CN211922665U - 用于深基坑及边坡支护的预制方桩 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了用于深基坑及边坡支护的预制方桩，包括实心的预制方桩，预制方桩沿其长度方向上设有多个垂直于其桩身的锚索孔，且多个锚索孔均位于预制方桩的中心线上，锚索孔不与预制方桩的主筋及绕筋干涉。锚索孔为螺纹孔，其内径为180mm，相邻两锚索孔相距2000～4000mm。预制方桩的截面是正方形，其两端均预留一定长度的包箍接头，预制方桩两端端面处设有对接端钢板以及与对接端钢板、包箍接头匹配的对接箍板，对接箍板包覆并紧贴包箍接头和对接端钢板。包箍接头和对接端钢板的截面均是正方形，对接端钢板上设有端板孔，对接箍板由两个规格相同的L型钢板对接固定形成。满足强度要求、成本低、安全环保。

Description

用于深基坑及边坡支护的预制方桩

技术领域

本实用新型属于建筑工程技术领域，涉及一种用于深基坑及边坡支护的预制方桩。

背景技术

随着城市建设的快速发展，由于上层空间发展的局限性，地下综合体、大面积的城市地下空间成片开发已经成为主流。这就要求建筑工程的基础埋深开始不断增加，边坡高度变大，基坑支护与边坡支护成为了重要岩土工程问题。

一般采用灌注桩来解决此问题，但是灌注桩施工工期长、质量无保证、浪费资源、污染环境和成本高。而预制桩因具有五大优势而被广泛应用。第一，工期方面的优势，预制桩采用静压法沉桩，具有无噪声、无振动、无冲击，可实现24小时作业，增加施工时间，缩短施工工期，且成桩工序少，操作简单，无需对桩体混凝土养护。第二，桩体施工质量方面的优势，预制桩是事先在工厂预制成型，且桩体强度较高，可达C80。桩体的成型过程可监控性强，保证了成型质量和强度质量。第三，预制桩将桩身压到至顶深度，不存在灌注桩引起的超灌、人工破桩头和吊车调运桩头等问题，节约资源。第四，预制桩施工过程无湿作业，无成孔护壁工艺，无施工场地扬尘、道路抛洒、施工噪声等环境污染现象。第五，预制桩为墙下布桩，采用条形基础，可大大减少桩数，基本为条基，预制桩从桩数、桩长、基础形式、验桩费等综合考虑，成本较低。

目前，现有的技术规程和图集都对预制桩的制作和使用做了要求，同时为了满足更深的支护要求，接桩工艺也层出不穷。但是现有技术还普遍存在以下缺陷：

1、随着基坑开挖的深度越来越深，单根预制桩的长度达不到基坑设计深度的要求。

2、目前支护工程普遍采用的型钢腰梁作为预应力锚索与桩的传力构件，由于型钢腰梁的界面及刚度有限，往往会降低锚索及排桩体系的整体受力，对基坑稳定及变形控制极为不利。

3、目前的接桩工艺有端板焊接法和机械连接法，但其接头强度太低，无法满足设计需要，且端板焊接法因有焊接废气而不环保。

实用新型内容

本实用新型实施例的目的在于提供一种用于深基坑及边坡支护的预制方桩，以解决目前采用型钢腰梁作为预应力锚索与桩的传力构件会降低锚索及排桩体系的整体受力，对基坑稳定及变形控制极为不利的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是，用于深基坑及边坡支护的预制方桩，包括实心的预制方桩，预制方桩沿其长度方向上设有多个垂直于其桩身的锚索孔，且多个锚索孔均位于预制方桩的中心线上，锚索孔不与预制方桩的主筋及绕筋干涉。

进一步的，所述锚索孔为螺纹孔，其内径为180mm，相邻两锚索孔相距2000～4000mm。

进一步的，所述预制方桩的截面是边长为Hmm的正方形，其两端均预留一定长度的包箍接头，预制方桩两端端面处设有对接端钢板以及与对接端钢板、包箍接头匹配的对接箍板，对接箍板包覆并紧贴包箍接头和对接端钢板。

进一步的，所述包箍接头和对接端钢板的截面均是尺寸为(H-20)mm×(H-20)mm的正方形；

所述对接箍板的长度是对接端钢板的厚度与包箍接头的长度之和的2倍，对接箍板截面内尺寸与包箍接头以及对接端钢板的截面尺寸相等，对接箍板截面外尺寸与预制方桩的截面尺寸相等。

进一步的，所述对接端钢板上设有端板孔，对接端钢板的厚度为20mm。

进一步的，所述对接箍板由两个规格相同的L型钢板对接固定形成，其厚度为8mm。

进一步的，所述预制方桩的截面是正方形，主筋分别呈L形分布在预制方桩的四个角，绕筋以预制方桩的中心为中心对称设置，且预制方桩中间13000mm长度处绕筋的布置间隔为80mm，其两端1000mm长度处绕筋的布置间隔为45mm；

所述预制方桩每个角的主筋分别由五根直径为12.6mm的1420MPa级延性低松弛预应力混凝土螺旋槽钢棒均匀分布组成；

所述绕筋由直径为6.5mm的HRB300钢筋缠绕形成；

所述预制方桩的混凝土强度等级为C40，保护层厚度为32mm。

本实用新型的有益效果是，提供了一种用于深基坑及边坡支护的预制方桩及其接桩方法，解决了预制方桩长度不够的问题，同时采用本实用新型实施例的预制方桩及接桩方法后，接头强度高，抗裂及抗弯性能显著提高。在该预制方桩上预留了多个锚索孔，预应力锚索拉到预制方桩上，相比于传统方式，减少了腰梁的使用，显著增加桩身的抗剪强度和抗弯抗裂强度，成百倍的增加支点刚度，同时桩身弯矩分配得以优化，桩身的配筋得以减少，从而优化了锚拉桩支护体系的受力与发挥。相比于传统的方式，仅通过焊接、刷胶、包箍三步进行接桩，接桩工艺简单，施工速度快。粘钢胶可选用环保型材料，且该接桩工艺产生的废气和焊渣极少。对接方式施工安全环保、方便快捷，耐久性强，成本低，效率高，在基坑支护及边坡支护工程中具有广阔的应用前景。有效解决了目前采用型钢腰梁作为预应力锚索与桩的传力构件会降低锚索及排桩体系的整体受力，对基坑稳定及变形控制极为不利的问题，目前单根预制桩的长度达不到基坑设计深度要求的问题，以及现有接桩方法接头强度低、不环保的问题。

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他的附图。

图1是本实用新型实施例中预制方桩接头部分的结构示意图。

图2是本实用新型实施例中预制方桩的结构示意图。

图3是本实用新型实施例中对接箍板的结构示意图。

图4是图2中A-A剖视图。

图5是图2中B-B剖视图。

图6是图2中C-C剖视图。

图7是本实用新型实施例中对接端钢板平面示意图。

图8是本实用新型实施例抗弯试验示意图。

图9是本实用新型实施例抗弯试验力学简图。

图10是本实用新型实施例抗剪试验示意图。

图中，1.预制方桩，2.包箍接头，3.主筋，4.绕筋，5.锚索孔，6.对接箍板，7.对接端钢板，8.端板孔。

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他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

用于深基坑及边坡支护的预制方桩，结构如图1～2所示，包括实心的预制方桩1，预制方桩1的截面是正方形，本实施例预制方桩1的截面边长H＝600mm。预制方桩1两端均预留长度L₁＝500mm的包箍接头2，包箍接头2的截面是尺寸为(H-20)mm×(H-20)mm的正方形。

预制方桩1沿着长度方向设有多个垂直于其桩身的锚索孔5，且多个锚索孔5均位于预制方桩1的中心线上，锚索孔5为螺纹孔，其内径为180mm。设置锚索孔过少，难以满足使用需求，预留锚索孔过多，难以保证预制方桩刚度，本申请设置相邻两锚索孔相距2000～4000mm，既能够保证预制方桩1的刚度，又能满足使用需求。锚索孔5垂直于预制方桩1设置，使得预应力锚索对于预制方桩1的拉力均匀、易于控制和调整。

预制方桩1的长度2L＝15000mm，其中L＝L₂+L₃，本实施例预制方桩1的混凝土强度等级为C40，保护层厚度为32mm。预制方桩1内的主筋3采用1420MPa级延性低松弛预应力混凝土螺旋槽钢棒，绕筋4采用HRB300(Ⅰ级)钢筋，绕筋4以预制方桩1的中心为中心对称设置，其在预制方桩1中间位置即图2中L₃长度位置处的布置间隔为80mm，L₃为6500mm；绕筋4在预制方桩1两侧即图2中L₂长度位置处的布置间隔为450mm，L₂为1000mm。如图4～6所示，4Φ12.6指四根直径为12.6mm的主筋3，6Φ12.6指六根直径为12.6mm的主筋3，主筋3分别呈L形分布在预制方桩1的四个角。

指该绕筋4的直径为6.5mm且其缠绕间距为45mm，

指该绕筋4的直径为6.5mm且其缠绕间距为80mm。预制方桩1的主筋3以及绕筋4的排布配合了锚索孔5的设置，在不影响预制方桩1刚度的同时不与锚索孔5干涉。

预制方桩1两端端面处设有对接端钢板7以及与对接端钢板7匹配设置的对接箍板6，本实施例对接端钢板7厚度为20mm，且对接端钢板7的端面形状是长×宽为(H-20)mm×(H-20)mm的正方形，本实施例的对接箍板6由两个规格相同的L型钢板对接形成，如图3所示，对接箍板6的截面内边长h为580mm(H-20mm)，与包箍接头2的截面的边长相同，其长度为1040mm(2(L₁+20)mm，即为对接的两预制方桩1的包箍接头2的长度以及对接端钢板7的厚度之和)，厚度为8mm，外边长为588mm(即为内边长h与其厚度之和)，对接箍板6经坡口焊接工艺焊接套设在包箍接头2以及对接端钢板7处。对接箍板6采用Q235普通热轧钢板，如图7所示，对接端钢板7上设有端板孔8，用于与另一预制方桩1上的对接端钢板7对接。

用于深基坑及边坡支护的预制方桩的接桩方法，按照以下步骤进行：

步骤S1、按照尺寸要求制作完成单根预制方桩1后现场先埋设一根预制方桩1作为下节桩，并使其桩头高出地面0.5m～1.0m。

步骤S2、利用埋设的下节桩的对接端钢板7的端板孔8，在其桩头处对接第二根预制方桩1即上节桩，使对接的两个对接端钢板7紧贴，并使两预制方桩1保持对直。

此时，下节桩的桩头处可以设置导向箍，以便于上节桩就位与下节桩对接、保证上下节桩保持对直，错位偏差不宜大于2mm。

步骤S3、采用坡口焊接工艺对紧贴的两个对接端钢板7进行焊接，同时采用二氧化碳气体保护焊机，焊接完后用角向磨光机对焊口进行打磨，使焊缝表面平整光滑。

焊接前应先确认预制方桩1的接头是否合格，对接端钢板7的表面应清理干净，坡口处应清理至露出金属光泽，并清除油污和铁锈。焊接时先在坡口周围进行对称点焊，待上节桩和下节桩固定后拆除导向箍再分层施焊，施焊宜对称进行。采用手工焊接或二氧化碳保护焊，焊接层数宜为三层，内层焊渣必须清理干净后方可施焊外层，焊缝应饱满、连续，且根部必须焊透。

步骤S4、在两预制方桩1的包箍接头2和对接端钢板7的外侧面涂刷粘钢胶，涂刷粘钢胶的厚度控制在2mm以内，这是因为包箍接头2与预制方桩1的截面边长相差20mm，包箍接头2两侧的对接箍板6总厚度为16mm，为保证包箍完成后，对接包箍处与预制方桩1表面衔接平滑，粘钢胶的厚度必须控制在2mm以内，即双层粘钢胶厚度控制在4mm以内。

步骤S5、粘钢胶涂刷完成后，将对接箍板6固定在两个预制方桩1的包箍接头2以及对接端钢板7处，使对接箍板6紧贴并包覆包箍接头2以及对接端钢板7的侧面，然后采用坡口焊接工艺并用二氧化碳气体保护焊机对对接箍板6进行焊接，焊接完后用角向磨光机对焊接处进行打磨，使焊缝表面平整光滑，保证对接包箍处与预制方桩1衔接平滑；然后在对接箍板6外侧涂抹耐腐蚀的防护材料，避免预制方桩1用于土壤中含有腐蚀性介质的地区时，容易在接桩处发生电化学反应而引起锈蚀，保证其耐腐蚀性和耐久性。焊接处应在自然冷却后方可继续沉桩，冷却时间不宜少于8min，严禁用水冷却或焊好后立即沉桩。

本实用新型实施例解决了预制桩长度不够的问题，同时采用本实用新型实施例的预制方桩及接桩方法后，有效提高了其对接接头的强度，接头强度高，抗剪及抗弯性能显著提高。

抗弯性能试验：

采用垂直向上加荷，试验简图如图8～9所示。

1.试验加荷

1)试验前进行预加载，预加载的荷载维持时间5min。预加载应控制在弹性范围内受力，不产生裂缝及其他形式的加载残余值。

2)按抗裂弯矩的20％的级差由零加载至抗裂弯矩的80％，每级荷载的持续时间3min；然后按抗裂弯矩的10％的级差继续加载至抗裂弯矩的100％，每级荷载的持续时间3min。试验过程中观察是否有裂缝出现，并记录裂缝的分布及发展。

3)如果在抗裂弯矩的100％时未出现裂缝，则继续按抗裂弯矩的10％的级差继续加载，每级荷载的持续时间3min，直至裂缝出现。

4)按抗裂弯矩的10％的级差继续加载至试验桩极限状态，每级荷载的持续时间3min，观测并记录各项读数。

2.极限状态的标志

1)受拉区混凝土受力裂缝宽度达到1.5mm；

2)受拉钢筋被拉断；

3)焊接处断裂或脱开；

4)受压区混凝土破坏；

5)无法加荷或维持稳定荷载。

3.抗裂荷载和极限荷载的确定方法

1)抗裂荷载的确定

a、当在加载过程中第一次出现裂缝时，取前一级荷载值作为抗裂荷载实测值；

b、当在规定的荷载持续时间内第一次出现裂缝时，取本级荷载值与前一级荷载值的平均值作为抗裂荷载实测值；

c、当在规定的荷载持续时间结束后第一次出现裂缝时，应取本级荷载值作为抗裂荷载实测值。

2)极限荷载的确定

a、当在加载过程中出现极限状态的标志中所列情况之一时，取前一级荷载值作为极限荷载实测值；

b、当在规定的荷载持续时间内出现极限状态的标志中所列情况之一时，取本级荷载值与前一级荷载的平均值作为极限荷载实测值；

c、当在规定的荷载持续时间结束后出现极限状态的标志所列的情况之一时，应取此时的荷载值作为极限荷载实测值。

弯矩计算：

垂直向上加荷时，弯矩计算公式为：

式中，M为抗弯弯矩(kN·m)，W为预制方桩重量(kN)，P为荷载(kN)，L为预制方桩长度(m)。

测量所得接头抗弯试验数据如表1所示，由表1可知，其抗裂性能和抗弯性能优异，其接头连接强度不小于预制方桩强度，验证了该预制混凝土方桩接桩工艺的可靠性。

表1预制方桩抗弯强度实验数据

序号	桩型	抗裂弯矩(kN·m)	极限抗弯弯矩(kN·m)
				1	500接桩	302.7	459.5
2	500不接桩	257.9	454.7
				3	600接桩	424.4	807.5
4	600不接桩	353.0	785.4

抗剪性能试验：

使用YAW-10000F型微机控制电液伺服多功能试验机对本实施例的预制方桩试件进行加载，如图10所示。在开裂荷载理论计算值附近，荷载分级加密，当观测到弯剪段主斜裂缝宽度达到1.5mm后，加载方式转换为位移加载，直至试件完全破坏。试件变形测量采用数字位移计。应变测点布置及编号详见图10的1～6号，括号内的为侧面的应变测点布置编号，应变观测采用50mm×3mm型电阻应变片，数据采集装置使用DH3816静态应变测试系统。裂缝宽度测读采用DJCK-2型裂缝测宽仪，裂缝分布及发展记录采用数码摄像装置。测量所得抗剪强度试验数据见表2，由表2可知，其抗剪性能优异，验证了该预制混凝土方桩接桩工艺的可靠性。

表2预制方桩抗剪强度实验数据

序号	桩型	抗剪强度(kN)
			1	500接桩	495.1
2	500不接桩	470.0
			3	600接桩	600.9
4	600不接桩	576.8

表1和表2中，500接桩表示预制方桩1的截面边长为500mm的两用于深基坑及边坡支护的预制方桩对接形成的方桩，500不接桩表示预制方桩1的截面边长为500mm的用于深基坑及边坡支护的预制方桩；600接桩表示预制方桩1的截面边长为600mm的两用于深基坑及边坡支护的预制方桩对接形成的方桩，600不接桩表示预制方桩1的截面边长为600mm的用于深基坑及边坡支护的预制方桩。

预留了锚索孔，预应力锚索拉到桩身上，相比于传统方式，减少了腰梁的使用，显著增加桩身的抗裂、抗弯和抗剪强度，成百倍的增加支点刚度，同时桩身弯矩分配得以优化，桩身的配筋得以减少，从而优化了锚拉桩支护体系的受力与发挥。相比于传统的方式，仅需通过焊接、刷胶、包箍三步对接接桩，接桩工艺简单，施工速度快。粘钢胶可选用环保型材料，且该接桩工艺产生的废气和焊渣极少。对接方式施工安全环保、方便快捷，耐久性强，成本低，效率高，在基坑支护及边坡支护工程中具有广阔的应用前景。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。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，均包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (7)

1.用于深基坑及边坡支护的预制方桩，其特征在于，包括实心的预制方桩(1)，预制方桩(1)沿其长度方向上设有多个垂直于其桩身的锚索孔(5)，且多个锚索孔(5)均位于预制方桩(1)的中心线上，锚索孔(5)不与预制方桩(1)的主筋(3)及绕筋(4)干涉。

2.根据权利要求1所述的用于深基坑及边坡支护的预制方桩，其特征在于，所述锚索孔(5)为螺纹孔，其内径为180mm，相邻两锚索孔(5)相距2000～4000mm。

3.根据权利要求1所述的用于深基坑及边坡支护的预制方桩，其特征在于，所述预制方桩(1)的截面是边长为Hmm的正方形，其两端均预留一定长度的包箍接头(2)，预制方桩(1)两端端面处设有对接端钢板(7)，以及与对接端钢板(7)、包箍接头(2)匹配的对接箍板(6)，对接箍板(6)包覆并紧贴包箍接头(2)和对接端钢板(7)。

4.根据权利要求3所述的用于深基坑及边坡支护的预制方桩，其特征在于，所述包箍接头(2)和对接端钢板(7)的截面均是尺寸为(H-20)mm×(H-20)mm的正方形；

所述对接箍板(6)的长度是对接端钢板(7)的厚度与包箍接头(2)的长度之和的2倍，对接箍板(6)截面内尺寸与包箍接头(2)以及对接端钢板(7)的截面尺寸相等，对接箍板(6)截面外尺寸与预制方桩(1)的截面尺寸相等。

5.根据权利要求3所述的用于深基坑及边坡支护的预制方桩，其特征在于，所述对接端钢板(7)上设有端板孔(8)，对接端钢板(7)的厚度为20mm。

6.根据权利要求3所述的用于深基坑及边坡支护的预制方桩，其特征在于，所述对接箍板(6)由两个规格相同的L型钢板对接固定形成，其厚度为8mm。

7.根据权利要求1～6任一项所述的用于深基坑及边坡支护的预制方桩，其特征在于，所述预制方桩(1)的截面是正方形，主筋(3)分别呈L形分布在预制方桩(1)的四个角，绕筋(4)以预制方桩(1)的中心为中心对称设置，且预制方桩(1)中间13000mm长度处绕筋(4)的布置间隔为80mm，预制方桩(1)两端1000mm长度处绕筋(4)的布置间隔为45mm；

所述预制方桩(1)每个角的主筋(3)分别由五根直径为12.6mm的1420MPa级延性低松弛预应力混凝土螺旋槽钢棒均匀分布组成；

所述绕筋(4)由直径为6.5mm的HRB300钢筋缠绕形成；

所述预制方桩(1)的混凝土强度等级为C40，保护层厚度为32mm。

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