一种预制承载墩结构及其施工方法与流程

本发明涉及一种墩基础结构及施工方法，具体是涉及一种预制承载墩结构及其施工方法，属于地基处理领域，适用于砂性土、粘性土、粉土地基处理工程。

背景技术：

在土木工程中，为有效承担上部结构荷载，常需进行基础工程施工。墩式基础通常是指直径大于800mm，长度为3m～6m或长径比为l/d<6的刚性基础，其具有承载力高、较强的抗拔和抗震能力、建设成本低、沉降小等优点。目前墩式基础已广泛应用于桥梁、滑坡处治、高层建筑和港口码头等工程中，且已取得了较好的工程应用效益。

现有一种现浇x型混凝土桩，其采用x型的钢模代替传统的沉管灌注桩圆型钢模，从而形成一种x型桩的现浇混凝土桩。但是上述桩基础施工需以现浇为主，施工效率较低，且墩体结构未涉及墩侧和墩底注浆、墩基础预制等问题。

现有一种风机桩墩基础及其施工方法，该墩基础包括中心墩基础和斜桩，在中心墩基础的底部设置有锚杆桩，周围设置有若干根斜桩，顶部设置有混凝土承台，内部设置有预应力锚杆，而且斜桩顶部钢筋与混凝土承台钢筋相连接，这样可使混凝土承台与斜桩浇筑成一体。上述结构虽能在一定程度上增强墩基础的承载能力，起到组合桩的效果，但是施工步骤较复杂，现场施工质量控制难度较大。

综上所述，目前工程界对基础埋深在3m～6m的墩基础结构及施工技术尚未形成共识，既有墩式基础结构在施工工艺、受力性状等方面存在可提升之处。鉴于此，基于当前工程的实际需要，目前亟待发明一种可以改善预制墩的受力性状、提升预制墩与墩顶平台组合结构承载能力、提高现场施工效率的预制承载墩结构及施工方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种不但可以提升预制承载墩的承载能力和现场施工效率，而且可以增强结构的整体性的预制承载墩结构及其施工方法。

为实现上述技术目的，本发明采用了以下技术方案：

一种预制承载墩结构，包括在预制厂制备的墩顶平台、预制墩连接段和下部预制墩；

所述预制墩连接段的内部上下依次设置有第一压力分散板和第二压力分散板，所述预制墩连接段的底部设置有墩底连接槽ⅰ，所述墩底连接槽ⅰ的内侧壁及预制墩连接段的底面均设置有挂钩连接槽，所述墩底连接槽ⅰ及挂钩连接槽的内侧壁均设置有连续的凹槽补强板，所述预制墩连接段的底面还设置有内置筋连接槽；

所述预制墩连接段的底面和下部预制墩的顶面之间设置有柔性接缝层，所述下部预制墩的顶部和底面分别设置有第三压力分散板和第四压力分散板，所述下部预制墩的顶部设置有墩底连接槽ⅱ，所述挂钩连接槽内通过挤破存浆囊袋形成的内置筋填充体连接有连接挂钩的两端，所述第三压力分散板的顶面设置有可支撑所述连接挂钩的挂钩支撑轴和挂钩连接筋；

所述预制墩连接段的底部与下部预制墩的顶部对称地设置有连接补强筋，所述预制墩连接段的底部外侧与下部预制墩的顶部外侧对称地设置有若干个与所述连接补强筋垂直连接的紧固拉筋，所述紧固拉筋的另一端通过紧固螺栓连接，所述下部预制墩的顶部还设置有下端抵靠在所述连接补强筋上表面的内置连接筋，所述内置筋连接槽内通过挤破存浆囊袋形成的内置筋填充体连接有所述内置连接筋的上端；

所述预制墩连接段及下部预制墩的中心设置有贯穿的墩芯预留管，所述下部预制墩的中部设置有贯穿的横向连接管和对称地设置在横向连接管两侧的止浆挡板，所述第一压力分散板与第二压力分散板之间、第三压力分散板与止浆挡板之间及止浆挡板与第四压力分散板之间设置有包覆所述墩芯预留管的轻质填充体，所述下部预制墩的外侧靠近所述横向连接管的附近设置有注浆囊袋和设置在注浆囊袋外侧壁上的囊袋加筋网，所述注浆囊袋通过连接螺栓与所述下部预制墩的外侧连接；

在所述第四压力分散板的底面注浆形成有墩底承载体，在所述注浆囊袋内注浆形成有囊袋注浆体，在墩底连接槽ⅰ和墩底连接槽ⅱ内注浆形成有接缝注浆体；

所述预制墩连接段的顶面设置有所述墩顶平台，所述墩顶平台的内部横向设置有墩顶预应力筋，所述墩顶平台周向均布有若干个可延伸至墩侧土体内的墩侧加筋管及设置在墩侧加筋管内的内置补强筋，所述墩顶平台的底部设置有可与所述预制墩连接段的顶部外侧连接的墩侧箍板，所述墩顶平台的顶面设置有与所述内置补强筋顶部连接的第二锚垫板，所述墩顶平台的外侧设置有与所述墩顶预应力筋两端连接的第一锚垫板，在所述墩侧加筋管的外侧及内部注浆形成有管侧注浆体。

更优的，所述预制墩连接段和下部预制墩的横断面均呈x形或y形或矩形或圆形。

更优的，所述墩芯预留管的横断面呈圆形，所述横向连接管采用钢管或pvc管。

更优的，所述连接挂钩采用钢筋或钢板轧制而成，所述内置连接筋采用钢筋或钢板制成且其横断面呈“t”型。

更优的，所述注浆囊袋采用土工膜袋缝合而成；所述囊袋加筋网采用钢纤维格栅或玻璃纤维格栅或钢筋网。

更优的，所述连接补强筋采用钢板或钢筋轧制而成。

更优的，所述墩侧加筋管采用钢管且其侧壁设置有浆液渗透孔和补强肋筋；所述内置补强筋采用螺纹钢筋或钢管且其长度为所述墩侧加筋管的1/3~1倍。

本发明还提供了一种预制承载墩结构的施工方法，该方法包括以下施工步骤：

1）施工准备：根据建筑基础的承载要求，确定预制墩连接段、下部预制墩和墩顶平台的截面尺寸，并在预制场进行制备；在预制墩连接段的内部设置有第一压力分散板、第二压力分散板、轻质填充体和墩芯预留管，底部设置有墩底连接槽ⅰ、挂钩连接槽、凹槽补强板、连接挂钩和连接补强筋，底面设置有挂钩连接槽和内置筋连接槽；在下部预制墩的顶部设置有墩底连接槽ⅱ、第三压力分散板、挂钩支撑轴、挂钩连接筋、连接补强筋和内置连接筋，内部设置有墩芯预留管、轻质填充体、横向连接管和止浆挡板，底部设置有第四压力分散板；在墩顶平台的内部沿横向和竖向分别设置有预应力筋穿过孔和墩侧加筋管布设孔，底部设置有墩侧箍板；

2）预制墩成孔施工：现场测量确定预制墩的布设位置，采用人工挖孔或钻机引孔方式进行成孔，形成预制墩布设孔；

3）下部预制墩吊装：在下部预制墩的横向连接管外侧设置注浆囊袋和囊袋加筋网；校核预制墩孔位布设位置和深度，将下部预制墩吊入预制墩布设孔内，采用静压方式将下部预制墩沉放至设定深度；当下部预制墩沉放困难时，可通过墩芯预留管向预制墩布设孔注水，软化预制墩布设孔外侧的墩侧土体；

4）预制墩连接段沉放：在下部预制墩2的上表面铺设柔性接缝层21；将预制墩连接段吊装至下部预制墩的顶部，使预制墩连接段下压连接挂钩和内置连接筋，使连接挂钩和内置连接筋分别插入挂钩连接槽和内置筋连接槽内，挤破存浆囊袋，形成内置筋填充体；同步使紧固拉筋与连接补强筋连接，并通过紧固螺栓对紧固拉筋施加张拉力；继续施加静压力，使预制墩连接段沉放至设定深度；

5）墩顶平台设置：将墩顶平台吊装至预制墩连接段的顶部，并使墩顶平台底部的墩侧箍板与预制墩连接段牢固连接，向预应力筋穿过孔和墩侧加筋管布设孔内分别插设墩顶预应力筋和墩侧加筋管；

6）注浆施工：通过墩芯预留管对下部预制墩的底部压浆，形成墩底承载体；通过墩芯预留管对下部预制墩外侧的注浆囊袋压浆，形成囊袋注浆体；通过墩芯预留管向墩底连接槽ⅰ及墩底连接槽ⅱ内压浆，形成接缝注浆体；通过注浆管向墩侧加筋管注浆，形成管侧注浆体；

7）内置补强筋插设：管侧注浆体注浆施工完成后，立刻将内置补强筋插入墩侧注浆管内，并采用第二锚垫板进行锚固施工；

8）预制墩预压：在接缝注浆体终凝前，对墩顶平台施加竖直向下的压力，消除墩顶平台、墩底承载体和下部预制墩接缝处的空隙；

9）预应力筋张拉：待墩侧加筋管内的注浆体形成强度后，张拉墩顶平台内部的墩顶预应力筋，并使墩顶预应力筋与第一锚垫板牢固连接。

更优的，所述步骤2）中的预制墩布设孔的横断面呈圆形或方形且其横断面面积比所述预制墩连接段及下部预制墩的横断面面积小2%~5%。

相比于现有技术，本发明的有益效果是：

（1）本发明通过将预制墩连接段和下部预制墩的横截面制成x形或y形，这样不仅可以节省混凝土用量，而且可以大大增加预制墩的墩侧表面积，有效提升墩侧摩阻力。

（2）本发明通过在预制墩连接段和下部预制墩的中部设置有轻质填充体，并可在预制场制备而成，这样不仅可以节省预制墩制备的成本，而且可以改善预制墩受力性状，提高结构的承载能力。

（3）本发明通过在下部预制墩底部设置第四压力分散板和墩底承载体、外侧设置囊袋注浆体和囊袋加筋网，这样可有效提升预制墩与周边土体的粘结强度，改善墩侧土体的承载性能。

（4）本发明通过在预制墩连接段和下部预制墩的相接处设置紧固拉筋、柔性接缝层和连接挂钩，并使紧固拉筋与连接补强筋连接，相对应的紧固拉筋通过紧固螺栓连接，这样可提升预制墩的整体性。

（5）本发明通过在墩侧设置墩侧箍板和墩侧加筋管，并在墩顶平台内设置墩顶预应力筋，这样可改善预制墩与墩顶平台组合结构的受力性能，增强预制墩结构的承载能力。

附图说明

图1是本发明一种预制承载墩结构的纵断面示意图。

图2是图1中“x”形预制承载墩结构的横断面示意图。

图3是图1中连接挂钩的结构示意图。

图4是图1中内置连接筋的结构示意图。

图5是本发明一种预制承载墩结构的施工流程图。

图示说明：1-预制墩连接段，2-下部预制墩，3-第一压力分散板，4-第二压力分散板，5-墩底连接槽ⅰ，6-凹槽补强板，7-挂钩连接槽，8-内置筋连接槽，9-第三压力分散板，10-挂钩支撑轴，11-挂钩连接筋，12-内置连接筋，13-墩芯预留管，14-轻质填充体，15-横向连接管，16-止浆挡板，17-注浆囊袋，18-囊袋加筋网，19-第四压力分散板，20-紧固拉筋，21-柔性接缝层，22-连接挂钩，23-连接补强筋，24-紧固螺栓，25-囊袋注浆体，26-墩底承载体，27-墩顶平台，28-墩顶预应力筋，29-墩侧土体，30-墩侧加筋管，31-内置补强筋，32-管侧注浆体，33-墩侧箍板，34-存浆囊袋，35-连接螺栓，36-浆液渗透孔，37-补强肋筋，38-预应力筋穿过孔，39-墩侧加筋管布设孔，40-预制墩布设孔，41-内置筋填充体，42-第二锚垫板，43-第一锚垫板，44-接缝注浆体，45-墩底连接槽ⅱ。

具体实施方式

以下结合附图说明对本发明的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。

关于墩顶平台、预制墩连接段和下部预制墩的制备及施工技术要求，注浆施工技术要求，混凝土配合比设计和浇筑技术要求，预应力筋张拉施工技术要求等，在本实施方式中不再赘述，以下将重点阐述本发明涉及结构的实施方式。

如图1至4所示为本发明一种预制承载墩结构的结构示意图，包括在预制厂制备的墩顶平台27、预制墩连接段1和下部预制墩2。

在上述预制墩连接段1的内部上下依次设置有第一压力分散板3和第二压力分散板4，该第一压力分散板3和第二压力分散板4均采用厚度为2mm的钢板切割而成，而且在该第一压力分散板3和第二压力分散板4之间、预制墩连接段1的中心设置有轻质填充体14，该轻质填充体14采用泡沫混凝土材料。在预制墩连接段1的底部设置有墩底连接槽ⅰ5，该墩底连接槽ⅰ5的底面即为第二压力分散板4的下表面，而且该墩底连接槽ⅰ5设置为方形，深度为10cm。在墩底连接槽ⅰ5的内侧壁及预制墩连接段1的底面均设置有挂钩连接槽7，该挂钩连接槽7深度和宽度均为5cm，而且在墩底连接槽ⅰ5和挂钩连接槽7的内侧壁以及预制墩连接段1的底面设置有连续的凹槽补强板6，该凹槽补强板6采用厚度为1mm的钢板轧制而成。在预制墩连接段1的底面还设置有内置筋连接槽8，该内置筋连接槽8深度为5cm，而且在该内置筋连接槽8的上方且在墩底连接槽ⅰ5的底部设置有连接补强筋23，该连接补强筋23采用厚度为1cm的钢板轧制而成。

上述预制墩连接段1和下部预制墩2的横断面可设置为x形、y形、矩形或圆形，在本发明实施例中，预制墩连接段1和下部预制墩2的横断面均设置为x形，而且预制墩连接段1和下部预制墩2均采用钢筋混凝土材料，该混凝土的强度等级为c30。在上述预制墩连接段1的底面设置有下部预制墩2，在该下部预制墩2的顶面与预制墩连接段1的底面之间设置有柔性接缝层21，该柔性接缝层21采用厚度为2mm的橡胶板切割而成。

在上述下部预制墩2内的顶部和底面分别设置有第三压力分散板9和第四压力分散板19，其中第三压力分散板9采用厚度为2mm的钢板切割而成，而第四压力分散板19采用厚度为2mm的钢板制成。在下部预制墩2的中部设置有贯穿的横向连接管15，该横向连接管15采用直径为30mm的pvc管且其整体设置为十字形。在横向连接管15的两侧且在下部预制墩2的内部对称地设置有止浆挡板16，该止浆挡板16采用厚度为1cm的橡胶板，同时在第三压力分散板9与止浆挡板16之间以及止浆挡板16与第四压力分散板19之间、下部预制墩2的中心也设置有轻质填充体14。

在下部预制墩2的顶部设置有墩底连接槽ⅱ45，该墩底连接槽ⅱ45的底面即为第三压力分散板9的上表面且墩底连接槽ⅱ45与墩底连接槽ⅰ5相连通，同时在墩底连接槽ⅱ45与墩底连接槽ⅰ5内设置有接缝注浆体44，该接缝注浆体44采用水泥浆材料。在墩底连接槽ⅱ45与墩底连接槽ⅰ5内设置有连接挂钩22，该连接挂钩22采用厚度为1cm、宽度为2cm的钢板轧制而成，而且在该连接挂钩22的两端设置有存浆囊袋34，该存浆囊袋34内装填有水泥浆液且通过土工膜袋缝合而成，这样可使连接挂钩22的两端通过挤破存浆囊袋34并在挂钩连接槽7内形成内置筋填充体41而与挂钩连接槽7连接。在第三压力分散板9的顶面还设置有挂钩支撑轴10和挂钩连接筋11，其中挂钩支撑轴10采用直径为30mm的不锈钢制成，而挂钩连接筋11采用长度为5cm的弹簧，同时该挂钩支撑轴10和挂钩连接筋11可支撑上述连接挂钩22。

在下部预制墩2的顶部也设置有连接补强筋23，该连接补强筋23在下部预制墩2内的安装位置与连接补强筋23在预制墩连接段1内的安装位置呈镜像对称。在上述预制墩连接段1的底部外侧与下部预制墩2的顶部外侧对称地沿周向均布有若干个紧固拉筋20，该紧固拉筋20采用直径为25mm的螺纹钢筋制成，而且该紧固拉筋20可与延伸至预制墩连接段1及下部预制墩2外的连接补强筋23垂直连接，同时紧固拉筋20之间可通过紧固螺栓24连接，该紧固螺栓24采用内径为25mm的高强度螺栓。在下部预制墩2的顶部还设置有内置连接筋12，该内置连接筋12采用直径为25mm的钢筋焊接而成且其横断面设置为“t”型，同时该内置连接筋12的下端可抵靠在连接补强筋23的上表面上，而内置连接筋12的上端可延伸至内置筋连接槽8内，而且在内置连接筋12的上端也设置有存浆囊袋34，这样可使内置连接筋12的上端通过挤破存浆囊袋34并在内置筋连接槽8内形成内置筋填充体41而与内置筋连接槽8内连接。

在上述预制墩连接段1及下部预制墩2的中心还设置有贯穿的墩芯预留管13，该墩芯预留管13的底端可延伸至下部预制墩2外大约10cm～15cm，而且该墩芯预留管13采用直径为60mm的塑料管。在第四压力分散板19的底面还设置有墩底承载体26，该墩底承载体26采用水泥浆材料。在下部预制墩2中段的外侧周向设置有一个注浆囊袋17及设置在该注浆囊袋17外侧壁上的囊袋加筋网18，其中注浆囊袋17采用土工膜袋缝合而成，而囊袋加筋网18采用钢纤维格栅，而且该注浆囊袋17与囊袋加筋网18可通过连接螺栓35与下部预制墩2的外侧连接，其中连接螺栓35采用直径为25mm的螺栓，同时该注浆囊袋17的中心面与上述横向连接管15的中心面保持一致。在注浆囊袋17内设置有囊袋注浆体25，该囊袋注浆体25采用水泥浆材料。

在上述预制墩连接段1的顶面设置有上述墩顶平台27，该墩顶平台27采用强度等级为c30、厚度为30cm的混凝土。在墩顶平台27的内部横向设置有墩顶预应力筋28，该墩顶预应力筋28采用直径为32mm的螺纹钢筋。在墩顶平台27的内部沿周向均布有若干个贯穿的墩侧加筋管30，该墩侧加筋管30采用直径为100mm的钢管，而且该墩侧加筋管30的底部可延伸至砂性的墩侧土体29内。在墩侧加筋管30的侧壁上还均布有若干个浆液渗透孔36，该浆液渗透孔36的直径为5cm，而在墩侧加筋管30的外侧壁上设置有补强肋筋37，该补强肋筋37采用直径为25mm的钢筋制成。在墩侧加筋管30的内部以及在墩侧加筋管30延伸至墩侧土体29内的外侧周围设置有管侧注浆体32，该管侧注浆体32也采用水泥浆材料。在墩侧加筋管30的中心设置有内置补强筋31，该内置补强筋31采用直径为32mm的螺纹钢筋，而且该内置补强筋31的长度为墩侧加筋管30长度的1/3。

在墩顶平台27的底部还设置有墩侧箍板33，该墩侧箍板33采用厚度为2cm的钢板轧制而成，而且该墩侧箍板33的底部可与预制墩连接段1的顶部外侧紧固连接。在墩顶平台27的顶面设置有第二锚垫板42，该第二锚垫板42采用厚度为2mm的钢板制成，而且该第二锚垫板42可与延伸至墩顶平台27外的内置补强筋31连接。在墩顶平台27的外侧设置有第一锚垫板43，该第一锚垫板43也采用厚度为2mm的钢板制成，而且该第一锚垫板43可与延伸至墩顶平台27外的墩顶预应力筋28的两端连接。

如图5所示为本发明一种预制承载墩结构的施工流程图，包括以下施工步骤：

1）施工准备：根据建筑基础的承载要求，确定预制墩连接段1、下部预制墩2和墩顶平台27的截面尺寸，并在预制场进行制备；在预制墩连接段1的内部设置有第一压力分散板3、第二压力分散板4、轻质填充体14和墩芯预留管13，底部设置有墩底连接槽ⅰ5、挂钩连接槽7、凹槽补强板6、连接挂钩22和连接补强筋23，底面设置有挂钩连接槽7和内置筋连接槽8；在下部预制墩2的顶部设置有墩底连接槽ⅱ45、第三压力分散板9、挂钩支撑轴10、挂钩连接筋11、连接补强筋23和内置连接筋12，内部设置有墩芯预留管13、轻质填充体14、横向连接管15和止浆挡板16，底部设置有第四压力分散板19；在墩顶平台27的内部沿横向和竖向分别设置有直径为60mm的预应力筋穿过孔38和直径为12cm的墩侧加筋管布设孔39，底部设置有墩侧箍板33。

2）预制墩成孔施工：现场测量确定预制墩的布设位置，采用人工挖孔或钻机引孔方式进行成孔，形成预制墩布设孔40，该预制墩布设孔40的横断面呈圆形且其横断面面积需比预制墩连接段1及下部预制墩2的横断面面积小5%。

3）下部预制墩2吊装：在下部预制墩2的横向连接管15外侧设置注浆囊袋17和囊袋加筋网18；校核预制墩孔位布设位置和深度，将下部预制墩2吊入预制墩布设孔40内，采用静压方式将下部预制墩2沉放至设定深度；当下部预制墩2沉放困难时，可通过墩芯预留管13向预制墩布设孔40注水，软化预制墩布设孔40外侧的墩侧土体29。

4）预制墩连接段1沉放：在下部预制墩2的上表面铺设柔性接缝层21；将预制墩连接段1吊装至下部预制墩2的顶部，使预制墩连接段1下压连接挂钩22和内置连接筋12，使连接挂钩22和内置连接筋12分别插入挂钩连接槽7和内置筋连接槽8内，挤破存浆囊袋34，形成内置筋填充体41；同步使紧固拉筋20与连接补强筋23连接，并通过紧固螺栓24对紧固拉筋20施加张拉力；继续施加静压力，使预制墩连接段1沉放至设定深度。

5）墩顶平台27设置：将墩顶平台27吊装至预制墩连接段1的顶部，并使墩顶平台27底部的墩侧箍板33与预制墩连接段1牢固连接；向预应力筋穿过孔38和墩侧加筋管布设孔39内分别插设墩顶预应力筋28和墩侧加筋管30。

6）注浆施工：通过墩芯预留管13对下部预制墩2的底部压浆，形成墩底承载体26；通过墩芯预留管13对下部预制墩2外侧的注浆囊袋17压浆，形成囊袋注浆体25；通过墩芯预留管13向墩底连接槽ⅰ5及墩底连接槽ⅱ45内压浆，形成接缝注浆体44；通过注浆管向墩侧加筋管30注浆，形成管侧注浆体32。

7）内置补强筋31插设：管侧注浆体32注浆施工完成后，立刻将内置补强筋31插入墩侧注浆管30内，并采用第二锚垫板42进行锚固施工。

8）预制墩预压：在接缝注浆体44终凝前，对墩顶平台27施加竖直向下的压力，消除墩顶平台27、墩底承载体26和下部预制墩2接缝处的空隙。

9）预应力筋张拉：待墩侧加筋管30内的注浆体形成强度后，张拉墩顶平台27内部的墩顶预应力筋28，并使墩顶预应力筋28与第一锚垫板43牢固连接。