CN114718051A - 一种装配式桩墙合一结构及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种装配式桩墙合一结构及其施工方法。所述装配式桩墙合一结构包括第一预制桩、第二预制桩、传力板、地下结构、扩底灌注桩及防水体系，所述第一预制桩与第二预制桩密贴构成连续密排支护体，所述密排支护体设置在地下结构外侧，密排支护体与地下结构通过传力板相连，组成桩墙合一结构体系，使得支护桩与地下结构一起分担水土压力及竖向荷载；所述扩底灌注桩设置在地下结构底板以下，承受结构荷载的同时还可提供抗拔力，抵消地下结构的上浮力；同时兼具通过内外两道防水体系实现对地下结构全面防水处理，提高桩墙合一结构的防水性能。本发明中的桩墙合一结构整体性能及抗浮能力优异，工程造价低，节能环保，具有很强的推广应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程领域，具体来说涉及一种装配式桩墙合一结构及其施工方法。
背景技术
在实际工程的施工过程中，为确保基坑施工过程中不对周边建筑造成影响，坑内会设置多道内支撑来阻止坑内土体的位移发展，且沿着基坑坑边设有一圈强度足够的支护桩、地下连续墙等支护措施，采取坑内与坑外相结合的支护方式来保证基坑施工的正常进行。基坑施工完成后，内支撑完成了支护任务后就会被拆除，但支护桩却被遗弃在地下，既不能为主体结构分担荷载，还会在土体中遗留大量的钢筋混凝土障碍物，对周边建筑的地下空间发展形成阻碍。与传统的基坑支护相比，“桩墙合一”结构将基坑支护桩与地下结构外墙共同考虑，使得支护桩与地下结构一起承担水土压力及竖向荷载。其不仅能减少地下结构外墙的厚度，减少土方开挖量，增加地下结构的使用面积，又能减少工程造价，将原本遗弃的临时支护桩转化为永久使用，具有一定的经济效益，达到了保护环境、节约社会资源的目标。
但在当前实际工程应用中，“桩墙合一”结构所采用的桩多为钻孔灌注桩，其存在适用范围窄、泥浆排放量大、成桩质量差及施工效率低等缺点，施工过程中易发生地表隆起、坍孔、缩径等不良现象，成桩后灌注桩表面起伏较大且桩表面粗糙，需采用机械凿除桩表面混凝土找平；而且随着结构使用年限的增加，地下水会逐渐渗入到地下结构内部，造成较大地安全隐患，为此需要增添防水层来隔绝地下水。
除此之外，现阶段大多数桩墙合一结构的墙体与桩体的连接时多采用凿除桩身混凝土形成凹槽，在凹槽内植入钢筋与地下结构相连，然而此种做法易在凹槽处形成应力集中，破坏了桩身整体稳定性。且现有地下结构抗浮设计时，多采用扩底灌注桩来提供抗拔力，但现阶段的扩底灌注桩大多数是仅混凝土进行扩底，而钢筋笼并未进行扩底，导致扩底部分承载力不足，未达到预期效果。
发明内容
为了解决传统桩墙合一结构中灌注桩质量差及施工缓慢的问题，本发明提供了一种利用预制桩替代传统钻孔灌注桩的装配式桩墙合一结构及其施工方法，该结构将有效地解决实际施工过程中灌注桩质量差、表面粗糙等问题，并可极大地提高支护桩施工效率、减少地下结构外墙厚度，增大地下结构的使用面积，达到节能、环保、经济的目标。
为了达到上述技术目的，本发明提供了一种装配式桩墙合一结构，所述桩墙合一结构包括地下结构和位于地下结构两侧的密排桩支护体，所述密排桩支护体包括冠梁、水泥土搅拌层及由第一预制桩和第二预制桩拼接而成的桩墙，所述第一预制桩和第二预制桩的接缝呈圆弧形，并在接缝部位设有卯榫连接构件，在第一预制桩和第二预制桩上分别设有贯穿桩体的桩芯孔，每根预制桩临近地下结构的一侧设有多个传力牛腿；所述冠梁位于桩墙顶部，并通过预应力筋与第一预制桩和第二预制桩连接；所述水泥土搅拌层设置在密排桩支护体下端面，使用钻机通过预制桩桩芯孔，对密排桩支护体底面以下土体进行搅拌并加压注入水泥浆固结后形成；所述地下结构包括两侧外墙体和位于两侧外墙体之间的底板、中间楼板、顶板及结构柱，所述地下结构的两侧外墙体分别通过传力板与预制桩上对应的传力牛腿连接，并与两侧的密排桩支护体构成桩墙合一结构体系，在密排桩支护体与外墙体之间防水挡墙，所述防水挡墙一侧紧贴外墙体，另一侧通过柔性防水结构与密排桩支护体连接，防水挡墙的顶部与冠梁连接，底部与最下层传力板连接；所述底板的底部设有多根扩底灌注桩，所述扩底灌注桩由混凝土及变径可开合钢筋笼组成，所述变径可开合钢筋笼包括主钢筋笼和变径钢筋笼，所述主钢筋笼竖向布置，所述变径钢筋笼位于主钢筋笼下部，其直径大于主钢筋笼。
本发明较优的技术方案：所述第一预制桩为两端成圆弧状的方形中空管状桩体，第二预制桩的两端设有与第一预制桩端部圆形凸起相匹配的弧形凹槽，且第二预制桩的宽度与第一预制桩的宽度相等，第一预制桩和第二预制桩连接后形成方形密排桩支护体。
本发明较优的技术方案：所述卯榫连接构件包括对称设置在第一预制桩两侧圆形凸起部位的外凸式的榫头和对称设置在第一预制桩两侧弧形内凹区域的内凹式的卯眼，且第一预制桩和第二预制桩组拼后，相邻的榫头插入对应卯眼内形成连续闭合密排桩支护体。
本发明进一步的技术方案：所述变径钢筋笼包括固定杆、滑动杆、沿着主钢筋笼圆周向布置的多根变径钢筋和连接每根变径钢筋与滑动杆的连接杆；所述固定杆为中空管状结构，通过连接钢筋焊接于主钢筋笼的中部，固定杆上部对称设有两个滑槽，每个滑槽内部设有可滑动的矩形卡板，所述矩形卡板设有圆孔及卡槽，矩形卡板通过卡槽卡扣在滑槽底部，矩形卡板与滑槽之间留有变形间隙，矩形卡板可在滑槽内自由滑动，固定杆中部设有多个弹性卡扣组件；所述滑动杆呈中空管状，其上部管壁对应开设有卡扣孔，滑动杆外套在固定杆下部，其直径大于固定杆直径，滑动杆与固定杆间留有滑动间隙，并可在固定杆上自由滑动，在滑动杆上部对称设有两个透孔，所述滑动杆通过对称设置在两侧的拉线与固定杆连接，每根拉线一端与矩形卡板圆孔相连，另一端与滑动杆上的透孔相连；所述矩形卡板向上滑动与滑槽上部凹槽相卡扣，带动拉线驱使滑动杆向上滑动，通过弹性卡扣组件卡入滑动杆的卡扣孔内稳定滑动杆的位置；所述滑动杆沿周向设有两排耳板，所述变径钢筋对应位置设有两个耳板，每根连接杆呈一定角度倾斜布置在滑动杆与变径钢筋之间，两端分别与滑动杆和变径钢筋上的耳板相铰接。
本发明较优的技术方案：所述柔性防水结构从密排桩支护体侧依次包括水泥砂浆层、无纺布、防水卷材及细石混凝土保护层；在外墙体远离防水挡墙的一侧设有刚韧性防水层，所述刚韧性防水层由外向内依次包括氯丁乳胶水泥砂浆层、细石混凝土保护层及砖砌墙。
本发明较优的技术方案：多个传力牛腿及传力板依次分布在对应地下结构的底板、中间楼板和顶板的位置，且传力板分别与对应的底板、中间楼板和顶板连为一体，在传力牛腿上设有预留钢筋孔道，每块传力板通过在传力牛腿预留钢筋孔道插入传力板主筋并注入植筋胶与密排桩支护体连接。
本发明较优的技术方案：所述预应力筋相互间隔排列于每根预制桩的两侧，每根预应力筋笔直无弯折贯穿冠梁及预制桩的桩身，上端通过锚具锚固在冠梁顶面，下端通过扩大头锚固段锚固在水泥土搅拌层内部；所述扩大头锚固段包括中心钢管、焊接在钢管上的2～4片直径依次增大的钢板和焊接在钢管底端的锥形端头板，预应力筋下端穿过中心钢管与锥形端头板连接。
本发明较优的技术方案：所述榫头为形状大小与卯眼相匹配的钢棒或木棒，且高度高出预制桩桩身的高度，通过环氧树脂胶粘贴在第一预制桩两侧，待第一预制桩与第二预制桩沉桩拼接完成后，拔出桩间榫卯处的榫头并形成注浆孔腔，在孔腔中注入微膨胀水泥浆，固结后形成桩间止水带。
本发明较优的技术方案：所述弹性卡扣组件设有多个，多个弹性卡扣组件成环形分布在固定杆下部，每个弹性卡扣组件由三角板卡扣及弹簧组成，在固定杆安装弹性卡扣组件的位置对应开设有凹槽，所述三角板卡扣通过弹簧安装在凹槽内，并通过弹簧产生的弹性力使三角板卡扣收缩至凹槽内或伸出凹槽插入滑动杆的卡扣孔；所述卡扣孔对应设置在滑动杆的上部，所述卡扣孔的尺寸大于三角板卡扣的尺寸。
本发明还提供了一种装配式桩墙合一结构的施工方法，具体施工步骤如下：
S1:第一预制桩和第二预制桩制作：分别根据设计图纸进行第一预制桩和第二预制桩的钢筋下料及绑扎工作，完成桩身钢筋笼制作；接着加工及安装木模板，并使用PVC管预留桩身预应力筋孔道及桩芯孔道，最后对桩身进行混凝土浇筑，振捣密实并洒水养护；
S2:预制桩沉桩：平整场地，定位支护桩施工轴线；将预制桩及预应力筋沿施工轴线逐根压入土层，第一预制桩和第二预制桩交错分布，相邻两预制桩之间通过弧形凸起和弧形凹槽对接，且后沉入的第一预制桩上的榫头对前根第二预制桩上卯眼部位的泥土进行切削排泥，保证该处泥土有效去除的同时使桩间紧密拼接，形成连续闭合密排桩支护体；
S3：水泥土搅拌层施工：全部预制桩沉桩完成后，拔出桩间榫卯处榫头形成注浆孔腔，在孔腔中注入微膨胀水泥浆，干结后即可形成桩间止水带；然后使用钻机通过预制桩桩芯孔，对密排桩支护体下端面以下土体进行搅拌并加压注入水泥浆，固结后即可形成水泥土搅拌层；
S4：冠梁、钢支撑施工：开挖到冠梁底标高，进行冠梁施工，张拉预应力筋，张拉完成后锚固在冠梁顶面；接着进行基坑开挖，依次在密排桩支护体的传力牛腿上架设钢支撑并开挖至坑底设计标高；
S5：扩底灌注桩钻孔：定位地下结构基础桩位，设有扩底钻头的长螺旋桩机就位，在预定桩位向下钻孔，持续钻进至需扩底施工层；接着放缓钻杆转速，同时扩底钻头逐渐扩张，进行扩孔工作，直至扩底钻头扩张至所需扩底孔径大小后，继续往下钻孔至设计标高；最后扩底钻头合拢，缓慢上提钻杆至地面；
S6：扩底灌注桩施工：使用吊机吊装变径可开合钢筋笼，将钢筋笼吊至孔底设计标高，然后利用固定杆矩形卡板上提作用带动滑动杆向上滑动，滑动杆卡扣孔与固定杆弹性卡件组件相卡扣，变径钢筋在自重作用及连接杆上部箍筋阻挡作用向下运动，变径钢筋向背离主钢筋笼轴线的方向扩张，从而实现了变径钢筋笼的扩底变径，最后浇注桩身混凝土并养护成型；
S7：柔性防水层施工：对密排桩支护体背水侧进行打磨找平，找平后施作一层水泥砂浆，然后再空铺无纺布一层，接着施作两层防水卷材，最后用细石混凝土做防水卷材的保护层，完成柔性防水层施工；
S8：地下结构施工：施工放线，平整场地，浇筑混凝土垫层，绑扎地下结构底板钢筋及在传力牛腿预留孔道插入传力板主筋并注入植筋胶，接着浇筑底板及传力板混凝土并养护成型；拆除负二层钢支撑，绑扎负二层墙柱、楼板及传力板钢筋并浇筑混凝土，重复上述步骤直至顶板完成，待混凝土养护成型后在桩墙间浇注防水挡墙填实；
S9：刚韧性防水层施工：将地下结构外墙背水侧打磨找平，均匀涂刷氯丁乳胶水泥砂浆层，接着施工细石混凝土保护层，最后砌筑砖墙层，至此完成装配式桩墙合一结构的施工。
本发明的变径可开合钢筋笼可根据扩底桩的形状大小，通过调节连接杆上下箍筋间距来调整变径钢筋笼开合角度，以此来保证扩底部位增设了钢筋，提高扩底灌注桩的承载力及抗拔力。变径可开合钢筋笼的变径过程是变径钢筋在自重作用及连接杆上部箍筋阻挡作用向下运动，变径钢筋向背离主钢筋笼轴线的方向扩张，从而实现了变径钢筋笼的变径。
本发明的有益效果：
(1)本发明中的预制桩在质量、工期及环保等方面具有众多优势，预制桩包括两侧带弧榫槽的预制桩和两侧成圆弧形外凸式榫头的预制桩拼接而成，其独特的圆弧榫卯结构结合，可有效保证桩间紧密咬合，还能形成曲折的防水路线，解决目前相邻预制桩间平口接缝两侧通透的问题，提高预制桩间的防水性能；其截面力学性能优良，截面刚度大、抗弯剪性能优，耐冲击性能良好；产品质量可靠，利用成熟的管桩生产工艺，工厂化流水化制造，质量稳定可控。
(2)本发明中预制桩桩身通过传力牛腿与地下结构相连，预制桩桩身质量可靠且受力合理，且传力牛腿提前预留钢筋孔道，预制桩与地下结构可通过在预留孔道内插筋并注入植筋胶相连，且预留孔道位置可控，有效地解决了桩墙合一结构实际施工过程中支护桩与地下结构紧密连接问题。
(3)本发明中地下结构的工程桩采用扩底钻孔灌注桩，其是对钻孔灌注桩的一种改进和创新，它利用钻孔达到所要求的持力层后在桩端换用特殊钻头将桩端直径扩大。本发明中通过变径装置实现底部变径钢筋笼的变径，为扩底灌注桩的扩底部分增设了钢筋，与普通灌注桩相比，其极限承载力大幅提升的同时还可提供抗拔力，抵消结构的上浮力，提高了扩底桩的承载力与抗拔力。
(4)本发明中预应力筋锚头采用扩大头锚固段结构，扩大头锚固段一方面可以增大预应力筋与水泥土搅拌层的接触面积，增加预应力筋的粘结摩擦力，从而可对上浮的预制桩提供阻力。另一方面可减少预应力筋锚固段应力集中现象，避免其锚固段应力过大，导致预制桩局部发生开裂剥落，更有利于控制预制桩的质量。
(5)本发明中的桩墙合一结构采用双重抗浮措施，一方面利用传力板将地下结构与预制桩相连，使预制桩参与到地下结构永久受力中，以分担地下结构的上浮力；另一方面，将承受地下结构荷载的全部或部分工程桩改进为扩底灌注桩，在其承载力大幅提升的同时兼做抗拔桩。本发明通过双重抗浮措施可以为地下结构提供优异的抗浮能力，大大降低地下水上浮造成的地下结构上浮及破坏的可能。
(6)本发明中桩墙合一结构采用内外层双防水措施来抵御地下水对地下结构的侵蚀，本发明在预制桩背水侧设置柔性防水层及地下结构外墙背水侧设置刚韧性防水层，当外层柔性防水层发生破坏渗透后，内层刚韧性防水层仍能发挥止水作用，有效保证了使用年限内地下结构的防水能力。
本发明中的桩墙合一结构，现场施工可操作性强、构件装配化程度高、作业效率高，结构的整体性能和施工质量较好，抗浮能力和防水能力优异，工程造价较低，节能环保，具有很强的推广应用价值。
附图说明
图1是本发明的装配式桩墙合一结构示意图；
图2是本发明中第一预制桩和第二预制桩拼接平面示意图；
图3是本发明中的钢支撑布置示意图；
图4是本发明中的第一预制桩结构示意图；
图5是本发明中的扩大头锚固段结构示意图；
图6是本发明中的固定杆与滑动杆连接的示意图；
图7是本发明中变径可开合钢筋笼示意图；
图8是图7的A-A截面剖面示意图；
图9是图7的B-B截面剖面示意图；
图10是本发明中变径可开合钢筋笼扩张示意图；
图11是本发明中的滑动杆与连接杆连接的示意图；
图12是本发明中的固定杆滑槽示意图；
图13是本发明中的矩形卡板示意图；
图14是本发明中弹性卡扣组件示意图。
图中：1—第一预制桩，100—桩芯孔，101—预应力筋孔道，102—榫头，2—第二预制桩，200—卯眼，3—预应力筋，4—冠梁，5—扩底灌注桩， 500—主钢筋笼，501—变径可开合钢筋笼，502—连接杆，503—变形钢筋， 504—固定杆，505—滑动杆，506—弹性卡扣组件，507—耳板，508—连接钢筋，509—卡扣孔，510—透孔，511—三角板卡扣，512—弹簧，513—矩形卡板，514—滑槽，515—凹槽，516—圆孔，517—拉线，518—卡槽，6—钢管，7—钢板，8—锥形端头板，9—底板，10—外墙，11—楼板，12—顶板，13—传力牛腿，1300—预留钢筋孔道，14—水泥砂浆，15—无纺布，16—防水卷材，17—细石混凝土保护层，18—防水挡墙，19—氯丁乳胶水泥砂浆， 20—细石混凝土保护层，21—砖砌墙，22—垫板，23—夹具，24—钢支撑， 25—水泥土搅拌层，26—传力板，27—传力板主筋，28—扩大头锚固段，29 —结构柱，30—桩间止水带。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。附图1至14均为实施例的附图，采用简化的方式绘制，仅用于清晰、简洁地说明本发明实施例的目的。以下对在附图中的展现的技术方案为本发明的实施例的具体方案，并非旨在限制要求保护的本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例中提供的一种装配式桩墙合一结构，如图1所示，包括地下结构和位于地下结构两侧的密排桩支护体，所述密排桩支护体包括冠梁4、水泥土搅拌层25及由第一预制桩1和第二预制桩2拼接而成的桩墙；如图2和图4所示，所述第一预制桩1和第二预制桩2的接缝呈圆弧形，在第一预制桩1和第二预制桩2上分别设有贯穿桩体的桩芯孔100，每根预制桩临近地下结构的一侧设有多个传力牛腿13，在传力牛腿13上设有预留钢筋孔道1300，当地下结构施工时，可通过在预留钢筋孔道1300中插入传力板主筋27并注入植筋胶，然后浇筑形成可靠的整体。由于预制桩尺寸及规格固定，预留钢筋孔道1300 可精确的施工至指定位置，较预制桩内预埋钢筋或植筋更为方便可靠。所述第一预制桩1为两端成圆弧状的方形中空管状桩体，类似灯笼的形状；第二预制桩2类似工字钢形状，其两端设有与第一预制桩1端部圆形凸起相匹配的弧形凹槽，且第二预制桩2的宽度与第一预制桩1的宽度相等，第一预制桩1和第二预制桩2连接后形成方形密排桩支护体，并在两相邻预制桩的接缝部位设有卯榫连接构件，所述卯榫连接构件包括对称设置在第一预制桩1两侧圆形凸起部位的外凸式的榫头102和对称设置在第一预制桩2两侧弧形内凹区域的内凹式的卯眼200，且第一预制桩1和第二预制桩2组拼后，相邻的榫头102插入对应卯眼200内形成连续闭合密排桩支护体。所述榫头102为形状大小与卯眼 200相匹配的钢棒或木棒，且高度高出预制桩桩身的高度，通过环氧树脂胶粘贴在第一预制桩1两侧，待第一预制桩1与第二预制桩2沉桩拼接完成后，拔出桩间榫卯处的榫头102并形成注浆孔腔，在孔腔中注入微膨胀水泥浆，固结后形成桩间止水带。
实施例中提供的一种装配式桩墙合一结构，如图1和图3所示，所述冠梁 4位于桩墙顶部，并通过预应力筋3与第一预制桩1和第二预制桩2连接；所述水泥土搅拌层25设置在密排桩支护体下端面，使用钻机通过预制桩桩芯孔 100，对密排桩支护体底面以下土体进行搅拌并加压注入水泥浆固结后形成；所述预应力筋3相互间隔排列于每根预制桩的两侧，每根预应力筋3笔直无弯折贯穿冠梁及预制桩的桩身，上端通过锚具锚固在冠梁4顶面，下端通过扩大头锚固段28锚固在水泥土搅拌层25内部；如图5所示，所述扩大头锚固段 28包括中心钢管、焊接在钢管上的2～4片直径依次增大的钢板和焊接在钢管底端的锥形端头板，预应力筋3下端穿过中心钢管与锥形端头板连接，通过与水泥土搅拌层25的粘结摩擦力，可对上浮的密排桩支护体提供阻力。
实施例中提供的一种装配式桩墙合一结构，如图1和图3所示，所述地下结构包括两侧外墙体10及位于两侧外墙体10之间的底板9、楼板11、顶板 12及结构柱29，所述底板9的底部设有多根扩底灌注桩5，所述扩底灌注桩5 由扩底混凝土及变径可开合钢筋笼组成，间隔一定距离设置在地下结构底板9 以下；所述地下结构通过传力板26与预制桩上对应的传力牛腿13连接，并与两侧的密排桩支护体构成桩墙合一结构体系，多个传力牛腿13及传力板26 依次分布在对应地下结构的底板9、楼板11和顶板12的位置，每块传力板26 通过在传力牛腿13预留钢筋孔道1300插入传力板主筋27并注入植筋胶与密排桩支护体连接；所述密排桩支护体与外墙体10之间设有防水挡墙18，所述防水挡墙18一侧紧贴外墙体10，另一侧通过柔性防水结构与密排桩支护体连接，防水挡墙18的顶部与冠梁4连接，底部与最下层传力板连接，其与地下结构外墙体10一起浇筑；所述柔性防水结构从密排桩支护体侧依次包括水泥砂浆层14、无纺布15、防水卷材16及细石混凝土保护层17；在外墙10远离防水挡墙18的一侧设有刚韧性防水层，所述刚韧性防水层由外向内依次包括氯丁乳胶水泥砂浆层19、细石混凝土保护层20及砖砌墙21。
实施例中提供的一种装配式桩墙合一结构，如图7至14所示，所述扩底灌注桩5由混凝土及变径可开合钢筋笼组成，所述变径可开合钢筋笼包括主钢筋笼500和变径钢筋笼501，所述主钢筋笼500竖向布置，所述变径钢筋笼501 位于主钢筋笼500下部，其直径大于主钢筋笼500。所述变径钢筋笼501由固定杆504、滑动杆505、连接杆502及变径钢筋503组成，所述固定杆504为中空管状结构，通过连接钢筋508焊接于主钢筋笼500中部，固定杆504上部设有滑槽514，滑槽514内部设有可滑动的矩形卡板513，固定杆504中部设有多个弹性卡扣组件506，固定杆504下部与滑动杆505相交接；所述滑动杆 505呈中空管状特征，其直径大于固定杆504直径，外套在固定杆504下部，滑动杆505与固定杆504间留有滑动间隙，滑动杆505可在固定杆504上自由滑动；所述变径钢筋503沿主钢筋笼500周向布置若干，通过连接杆502与滑动杆505相连。如图12至图13所示，所述滑动杆505上部设有卡扣孔509 及透孔510，所述卡扣孔509尺寸大于弹性卡扣组件506尺寸，所述透孔510 处设置有拉线517，滑动杆505通过拉线517与固定杆504相连；所述拉线517 对称布置在固定杆504两侧，一端与矩形卡板圆孔518相连，另一端与滑动杆透孔510相连。如图10至图11所示，所述滑动杆505沿周向设置有两排耳板 507，所述变径钢筋503对应位置设有两个耳板507，变径钢筋503与滑动杆 505通过连接杆502相连，所述连接杆502呈一定角度倾斜布置在滑动杆505 与变径钢筋503之间，与滑动杆耳板及变径钢筋耳板相铰接。
实施例中提供的一种装配式桩墙合一结构，如图6至图14所示，所述矩形卡板513设有圆孔516及卡槽518，矩形卡板513通过卡槽518卡扣在滑槽 514底部，矩形卡板513与滑槽514之间留有变形间隙，矩形卡板513向上滑动与滑槽上部凹槽515相卡扣，带动拉线517驱使滑动杆505向上滑动，弹性卡扣组件506的弹力驱动三角板卡扣511向外运动插入卡扣孔509，固定杆504 与滑动杆505相卡扣。变径钢筋503在自重作用及连接杆上部箍筋阻挡作用向下运动，变径钢筋503向背离主钢筋笼500轴线的方向扩张，从而实现了变径钢筋笼的变径。如图14所示，所述固定杆504中部设有多个向内凹陷的矩形凹槽，矩形凹槽内设有弹性卡扣组件506，所述弹性卡扣组件506由三角板卡扣511及弹簧512组成，弹簧512一端焊接在固定杆504凹槽外壁上，另一端焊接在三角板卡扣511上，通过弹簧512产生的弹性力将三角板卡扣511插入滑动杆卡扣孔509，起到固定滑动杆505，保持变径钢筋503扩张的作用。
本发明中装配式桩墙合一结构通过传力板将预制桩与地下结构外墙连接起来，一起分担水土压力及竖向荷载。因此预制桩所能承受的应力大小至关主要。预制桩内部预应力筋有效预应力与混凝土的弹性变形、混凝土的徐变、混凝土的收缩和预应力筋的松弛有关。其预应力筋有效预应力计算公式如下：
Δσψ＝r(σp-2Δσ)
σ'＝σp-Δσ-Δσψ
式中：σp为预应力放张后预应力筋的拉应力；σcon为预应力筋的初始张拉应力；n为预应力筋的弹性模量与放张时混凝土的弹性模量之比；Ap为预应力筋的横截面积；A为预制桩截面面积；Δσ为混凝土的徐变及混凝土收缩引起的预应力筋拉应力损失；ξ为混凝土的徐变系数；σpt为放张后混凝土的预压应力； Eo为预应力钢绞线的弹性模量；δ为混凝土的收缩率，可取1.5×10-4；r为预应力筋的松弛系数，可取2.5％；Δσψ为预应力筋松弛引起的应力损失；σ'为预应力筋的有效应力。
由于本发明中两种预制桩截面均为异形截面，用结构力学的求解方法计算其力学性能较为复杂且易出错。因此，按照结构三等效原则将其均转换为工字形截面。预制桩桩身抗裂弯矩计算公式如下：
Mrk＝(σ'+γftk)W
式中：Mrk为预制桩抗裂弯矩；γ为混凝土计算截面抵抗矩塑性影响系数； ftk为混凝土抗拉强度标准值；W为桩身截面换算成工字形截面弹性抵抗矩。
预制桩桩身抗剪承载力计算公式如下：
Q＝Vcs+Vp
Vp＝0.05Np0
式中：Q为预制桩抗剪承载力；Vcs为预制桩斜截面上混凝土和横向钢筋的受剪承载力设计值；Vp为由预应力所提供的构件受剪承载力设计值；ft为混凝土抗拉强度设计值；Asv为箍筋的截面面积；fyv为箍筋抗拉强度设计值；S为箍筋间距；λ为剪跨比；Np0为计算工字形截面上混凝土法向预应力等于0时预应力筋的合力。
为了达到上述技术效果，本发明还提供了一种上述装配式桩墙合一结构的施工方法，具体施工步骤如下：
步骤一：预制桩制作。根据设计图纸进行第一预制桩和第二预制桩桩身钢筋下料及绑扎工作，完成桩身钢筋笼制作，如图2所示，第一预制桩为异形桩，第二预制桩为工字形桩。根据各桩截面尺寸加工及安装木模板，使用PVC管预留桩身预应力孔道及桩芯孔道，并使用木模板对预留孔道的PVC管进行固定。最后浇筑桩身混凝土，振捣密实并洒水养护，养护时长可根据实际情况进行调整，但不得小于14d。
步骤二：预制桩沉桩。平整场地，定位支护桩施工轴线。将预制异形桩、预制工字形桩及预应力筋沿施工轴线逐根压入土层，预制异形桩榫头对前根工字形桩卯眼部位的泥土进行切削排泥，保证该处泥土有效去除的同时使桩间紧密拼接，形成连续闭合密排桩支护体。
步骤三：水泥土搅拌层施工。所有预制桩沉桩完成后，拔出桩间榫卯处榫头形成注浆孔腔，在孔腔中注入微膨胀水泥浆，干结后即可形成桩间止水带。然后使用钻机通过预制桩桩芯孔，对密排桩支护体下端面以下一定深度土体进行搅拌并加压注入水泥浆，压入土体里的水泥浆通过搅拌后与土体充分混合，水泥浆在压力作用下向四周渗透扩散，固结后即可形成水泥土搅拌层。
步骤四：冠梁、内支撑施工。开挖到冠梁底标高，进行冠梁施工，接着对进行预应力筋张拉锁定。张拉完成后进行基坑开挖，依次在密排桩支护体传力牛腿上架设钢支撑，开挖至坑底设计标高后进行扩底灌注桩施工。
步骤五：扩底灌注桩钻孔。定位地下结构基础桩位，设有扩底钻头的长螺旋桩机就位，在预定桩位向下钻孔，持续钻进至预期需扩底施工的层位；放缓钻杆转速，同时扩底钻头逐渐扩张，进行扩孔工作，直至扩底钻头扩张至所需扩底孔径大小后，继续往下钻孔至设计标高；扩底钻头合拢，缓慢上提钻杆至地面。
步骤六：扩底灌注桩施工。利用吊机吊装变径可开合钢筋笼，驱使钢筋笼竖直处于桩孔上方，并依靠钢筋笼自身重量以及吊机压入，将钢筋笼压至设计标高。然后利用矩形卡板上提作用驱使滑动杆向上滑动，滑动杆卡扣孔与固定杆弹性卡扣组件相卡扣，同时变径钢筋在自重作用及连接杆上部箍筋阻挡作用下向下运动，变径钢筋向背离主钢筋笼轴线的方向扩张，从而实现了变径钢筋笼的扩底变径。最后浇注桩身混凝土并养护成型。
步骤七：柔性防水层施工。对密排桩支护体背水侧进行打磨找平，找平后施作一层水泥砂浆，然后再空铺无纺布一层，接着施作两层防水卷材，最后用细石混凝土做防水卷材的保护层。至此完成柔性防水层施工。
步骤八：地下结构施工。施工放线，平整场地，浇筑混凝土垫层，绑扎地下结构底板钢筋及在传力牛腿预留孔道插入传力板主筋，浇筑底板及传力板混凝土并养护成型；拆除负二层钢支撑，绑扎负二层墙柱、楼板及传力板钢筋并浇筑混凝土，重复上述步骤直至顶板完成，待混凝土养护成型后在桩墙间浇注防水挡墙填实。
步骤九：刚韧性防水层施工。将地下结构外墙背水侧表面打磨找平，均匀涂刷聚合物水泥砂浆层，接着施工细石混凝土保护层，最后砌筑砖墙层，至此完成桩墙合一结构的施工。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (10)
1.一种装配式桩墙合一结构，其特征在于：所述桩墙合一结构包括地下结构和位于地下结构两侧的密排桩支护体，所述密排桩支护体包括冠梁(4)、水泥土搅拌层(25)及由第一预制桩(1)和第二预制桩(2)拼接而成的桩墙，所述第一预制桩(1)和第二预制桩(2)的接缝呈圆弧形，并在接缝部位设有卯榫连接构件，在第一预制桩(1)和第二预制桩(2)上分别设有贯穿桩体的桩芯孔(100)，每根预制桩临近地下结构的一侧设有多个传力牛腿(13)；所述冠梁(4)位于桩墙顶部，并通过预应力筋(3)与第一预制桩(1)和第二预制桩(2)连接；所述水泥土搅拌层(25)设置在密排桩支护体下端面，使用钻机通过预制桩桩芯孔(100)，对密排桩支护体底面以下土体进行搅拌并加压注入水泥浆固结后形成；所述地下结构包括两侧外墙体(10)和位于两侧外墙体(10)之间的底板(9)、中间楼板(11)、顶板(12)及结构柱(29)，所述地下结构的两侧外墙体(10)分别通过传力板(26)与预制桩上对应的传力牛腿(13)连接，并与两侧的密排桩支护体构成桩墙合一结构体系，在密排桩支护体与外墙体(10)之间防水挡墙(18)，所述防水挡墙(18)一侧紧贴外墙体(10)，另一侧通过柔性防水结构与密排桩支护体连接，防水挡墙(18)的顶部与冠梁(4)连接，底部与最下层传力板连接；所述底板(9)的底部设有多根扩底灌注桩(5)，所述扩底灌注桩(5)由混凝土及变径可开合钢筋笼组成，所述变径可开合钢筋笼包括主钢筋笼(500)和变径钢筋笼(501)，所述主钢筋笼(500)竖向布置，所述变径钢筋笼(501)位于主钢筋笼(500)下部，其直径大于主钢筋笼(500)。
2.根据权利要求1所述的一种装配式桩墙合一结构，其特征在于：所述第一预制桩(1)为两端成圆弧状的方形中空管状桩体，第二预制桩(2)的两端设有与第一预制桩(1)端部圆形凸起相匹配的弧形凹槽，且第二预制桩(2)的宽度与第一预制桩(1)的宽度相等，第一预制桩(1)和第二预制桩(2)连接后形成方形密排桩支护体。
3.根据权利要求1或2所述的一种装配式桩墙合一结构，其特征在于：所述卯榫连接构件包括对称设置在第一预制桩(1)两侧圆形凸起部位的外凸式的榫头(102)和对称设置在第一预制桩(2)两侧弧形内凹区域的内凹式的卯眼(200)，且第一预制桩(1)和第二预制桩(2)组拼后，相邻的榫头(102)插入对应卯眼(200)内形成连续闭合密排桩支护体。
4.根据权利要求1或2所述的一种装配式桩墙合一结构，其特征在于：所述变径钢筋笼(501)包括固定杆(504)、滑动杆(505)、沿着主钢筋笼(500)圆周向布置的多根变径钢筋(503)和连接每根变径钢筋(503)与滑动杆(505)的连接杆(502)；所述固定杆(504)为中空管状结构，通过连接钢筋(508)焊接于主钢筋笼(500)的中部，固定杆(504)上部对称设有两个滑槽(514)，每个滑槽(514)内部设有可滑动的矩形卡板(513)，所述矩形卡板(513)设有圆孔(516)及卡槽(518)，矩形卡板(513)通过卡槽(518)卡扣在滑槽(514)底部，矩形卡板(513)与滑槽之间留有变形间隙，矩形卡板(513)可在滑槽(514)内自由滑动，固定杆(504)中部设有多个弹性卡扣组件(506)；所述滑动杆(505)呈中空管状，其上部管壁对应开设有卡扣孔509，滑动杆(505)外套在固定杆(504)下部，其直径大于固定杆(504)直径，滑动杆(505)与固定杆(504)间留有滑动间隙，并可在固定杆(504)上自由滑动，在滑动杆(505)上部对称设有两个透孔(510)，所述滑动杆(505)通过对称设置在两侧的拉线(517)与固定杆(504)连接，每根拉线(517)一端与矩形卡板(513)圆孔相连，另一端与滑动杆上的透孔(510)相连；所述矩形卡板(513)向上滑动与滑槽(514)上部凹槽相卡扣，带动拉线(517)驱使滑动杆(505)向上滑动，通过弹性卡扣组件(506)卡入滑动杆(505)的卡扣孔(509)内稳定滑动杆(505)的位置；所述滑动杆(505)沿周向设有两排耳板(507)，所述变径钢筋(503)对应位置设有两个耳板，每根连接杆(502)呈一定角度倾斜布置在滑动杆(505)与变径钢筋(503)之间，两端分别与滑动杆(505)和变径钢筋(503)上的耳板相铰接。
5.根据权利要求1或2所述的一种装配式桩墙合一结构，其特征在于：所述柔性防水结构从密排桩支护体侧依次包括水泥砂浆层(14)、无纺布(15)、防水卷材(16)及细石混凝土保护层(17)；在外墙体(10)远离防水挡墙(18)的一侧设有刚韧性防水层，所述刚韧性防水层由外向内依次包括氯丁乳胶水泥砂浆层(19)、细石混凝土保护层(20)及砖砌墙(21)。
6.根据权利要求1或2所述的一种装配式桩墙合一结构，其特征在于：多个传力牛腿(13)及传力板(26)依次分布在对应地下结构的底板(9)、中间楼板(11)和顶板(12)的位置，且传力板(26)分别与对应的底板(9)、中间楼板(11)和顶板(12)连为一体，在传力牛腿(13)上设有预留钢筋孔道(1300)，每块传力板(26)通过在传力牛腿(13)预留钢筋孔道(1300)插入传力板主筋(27)并注入植筋胶与密排桩支护体连接。
7.根据权利要求1或2所述的一种装配式桩墙合一结构，其特征在于：所述预应力筋(3)相互间隔排列于每根预制桩的两侧，每根预应力筋(3)笔直无弯折贯穿冠梁及预制桩的桩身，上端通过锚具锚固在冠梁(4)顶面，下端通过扩大头锚固段(28)锚固在水泥土搅拌层(25)内部；所述扩大头锚固段(28)包括中心钢管(6)、焊接在钢管(6)上的2～4片直径依次增大的钢板(7)和焊接在钢管底端的锥形端头板(8)，预应力筋(3)下端穿过中心钢管与锥形端头板连接。
8.根据权利要求3所述的一种装配式桩墙合一结构，其特征在于：所述榫头(102)为形状大小与卯眼(200)相匹配的钢棒或木棒，且高度高出预制桩桩身的高度，通过环氧树脂胶粘贴在第一预制桩(1)两侧，待第一预制桩(1)与第二预制桩(2)沉桩拼接完成后，拔出桩间榫卯处的榫头(102)并形成注浆孔腔，在孔腔中注入微膨胀水泥浆，固结后形成桩间止水带(30)。
9.根据权利要求3所述的一种装配式桩墙合一结构，其特征在于：所述弹性卡扣组件(506)设有多个，多个弹性卡扣组件(506)成环形分布在固定杆(504)下部，每个弹性卡扣组件(506)由三角板卡扣(511)及弹簧(512)组成，在固定杆(504)安装弹性卡扣组件(506)的位置对应开设有凹槽，所述三角板卡扣(511)通过弹簧(512)安装在凹槽内，并通过弹簧(512)产生的弹性力使三角板卡扣(511)收缩至凹槽内或伸出凹槽插入滑动杆的卡扣孔(509)；所述卡扣孔(509)对应设置在滑动杆(505)的上部，所述卡扣孔(509)的尺寸大于三角板卡扣(511)的尺寸。
10.一种权利要求1至9中任意一项所述的装配式桩墙合一结构的施工方法，具体施工步骤如下：
S1:第一预制桩和第二预制桩制作：分别根据设计图纸进行第一预制桩和第二预制桩的钢筋下料及绑扎工作，完成桩身钢筋笼制作；接着加工及安装木模板，并使用PVC管预留桩身预应力筋孔道及桩芯孔道，最后对桩身进行混凝土浇筑，振捣密实并洒水养护；
S2:预制桩沉桩：平整场地，定位支护桩施工轴线；将预制桩及预应力筋沿施工轴线逐根压入土层，第一预制桩和第二预制桩交错分布，相邻两预制桩之间通过弧形凸起和弧形凹槽对接，且后沉入的第一预制桩上的榫头对前根第二预制桩上卯眼部位的泥土进行切削排泥，保证该处泥土有效去除的同时使桩间紧密拼接，形成连续闭合密排桩支护体；
S3：水泥土搅拌层施工：全部预制桩沉桩完成后，拔出桩间榫卯处榫头形成注浆孔腔，在孔腔中注入微膨胀水泥浆，干结后即可形成桩间止水带；然后使用钻机通过预制桩桩芯孔，对密排桩支护体下端面以下土体进行搅拌并加压注入水泥浆，固结后即可形成水泥土搅拌层；
S4：冠梁、钢支撑施工：开挖到冠梁底标高，进行冠梁施工，张拉预应力筋，张拉完成后锚固在冠梁顶面；接着进行基坑开挖，依次在密排桩支护体的传力牛腿上架设钢支撑并开挖至坑底设计标高；
S5：扩底灌注桩钻孔：定位地下结构基础桩位，设有扩底钻头的长螺旋桩机就位，在预定桩位向下钻孔，持续钻进至需扩底施工层；接着放缓钻杆转速，同时扩底钻头逐渐扩张，进行扩孔工作，直至扩底钻头扩张至所需扩底孔径大小后，继续往下钻孔至设计标高；最后扩底钻头合拢，缓慢上提钻杆至地面；
S6：扩底灌注桩施工：使用吊机吊装变径可开合钢筋笼，将钢筋笼吊至孔底设计标高，然后利用固定杆矩形卡板上提作用带动滑动杆向上滑动，滑动杆卡扣孔与固定杆弹性卡件组件相卡扣，变径钢筋在自重作用及连接杆上部箍筋阻挡作用向下运动，变径钢筋向背离主钢筋笼轴线的方向扩张，从而实现了变径钢筋笼的扩底变径，最后浇注桩身混凝土并养护成型；
S7：柔性防水层施工：对密排桩支护体背水侧进行打磨找平，找平后施作一层水泥砂浆，然后再空铺无纺布一层，接着施作两层防水卷材，最后用细石混凝土做防水卷材的保护层，完成柔性防水层施工；
S8：地下结构施工：施工放线，平整场地，浇筑混凝土垫层，绑扎地下结构底板钢筋及在传力牛腿预留孔道插入传力板主筋并注入植筋胶，接着浇筑底板及传力板混凝土并养护成型；拆除负二层钢支撑，绑扎负二层墙柱、楼板及传力板钢筋并浇筑混凝土，重复上述步骤直至顶板完成，待混凝土养护成型后在桩墙间浇注防水挡墙填实；
S9：刚韧性防水层施工：将地下结构外墙背水侧打磨找平，均匀涂刷氯丁乳胶水泥砂浆层，接着施工细石混凝土保护层，最后砌筑砖墙层，至此完成装配式桩墙合一结构的施工。
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