一种自锁型支护桩、制作方法和联排支护系统及施工方法与流程

本技术涉及支护桩，具体涉及一种自锁型支护桩、制作方法和联排支护系统及施工方法。

背景技术：

1、预制混凝土支护桩是近年逐步在河岸挡土、建筑基坑等围护结构上应用的一种新型混凝土构件，对比传统水利工程使用的抛石护岸、灌填桩、重力式挡墙等结构，混凝土支护桩具有施工方便、节省用料、施工质量可控性强等多种优势，近年来广泛应用于江河湖泊的整治和加固、农田水利建设。

2、相关技术中，使用压桩设备将预制混凝土支护桩压入堤岸的土层内，相邻的支护桩依次紧密排列，从而形成一个对堤岸泥土的阻挡面。目前，较为常用的一种支护桩的横截面呈圆形，在实际的使用过程中，由于支护桩呈圆柱形，支护系统的两相邻支护桩之间呈线性贴合，桩与桩之间的整体性差、协同承载能力差，当两相邻支护桩贴合的部分受到较大的压力时，泥土和土壤中的水分容易通过两相邻支护桩的空隙而降低支护系统的止水、止土效果，难以形成高承载力的支护系统，而且，支护系统通常由多个支护桩联排组合构成，每个支护桩在施工压桩过程中均需要导向架进行辅助打桩，随着不同支护桩的施工，导向架需要跟随移动，施工比较繁琐，且即便有导向架的辅助，不同的支护桩也会存在不同程度的垂直误差，难以保证支护桩的垂直度，使得一个支护系统中存在多个支护桩朝向不同的方向偏斜的可能性，导致支护系统的水平承载力不足，多处渗水、渗土现象普遍存在。

技术实现思路

1、本技术提供了一种自锁型支护桩、制作方法和联排支护系统及施工方法，以解决上述技术问题中的至少一个技术问题。

2、本技术所采用的技术方案为：

3、一种自锁型支护桩，所述支护桩包括由混凝土浇筑形成的桩体以及埋设于桩体内的钢筋笼，所述桩体的中部设置有中心孔，所述桩体相背的两侧分别设置有第一连接面和第二连接面，所述第一连接面和所述第二连接面通过支护面连接，所述第一连接面设置有外凸的凸榫，所述第二连接面设置有内凹的凹槽，所述凸榫和所述凹槽分别沿所述中心孔的轴向延伸；所述凸榫和所述凹槽结构相互适配，并使一个所述桩体的凸榫能够沿所述中心孔的轴向与另一所述桩体的凹槽滑动配合，并被所述凹槽限制沿除所述中心孔的轴向的其他方向活动。

4、本技术中的自锁型支护桩还具有下述附加技术特征：

5、所述凸榫和所述凹槽构造成横截面为燕尾形状的结构，所述凸榫的锥角位于45-70°之间。

6、所述凸榫的外侧面与所述第一连接面通过第一弧形面连接，所述凹槽的内侧面与所述第二连接面通过第二弧形面连接，所述第一弧形面和所述第二弧形面的配合引导所述凸榫与所述凹槽的相对滑动，并限制所述凸榫沿除所述中心孔的轴向的其他方向活动。

7、所述钢筋笼包括多根预应力钢筋，所述预应力钢筋沿所述桩体的轴向方向延伸，多根所述预应力钢筋围绕所述中心孔的外周间隔布置，所述桩体的顶端设置有与所述预应力钢筋的顶部对应的沉孔，所述沉孔内安装有与所述预应力钢筋相连的连接套筒。

8、所述连接套筒的长度小于所述沉孔的长度，以使所述连接套筒整体隐藏于所述沉孔内，且连接套筒端面低于桩端面高度45mm以上。

9、本技术所提供的一种自锁型支护桩的制作方法，用于制作如前所述自锁型支护桩，包括如下步骤：

10、s1、制作由预应力钢筋和箍筋连接形成的钢筋笼，预应力钢筋的端部连接钢筋套筒，将钢筋笼和模具吊装至作业场地，其中：模具包括盖模、底模、上衬板盒以及下衬板盒，上衬板盒和下衬板盒结构和尺寸相同，盖模和底模设置有企口法兰，使得通过将上衬板盒和下衬板盒按照预设位置分别安装在盖模和底模内，并将盖模和底模进行合模时，即可获得与自锁型支护桩的外轮廓适配的桩体成型空间；

11、s2、将底模置于地面上，下衬板盒通过连接螺栓按照预设位置可拆卸地安装在底模内部，下衬板盒及底模内壁全部涂刷脱模剂，将制备好的钢筋笼放置于底模内，然后将钢筋笼的预应力钢筋的端部通过连接套筒与张拉锚固板上的张拉螺丝连接；

12、s3、将按设计强度要求及配合比制备完成的混凝土料定量且均匀地浇筑布置于底模内；

13、s4、上衬板盒通过连接螺栓按照预设位置可拆卸地固定于盖模内，上衬板盒及底模内壁全部涂刷脱模剂，然后通过合模螺栓与螺母的配合将盖模与底模进行合模，此时，上衬板盒和下衬板盒贴紧且二者关于模具的水平中心面呈对称状态；

14、s5、通过张拉设备按照设定控制值对预应力钢筋进行预应力张拉，完成预应力张拉后，将模具整体通过吊装设备吊装于离心机上，使其在离心机上完成桩体的离心成型，离心成型过程中，混凝土料受离心力而构造出桩体的中心孔，上衬板盒和下衬板盒一起逐步构造出支护桩的凹槽，盖模和底模的内轮廓逐步构造出支护桩的支护面和凸榫；

15、s6、完成离心成型后，倒出产生的混凝土余浆，并将模具整体移吊于养护场地进行桩体带模蒸汽养护，直至支护桩达到脱模强度；

16、s7、养护结束后，将模具移吊出养护场地，先对预应力钢筋进行放张，放张后松开合模螺栓，取下盖模和底模上分别用于固定上衬板盒和下衬板盒的连接螺栓，将盖模从底模上拆下，从底模内取出预制桩，拆除桩上粘连的上衬板盒和下衬板盒即可得到成品桩。

17、优选地，模具位于离心机上进行桩体离心成型的离心工艺主要由低速离心、中低速离心、中高速离心、高速离心四个阶段组成。

18、本技术所提供的一种联排支护系统，采用如前所述自锁型支护桩的制作方法制作的自锁型支护桩，所述支护桩设有多个，多个所述支护桩依次并排布置构成一字型结构，相邻两个所述支护桩中的一个所述支护桩的凸榫与另一所述支护桩的凸榫的凹槽配合。

19、本技术所提供的一种联排支护系统的施工方法，应用于如前所述联排支护系统，所述施工方法包括：

20、(1)根据联排支护系统所需总联排长度和自锁型支护桩的支护面宽度计算出所需自锁型支护桩的数量，并将相应数量的自锁型支护桩运输至工程现场；

21、(2)通过压桩设备将第一根支护桩在预设位置逐步向下压，向下压的过程中不断纠正垂直偏差以确保第一根支护桩的垂直度，直至第一根支护桩下沉至预设深度；

22、(3)通过吊装设备将第二根支护桩垂直吊起，使第二根支护桩的底端高于第一根支护桩的顶端，依据联排支护系统的联排走向将第二根支护桩的凸榫对准第一根支护桩的凹槽或将第二根支护桩的凹槽对准第一根支护桩的凸榫，并使吊装设备下放第二根支护桩，使第二根支护桩的凸榫自上向下滑入第一根支护桩的凹槽内或使第一根支护桩的凸榫自下向上滑入第二根支护桩的凹槽内，直至第二根支护桩与地面接触后，通过压桩设备将第二根支护桩逐步向下压，直至将第二根支护桩压至与第一根支护桩等高状态；

23、(4)按照第二根支护桩的施工方式依次将剩余的支护桩压桩完成。

24、由于采用了上述技术方案，本技术所取得的技术效果为：

25、1.桩体相背的两侧分别设置有第一连接面和第二连接面，第一连接面设置有凸榫，第二连接面设置有凹槽，凸榫和所述凹槽结构相互适配，并使一个桩体的凸榫能够沿中心孔的轴向与另一桩体的凹槽滑动配合，因此，在将多个支护桩施工压桩形成联排支护系统时，只需要将第一根支护桩打桩完成并保证垂直度后，通过凸榫和凹槽的滑动导向作用依次将剩余的支护桩施工完成，且在凸榫和凹槽的滑动导向作用下，无需利用导向架进行辅助施工，取消了导向架的设置，简化了施工工艺，大大提高了施工效率，节省了施工和劳动力成本，同时，也能保证相邻支护桩之间平行布置，在确保第一根支护桩垂直度的前提下，后续施工的支护桩均能具有较好的垂直度，尽可能地避免出现一个支护系统中存在多个支护桩朝向不同的方向偏斜的现象，提升支护系统的水平承载力。

26、2.一个桩体的凸榫能够沿中心孔的轴向与另一桩体的凹槽滑动配合时，凸榫被凹槽限制沿除中心孔的轴向的其他方向活动，使得支护桩施工后，相邻两个支护桩通过凸榫和凹槽实现水平方向上的自锁，无法沿水平面发生相对错动，实现多个支护桩串联锁紧成一排刚性支护墙结构，大幅提升支护系统的整体性、抗弯强度和协同承载力，而且，相邻两个支护桩通过凸榫和凹槽的锁紧，形成较好的密封效果，相邻两个支护桩之间基本不会出现间隙，泥土和土壤中的水分不易在两相邻支护桩之间穿过，大大提升了支护系统的止水、止土效果，避免支护系统渗水、渗土现象发生。

27、3.凸榫和凹槽构造成横截面为燕尾形状的结构，结构简单，降低了支护桩加工成型的难度，简化了成型模具的结构，燕尾状凸榫和燕尾状凹槽的咬合，有效提高相邻两个支护桩的稳定性和强度，减少松动和变形的风险，还能更大程度地适应结构受力产生的微小变形。凸榫的锥角位于45-70°之间，处于合理区域之间，既能防止锥角过小而造成与凹槽锁和力度不足而容易脱开，又能防止锥角过大而造成构成凹槽的尾榫处过细而降低承载力或造成尾榫断裂。

28、4.第一弧形面和第二弧形面的存在，降低了凸榫和凹槽边沿位置的尖锐度，进而降低了加工误差造成的影响，使得在第一弧形面和第二弧形面的配合引导下凸榫与凹槽的相对滑动更加顺畅，支护桩的打桩施工更加快速流畅，此外，在桩体成型过程中，与第一弧形面和第二弧形面分别对应的模具的部位应也为弧形结构，相较于尖锐结构而言，有助于桩体成型过程中混凝土料在该处进行充分的材料积累，进而构造处质量较好、坚实可靠的第一弧形面和第二弧形面，提升凸榫和凹槽的结构强度，进而提升相邻两支护桩通过凸榫和凹槽锁紧的可靠性。

29、5.通过沿桩体的轴向方向设置多根预应力钢筋，预应力钢筋在支护桩施加压力，当支护桩承受由外荷载产生的拉力时，首先抵消支护桩中已有的预压力，然后随荷载增加，才能使支护桩受拉而后出现裂缝，因而延迟了支护桩裂缝的出现和开展，有助于提高支护桩的抗裂性、刚度及抗渗性，能够充分发挥支护桩的性能。