装配式可回收基坑围护预制桩及其施工方法与流程

1.本发明属于建筑施工领域，具体涉及一种装配式可回收基坑围护预制桩及其施工方法。


背景技术：

2.基坑工程围护结构主要分为钢板桩、钢管桩、smw工法桩、trd工法桩、预制管桩、沉管灌注桩、钻孔灌注桩、地下连续墙等类型。其中，钻孔灌注桩刚度较大、工艺成熟，应用最为广泛。从一层到三层地下室，都可以采用钻孔灌注桩作为围护结构。然而，基坑围护钻孔灌注桩耗材量大、费用较高，一次使用之后成为永久的隐蔽工程，难以再次利用，有悖于“碳达峰”、“碳中和”的理念。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题，并提供一种装配式可回收基坑围护预制桩及其施工方法。
4.本发明所采用的具体技术方案如下：
5.第一方面，本发明提供了一种一种装配式可回收基坑围护预制桩，其包括若干桩身构件单元，用于通过拼接形成环绕基坑外沿的基坑围护结构；
6.所述桩身构件单元包括导向架和桩身模块；
7.所述导向架上具有一根或多根导向杆，每一根导向杆均垂直安装于端板底座上，且所述导向杆中具有轴向贯通的中空孔道，其顶部开口用于连接外部管道，底部开口连通所述端板底座的下表面；
8.所述桩身模块分为标准块、腰梁连接块、调节块和冠梁块；每一种桩身模块均设有与所述导向架匹配的安装孔，能够通过安装孔套设安装于所述导向架的导向杆上；每一种桩身模块的顶面设置企口，底面设置与企口匹配的凹槽；所述腰梁连接块和冠梁块上设有用于连接基坑内支撑的连接件，且腰梁连接块上的连接件相对于腰梁连接块下方的标准块内凹；每一个所述冠梁块的两侧分别设有能与其他冠梁块联结的企口与凹槽；
9.所述标准块、腰梁连接块、调节块和冠梁块通过组合套装于每一根所述导向杆上，形成单桩；其中，所述冠梁块安装于桩身顶部；所述腰梁连接块安装于桩身上需要连接基坑内支撑的位置且所述连接件朝向基坑内支撑所在侧；所述调节块安装于所述冠梁块和所述腰梁连接块下方，用于调节所述冠梁块和所述腰梁连接块所处的高度满足设计要求；整个单桩中除腰梁连接块、调节块和冠梁块之外其余位置均由所述标准块构成，且单桩上下相邻的桩身模块之间均通过企口和凹槽紧密拼接，保持桩身的竖向连续性；
10.所有桩身构件单元的桩身顶部冠梁块之间能通过企口和凹槽紧密拼接，保持所有冠梁块的横向连续性。
11.作为上述第一方面的优选，所述的标准块、腰梁连接块和冠梁块均为适用于不同工程的标准模块；所述调节块为针对目标工程的定制模块，用于保证拼接后总的桩身高度
以及腰梁连接块和冠梁块所处位置满足设计要求。
12.作为上述第一方面的优选，每个所述导向架上具有多条平行的导向杆，在单个导向架上装配形成的多条单桩的标准块、腰梁连接块和调节块均独立，但顶部冠梁块采用一体式构件，从而使多条单桩的顶部联结为一个整体。
13.作为上述第一方面的优选，所述导向杆以及所述冠梁块上均设有吊钩。
14.作为上述第一方面的优选，所述冠梁块和腰梁连接块的高度为0.6～1.0米，所述标准块的高度为4～6米。
15.作为上述第一方面的优选，所述腰梁连接块上的连接件为用于连接基坑内支撑的受力钢筋的预埋钢板。
16.作为上述第一方面的优选，所述安装孔的直径略大于所述导向杆外径，两者构成间隙配合。
17.作为上述第一方面的优选，所述桩身模块上的企口和凹槽均为与桩身同轴布置的环形。
18.第二方面，本发明提供了一种如第一方面任一方案所述装配式可回收基坑围护预制桩的施工方法，其步骤如下：
19.s1、按照基坑工程的基坑围护预制桩设计位置进行机械成孔，进而在地基平面上形成一系列沿基坑工程边缘环向布置的桩孔，且每一个桩孔对应拟安装一个桩身构件单元；将所有桩身构件单元的组件运输至现场就位后，将所有导向架分别吊装沉入对应的桩孔内，直至导向架的端板底座没入孔底沉渣中；
20.s2、针对每一个桩孔，分别将所述导向杆的顶部开口通过管道连接外部抽吸设备，然后利用抽吸设备对孔底沉渣进行抽吸外排，进而完成孔底沉渣的清理并拆除导向杆顶部连接的管道，导向架的端板底座支顶在孔底地基上；
21.s3、对第一个桩孔进行桩身模块装配作业，通过起吊设备不断将标准块装配至导向架上并沿导向杆沉入桩孔内逐块连续拼装，每当接近一个基坑内支撑安装位置时，需取预先定制的调节块装配至导向架上并沿导向杆沉入桩孔内，再起吊一个腰梁连接块装配至导向架上并沿导向杆沉入桩孔内，使腰梁连接块在下方调节块上的装配高度刚好满足对应的基坑内支撑的安装高度，最后安装一个预先定制的调节块以及最顶部的冠梁块，且腰梁连接块和冠梁块上的连接件均应当朝向基坑内支撑所在侧，所有桩身模块竖向通过企口和凹槽紧密拼接，完成单桩的装配作业；沿桩孔平面排列走向依次对每一个桩孔进行相同的桩身模块装配作业，且相邻单桩顶部的冠梁块之间也通过企口和凹槽紧密拼接形成连续梁，完成整体基坑围护预制桩的施工；
22.s4、按照基坑的施工组织方案对基坑围护预制桩围合区域内的基坑进行土体开挖，并从上到下按序施工所有的基坑内支撑，且每一道基坑内支撑通过端部的受力钢筋连接固定在对应高度处的所述冠梁块或腰梁连接块的连接件上，直至开挖至基坑坑底；
23.s5、基坑开挖完毕后，对地下室进行施工并在施工过程中逐道拆除基坑内支撑b，地下室施工完毕后，对地下室四周与基坑围护预制桩之间的空间进行土体回填；
24.s6、沿基坑围护预制桩走向依次对所有桩孔按序进行单桩拆除作业，每一个桩孔进行单桩拆除作业时，先利用起吊设备回收冠梁块，然后对所述导向架以及导向架上安装的剩余桩身模块进行整体起吊，在起吊过程中不断将回填土注入所述导向杆内的孔道以填
满所述端板底座下方的桩孔，最终完全取出所述导向架以及全部桩身模块，同时回填土填满桩孔的整个桩孔；
25.s7、完成所有桩孔的单桩拆除作业后，对导向架以及全部桩身模块进行回收转运，用于下一工程的施工。
26.作为上述第二方面的优选，所述桩身模块均在工厂预制，然后运输至项目现场进行安装。
27.本发明相对于现有技术而言，具有以下有益效果：
28.本发明采用桩身构件单元来组装形成装配式可回收基坑围护预制桩，其中的桩身模块可以灵活组合标准块、调节块、腰梁连接块和冠梁块形成任意高度的单桩。而且该桩身构件单元还通过采用具有中空孔道的导向架，从而实现了沉渣的排出和回填土填入的功能。由此，在装配式可回收基坑围护预制桩的施工过程中，可以方便的排出底部的沉渣，同时地下室施工完毕后，所有组件都可以重复回收利用，并用回填土填满桩孔。本发明可适用于不同的工程项目，且预制化的围护预制桩拼装形式能够大大节省施工所需的成本以及时间。
附图说明
29.图1为装配式可回收基坑围护预制桩的平面图；
30.图2为三个单桩组成的组合桩立面图；
31.图3为单个桩身构件单元装配状态下的剖面图；
32.图4为导向架的剖面图；
33.图5为单个桩身构件单元中各桩身模块的剖面图；
34.图6为装配式可回收基坑围护预制桩的施工方法流程图。
35.图中附图标记为：桩位a、基坑内支撑b、坑外w、坑内n、导向架1、标准块2、调节块3、腰梁连接块4、冠梁块5、预埋钢板6、企口7、桩孔8、沉渣9、吊绳10、管道11、腰梁12、基坑坑底13、地下室14、回填土15、端板底座101、导向杆102、中空孔道103、吊钩104。
具体实施方式
36.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。本发明各个实施例中的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。
37.在本发明的描述中，需要理解的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，可以是直接连接到另一个元件或者是间接连接即存在中间元件。相反，当元件为称作“直接”与另一元件连接时，不存在中间元件。
38.在本发明的一个较佳实施例中，提供了一种装配式可回收基坑围护预制桩，其包括若干个桩身构件单元，各桩身构件单元能够通过装配式拼接形成环绕基坑外沿的基坑围护结构。参见图1所示，整个基坑围护预制桩可以按照设计桩位a预先开设一系列的桩孔，每一个桩孔各自对应采用一个桩身构件单元，进而通过桩身构件单元中的各组件拼装形成单
桩，所有单桩连续拼接即可形成相应的基坑围护预制桩。而基坑围护预制桩中需要设置能够临时连接地下室施工所需的基坑内支撑b的连接件。
39.下面对单个桩身构件单元的具体结构进行详细描述。
40.如图2所示，桩身构件单元包括导向架1和桩身模块两部分，其中导向架1的作用是为桩身模块提供安装基础同时为沉渣的排出和回填土的填入提供通道，桩身模块的作用是通过灵活组装形成单桩。
41.导向架上可具有一根或多根导向杆，每一根导向杆均垂直安装于端板底座上。如图2所示，在本实施例中，导向架1上具有三根导向杆102，三根导向杆102均垂直安装于端板底座101上，每根导向杆102可形成一条单桩。单桩的结构如图3所示。进一步的，如图4所示，导向架1的端板底座101可采用钢板加工而成，且在连接导向杆102的位置进行开孔。导向杆102采用中空杆件设计，即其具有轴向贯通的中空孔道103，其顶部开口用于连接外部管道11，底部开口通过端板底座101上的开孔连通端板底座101的下表面。由此，即可通过中空孔道103对端板底座101下部的沉渣进行抽吸，亦可通过中空孔道103向端板底座101下部注入回填土15。另外，为了便于导向架1的整体吊装，导向杆102顶部可以设置吊钩104等吊装连接件，后续起吊设备可通过钢丝之类的吊绳10连接吊钩104，进而对导向架1进行吊装作业。
42.如图5所示，桩身模块分为标准块2、腰梁连接块4、调节块3和冠梁块5。标准块2、腰梁连接块4、调节块3和冠梁块5这四种桩身模块均设有与所述导向架1匹配的安装孔，因此能够通过安装孔套设安装于所述导向架1的导向杆102上。由于本实施例中导向架1上具有三根导向杆102，每个桩身模块上对应开设一条安装孔，由此一个导向架1上实际装配形成了三个单桩组成的组合桩。在单个导向架上装配形成的多条单桩的标准块、腰梁连接块和调节块均独立，但顶部冠梁块采用一体式构件，从而使多条单桩的顶部可以联结为一个整体。当然，在其他实施例中，导向架1上亦可设置其他数量的导向杆102，例如1条、2条、4条或以上，进而形成不同数量的图3所示的单桩。但总体而言，三个单桩为一组具有较高的灵活度，同时能满足常见的使用需求。
43.另外，由于本发明中的桩身模块是通过拼接进行组装的，因此为了保证拼接缝位置的密封性，每一种桩身模块的顶面设置企口7，底面侧面设置于企口7匹配的凹槽。由此，同一个单桩上的桩身模块能够上下紧密拼接，形成连续桩身。
44.另外，为了避免桩身模块在导向架1上出现水平晃动，可控制桩身模块上的安装孔的直径略大于所述导向杆102外径，使得桩身模块与导向杆102之间可以构成间隙配合，在不影响装配的情况下减少水平位移，保证组装过程的顺利实现。导向杆102外径优选为200mm。
45.另外，本发明中，由于在地下室施工开挖基坑过程中，为了保证基坑四周基坑围护预制桩的稳定性，提高其抵抗坑外w的侧向荷载的能力，需要在基坑围护预制桩上设置基坑内支撑b。而基坑内支撑b往往有多道，最上方的一道设置于与地面平齐的冠梁上，而其余设置于地面以下。因此，为了便于连接基坑内支撑b，本发明可在腰梁连接块4和冠梁块5上设有用于连接基坑内支撑b的连接件。连接件的具体形式不限，在本实施例中，腰梁连接块4上的连接件可以采用预埋钢板6，在施工基坑内支撑b时可以将基坑内支撑b的端部受力钢筋焊接在预埋钢板6上，形成稳定的整体受力体系。当拆除基坑内支撑b时，则可以剪断或者切断基坑内支撑b的端部受力钢筋。
46.参见图2和图3所示，标准块2、腰梁连接块4、调节块3和冠梁块5通过组合套装于所述导向架1上，形成单桩。其中，标准块2是构成单桩的主要桩身模块。冠梁块5安装于桩身顶部，用于连接形成基坑围护预制桩的冠梁结构。腰梁连接块4安装于桩身上需要连接基坑内支撑b的位置，且前述的连接件需要朝向基坑内支撑b所在侧。由于冠梁块5和腰梁连接块4起到了连接基坑内支撑b的作用，而基坑内支撑b的设计标高是根据相关设计计算确定的，不能随意调整，因此为了保证冠梁块5和腰梁连接块4能够刚好位于基坑内支撑b所需的高度位置，引入了高度与标准块2不一致的调节块3。调节块3安装于冠梁块5和腰梁连接块4下方，用于调节冠梁块5和所述腰梁连接块4所处的高度满足设计要求。整个单桩中除腰梁连接块4、调节块3和冠梁块5之外其余位置均由所述标准块2构成，且单桩上下相邻的桩身模块之间均通过企口7和凹槽紧密拼接，保持桩身的竖向连续性。
47.需要说明的是，标准块2、腰梁连接块4和冠梁块5均为适用于不同工程的标准模块。但是调节块3一般为针对目标工程的定制模块，用于保证拼接后总的桩身高度以及腰梁连接块4和冠梁块所处位置满足设计要求，调节块的数量、高度、位置根据实际情况确定。当然，某一工厂使用完的调节块3亦可保存，当存在其他刚好适用的工程时亦可直接使用，减少定制成本。调节块3的高度均小于标准块2。
48.另外，作为本发明的一种优选示例，冠梁块5和腰梁连接块4的高度为0.6～1.0米，高度优选为0.8米；而标准块2的高度为4～6米，优选为5米。单桩的直径可根据实际的设计需要进行调整。在本发明前述采用三个单桩为一组的实施例中，冠梁块5的高度、宽度、长度可分别设计为0.8米、1.2米、3.6米，腰梁连接块4的高度、宽度可分别设计为0.8米、0.9米。
49.由于本发明中的整个基坑围护预制桩是通过一系列单桩组装的，其水平方向上需要依赖于顶部的冠梁提供联结作用，以抵抗坑外w的土体对单桩施加的朝向坑内n的侧向力。对于一个导向架1具有多个单桩的情况，每个单桩顶部的冠梁块5可以是独立的，也可以是一体浇筑的。当时，不论每个单桩顶部的冠梁块5是独立的还是一体浇筑的，所有单桩顶部的冠梁块5都需要能够通过装配形成连续梁。因此，在本实施例中，每一个所述冠梁块的一侧需要设有企口，另一侧需要设置于企口配合的凹槽，使得每个冠梁块能与相邻的其他冠梁块通过企口与凹槽进行联结。
50.另外，为了便于冠梁块5的吊装，冠梁块5上也可以设置相应的吊钩，而其余桩身模块上也可根据需要设置吊钩。
51.另外，冠梁块5上的预埋钢板6可以与基坑内支撑b直接连接，而对于桩身腰部位置的腰梁连接块4其预埋钢板6也可以通过腰梁12与基坑内支撑b间接连接，具体可根据实际设计和施工方案进行确定。进一步的，如图3所述，为了为腰梁12提供相应的支撑点，腰梁连接块4上的连接件相对于腰梁连接块4下方的标准块3内凹，进而在两者的连接位置形成一个支撑面，腰梁12端部除了与预埋钢板6焊接之外还可以支撑在支撑面上。
52.本发明中所采用的各企口和凹槽的具体尺寸和形式可以根式实际需要进行调整。在本发明的一个较佳实施例中，为了防止上、下桩身模块间出现容易渗漏的通缝，在各桩身模块上顶面设置与桩身同轴的一圈环形企口(高、宽均为100mm)，在各桩身模块下底面预留与桩身同轴的一圈环形凹槽(深、宽均为100mm)。优选的，为了保证冠梁块5之间通过联结形成可承受横向力的连续梁，冠梁块5上的企口和凹槽可以特殊设计，使其在水平力作用下不会脱离。由此，所有桩身构件单元的桩身顶部冠梁块5之间能通过企口和凹槽紧密拼接，保
持所有冠梁块5的横向连续性。
53.另外，参见图1所示，由于基坑围护预制桩常见的是矩形布局，因此单桩的平面布置形式可以按照基坑外边缘进行布设，形成矩形的围合结构。当然，假如基坑围护预制桩是其他异形形状，亦可采用其他的平面布置形式。
54.如图6所示，基于上述装配式可回收基坑围护预制桩，本发明还可以进一步提供一种此类装配式可回收基坑围护预制桩的施工方法，其施工工艺流程为：机械成孔，下沉导向架
→
安装管道，通过孔道抽出沉渣
→
安装各模块
→
施工内支撑，土方开挖
→
施工地下室，四周回填土
→
回收冠梁块
→
回收其他模块，通过孔道回填土
→
回收完毕，回填完成。下面对施工方法的具体步骤进行详细描述：
55.s1、按照基坑工程的基坑围护预制桩设计位置进行机械成孔，进而在地基平面上形成一系列沿基坑工程边缘环向布置的桩孔8，且每一个桩孔8对应拟安装一个桩身构件单元；将所有桩身构件单元的组件运输至现场就位后，将所有导向架1分别通过起吊设备吊装沉入对应的桩孔8内，直至导向架1的端板底座101没入孔底沉渣9中，每一个桩孔8中沉入一个导向架1，如图6中(a)所示。
56.需要说明的是，桩身模块均在工厂预制，然后运输至工程现场进行安装。本发明中所采用的起吊设备可以是汽车吊、塔吊等设备，对此不作限制。
57.s2、针对每一个桩孔8，分别将所述导向杆102的顶部开口通过管道11连接外部抽吸设备，然后利用抽吸设备对孔底沉渣9进行抽吸外排，进而完成孔底沉渣9的清理并拆除导向杆102顶部连接的管道11，导向架1的端板底座101支顶在桩孔8底部地基上，如图6中(b)所示。
58.需要说明的是，本发明中采用的外部抽吸设备可以是大功率的负压抽吸泵。
59.s3、对第一个桩孔8进行桩身模块装配作业，通过起吊设备不断将标准块2装配至导向架1上并沿导向杆102沉入桩孔8内逐块连续拼装，每当接近一个基坑内支撑b安装位置时，需取预先定制的调节块3装配至导向架1上并沿导向杆102沉入桩孔8内，再起吊一个腰梁连接块4装配至导向架1上并沿导向杆102沉入桩孔8内，使腰梁连接块4在下方调节块3上的装配高度刚好满足对应的基坑内支撑b的安装高度，最后安装一个预先定制的调节块3以及最顶部的冠梁块5，且腰梁连接块4和冠梁块5上的连接件均应当朝向基坑内支撑b所在侧，所有桩身模块竖向通过企口7和凹槽紧密拼接，完成单桩的装配作业；沿基坑围护预制桩的桩孔8走向依次对每一个桩孔8进行相同的桩身模块装配作业，且相邻单桩顶部的冠梁块5横向之间也通过企口7和凹槽紧密拼接，完成整体基坑围护预制桩的施工，如图6中(c)所示。
60.需要说明的是，不同桩孔8中的桩身模块装配作业流程基本是相似的，但是腰梁连接块4的具体安装位置以及数量可能存在差异。这是由于不同桩孔8所对应的单桩中，需要设置基坑内支撑b的位置可能存在差异，部分单桩也可能不需要连接基坑内支撑b。对于每一个桩孔8，可以预先根据施工图计算其中所需的腰梁连接块4数量以及安装高度，然后计算对应所需的调节块3的高度，进而预先对腰梁连接块4下方的调节块3进行定制，同时针对冠梁块5下方的腰梁连接块4也需要根据整体的单桩桩身高度进行定制，保证组装完毕后的单桩满足该桩孔8所在位置的基坑围护预制桩设计形式。
61.为了保证安装过程的顺利进行，对于每一个桩孔8，可预先对所有的桩身模块进行
按序编号，施工过程中按序吊装即可。
62.s4、按照基坑的施工组织方案对基坑围护预制桩围合区域内的基坑进行土体开挖，并从上到下按序施工所有的基坑内支撑b，且每一道基坑内支撑b通过端部的受力钢筋连接固定在对应高度处的所述冠梁块5或腰梁连接块4的预埋钢板6上，直至开挖至基坑坑底13，如图6中(d)所示。
63.需要说明的是，基坑土体开挖的施工组织方案可根据相关设计规范以及项目的设计方案进行确定，属于现有技术，并非本发明的重点，因此不再赘述。基坑内支撑b的施工方法亦可按照相关设计规范以及项目的设计方案进行。
64.s5、基坑开挖完毕后，对地下室14进行施工并在施工过程中逐道拆除基坑内支撑b，地下室14施工完毕后，对地下室14四周与基坑围护预制桩之间的空间进行土体回填，如图6中(e)所示；
65.需要说明的是，基坑内支撑b是随着地下室14的施工进程逐道拆除的，一般由下至上开始拆除。当拆除基坑内支撑b时，可以剪断或者切断其端部受力钢筋，使得其脱离预埋钢板6。为了使腰梁连接块4能够重复使用，剪断或者切断受力钢筋时，应当避免损伤预埋钢板6，预埋钢板6的焊接部位后续回收后亦可通过加工进行磨平。
66.s6、沿基坑围护预制桩走向依次对所有桩孔8按序进行单桩拆除作业，每一个桩孔8进行单桩拆除作业时，先利用起吊设备和吊绳10回收冠梁块5，如图6中(f)所示，然后对所述导向架1以及导向架1上安装的其余桩身模块缓慢进行整体起吊，在起吊过程中不断将回填土15注入所述导向杆102内的孔道以填满所述端板底座101下方的桩孔8，如图6中(g)所示，最终完全取出所述导向架1以及全部桩身模块，同时回填土15填满桩孔8的整条桩孔8，如图6中(h)所示。
67.需注意的是，该过程中导向架1的上升速度不宜过快，以保证导向架1桩身模块移除后回填土15能及时填满端板底座101下方的桩孔8为准，避免出现桩孔8因侧向荷载出现破坏。
68.s7、完成所有桩孔8的单桩拆除作业后，对导向架1以及全部桩身模块进行回收转运，用于下一工程的施工。基坑围护预制桩中的所有单桩，可以逐个进行冠梁块5和其他桩身组件的拆除，也可以一并对回收冠梁块5后逐条进行桩身拆除。但是假如采用了多条单桩装配于同一个导向架1上的组合桩，则需要以组合桩为单元进行整体拆除。
69.以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
70.以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。