CN110359450B - 装配式圆形桩结构及构筑方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种装配式圆形桩结构及构筑方法，装配式圆形桩结构包括位于圆形桩孔内的地下段，地下段和桩孔之间设有填充层，地下段包括若干个相互拼装的预制标准单元，每个预制标准单元均为圆形截面；每个预制标准单元均设置有预留孔，所有预制标准单元通过预留孔贯穿有预应力筋，且相邻两个预制标准单元的连接处均设有剪力键；构筑方法包括采用机械开挖圆形桩孔，并在圆形桩孔内设置泥浆护壁；拼装预制标准单元，在预留孔内贯穿预应力筋，形成地下段；张拉吊装预应力筋，使地下段形成整体构件，将地下段整体吊装至桩孔内；清理泥浆护壁，采用导管法在地下段和桩孔之间的缝隙填充填充料，使地下段和桩孔紧密结合；采用后张法施加预应力封锚。
Description
技术领域
本发明涉及装配式建筑技术领域，特别涉及一种装配式圆形桩结构及构筑方法。
背景技术
桩结构应用极为广泛，在土木工程中一般适用于如下领域：1)作为路基填方段支挡结构，与挡土板构成桩板结构，作用是抵抗土压力保持路基结构稳定；2)在滑坡地段作为抗滑桩抵抗滑坡推力，加固滑体保持滑坡稳定。
传统的抗滑桩为现浇矩形结构，采用人工挖孔现浇成型。在一些高寒高海拔山区陡坡地段的铁路、公路工程如采用传统施工工艺，会导致问题如下：1)现浇混凝土需立模板浇筑且养护困难(空气干燥、温度极低、紫外线强烈)，不但质量难以保证且严重影响施工进度，延长工期；2)人工挖孔且需要设置钢筋混凝土护壁，安全风险高、效率低，以川藏铁路为例，海拔2km以上不允许人工作业(缺氧及狭小环境作业)。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种装配式圆形桩结构及构筑方法。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种装配式圆形桩结构，包括位于圆形桩孔内的地下段，所述地下段和所述桩孔之间设有填充层，所述地下段包括若干个相互拼装的预制标准单元，每个所述预制标准单元均为圆形截面；
每个所述预制标准单元均设置有预留孔，所有所述预制标准单元通过预留孔贯穿有预应力筋，且相邻两个所述预制标准单元的连接处均设有剪力键。
本发明所述的装配式圆形桩结构，可在工厂预制生产预制标准单元，在现场拼装即可成型，采用装配式结构，解决了现浇混凝土需立模板浇筑且养护困难的问题，且保证了施工质量，可加快施工进度。另一方面，本发明由于采用了预制标准单元且设有填充层，较现有的现浇方案，可降低对桩孔开挖精度的要求，可直接采用机械设备开挖圆形桩孔，解决了人工挖孔安全风险高、效率低的问题，可进一步提高施工效率。最后本发明通过设置填充层，解决了装配式结构连接处受力薄弱，耐久性差的问题，且解决了大型机械挖孔无法与桩结构尺寸完全匹配的问题；通过设置剪力键，满足抗剪强度需求。
优选的，桩结构还包括位于所述桩孔上方的地上段，所述地上段与所述地下段相连接，所述地上段由若干个所述预制标准单元拼装而成，且在所述预制标准单元上设有外凸部，所述外凸部用于安装挡土板。
本发明通过在桩结构上设置外凸部，解决了挡土板搭板困难的问题，桩结构和挡土板配合形成桩板结构，可有效抵抗土压力保持路基结构稳定。
优选的，所述外凸部与所述预制标准单元为一体成型结构件，可直接在工厂预制加工，减少现场施工工序，加快施工进度。
优选的，所述填充层采用的填充料包括混凝土和/或水泥与弃渣混合料，并带有速凝和微膨胀性。为了节约成本及工期，填充料尽量使用廉价且利于养护的材料。
优选的，每个所述预制标准单元均包括本体，在所述本体内设有预留槽和纵筋，所述纵筋伸出所述本体，并伸入相邻预制标准单元的预留槽内，通过灌浆进行连接。通过在相邻两个标准预制单元之间连接纵筋，可以提高结构抗震性能。
优选的，所述本体上设有母头端和公头端。所述母头端设有若干个所述预留槽，其每个预留槽的侧面均设有双层钢筋结构，每个所述预留槽内还设有第一灌浆套筒；所述公头端设有与预留槽相同数量的纵筋，且每根纵筋的一端与所述双层钢筋结构相连接，另一端伸出所述本体外，且伸出所述本体外的长度与述预留槽的高度相适配，所述公头端在每根纵筋处还设有第二灌浆套筒，所述第二灌浆套筒的横截面尺寸与所述第一灌浆套筒的横截面尺寸相适配，所述第二灌浆套筒能够插入所述第一灌浆套筒内。
利用灌浆套筒技术解决了预制标准单元之间的纵向连接问题，通过配置纵筋，满足了构件截面的抗弯受力需求。第一灌浆套筒和第二灌浆套筒相适配，也保证平截面及斜截面具备足够的抗剪能力。箍筋是斜截面抗剪有效措施，单元连接处可根据实际情况设置箍筋加强。通过设计双层钢筋结构与纵筋相连接，也可以进一步提高构件的抗弯能力。
优选的，所述第一灌浆套筒和第二灌浆套筒之间设置成过盈连接，进一步提高抗剪切能力。
优选的，所述第一灌浆套筒和第二灌浆套筒均为整体式灌浆套筒，位于母头端的所有所述第一灌浆套筒预制成整体钢结构，位于公头端的所有所述第二灌浆套筒预制成整体钢结构，并直接预埋在本体内。
整体式灌浆套筒相对于现有的一套灌浆套筒只能连接一根耗能钢筋的方式，通过合理布置箱室的大小和位置，箱室的大小可以仅稍大于待连接的纵筋或预应力筋，可以大大改善灌浆套筒拼接缝接头处钢筋拥堵情况，从而可大幅加密耗能钢筋布置，提高桩结构的抗震耗能性能。
优选的，整体式灌浆套筒包括内壁和外壁，在所述内壁和外壁之间连接有若干个分隔板，从而形成若干个箱室，每个箱室可用于连接一根纵筋或预应力筋，所述内壁、外壁和分隔板均为钢板结构。
优选的，所述分隔板上开设有连通孔，所述连通孔使得所有所述箱室相互连通。仅需进行一次施工即可连接相邻两个预制标准单元的全部纵筋或预应力筋，施工工艺简单，可节约施工时间，提高施工质量。
优选的，所述双层钢筋结构的一端通过钢筋连接接头与所述纵筋相连接；或所述双层钢筋结构之间的间距呈渐缩设置，所述双层钢筋结构的一端与所述纵筋焊接连接。
优选的，每个所述预制标准单元在挡土侧布置的所述纵筋、预应力筋的数量大于非挡土侧，且在挡土侧沿径向布置有至少两排所述纵筋，以满足横向受力需求。
本发明还公开了一种装配式圆形桩结构的构筑方法，构筑所述的一种装配式圆形桩结构，包括以下步骤：
步骤一：采用机械开挖圆形桩孔，并在圆形桩孔内采用泥浆护壁；
步骤二：拼装预制标准单元，在预留孔内贯穿吊装预应力筋和纵向受力预应力筋，形成地下段；
步骤三：张拉吊装预应力筋，使地下段形成整体构件；
步骤四：将地下段整体吊装到桩孔内；
步骤五：清理泥浆护壁，采用导管法在地下段和桩孔之间的缝隙填充填充料，使地下段和桩孔紧密结合；
步骤六：采用后张法施加预应力封锚。
本发明所述的构筑方法，采用机械开挖圆形桩孔，解决了人工挖孔安全风险高、效率低的问题；采用工厂预制，现场拼装预制标准单元的形式，可提高施工质量，加快施工进程；采用分段张拉预应力方法，保证了吊装过程结构稳定；采用导管法注浆封闭解决了连接件耐久性问题、地下段与地基接触问题。
优选的，所述步骤五和步骤六之间，还包括以下步骤：
松开吊装预应力锚具，在地下段和地上段之间的接缝处涂刷环氧树脂；
拼装预制标准单元，在预留孔内贯穿预应力筋，形成地上段，直至设计高度位置。拼装完成的地上段可和挡土板配合使用，形成桩板结构。
优选的，拼装预制标准单元时，往一个所述预制标准单元的预留槽内灌浆并振捣密实，将另一个所述预制标准单元的第二灌浆套筒插入所述预制标准单元的第一灌浆套筒内，将另一个所述预制标准单元的纵筋插入所述预留槽内。
与现有技术相比，本发明所述的装配式圆形桩结构的有益效果：
本发明所述的装配式圆形桩结构，可在工厂预制生产预制标准单元，在现场拼装即可成型，采用装配式结构，解决了极寒条件下现浇混凝土需立模板浇筑且养护困难的问题，解决水下灌注混凝土质量难以保证的问题，保证了施工质量，可加快施工进度。另一方面，本发明由于采用了预制标准单元且设有填充层，较现有的现浇方案，可降低对桩孔开挖精度的要求，可直接采用机械设备开挖圆形桩孔，解决了人工挖孔安全风险高、效率低的问题，可进一步提高施工效率。最后本发明通过设置填充层，解决了装配式结构连接处受力薄弱，耐久性差的问题，且解决了大型机械挖孔无法与桩结构尺寸完全匹配的问题；采用弃渣作为填充材料回收利用，更加环保。
与现有技术相比，本发明所述的装配式圆形桩结构的构筑方法的有益效果：
本发明所述的构筑方法，采用机械开挖圆形桩孔，解决了人工挖孔安全风险高、效率低的问题；采用工厂预制，现场拼装预制标准单元的形式，可提高施工质量，加快施工进程；采用分段张拉预应力方法，保证了吊装过程结构稳定；采用导管法注浆封闭解决了连接件耐久性问题、地下段与地基接触问题。
附图说明：
图1是本发明实施例1所述的地下段的截面图。
图2是本发明实施例1所述的装配式圆形桩结构的断面图。
图3是本发明实施例1所述的装配式圆形桩结构的立面图。
图4是本发明实施例2所述的地上段的截面图。
图5是本发明实施例2所述的装配式圆形桩结构的立面图。
图6是本发明实施例3所述的预制标准单元的截面图。
图7是本发明实施例3所述的预制标准单元的立面图。
图8是本发明实施例3所述的预制标准单元的拼装示意图。
图中标记：0-桩孔，1-地下段，11-预制标准单元，110-本体，111-母头端，112-公头端，2-填充层，3-护壁，4-第一灌浆套筒，5-预留槽，6-双层钢筋结构，7-纵筋，8-第二灌浆套筒，9-地上段，10-外凸部，12-挡土板，13-分隔板，14-预应力筋，15-竖向钢筋，16-箍筋，17-内壁，18-外壁，19-第一剪力键，20-第二剪力键。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
如图1-图2所示，一种装配式圆形桩结构，包括位于圆形桩孔0内的地下段1，所述地下段1和圆形桩孔0之间设有填充层2，所述填充层2采用的填充料包括混凝土和/或水泥与弃渣混合料。
所述地下段1为空心圆形桩结构，包括若干个相互拼装的预制标准单元11，每个所述预制标准单元11均为圆形截面。每个预制标准单元11内设有竖向钢筋15和箍筋16，且每个所述预制标准单元11均预留有预留孔，所有所述预制标准单元11之间贯穿有预应力筋14。
且为了满足抗剪强度要求，相邻两个所述预制标准单元11的连接处设有剪力键，具体的，如图3所示，所述剪力键可以包括设置在母头端的第一剪力键19，所述第一剪力键19为下凹结构，还包括设置在公头端的第二剪力键20，所述第二剪力键20为外凸结构，所述第一剪力键19和第二剪力键20相适配。
优选的，为了提高抵抗土压力的性能，在靠近可能发生滑坡的区域，即抵抗土压力的挡土侧，进行了预应力筋的加密，沿着圆形桩径向设置多排预应力筋14，且增大了预应力筋14的截面尺寸。
构筑上述的装配式圆形桩结构，包括以下步骤：
步骤一：采用机械开挖圆形桩孔0，并在圆形桩孔0内设置泥浆护壁3；
步骤二：拼装预制标准单元11，在预留孔内贯穿预应力筋14(包括吊装预应力筋和纵向受力预应力筋)，形成地下段1；
步骤三：张拉吊装预应力筋，使地下段1形成整体构件；
步骤四：将拼装完成的地下段1整体吊装并下放至桩孔0内；
步骤五：清理泥浆护壁3，采用导管法在地下段1和桩孔0之间的缝隙填充填充料，使地下段1和桩孔0紧密结合；
步骤六：采用后张法施加预应力封锚。
实施例2
如图4-图5所示，本实施例与实施例1的区别在于，配式圆形桩结构还包括位于所述桩孔0上方的地上段9，所述地上段9与所述地下段1相连接，所述地上段9由若干个所述预制标准单元11拼装而成，且在所述预制标准单元11上设有一体成型的外凸部10，所述外凸部10为方形凸台，可用于安装挡土板12。
构筑上述的装配式圆形桩结构，包括以下步骤：
步骤一：采用机械开挖圆形桩孔0，并在圆形桩孔0内设置泥浆护壁3；
步骤二：拼装预制标准单元11，在预留孔内贯穿预应力筋14(包括吊装预应力筋和纵向受力预应力筋)，形成地下段1；
步骤三：张拉吊装预应力筋，使地下段1形成整体构件；
步骤四：将拼装完成的地下段1整体吊装并下放至桩孔0内；
步骤五：清理泥浆护壁3，采用导管法在地下段1和桩孔0之间的缝隙填充填充料，使地下段1和桩孔0紧密结合；
步骤六：松开吊装预应力锚具，在地下段1和地上段9之间的接缝处涂刷环氧树脂；
步骤七：待填充料强度达到70％以上，拼装预制标准单元11，在预留孔内贯穿预应力筋14，形成地上段9，直至设计高度位置；
步骤八：待拼装完成后，采用后张法施加预应力封锚；
步骤九：重复步骤一至步八，待所有或部分桩结构施工完毕后，开始搭建挡土板，挡土板可采用预制钢筋混凝土板，也可采用绿化植生板进行绿化；
步骤十：填筑板后填土，使路基结构与桩结构形成整体。
实施例3
为了提高桩结构的抗震性能，本实施例主要是对实施例1和实施例2中所述的预制标准单元11进行了改进，具体的：
如图6-图7所示，每个所述预制标准单元11包括本体110，在所述本体110上设有母头端111和公头端112；
所述母头端111沿周向设有若干个双层钢筋结构6，所述公头端112沿周向设有相同数量的纵筋7，每个所述双层钢筋结构6对应连接一个所述纵筋7，每个所述双层钢筋结构6形成一个预留槽5，每个所述纵筋7均伸出所述本体110，且所述纵筋7伸出所述本体110的长度与所述预留槽5的高度相适配，每个所述纵筋7的横截面尺寸与所述预留槽5的横截面尺寸相适配，所述纵筋7能够插入所述预留槽5内；
所述母头端111设有若干个第一灌浆套筒4，所述公头端112设有相同数量的第二灌浆套筒8，每个所述第一灌浆套筒4对应连通一个所述预留槽5，每个所述纵筋7贯穿对应的所述第二灌浆套筒8，且所述第二灌浆套筒8的横截面尺寸与所述第一灌浆套筒4的横截面尺寸相适配，所述第二灌浆套筒8能够插入所述第一灌浆套筒4内。
所述双层钢筋结构6的一端通过钢筋连接接头与所述纵筋7相连接；或所述双层钢筋结构6之间的间距呈渐缩设置，所述双层钢筋结构6的一端与所述纵筋7焊接连接。
每个所述预制标准单元11在挡土侧布置的所述双层钢筋结构6、纵筋7的数量大于非挡土侧，且在挡土侧沿径向布置有至少两排所述双层钢筋结构6、纵筋7。如图6中所示，在挡土侧布置有两排所述双层钢筋结构6、纵筋7，在非挡土侧仅布置一排。
所述第一灌浆套筒4和第二灌浆套筒8可以是常规的灌浆套筒，即每个灌浆套筒可进行一根钢筋的连接，也可采用整体式的灌浆套筒，如图6所示，母头端111的所有所述第一灌浆套筒4连接成整体钢结构，所述整体钢结构整体预埋在本体110内，便于施工。公头端112的所有所述第二灌浆套筒8也预制成整体钢结构，并直接预埋在本体110内。
所述的整体式灌浆套筒包括内壁17和外壁18，在所述内壁17和外壁18之间连接有若干个分隔板13，从而形成若干个箱室，每个箱室可用于连接一根纵筋或预应力筋，所述内壁17、外壁18和分隔板13均为钢板结构。
优选的，所述分隔板上开设有连通孔，所述连通孔使得所有所述箱室相互连通，从而可提高灌浆效率。
另外，本实施例采用的所述预制标准单元11由于设有相适配的第一灌浆套筒4和第二灌浆套筒8，二者装配可产生一定的抗剪性能，因此，可不设置剪力键。
如图8所示，拼装预制标准单元11时，往一个所述预制标准单元11的预留槽5内灌浆并振捣密实，将另一个所述预制标准单元11的第二灌浆套筒8插入所述预制标准单元11的第一灌浆套筒4内，将另一个所述预制标准单元11的纵筋7插入所述预留槽5内。
以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但本发明不局限于上述具体实施方式，因此任何对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (5)
1.一种装配式圆形桩结构，其特征在于，包括位于圆形桩孔内的地下段，所述地下段和所述桩孔之间设有填充层，所述地下段包括若干个相互拼装的预制标准单元，每个所述预制标准单元均为圆形截面；
每个所述预制标准单元均设置有预留孔，所有所述预制标准单元通过预留孔贯穿有预应力筋，且相邻两个所述预制标准单元的连接处均设有剪力键；
还包括位于所述桩孔上方的地上段，所述地上段与所述地下段相连接，所述地上段由若干个所述预制标准单元拼装而成，且在所述预制标准单元上设有外凸部，所述外凸部用于安装挡土板，
每个所述预制标准单元均包括本体，在所述本体内设有预留槽和纵筋，所述纵筋伸出所述本体，并伸入相邻预制标准单元的预留槽内，通过灌浆进行连接，所述本体上设有母头端和公头端，
所述母头端设有若干个所述预留槽，其每个预留槽的侧面均设有双层钢筋结构，每个所述预留槽内还设有第一灌浆套筒；所述公头端设有与预留槽相同数量的纵筋，且每根纵筋的一端与所述双层钢筋结构相连接，另一端伸出所述本体外，且伸出所述本体外的长度与述预留槽的高度相适配，所述公头端在每根纵筋处还设有第二灌浆套筒，所述第二灌浆套筒的横截面尺寸与所述第一灌浆套筒的横截面尺寸相适配，所述第二灌浆套筒能够插入所述第一灌浆套筒内，所述母头端的所有所述第一灌浆套筒连接成整体钢结构并整体预埋于所述本体内，所述公头端的所有所述第二灌浆套筒预制成整体钢结构并整体预埋于所述本体内，整体式灌浆套筒包括内壁和外壁，在所述内壁和外壁之间连接有若干个分隔板，从而形成若干个箱室，每个箱室用于连接一根纵筋或预应力筋，
每个所述预制标准单元在挡土侧布置的所述纵筋、预应力筋的数量大于非挡土侧，且在挡土侧沿径向布置有至少两排所述纵筋。
2.根据权利要求1所述的装配式圆形桩结构，其特征在于，所述外凸部与所述预制标准单元为一体成型结构件。
3.根据权利要求1所述的装配式圆形桩结构，其特征在于，所述填充层采用的填充料包括混凝土和/或水泥与弃渣混合料。
4.根据权利要求1所述的装配式圆形桩结构，其特征在于，所述双层钢筋结构之间的间距呈渐缩设置，所述双层钢筋结构的一端与所述纵筋焊接连接。
5.一种装配式圆形桩结构的构筑方法，其特征在于，构筑如权利要求1-4任一所述的一种装配式圆形桩结构，包括以下步骤：
步骤一：采用机械开挖圆形桩孔，并在圆形桩孔内采用泥浆护壁；
步骤二：拼装预制标准单元，在预留孔内贯穿吊装预应力筋和纵向受力预应力筋，形成地下段；
步骤三：张拉吊装预应力筋，使地下段形成整体构件；
步骤四：将地下段整体吊装到桩孔内；
步骤五：清理泥浆护壁，采用导管法在地下段和桩孔之间的缝隙填充填充料，使地下段和桩孔紧密结合；
步骤六：松开吊装预应力锚具，在地下段和地上段之间的接缝处涂刷环氧树脂；
步骤七：待填充料强度达到70%以上，拼装预制标准单元，在预留孔内贯穿预应力筋，形成地上段，直至设计高度位置；
步骤八：待拼装完成后，采用后张法施加预应力封锚；
步骤九：重复步骤一至步八，待所有或部分桩结构施工完毕后，开始搭建挡土板；
步骤十：填筑板后填土，使路基结构与桩结构形成整体。
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