本实用新型属于建筑工程技术领域，涉及一种无承台的一柱一桩结构及其施工方法，适用于临近重要建筑、文物保护建筑、铁路线、地铁线等需要保护的建构筑物的新建改扩建工程，也适用于其他需要减少施工时对土体扰动的工程。
背景技术：
钢柱一柱一桩的柱脚做法及对土体扰动较长的成桩方法，目前主要有两种方式，一种是采用单桩承台的方式，另一种是采用钢柱内插入桩头的方式，成桩都需要先下放钢护筒。
1、采用单桩承台的方式
采用单桩承台的做法，是先下钢护筒钻孔，成桩后拔出钢护筒，然后开挖承台周围土体，支模浇筑承台。由于规范规定钢柱插入承台深度必须达到2.5D，D为钢柱直径或长边边长，承台高度一般较高。此时钢柱垂直度调整方式主要靠承台下方预埋柱脚螺栓的方法进行调整，承台要分两次浇筑。该做法的缺点有：
1)承台较高，开挖深度较深，一般为2至3m。开挖较深，对周边土体扰动较大；
2)为满足桩边距的要求，承台截面尺寸较大，以1m直径桩为例，其截面尺寸为2m×2m。开挖范围较大，对周边土体扰动较大；
3)需要凿除较大桩头，施工速度较慢；
4)需要拔出钢护筒，拔出过程对土体扰动大。
2、钢柱内插入桩头的方式
钢柱内插入桩头的做法同样是先下钢护筒，桩顶使用缓凝混凝土浇筑，然后将焊接栓钉的钢柱插入桩顶并调整垂直度，这种方法的缺点有：
1)需要桩直径至少比钢柱长边大400mm，当钢柱截面尺寸较大时，不适用；
2)桩径较大导致与既有桩中心距不容易满足规范规定的3倍桩径的要求；
3)钢柱垂直度调整精度较差，需要额外的固定钢柱的措施，比如地面固定架；
4)基桩混凝土未达到规定强度，不满足检测条件时就必须安装钢柱，若基桩检测不合格，钢柱和基桩一并作废。
综上所述，对于临近重要建筑、文物保护建筑、铁路线、地铁线等需要保护的建构筑物的新建改扩建工程而言，目前常用的两种桩基施工方法均存在缺点，使用承台时承台开挖对土体的扰动在保护要求较高时是不能接受的，钢柱内插入桩头时需要桩直径扩大，在距离不满足3倍桩径时也是不能接受的。
所以，对于临近重要建筑、文物保护建筑、铁路线、地铁线等需要保护的建构筑物的新建改扩建工程而言，寻找一种对周边土体扰动很小，对桩径要求不高，柱垂直度能够精确调整的桩基施工及钢柱脚做法是工程实际中需要解决的问题。
技术实现要素：
本实用新型实施例涉及一种无承台的一柱一桩结构，至少可解决现有技术的部分缺陷。
本实用新型实施例涉及一种无承台的一柱一桩结构，包括桩基和立柱，还包括钢护筒，所述钢护筒部分插入至地面以下且部分位于地面上方，所述桩基浇筑形成于所述钢护筒内，所述立柱具有外钢管，所述外钢管焊接于所述钢护筒顶端。
作为实施例之一，所述外钢管与所述钢护筒具有相同形状及尺寸规格的横截面，所述外钢管与所述钢护筒对焊连接；
或者，所述外钢管与所述钢护筒具有不同形状和/或尺寸规格的横截面，所述外钢管与所述钢护筒通过转换节点焊接连接。
作为实施例之一，所述钢护筒顶部内壁设有内筒，所述内筒顶端伸入至所述外钢管内且与所述外钢管内壁相抵。
作为实施例之一，所述外钢管内焊接有内环板，所述内环板承搭于所述内筒顶端。
作为实施例之一，所述钢护筒内至少于其顶部内壁上设置多个第一抗剪栓钉。
作为实施例之一，所述立柱为钢柱，所述钢柱底部内壁上设置有多个第二抗剪栓钉且于所述钢柱内浇筑混凝土以覆盖各所述第二抗剪栓钉。
作为实施例之一，所述桩基的桩顶剔凿形成混凝土剔凿槽。
作为实施例之一，所述桩基的桩顶位于所述钢护筒上方。
作为实施例之一，所述钢护筒外壁设有防腐外层。
作为实施例之一，所述防腐外层包括在钢护筒外壁上依次施做的基本防腐底漆、中间漆和玻璃纤维防腐层。
本实用新型实施例至少具有如下有益效果：
(1)采用在钢护筒内直接浇筑桩基的方式，钢护筒与柱脚合用，不需要拔出钢护筒，对周边土体扰动较小；
(2)采用钢护筒与立柱钢外管焊接的方式实现立柱与桩基的连接，在保证结构强度的基础上，不用开挖承台，对周围土体扰动较小，可达到忽略不计的程度，有效地克服现有技术中存在的承台开挖对土体扰动较大以及需要扩大桩径的缺陷。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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实用新型的一些实施例，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。
图1为本实用新型实施例提供的无承台的一柱一桩结构的施工结构示意图；
图2为图1沿A-A的剖视图；
图3为图1中I部分的放大结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
如图1-图3，本实用新型实施例提供一种无承台的一柱一桩结构，包括桩基13、立柱1和钢护筒2，桩基13浇筑形成于钢护筒2内，也即桩基13外套箍有钢护筒2，所述钢护筒2部分插入至地面以下且部分位于地面上方，所述立柱1具有外钢管1，所述外钢管1焊接于所述钢护筒2顶端。其中，上述桩基13与钢护筒2之间的结构关系是通过钢护筒2打入土中并开挖形成桩孔之后，直接在该钢护筒2中浇筑桩基13；这样，钢护筒2与桩基13之间的套箍效应能够保证桩基13受压时桩基13与钢护筒2共同受力。上述的立柱1可以为钢柱或钢管混凝土柱，为钢柱时，上述外钢管1即为钢柱本身，为钢管混凝土柱时，上述外钢管1即为钢管。
本实施例提供的一柱一桩结构，至少具有如下有益效果：
(1)采用在钢护筒2内直接浇筑桩基13的方式，钢护筒2与柱脚合用，不需要拔出钢护筒2，对周边土体扰动较小；
(2)采用钢护筒2与立柱1钢外管焊接的方式实现立柱1与桩基13的连接，在保证结构强度的基础上，不用开挖承台，对周围土体扰动较小，可达到忽略不计的程度，有效地克服现有技术中存在的承台开挖对土体扰动较大以及需要扩大桩径的缺陷。
优选地，由于钢护筒2作为永久结构直接插入于土体中，因此至少对其插入至土体中的部分进行防腐处理，也即包括有防腐外层17，以提高其使用寿命；进一步优选为对该钢护筒2全长进行防腐处理。其中优选的防腐做法是：在钢护筒2外壁上依次施做基本防腐底漆、中间漆和玻璃纤维防腐层；当然并不限于该防腐结构，本领域技术人员可以根据实际场地情况等因素进行调整。
在上述一柱一桩结构中，以外钢管1与钢护筒2具有具有相同形状及尺寸规格的横截面为佳，所述外钢管1与所述钢护筒2可以直接对焊连接。钢护筒2一般为圆柱形(当然不排除其它形状)，则对于上述较佳的实施例，外钢管1也为圆柱形，且直径与钢护筒2直径相同。当然，立柱1横截面也可以为方形或其他形状，对于外钢管1与钢护筒2具有不同形状和/或尺寸规格的横截面的情况，如外钢管1也为圆柱形但直径与钢护筒2不同，或外钢管1为方形等，所述外钢管1与所述钢护筒2通过转换节点焊接连接；该转换节点可以是方形截面转圆形截面的节点，或者是小直径转换为大直径的节点等，根据实际情况确定，可线下加工好，如预先焊接在外钢管1底部或者是与外钢管1一体成型，再与钢护筒2焊接；也即是说，对于这种情况，立柱1包括位于外钢管1底部的与钢护筒2适配的转换节点。可见，本实施例提供的一柱一桩结构对于立柱截面的适应性较好，对于立柱横截面尺寸较大的工况也能适用。
上述钢护筒2长度根据需要保护建筑物的范围、土质情况等的不同而确定，一般不小于3m。优选地，钢护筒2露出地面的高度为0.8～1.5m，进一步优选为露出1m，保证结构强度且方便作业。另外，如图1，钢护筒2底部端头坡口处理11，以方便钢护筒2打入土层。
上述实施例中，钢护筒2与外钢管1焊接固定，其兼做立柱1柱脚，显而易见地，钢护筒2与立柱1之间由于截面没有削弱，二者为等强连接，因而满足相关规范对柱脚的要求。
进一步优选地，如图1，所述钢护筒2顶部内壁设有内筒3，所述内筒3顶端伸入至所述外钢管1内且与所述外钢管1内壁相抵。该内筒3优选为是焊接在钢护筒2上，在施工过程中，外钢管1套入该内筒3，该内筒3可以与钢柱/转换节点内壁相抵，可用于在安装外钢管1时进行临时径向限位，便于外钢管1与钢护筒2之间的对位以及施工，另一方面，该内筒3还可以在外钢管1与钢护筒2焊接时作为焊缝挡板使用。
进一步优选地，如图1，所述外钢管1内焊接有内环板8，所述内环板8承搭于所述内筒3顶端。易于理解地，该内环板8为环形板体，其中间孔可容混凝土通过，当立柱1为钢管混凝土柱时，该内环板8的中间孔应较大，便于混凝土的浇筑；其板面为水平向，其优选为与外钢管1同轴设置，其优选为采用角焊缝或坡口焊缝焊接于外钢管1内部。该内环板8的作用包括：其可与上述内筒3配合，在安装外钢管1时，该内环板8可临时承搭在内筒3顶部，可对外钢管1进行临时轴向限位，便于外钢管1与钢护筒2之间的对位以及施工；另一方面，在外钢管1与钢护筒2焊接时，其可限制外钢管1的总体变形，从而提高外钢管1与钢护筒2的连接精度。
作为本实施例提供的无承台的一柱一桩结构的优选结构，如图1和图2，所述钢护筒2内至少于其顶部内壁上设置多个第一抗剪栓钉10。钢护筒2与其内浇筑的桩基13混凝土之间的套箍效应能够保证二者协同受力，通过在钢护筒2内进一步设置第一抗剪栓钉10，可以进一步提高二者之间共同受力的效果。显然，第一抗剪栓钉10的数量越多，效果越佳；从施工方便的角度，可在钢护筒2顶端向下1m范围内设置各第一抗剪栓钉10；优选地，如图2，从上至下以多圈抗剪层的方式设计，每圈抗剪层包括沿钢护筒2内壁周向环形布置的多个第一抗剪栓钉10，钢护筒2与混凝土之间的协同受力效果更佳。
同样地，优选为在外钢管1内壁上设置多个第二抗剪栓钉9，同样地可以获得上述的技术效果；第二抗剪栓钉9的设置方式借鉴上述第一抗剪栓钉10的设置方式。对于立柱1为钢管混凝土柱的情况，可在外钢管1内壁上全长设置第二抗剪栓钉9，也可仅在外钢管1底部以上1m范围内设置第二抗剪栓钉9；对于立柱1为钢柱的情况，可不设置第二抗剪栓钉9，优选为设置第二抗剪栓钉9，并在设置第二抗剪栓钉9的范围内浇筑混凝土，可提高立柱1与桩基13连接结构的强度和可靠性。
本实用新型实施例还涉及如上所述的无承台的一柱一桩结构的施工方法，包括如下步骤：
S1，将钢护筒2打入土体内至预设深度；
S2，在所述钢护筒2内浇筑桩基13；
S3，使所述外钢管1与所述钢护筒2对位，进行所述外钢管1与所述钢护筒2的焊接连接。
其中：
S1中，如图1，为便于施工，在钢护筒2外壁上设有击打台，在击打台上安装有击打筒7，用于完成打入钢护筒2的操作且保证钢护筒2不变形。该击打台包括击打台面板4和击打台加劲肋5，击打台面板4水平安装且与钢护筒2外壁焊接(优选为双面角焊缝焊接)，击打台加劲肋5分别与钢护筒2外壁及击打台面板4焊接(优选为双面角焊缝焊接)；如图2，该击打台面板4优选为是环形面板，环绕钢护筒2外壁安装；击打筒7优选为是点焊于击打台面板4上，其与钢护筒2同轴设置，且直径大于钢护筒2直径。上述击打台可将击打筒7的力均匀传递给钢护筒2，防止钢护筒2变形而影响后续与外钢管1的焊接精度。具体地，上述击打台面板4、击打台加劲肋5以及内筒3优选为线下预先安装在钢护筒2上；现场精确放样桩位后安装击打筒7，将钢护筒2打入土体至预设深度，施工时应控制钢护筒2水平位置及倾斜度。
上述桩基13包括钢筋笼和混凝土，钢筋笼优选为现场加工；S2中，具体包括如下步骤：
(1)在打入钢护筒2后，在钢护筒2内，通过泥浆护壁钻机形成桩孔，并清理桩底沉渣，施工过程按照相关规范控制；
(2)下放钢筋笼至桩孔内并固定，钢筋笼桩顶标高优选为与地面线18平齐；使用栓钉机在所述钢护筒2内焊接多个第一抗剪栓钉10，焊接时应制作可靠的临时踩踏平台；
(3)浇筑混凝土，停住灌注的条件为确保桩孔内所有泥浆从所述钢护筒2内溢出且从所述钢护筒2内溢出的混凝土浆液不少于1立方米，以保证桩头混凝土浇筑质量。
进一步优选地，混凝土达到强度80％后对桩身混凝土进行声测法完整性检测，检测合格后，在桩顶(图1中示出了未剔凿之前的桩顶14)剔凿形成混凝土剔凿槽15，凿毛并涂刷混凝土界面剂，便于后续的立柱1内的混凝土浇筑，可提高立柱1与桩基13的连接结构强度。如图1，上述混凝土剔凿槽15优选为是倒锥台形，效果更佳。
S3中，优选为预先线下在外钢管1上安装上述的内环板8、第二抗剪栓钉9等；在线下工厂中，优选为对外钢管1和钢护筒2进行预拼装，以保证现场安装无问题。外钢管1与钢护筒2之间优选为全熔透坡口焊缝12，焊缝等级不小于二级，可通过超声波探伤检测，保证焊缝12质量，探伤不合格时可进行焊缝修补。作为优选，预先在所述钢护筒2外壁和所述外钢管1外壁上分别设置多个耳板6，采用耳板6调节所述外钢管1的垂直度；通过上述的内筒3、内环板8及耳板6，精确地调整外钢管1的位置、垂直度等，实现钢护筒2与外钢管1的精确对位，保证连接质量，调整完成后，拧紧耳板6的螺栓以固定外钢管1，复测合格后可进行外钢管1与钢护筒2之间的焊接(在S2中焊接第一抗剪栓钉10时，该钢护筒2上的耳板6还可用于系安全带)。在外钢管1与钢护筒2焊接完成后，割除各耳板6及上述的击打台面板4和击打台加劲肋5。
进一步地，所述外钢管1与所述钢护筒2焊接之后，在所述外钢管1内浇筑混凝土；其中，当所述立柱1为钢管混凝土柱时，所述外钢管1内全长浇筑混凝土；当所述立柱1为钢柱时，在所述外钢管1底部内壁上设置多个第二抗剪栓钉9且使所述外钢管1内的混凝土覆盖各所述第二抗剪栓钉9。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。