PHC管桩作支撑体系格构柱穿越结构区域的施工方法与流程

本发明涉及建筑领域，具体涉及一种phc管桩作支撑体系格构柱的连接器及其施工方法，涉及使用该连接器替代phc管桩部分节段使得在该节段区域内的构筑物主体结构安全可靠穿越，从而实现替代传统施工中的钻孔灌注桩+钢立柱的支撑体系。可应用于目前建筑领域内的各类市政、房建基坑工程。

背景技术：

随着城市居住人口数量的快速增加、土地资源日益匮乏，人们逐渐将注意力投入地下空间的开发和利用，各种建构筑物纷纷向地下延伸，伴随而来的就是深基坑工程数量的增加。对于大型深基坑工程来说可采取的围护体形式多种多样，有smw工法桩、钻孔灌注桩、地下连续墙等，支撑形式是千变万化，有混凝土支撑、钢管支撑、型钢支撑等，但其中起到围护体系稳定的关键部分——格构柱的形式基本仍然采用钻孔灌注桩+钢立柱的形式。

主要缺点是：

(1)环境污染大：由于格构柱底部采用钻孔灌注桩形式，而在钻孔灌注桩施工过程中将会产生大量废弃的泥浆，对周边环境影响较大。

(2)场地条件多：无论是灌注桩的钢筋笼还是钢立柱均需要在现场进行加工拼装，因此，需要准备相应的加工场地、吊装运输设备等。

(3)施工进度慢：相较于phc管桩而言，钻孔灌注桩的成桩速度仅为预制桩的1/20，且随着的桩径、桩长增加，功效差距越发扩大。

(4)质量控制难：钻孔灌注桩成孔孔径、垂直度、沉渣厚度、混凝土浇筑以及钢筋笼及钢立柱现场加工安装等质量关键点多，控制难度大。

(5)施工工艺缺陷：混凝土支撑及结构中的主筋遇到钢立柱无法穿越，导致钢筋断开，即使采用补强措施仍存在隐患。此外，灌注桩混凝土浇筑时侵入钢立柱内部多余混凝土需要人工凿除，费时费工，且处理不好极易引发结构渗漏。

(6)施工工艺复杂：前期桩基施工中包含钻孔、清孔、钢筋笼及钢立柱吊装、水下混凝土浇筑，后期土方开挖及结构制作阶段包含桩头浮渣凿除、钢筋调直锚固等多道工序，进而导致现场施工组织管理程序变得较为繁琐。

(7)施工费用高：钻孔灌注桩以及钢立柱施工成本远高于其他类型的桩，同时，上述桩型仅单纯作为格构柱使用，在实际基坑围护工程中应用的数量较少，使得单价进一步提高，施工费用增加。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种phc管桩作支撑体系格构柱穿越结构区域的施工方法，克服环境污染大、场地条件多、施工进度慢、质量控制难、施工工艺缺陷等一系列问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种phc管桩作支撑体系格构柱穿越结构区域的施工方法，其特征在于该施工方法包括以下步骤：a、制作连接器，所述连接器主体结构为厚壁无缝钢管，厚壁无缝钢管管内灌注填充料，连接器设有预留接驳器和预留钢筋，以及桩顶锚筋预埋接驳器和预制连接的预留桩顶锚筋；b、将phc管桩进行压桩，到达设计标高后定位、焊接、固定连接器，再进行下一段压桩施工，需要安装连接器的位置位于格构柱穿越结构区域；c、待基坑满足开挖条件后进行土方开挖，挖至支撑结构标高，暴露连接器，在连接器外部安装相应钢筋、模板及混凝土施工，连接器的预留接驳器与砼支撑内部结构钢筋对接，且桩顶锚筋预埋接驳器安装桩顶锚筋使得格构柱成为工程桩。

根据本发明的优选实施例，厚壁无缝钢管上端填充料内预埋吊装件，所述厚壁无缝钢管上下端管壁设置剖口。

根据本发明的优选实施例，所述连接器设置在上段格构柱和下段格构柱之间，所述上段格构柱和下段格构柱均为phc管桩。所述厚壁无缝钢管侧壁设置上层纵向预留接驳器和上层横向预留接驳器，以及下层纵向预留接驳器和下层横向预留接驳器，所述上层纵向预留接驳器和下层纵向预留接驳器之间还设置有纵向桩顶锚筋预埋接驳器，所述上层横向预留接驳器和下层横向预留接驳器之间还设置有横向桩顶锚筋预埋接驳器，对应的上层纵向预留接驳器之间连接上层纵向预留钢筋，对应的下层纵向预留接驳器之间连接下层纵向预留钢筋，对应的纵向桩顶锚筋预埋接驳器之间连接纵向预留桩顶锚筋，对应的上层横向预留接驳器之间连接上层横向预留钢筋，对应的下层横向预留接驳器之间连接下层横向预留钢筋，对应的横向桩顶锚筋预埋接驳器之间连接横向预留桩顶锚筋；

所述连接器设置在上段格构柱和下段格构柱之间，所述上段格构柱和下段格构柱均为phc管桩，上层纵向预留接驳器和下层纵向预留接驳器分别与对应的纵向主体结构中的结构钢筋连接，上层横向预留接驳器和下层横向预留接驳器分别与对应的横向主体结构中的结构钢筋连接；所述桩顶锚筋预埋接驳器安装桩顶锚筋使得格构柱成为工程桩。

根据本发明的优选实施例，所述上层纵向预留接驳器、上层横向预留接驳器、下层纵向预留接驳器和下层横向预留接驳器均为结构钢筋套筒，直径优选为25～30mm，纵向桩顶锚筋预埋接驳器和横向桩顶锚筋预埋接驳器为桩顶锚筋套筒，直径优选为18～22mm。

根据本发明的优选实施例，所述吊装件为φ16的吊筋。

本发明的连接器具有适用范围广、施工简便、可靠性高，同时，由于采用该种连接器可将传统钻孔灌注桩+钢格构柱的模式变更为phc管桩+连接器的模式，取消钻孔灌注桩及钢立柱可以大大降低工程成本、提高施工速度、减少环境污染、降低各类资源消耗。

本发明的连接器与phc管桩组合形成一种可以替代钻孔灌注桩+钢立柱的支撑构件，具有以下优点：

(1)采用本连接器之后可直接将phc管桩作为格构柱基础及桩身，无需单独进行钻孔灌注桩施工，施工过程中不产生泥浆，同时，采用静压法施工，对周边环境影响大大降低。

(2)采用本连接器之后，格构柱的材料仅为phc管桩及连接器，无需多余的加工场地进行加工安装。

(3)采用phc管桩使得桩基施工速度大大加快，且如果结构桩基础也为同一类桩基形式，可共享同一机械设备，减少设备进场种类和数量。

(4)phc管桩及连接器均在厂家厂房内进行标准化、规模化生产，加工制作精度高、质量好。

(5)连接器内预先埋设有接驳器，可直接与混凝土支撑及结构内钢筋连接，保证施工质量，同时，避免混凝土凿除工序，减少质量隐患。

附图说明

图1是本发明一实例的结构示意图。

图2是图1的俯视图。

图3为图1的侧剖图。

图4为底板连接段的的剖面图之一。

图5为预留接驳器的结构示意图。

图6为底板连接段的的剖面图之二。

图7为图6的横剖图。

图中包括：

1、厚壁无缝钢管,2、填充料，3、吊装件，4、纵向预留接驳器，5、横向预留接驳器，6、纵向预留钢筋，7、横向预留钢筋，8、中层纵向预留接驳器，9、中层横向预留接驳器，10、中层纵向预留钢筋，11、中层横向预留钢筋，104、底板结构，107、连接器，108、预留接驳器，111、电焊连接，112、上段格构柱，113、预埋钢筋，114、细石混凝土，115、结构钢筋套筒，116、接驳器保护盖，117、黄油，118、止水环，119、桩顶锚筋，127、桩顶锚筋预埋接驳器，128、下排钢筋。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

一种穿越主体结构部位的phc管桩作支撑体系格构柱连接器，包括连接器主体，其特征在于所述连接器主体为厚壁无缝钢管1，厚壁无缝钢管1管内灌注填充料2，厚壁无缝钢管上端填充料内预埋吊装件3，所述厚壁无缝钢管上下端管壁设置剖口；所述连接器内设置预留接驳器和预留桩顶接驳器，所述预留接驳器与支撑结构钢筋对接，所述桩顶锚筋预埋接驳器安装桩顶锚筋使得格构柱成为工程桩，用于格构柱穿越主体结构部位。

本产品具有如下特点：

①上下两端可与phc管桩常规连接；

②连接器可安装钢牛腿、钢系梁等承重构件用作钢支撑支点；

③连接器可保证钢筋连续穿越，无需断开；

④连接器可安装止水构件并作为永久结构。

为达到上述特点，本连接器设计方案如下：

①材料选用

为满足与phc管桩正常对接连接器主体材料选择无缝厚壁钢管，可以与成品phc管桩端板进行焊接，同时，满足连接器可与钢牛腿、钢系梁、止水构件通过焊接方式组合连接。

②强度验算

为满足沉桩时的施工以及支撑体系产生各种荷载，对于连接器选用钢管强度进行验算，内容包括phc管桩桩身受压弯极限承载力以及连接处焊缝强度验算。

以phc-500-ab-100作为桩身，各层竖向力偏心距取350mm计算，其桩身承受的弯矩m＝0.35·n，。

计算结果：phc-500-ab-100在考虑偏心350mm下的极限偏心承载力为750kn。

为保证连接器与phc管桩之间连接焊缝强度大于桩身强度，焊缝强度验算结果显示，连接器焊缝需采用剖口焊接，坡口尺寸宽高各高于12mm时，其抗剪强度大于phc管桩桩身抗剪强度，此时焊缝强度与桩身等强，确保焊缝安全。

因此，以phc500-ab-100的管桩为例，连接器选用壁厚16mm的无缝厚壁钢管，且两端采取剖口形式，可以满足上述各项荷载要求。

若设计荷载值发生变化，可以通过调整phc管桩直径以及桩长、连接器直径以及壁厚等参数以满足施工荷载要求。

③埋件设置

为满足混凝土支撑及结构钢筋连续穿越连接器区域，在连接器制作时，按照设计图纸钢筋规格及分布情况，在连接器管壁相应位置两侧开孔并放入接驳器，中间用与设计图纸要求相同的钢筋连接。

④辅助构件

为提高连接器自身强度及内部钢筋耐久性，连接器完成预埋件安装后空腔内灌入与设计图纸要求的等强度细石混凝土或砂浆。同时，为便于施工吊装，在连接器一端设置有起吊构件。

(3)产品构造

本产品使用构造特点及适用范围如下。

图1～3为本发明连接器的结构示意图。如图所示，所述厚壁无缝钢管侧壁设置上层纵向预留接驳器和上层横向预留接驳器，以及下层纵向预留接驳器和下层横向预留接驳器，所述上层纵向预留接驳器和下层纵向预留接驳器之间还设置有至少一层中层纵向预留接驳器8，所述上层横向预留接驳器和下层横向预留接驳器之间还设置有至少一层中层横向预留接驳器9，对应的上层纵向预留接驳器之间连接上层纵向预留钢筋，对应的下层纵向预留接驳器之间连接下层纵向预留钢筋，对应的中层纵向预留接驳器8之间连接中层纵向预留钢筋10，对应的上层横向预留接驳器之间连接上层横向预留钢筋，对应的下层横向预留接驳器之间连接下层横向预留钢筋，对应的中层横向预留接驳器9之间连接中层横向预留钢筋11，其中上层纵向预留接驳器、上层横向预留接驳器、下层纵向预留接驳器和下层横向预留接驳器均为结构钢筋套筒，直径优选为25～30mm，中层纵向预留接驳器和中层横向预留接驳器为桩顶锚筋套筒，直径优选为18～22mm。

连接器适用者格构柱需穿越主体结构的区域。

图5为预留接驳器的结构示意图。如图所示，该预留接驳器为结构钢筋套筒115，其中内侧端与预埋钢筋连接，外侧端设置接驳器保护盖116，且该预留接驳器靠外侧段内涂黄油117。

如图6～7所示为格构柱穿越结构段的连接示意图。连接器107包括壁厚16mm的厚壁无缝钢管1，厚壁无缝钢管1内灌注细石混凝土114，c型连接器107侧壁预留接驳器108以及桩顶锚筋预埋接驳器127，c型连接器107内设置与所述预留接驳器109连接的预埋钢筋113以及与所述桩顶锚筋预埋接驳器127连接的预留桩顶锚筋，c型连接器107的上端与上段格构柱112电焊连接111，下端与下段格构柱电焊连接。施工时，预留接驳器108直接与底板内部钢筋127对接，同时在连接器侧壁桩顶锚筋预埋接驳器127上安装桩顶锚筋可使其作为工程桩使用。128为下排钢筋。

所述连接器107用于以phc管桩作为格构柱且格构柱穿越主体结构部位，图示为穿越底板结构，所述c型连接器107侧壁设置上层纵向预留接驳器和上层横向预留接驳器，以及下层纵向预留接驳器和下层横向预留接驳器，所述上层纵向预留接驳器和下层纵向预留接驳器之间还设置有纵向桩顶锚筋预埋接驳器，所述上层横向预留接驳器和下层横向预留接驳器之间还设置有横向桩顶锚筋预埋接驳器，对应的上层纵向预留接驳器之间连接上层纵向预留钢筋，对应的下层纵向预留接驳器之间连接下层纵向预留钢筋，对应的纵向桩顶锚筋预埋接驳器之间连接纵向预留桩顶锚筋，对应的上层横向预留接驳器之间连接上层横向预留钢筋，对应的下层横向预留接驳器之间连接下层横向预留钢筋，对应的横向桩顶锚筋预埋接驳器之间连接横向预留桩顶锚筋；

所述连接器设置在上段格构柱112和下段格构柱之间，所述上段格构柱和下段格构柱均为phc管桩，所述连接器的侧部分别设置横向主体结构和纵向主体结构；上层纵向预留接驳器和下层纵向预留接驳器分别与对应的纵向主体结构中的结构钢筋连接，上层横向预留接驳器和下层横向预留接驳器分别与对应的横向主体结构中的结构钢筋连接；所述桩顶锚筋预埋接驳器安装桩顶锚筋使得格构柱成为工程桩，在桩顶锚筋119上方设置设置止水环118。

本连接器使用配合phc管桩替代钻孔灌注桩+钢立柱成为深基坑围护体系一部分，具有如下有益效果：

(1)将原先钻孔灌注桩及钢立柱部分替换成phc管桩及连接器，施工工艺简化，施工成本大大降低；

(2)成桩过程中，不产生泥浆及外运处置，能节省部分费用，同时，大大降低对周边的环境污染；

(3)若深基坑工程的桩基基础形式采用phc管桩时，使用本连接器，将phc管桩作为格构柱，施工时可以使用同种施工机械，减少现场施工机械种类及数量，同时，降低机械进出场费用，提高机械使用率；

(4)本连接器可满足静压法施工作业条件，施工时，采用静压法施工可大大减少施工噪音对周边环境的影响；

(5)本连接器在成桩施工时安装十分简便，与普通phc接桩工艺相同，与钻孔灌注桩相比，施工速度提高至原先的10余倍；

(6)本连接器以及配合使用的phc管桩均在生产厂家厂房内进行标准化、规模化生产，加工制作精度高、质量好。同时，现场无需布置安装加工场地，可减少场地占用面积；

(7)连接器主体采用可焊材料，使得在基坑开挖至连接器标高后可在连接器外部方便焊接钢牛腿、钢系梁等支撑以及止水构件。

(8)连接器内预先埋设有接驳器，可直接与混凝土支撑及结构内钢筋连接，保证施工质量，同时，免去了传统施工工艺中多余混凝土凿除、钢筋外绕、洞口补强等额外措施，减少人工成本，加快施工速度。

(9)使用连接器的格构柱桩可通过安装桩顶锚筋作为工程桩使用。

下表是以500mm桩径为例，本发明的有益效果评价。

以下通过具体实施例进一步说明本发明内容。

(1)工程概况

某市污水厂提标改造工程包含新建一池体，结构平面尺寸为88.6m×83.3m，最大开挖深度12.35m。该池体桩基基础形式为phc管桩群桩，基坑围护采用smw工法，支撑体系为首道、二道砼支撑，局部落深区域设置第三道钢支撑。

基础形式：phc-500-ab-100桩长33m，共1258根

下部格构柱：φ800钻孔灌注桩桩长35m，共87根

上部格构柱：460mm×460mm桩长12.5m，共87根

(2)产品应用

结合上述工程概况，如果应用本产品可以对设计方案优化，采用phc管桩替代钻孔灌注桩+钢立柱的格构柱体系，可以在施工质量、进度、经济效益等方面得到有效提高。

变更工艺参数为：

基础形式：phc-500-ab-100桩长33m，共1258根

下部格构柱：phc-500-ab-100桩长30m，共87根

上部格构柱：phc-500-ab-100桩长10m，共87根

格构柱(穿越结构连接段)c型连接器长度1.5m，87个

(3)应用方案

①根据设计图纸要求，确定连接器规格、长度、标高等参数，在加工厂房内按照设计图纸进行加工，包含断料、开孔、预埋件及灌浆等，待产品养护检验合格后运送至现场。

②现场采用静压法进行施工，并根据确定的配桩方案进行压桩，到达设计标高后定位、焊接、固定连接器，再进行下一段压桩施工，需要安装连接器的位置分别位于格构柱穿越底板区域。

③待基坑满足开挖条件后进行土方开挖，挖至支撑结构标高，暴露连接器，对连接器进行简单清理后外部安装相应支撑构件及钢筋模板混凝土施工。

连接器：打开混凝土支撑区域连接器侧壁预留接驳器保护盖，直接与结构内部钢筋连接(含桩顶锚筋)，同时，在连接器侧壁安装桩顶锚筋可使其作为工程桩使用。

上述工程如采用本产品，利用phc管桩替代钻孔灌注桩+钢立柱的格构柱形式，在经济效益上可减少成本投入334.22万元，在工期效益方面可缩短工期15天，在质量、环境方面也均有提高和改进。

设计方案优化对比分析表

尽管上文对本发明的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以依据本发明的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围之内。