本发明属于支护桩技术领域，具体涉及一种混合配筋预应力支护桩组及其施工方法。
背景技术：
支护桩，一般用于基坑支护、边坡支护以及滑坡治理，承受水平土压力或滑坡推力，现有技术中，还存在如下问题：
（1）、传统采用的钢筋混凝土圆桩与基坑周围的接触面方向均不同，圆桩受到基坑挤压时，起到支护作用的仅为一个方向上的单一点，钢筋混凝土圆桩中的钢筋每个方向仅有一根受力，容易造成受力不均，抗歪和抗剪切能力降低；
（2）、钢筋混凝土圆桩的材料造价高、施工慢；
（3）、施工方式：传统现场浇注，效率低。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种混合配筋预应力支护桩组及其施工方法，具有针对性，在节约成本的基础上，最大程度提高桩体的抗弯和抗剪性能，同时还可以缩短施工周期，适用范围更广。
本发明提供了如下的技术方案：一种混合配筋预应力支护桩组，包括混凝土浇筑而成的桩体，桩体中沿高度方向设有配筋，桩体沿基坑坑壁设置，所述桩体的横截面为”z”形、“ω”形和三角形中的任一种或几种，所述配筋包括非金属预应力筋和钢筋，配筋沿桩体的侧壁间隔排列。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述桩体的横截面为“z”形，桩体包括相互平行且呈条形状的迎土缘板和迎坑缘板，以及连接迎土缘板和迎坑缘板的条形腹板，非金属预应力筋沿迎土缘板的侧壁间隔排列，钢筋和非金属预应力筋沿迎土缘板和条形腹板的侧壁间隔交替排列。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述桩体的横截面为“ω”形，桩体包括呈圆弧体状的环形腹板，以及对称设置于环形腹板两侧底角外且呈条形体状的翼板，非金属预应力筋沿环形腹板的侧壁间隔排列，钢筋和非金属预应力筋沿翼板的侧壁间隔交替排列。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述桩体的横截面为三角形，桩体的侧壁由首尾相连的一个迎土面和两个迎坑面组成，迎土面与基坑坑壁相平行，非金属预应力筋沿迎土面间隔排列，钢筋和非金属预应力筋沿迎坑面间隔交替排列。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述桩体中还设有箍筋，箍筋垂直于桩体的轴向设置，且沿桩体长度方向间隔排列，配筋间隔固接在箍筋的周向上并与箍筋形成筋笼。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述桩体至少具有一个纵向空心结构，所述桩体上下端面上均设有端板，端板上设有与配筋的横截面相适应的穿孔。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述非金属预应力筋为纤维增强复合塑料筋和/或碳纤维筋。
本发明中还提供一种混合配筋预应力支护桩组的施工方法，包括如下步骤：
步骤一、数据准备
分析待开挖基坑的设计深度和成型形状，计算得到基坑的坑边和拐角的数量，以及各个坑边的边长和拐角的角度；
步骤二、桩体预制
（1）、根据基坑的设计深度确定所述混合配筋预应力支护桩组的长度；
（2）、根据基坑的成型形状确定所述混合配筋预应力支护桩组的横截面形式和分布方式；
（3）、根据各个坑边的边长确定所述混合配筋预应力支护桩组的数量和几何尺寸，然后通过几何尺寸确定配筋的数量；
（4）、进行工厂化预制生产，得到具有对应尺寸和横截面的混合配筋预应力支护桩组；
步骤三、打桩
根据步骤二中得到的分布方式，采用打桩设备将多个桩体依次打入待开挖基坑的四周；
步骤四、基坑开挖；
步骤五、地下结构施工；
步骤六、回收混合配筋预应力支护桩组。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述步骤二中确定横截面形式的方法为：基坑的坑边上采用横截面为三角形的桩体，基坑的拐角处采用横截面为“ω”形或者“z”形的桩体。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述基坑的拐角为锐角时，采用横截面为“ω”形的桩体；基坑的拐角为钝角时，采用横截面为“z”形的桩体。
本发明的有益效果：具有针对性，在节约成本的基础上，最大程度提高桩体的抗弯和抗剪性能，同时还可以缩短施工周期，适用范围更广，具体如下：
（1）、本发明的支护桩为预制桩，在工厂加工完成运输至现场，相对于现浇混凝土桩，可以缩短施工周期，提高效率；
（2）、本发明的支护桩的横截面为”z”形、“ω”形和三角形中的任一种或几种，在实际施工中，根据基坑的情况设置，具有针对性，适用范围更广；本发明的支护桩具有空心结构，同时设置箍筋结合配筋形成筋笼，可以在进一步减少混凝土用量的基础上，保证了结构强度；
（3）、本发明的支护桩采用混合配筋辅助提高抗弯和抗剪性能：配筋包括非金属预应力筋和钢筋，非金属预应力筋优选采用纤维增强复合塑料筋和/或碳纤维筋，质轻且具有良好的抗腐蚀性、耐酸碱性和抗震性能，使得本发明的支护桩可以在多种土层环境中使用；同时，采用优选的分布方式，辅助增强抗弯和抗剪性能；
（4）、本发明的支护桩的横截面为“z”形时，设置于基坑的拐角处，优选设置于钝角拐角中，当桩体受到土层力的挤压时，起到支护作用的为迎土缘板外壁整个一侧面而非仅为一个方向上的单一点，与传统圆桩相比，同等截面面积条件下，本发明的支护桩可以获得更大的抗弯和抗剪强度，减少工程事故，同时还降低了混凝土的用量，减少了造价；
（5）、本发明的支护桩的横截面为“ω”形时，设置于基坑的拐角处，优选设置于锐角拐角中，由于拐角处土层的施力方向有多个，当桩体受到土层力的挤压时，起到支护作用的为两个翼板的两个迎土侧壁和整个环形腹板的迎土侧壁，相对于传统圆柱状的支护桩，本实施例中的支护桩受力点更多，受力面更大，提高了桩体的抗歪和抗剪切能力；“ω”形的桩体1中间为开口空心结构，可以尽可能降低了混凝土的用量，降低了造价；
（6）、本发明的支护桩的横截面为三角形时，即桩体为三棱柱结构且其迎土面与基坑坑壁相贴合，当桩体受到土层力的挤压时，起到支护作用的为整个一侧面而非仅为一个方向上的单一点，同时，沿迎土面的边缘间隔排列的多根配筋受力，受力均匀，适用于基坑的坑边，坑边可以为弧形或者直线形等形状；
（7）、本发明的混合配筋预应力支护桩组的施工方法，根据基坑形状，在基坑坑边打入横截面为三角形的支护桩，在基坑拐角处打入“ω”形或者“z”形的桩体，具有针对性，在节约成本的基础上，最大程度提高桩体的抗弯和抗剪性能。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是实施例1中桩体的立体结构示意图；
图2是实施例1中桩体横截面的示意图；
图3是实施例2中桩体的立体结构示意图；
图4是实施例2中桩体横截面的的示意图；
图5是实施例3中桩体的立体结构示意图；
图6是实施例3中桩体横截面的示意图；
图7是实施例4中基坑中桩体分布的示意图；
图中标记为：1、桩体；11、迎土缘板；12、迎坑缘板；13、条形腹板；14、环形腹板；15、翼板；16、迎土面；17、迎坑面；2、配筋；21、非金属预应力筋；22、钢筋；3、基坑坑壁；4、箍筋；5、端板。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设有”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
现结合说明书附图，详细说明本发明的结构特点。
实施例1
参见图1，一种混合配筋预应力支护桩组，包括混凝土浇筑而成的桩体1，桩体1中沿高度方向设有配筋，桩体1沿基坑坑壁3设置，桩体1的横截面为“z”形，配筋2包括非金属预应力筋21和钢筋22，配筋2沿桩体1的侧壁间隔排列。
本实施例的支护桩为预制桩，在工厂加工完成运输至现场，相对于现浇混凝土桩，可以缩短施工周期，提高效率；施工过程中，用沉桩设备将桩体1打入土层的桩位中，桩体1的横截面为“z”形，可以单独应用于具有拐角的特殊基坑中，适用范围更广。
参见图2，进一步说，桩体1的横截面为“z”形，桩体1包括相互平行且呈条形状的迎土缘板11和迎坑缘板12，以及连接迎土缘板11和迎坑缘板12的条形腹板13，非金属预应力筋21沿迎土缘板11的侧壁间隔排列，钢筋22和非金属预应力筋21沿迎土缘板11和条形腹板13的侧壁间隔交替排列。
采用“z”形的横截面，设置于基坑的拐角处，当桩体1受到土层力的挤压时，起到支护作用的为迎土缘板11外壁整个一侧面而非仅为一个方向上的单一点，与传统圆桩相比，同等截面面积条件下，本发明的支护桩可以获得更大的抗弯和抗剪强度，减少工程事故，同时还降低了混凝土的用量，减少了造价。
参见图2，进一步说，桩体1中还设有箍筋4，箍筋4垂直于桩体1的轴向设置，且沿桩体1长度方向间隔排列，配筋2间隔固接在箍筋4的周向上并与箍筋4形成筋笼。桩体1至少具有一个纵向空心结构，桩体1上下端面上均设有端板5，端板5上设有与配筋2的横截面相适应的穿孔。
设置具有空心结构的桩体1，同时设置箍筋4结合配筋2形成筋笼，箍筋4对应也呈“z”形，该筋笼结构稳固，可以在进一步减少混凝土用量的基础上，保证了结构强度。
本实施例中，非金属预应力筋21为纤维增强复合塑料筋和/或碳纤维筋，非金属预应力筋21质轻且具有良好的抗腐蚀性、耐酸碱性和抗震性能，使得本发明的支护桩可以在多种土层环境中使用。
实施例2
参见图3和图4，实施例2与实施例1的不同之处在于：桩体1的横截面为“ω”形。
桩体1的结构具体为：包括呈圆弧体状的环形腹板14，以及对称设置于环形腹板14两侧底角外且呈条形体状的翼板15，非金属预应力筋21沿环形腹板14的侧壁间隔排列，钢筋22和非金属预应力筋21沿翼板15的侧壁间隔交替排列。
本实施例中，桩体1的横截面为“ω”形，设置于基坑的拐角处，由于拐角处土层的施力方向有多个，当桩体1受到土层力的挤压时，起到支护作用的为两个翼板12的两个迎土侧壁和整个环形腹板11的迎土侧壁，相对于传统圆柱状的支护桩，本实施例中的支护桩受力点更多，受力面更大，提高了桩体1的抗歪和抗剪切能力，减少工程事故。另外，相对于横截面呈圆形、方形或者工字型的支护桩，本实施例的结构更加稳定且抗压和抗歪性能更好，在提高支护性能的前提下，“ω”形的桩体1中间为开口空心结构，可以尽可能降低了混凝土的用量，降低了造价。
实施例3
参见图5和图6，实施例3与实施例1的不同之处在于：桩体1的横截面为为三角形。
桩体1的侧壁由首尾相连的一个迎土面16和两个迎坑面17组成，迎土面16与基坑坑壁3相平行，非金属预应力筋21沿迎土面16间隔排列，钢筋22和非金属预应力筋21沿迎坑面17间隔交替排列。
本实施例中，桩体1的横截面为三角形，即桩体1为三棱柱结构且其迎土面16与基坑坑壁3相贴合，当桩体1受到土层力的挤压时，起到支护作用的为整个一侧面而非仅为一个方向上的单一点，同时，沿迎土面12的边缘间隔排列的多根配筋2受力，受力均匀，适用于基坑的坑边，坑边可以为弧形或者直线形等形状。
实施例4
参见图7，基于实施例1~3，本实施例中提供一种混合配筋预应力支护桩组的施工方法，包括如下步骤：
步骤一、数据准备
分析待开挖基坑的设计深度和成型形状，计算得到基坑的坑边和拐角的数量，以及各个坑边的边长和拐角的角度；
步骤二、桩体预制
（1）、根据基坑的设计深度确定所述混合配筋预应力支护桩组的长度；
（2）、根据基坑的成型形状确定所述混合配筋预应力支护桩组的横截面形式和分布方式：
基坑的坑边上采用横截面为三角形的桩体；基坑的拐角为锐角时，采用横截面为“ω”形的桩体；基坑的拐角为钝角时，采用横截面为“z”形的桩体；
（3）、根据各个坑边的边长确定所述混合配筋预应力支护桩组的数量和几何尺寸，然后通过几何尺寸确定配筋的数量；
（4）、进行工厂化预制生产，制备筋笼，安装端板，锚固张拉施加预应力，离心浇筑成型后，再进行高压釜蒸压，得到具有对应尺寸和横截面的混合配筋预应力支护桩组，放置1~2天后运输至施工现场；
步骤三、打桩
根据步骤二中得到的分布方式，采用打桩设备将多个桩体依次打入待开挖基坑的四周；打桩后采用混凝土梁连接桩体的顶部，使所有混合配筋预应力支护桩组与混凝土梁形成一体；然后采用预应力施加设备，对配筋施加预应力，使得所有配筋受到相同的拉力；
步骤四、基坑开挖；
步骤五、地下结构施工；
步骤六、回收混合配筋预应力支护桩组
地下结构施工完成后，回填土方，释放配筋的预应力，回收混合配筋预应力支护桩组。
本实施例中，根据基坑形状，在基坑坑边打入横截面为三角形的支护桩，在基坑拐角处打入“ω”形或者“z”形的桩体，具有针对性，在节约成本的基础上，最大程度提高桩体1的抗弯和抗剪性能。
实施例5
在实施例4的基础上，本实施例优选支护桩的配筋2分布，具体如下：
横截面为“z”形的桩体，其配筋的设置具体为：当迎土缘板11横截面的长度为550~650mm时，优选采用35~40根非金属预应力筋21沿迎土缘板11侧壁间隔排列，当迎坑缘板12横截面的长度为550~650mm时，优选采用18~22根非金属预应力筋和18~22根钢筋22沿迎坑缘板12侧壁间隔交替排列，非金属预应力筋21的直径为18~21mm，钢筋22的直径为9~11mm。
横截面为“ω”形的桩体，其配筋的设置具体为：当环形腹板1的外径为450~550mm时，优选采用30~35根非金属预应力筋21沿沿环形腹板14侧壁间隔排列，当翼板15横截面的长度为250~350mm时，优选采用7~9根钢筋22和7~9根非金属预应力筋21沿沿翼板15的侧壁间隔交替排列，非金属预应力筋21的直径为18~21mm，钢筋22的直径为9~11mm。
横截面为三角形的桩体，其配筋的设置具体为：当桩体1的边长为550~650mm时，优选采用15~20根非金属预应力筋21沿迎土面16间隔排列，采用7~9根钢筋22和7~9根非金属预应力筋21沿迎坑面17间隔交替排列，
9~11根钢筋22沿迎坑面11的边缘间隔排列，非金属预应力筋21的直径为18~21mm，钢筋22的直径为9~11mm。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。