工灌注桩极易产生颈缩、塌孔、桩孔偏斜等通病，从而影响水下浇筑混凝土质量，而且会产生大量循环泥浆，造成环境污染；全套管工艺施工尽管可以避免泥浆护壁，但因受套管长度及钻杆长度影响，施工难度大，成本高，速度慢。

SMW工法的型钢水泥土搅拌墙，即将H型钢或钢管插入到水泥土搅拌墙中，将承受荷载与防渗挡水两者相结合，使之成为同时具有承载与抗渗两种功能的支护结构。为降低工程造价，目前一般插入的H型钢或钢管均需拔出回收，因此均在其表面涂刷减摩材料，但减摩材料影响了型钢与水泥土的黏结强度，同时型钢插出过程中会破坏水泥土止水帷幕，同时又产生一定体积的空隙，对临近的保护对象产生不利变形等影响。

在围护排桩形成后，需破除桩头的混凝土和水泥土，在此位置绑扎钢筋和立模，浇筑混凝土冠梁，将分散的排桩结合成整合。现场在破除混凝土桩头和水泥土时，将产生噪音和粉尘，对环境产生污染。此外，冠梁分段浇筑占用工期较长，形成较多的施工缝。还有开挖冠梁空间形成超挖对周边的环境造成较大影响，挖除的水泥土止水帷幕对冠梁处的止水效果产生不良影响。

因此工程界亟需寻找一种能够结合以上两种常用排桩围护结构的优点，又能克服其不足的新型围护桩结构，但由于预制钢筋混凝土桩的成型及连接问题没有得到很好地解决，使这种新型围护桩结构难以得到实际应用效果。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于，克服现有灌注桩技术中存在的成孔质量较差、水下现 浇混凝土桩身强度难以控制，产生大量泥浆对污染环境，SMW工法中型钢难以回收及回收过程产生变形、施工周期较长等问题，提供一种可以在施工现场装配的围护桩。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种APS装配式围护桩结构，其特征是，包括刚性桩，所述刚性桩用等强机械连接接头装配接长，所述刚性桩植入到自凝流塑土体内或压入到软土层中，形成装配式排桩；所述刚性桩顶部通过预制冠梁或现浇冠梁连接在一起，形成装配式排桩结构。

刚性桩桩身材料为型钢、钢与钢混凝土或钢筋混凝土构件的一种或两种材料的组合，其截面为圆环形、中空矩形或工字形。

自凝流塑土体是在桩位原状土经旋喷、搅拌或钻孔置换掺入固化剂混合形成的水泥土体、固化土体、水泥砂浆体或自凝泥浆体，形成连续桩墙体，或独立的桩体，截面为圆柱形、圆柱咬合形或矩形。

预制冠梁为钢筋混凝土构件，截面呈矩形，在梁面上分布有圆形或矩形的贯穿梁身安装孔，刚性桩通过桩顶锚固钢筋和安装孔内灌实混凝土与冠梁连接；预制冠梁通过两端连接接头形成整体，接头形式为榫接；在接头部位通过型钢作连接加强构件。

一种APS装配式围护桩结构的施工方法，包括以下步骤：

(1)在围护桩位上施工自凝流塑土体

是采用旋喷、搅拌或钻孔法形成水泥土搅拌体、固化土搅拌体、水泥砂浆体或自凝泥浆体，形成圆柱形或圆柱咬合形截面；

是采用双轮铣削搅拌或TRD搅拌方法形成水泥土搅拌体、固化土搅拌体，或采用抓斗成槽后灌注形成水泥砂浆体、自凝泥浆体，形成矩形截面；

(2)安装预制冠梁

将预制冠梁吊放进已形成自凝流塑土体的槽段内，通过自重或高频振动捶，将冠梁安装到预定位置，并通过地面安放的挑梁和调节螺栓定位固定；

(3)装配并植入或压入刚性桩

将刚性桩吊放至槽段内并安装到预制冠梁预留的安装孔中，通过自重或高频振动捶，克服阻力植入到已成的自凝流塑土体中，刚性桩通过接头进行拼接，拼接后继续重复吊放拼接至自凝流塑土体的底部，并通过桩顶定位调节螺栓和挑梁调整刚性桩平面位置和标高；

(4)安装桩顶锚固钢筋并在连接处空间内灌实混凝土

预制冠梁先安装时，通过在预制冠梁预留安装孔孔壁处粘贴隔离塑料膜，将冠梁预留孔中的固化土方便清除，露出刚性桩桩顶，通过桩顶锚固孔安装锚固钢筋，然后用混凝土将预 制冠梁与刚性桩顶之间的空间灌实；

(5)预制冠梁后安装或现浇钢筋混凝土冠梁

待刚性桩桩周的自凝流塑体固化后，清除刚性桩顶一定深度的固化土，然后将刚性桩穿过预制冠梁预留安装孔，并在刚性桩桩顶安装锚固钢筋，然后用混凝土将预制冠梁与刚性桩顶之间的空间灌实；

当采用现场浇筑钢筋混凝土冠梁时，也是在桩端的预留锚固孔中安装锚固钢筋，然后绑扎钢筋并立模，现浇混凝土。

有益效果：本发明通过在现场预先成桩的外部自凝流塑土体内插入竖向装配的刚性桩，并通过顶部预制冠梁或现浇冠梁形成整体装配式围护桩，可替代现有的围护桩结构和现浇冠梁。本发明现场施工可操作性强、构件装配化程度高、作业效率高，能够保证结构的整体性和施工质量，降低工程造价，工程实施效果良好。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

图1-1为本发明APS装配式围护桩平面示意图，刚性桩为预制环形桩，自凝流塑土体截面为圆柱咬合形；

图1-2为本发明APS装配式围护桩平面示意图，刚性桩为预制环形桩，自凝流塑土体截面为等厚矩形；

图1-3为本发明APS装配式围护桩平面示意图，刚性桩为预制中空矩形桩，自凝流塑土体为圆柱咬合形截面；

图1-4为本发明APS装配式围护桩平面示意图，刚性桩为预制中空矩形桩，自凝流塑土体截面为等厚矩形；

图1-5为本发明APS装配式围护桩平面示意图，刚性桩为预制工字形桩，自凝流塑土体为圆柱咬合形截面；

图1-6为本发明APS装配式围护桩平面示意图，刚性桩为预制工字形桩，自凝流塑土体截面为等厚矩形；

图2为本发明APS装配式围护桩刚性桩等强机械连接接头示意图；

图3-1为本发明APS装配式围护桩预制冠梁安放平面示意图；

图3-2为本发明APS装配式围护桩预制冠梁安放剖面示意图；

图4-1为本发明APS装配式围护桩刚性桩植入平面示意图；

图4-2为本发明APS装配式围护桩刚性桩植入剖面示意图；

图5-1为本发明APS装配式围护桩预制冠梁连接接头平面示意图，接头断面为凹凸矩形；

图5-2为本发明APS装配式围护桩预制冠梁连接接头平面示意图，接头断面为凹凸梯形；

图5-3为本发明APS装配式围护桩预制冠梁连接接头平面示意图，接头断面为凹凸倒梯形；

图5-4为本发明APS装配式围护桩预制冠梁连接接头平面示意图，接头断面为凹凸弧形；

图6-1为本发明APS装配式围护桩支撑式支挡结构剖面示意图；

图6-2为本发明APS装配式围护桩锚拉式支挡结构剖面示意图。

图中：1—外部自凝流塑土体、2—内部刚性桩、3—预制圆环形桩、4—预制中空矩形桩、5—预制工字形桩、6—圆柱咬合自凝流塑土体、7—等厚度矩形自凝流塑土体、8—机械连接接头、9—高强钢棒、10—承插钢套、11—连接插杆、12—环氧树脂、13—预制冠梁、14—安装孔、15—钢挑梁、16—调节螺栓、17—H型钢、18—锚固螺栓、19—灌实混凝土、20—预制冠梁榫接头、21—凹凸矩形、22—凹凸梯形、23—凹凸倒梯形、24—凹凸弧形、25—支撑、26—锚杆、27—隔离塑料膜。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

参见图1-1至图6-2。

APS装配式围护桩由外部自凝流塑土体1、内部刚性桩2及预制冠梁13组合而成，包括：内部刚性桩2为预制钢筋混凝土构件、钢或钢混凝土构件；刚性桩2设有等强机载连接接头8，机载连接接头8由高强钢棒9、承插钢套10、连接插杆11组成，接头采用环氧树脂12灌缝；刚性桩2桩顶设置预制冠梁13，预制冠梁13内设矩形或圆形安装孔14，预制冠梁13两端设纵向榫接头20，断面包括凹凸矩形21、凹凸梯形22、凹凸倒梯形23、凹凸弧形24等；预制冠梁13两侧面锚固H型钢17，H型钢17通过预埋在预制冠梁内的螺栓18将预制冠梁13连接成整体；预制冠梁13安装时通过安放于地面的钢挑梁15和冠梁顶锚固的调节螺栓16定位固定；刚性桩2安放时通过桩顶定位调节螺栓16和钢挑梁15调整刚性桩平面位置和标高；当装配式围护桩用于支撑式支挡结构时，坑内设置支撑25；当装配式围护桩用于锚拉式支挡结构时，坑外设置锚杆26。

APS(Assembled Prestessed Soldier Pile Retaining Structure缩写)，为预应力排桩支护结构。

实施例中APS装配式围护桩具体施工步骤如下：

(1)自凝流塑土体施工

采用旋喷、搅拌或钻孔法形成圆柱咬合形截面水泥土搅拌体、固化土搅拌体、水泥砂浆体或自凝泥浆体；

采用双轮铣削搅拌或TRD搅拌方法形成矩形截面水泥土搅拌体、固化土搅拌体，或采用抓斗成槽后灌注形成水泥砂浆体、自凝泥浆体。

(2)安装预制冠梁

在桩位预先形成的自凝流塑土体内吊装预制冠梁，通过自重或高频振动捶，将冠梁安装到预定位置，并通过安装在地面的钢挑梁和冠梁顶锚固的调节螺栓调整预制冠梁的标高和平面位置。

(3)装配和植入刚性桩

将刚性桩吊放至槽段内并安装到预制冠梁预留的安装孔中，通过自重或高频振动捶，下放到已成的自凝流塑土体中，同时将部分水泥土、水泥砂浆或泥浆置换出来；刚性桩通过接头进行拼接，拼接后继续重复吊放拼接直至外自凝流塑土体底部，并通过桩顶定位调节螺栓和挑梁调整刚性桩平面位置和标高，满足冠梁连接精度要求。

(4)重复以上(1)、(2)、(3)步骤，先行施工自凝流塑土体，后安装预制冠梁，装配并植入内部刚性桩，通过预制冠梁两侧面的H型钢和预埋在预制冠梁内的螺栓将预制冠梁连接成整体围护冠梁。

(5)待桩周自凝流塑土固化后，清除刚性桩顶一定深度的固化土，在桩顶安装锚固钢筋，在桩顶安装孔中灌实混凝土。

实施例所述步骤(1)中外部自凝流塑土体采用直径850mm@1200mm三轴水泥土搅拌桩，水泥掺量10～25％，水灰比0.6～2.0，深度18.5m。

实施例所述步骤(2)中预制冠梁混凝土强度等级C30，截面高度600mm、宽度1200mm，冠梁顶面安装M24螺栓并悬吊于地面的双拼槽钢挑梁中，每段预制冠梁设有直径800mm安装孔，孔壁处粘贴隔离塑料膜。

实施例所述步骤(3)中内部刚性桩采用直径700mm的APS桩，壁厚100mm，混凝土强度等级C60，单节桩长10m、8m，刚性桩接头采用等强度机载连接接头。

实施例所述步骤(3)中内部刚性桩桩顶设置锚固钢筋，锚固长度为35倍钢筋直径。

实施例所述步骤(4)中预制冠梁采用凹凸矩形榫接头，接头嵌入深度为300mm，设Q235 强度等级300×300H型钢，H型刚通过4.6级M20普通螺栓与预制冠梁锚固。

实施例基坑开挖深度10m，采用支撑式支挡结构，基坑内设置两道水平支撑。

基坑开挖变形监测结果表明：实施例基坑造价比常规灌注桩围护结构方案造价降低20％，基坑实施周期减少30d，基坑围护结构最大变形仅1cm，基坑变形控制效果良好，有效保护了周边环境的安全。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。