一种工程桩兼作支护桩结构及施工方法

技术领域

本发明属于建筑施工技术领域，具体涉及一种工程桩兼作支护桩结构及施工方法。

背景技术

在深基坑工程中，由于构成基坑壁的沙土等地质结构有向基坑内坍塌的趋势，因此需要打设支护桩以充当基坑的围护结构，然而，随着基坑内土方的开挖以加深基坑的过程中，支护桩的一侧失去内侧土方的支撑，此时支护桩上侧有发生变形的概率，变形发生后即便进行沙土回填使得支护桩重新获得内侧土方的支撑，但已形成的变形无法复原，而且在实际工程实践中，上部建筑的某些部位的结构柱往往会坐落于基坑围护结构上，使得支护桩需要充当上层结构的支撑结构，而支护桩弯曲后与偏离上部结构底部位置，且弯曲后结构强度不足，无法发挥对上部结构的稳定支撑作用。

为此，通常的解决方案为设置双排支护桩，即在原本支护桩内侧平行加设一新的桩，并将两桩上部通过拉梁连接，此时通过拉梁连接的双排支护桩可共同分担外侧土方向内的作用力，减小支护桩在土方挤压过程中的形变；然而，由于支护桩发挥对上层建筑的支撑作用，因此作业人员通常选择在双排支护桩的钢筋绑扎完毕后将上部建筑结构的钢筋一同埋设，再进行双排支护桩的浇筑，因此，当上述支护桩的弯曲发生时，用于上部建筑结构的钢筋随之弯曲，且各个支护桩的变形量往往不同，造成埋设于若干支护桩中的若干钢筋无法作为整体对上层建筑进行支撑，导致报废，并对后续处理带来难题，为此，需要一种基坑开挖过程中形变小且对上层结构承载效果好的工程桩兼作支护桩结构及施工方法。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种工程桩兼作支护桩结构及施工方法，具有弯折程度小的同时对上层结构承载效果好的特点。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种工程桩兼作支护桩结构，包括双排支护桩和预埋定位装置，所述双排支护桩包括互相平行设置的支护桩和锚定桩，以及连接两桩顶部的拉梁，所述支护桩设置于基坑边缘，所述锚定桩埋设于基坑侧壁的土方内；

所述预埋定位装置包括定位钢板和连接组件，所述定位钢板埋设于拉梁顶部表面，且所述定位钢板开设有连接孔，所述连接组件通过连接孔将上层结构柱与拉梁连接；

任一所述连接孔均为长圆孔，所述连接孔的长向与支护桩的侧向受力方向平行。

作为本发明的一种优选技术方案，所述连接组件包括螺杆、螺母和套筒，所述螺杆穿设于所述连接孔，所述螺母套设于螺杆并与所述定位钢板的顶面相抵；所述套筒的一端与所述螺杆连接，另一端与上层结构的钢筋连接。

作为本发明的一种优选技术方案，所述连接组件还包括垫片，所述垫片设置于螺母和定位钢板之间。

作为本发明的一种优选技术方案，所述预埋定位装置还包括支撑组件，所述支撑组件与定位钢板连接，所述支撑组件埋设于拉梁内；所述支撑组件与拉梁钢筋连接。

作为本发明的一种优选技术方案，所述支撑组件截面呈几字形。

作为本发明的一种优选技术方案，所述支护桩在其侧向受力方向的厚度大于锚定桩在同方向上的厚度。

作为本发明的一种优选技术方案，所述套筒内壁设有上连接部和下连接部，所述下连接部设有与螺杆匹配的螺纹，所述上连接部设有与上层结构柱钢筋匹配的锯形槽。

作为本发明的一种优选技术方案，所述套筒的两筒口处凸出形成有支撑环，两所述支撑环之间的套筒侧面设置有若干凸条，若干所述凸条呈环形阵列均匀设置于套筒侧面，若干所述凸条与套筒轴心线平行。

作为本发明的一种优选技术方案，所述双排支护桩由多组，且相邻两双排支护桩中的拉梁通过冠梁连接。

本发明还提供一种工程桩兼作支护桩的施工方法，包括以下步骤：

步骤一：通过浇筑方式完成双排支护桩的施工，并绑扎双排支护桩上拉梁的钢筋；

步骤二：计算上层结构柱的施工位置，并在该施工位置埋设定位钢板，完成拉梁的浇筑；

步骤四：根据上层结构柱的施工位置在定位钢板的连接孔中确定钢筋孔的钻设位置，并进行钻孔，再将连接组件安装于钢筋孔内；

步骤五：通过连接组件与上层结构柱连接。

本发明的有益效果为：

(1)通过设置定位钢板以及其上的连接孔，在不提前埋设钢筋的前提下为上层结构柱的钢筋提供固定，进一步减少支护桩弯折变形对上层结构的影响

(2)通过将连接孔设置为长圆孔，可使定位钢板在支护桩弯折至任意允许角度的前提下为上层结构柱的钢筋提供支撑，进一步减小支护桩弯折对上层结构支撑的影响，提升对上层结构承载效果；

(3)通过设置支撑组件，加大了预埋定位装置与拉梁的接触面积，在螺杆受到上层结构柱移动或弯曲趋势时减少了上层结构柱的移动对预埋定位装置的影响，提高了拉梁对预埋定位装置的支撑面积，同时提高固定效果；

(4)通过采用双排支护桩结构，可利用双排支护桩的结构强度较强，可减少支护桩在基坑施工中变形的优势，降低弯折导致定位钢板长圆孔无法对齐目标位置的概率，提升对上层结构承载效果。

(5)通过在套筒两筒口处设置支撑环，可将套头受到的轴向作用力传递至支撑环另一侧的混凝土中，降低了纵向外力对套筒的作用力；同时，通过设置凸条，提高了套筒侧壁与上层结构柱水泥的接触面积和咬合紧密性，提高了套筒对周向扭转力的抵抗效果。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明预埋定位装置的俯视结构示意图；

图3为本发明预埋定位装置的正视结构示意图；

图4为本发明拉梁钻孔并插设螺杆和钢筋后的剖面结构图；

图5为本发明套筒的侧向剖面示意图。

图6为本发明套筒的径向剖面示意图

图7为本发明采用支护桩在其侧向受力方向的厚度更大方案的结构示意图；

图8为本发明双排支护桩结构的立体结构示意图。

主要元件符号说明：

图中：1、支护桩；2、锚定桩；3、拉梁；4、上层结构柱；41、螺杆；42、钢筋；43、套筒；431、上连接部；432、下连接部；433、支撑环；434、凸条；5、预埋定位装置；51、定位钢板；511、连接孔；52、支撑组件；53、垫片；54、螺母。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。

请参阅图1-8，一种工程桩兼作支护桩1结构，包括支护桩1，支护桩1设置在基坑边缘，在施工时处于容纳地下室等目的，施工现场需要开挖深基坑，当基坑深度较深时，由于构成基坑壁的沙土等地质结构有向基坑内坍塌的趋势，此时支护桩1与有向内坍塌的趋势的土方抵接，防止土方向内坍塌，实际工程实践中需要沿基坑边缘埋设若干个支护桩1，同时，在部分工程实践中，上层结构的某些部位，如承重柱会坐落于支护桩1上，此时将土方回填至基坑后进行上层结构施工时，埋入土中的支护桩1在四周土方的支撑下对上层结构柱4提供支撑。

上述结构发挥支护作用的过程中，由于在基坑施工中，随着基坑土方的开挖，支护桩1的一侧失去内侧土方的支撑，此时支护桩1受到土方对内坍塌趋势对其作用的垂直于轴向的压力，支护桩1受到具有一定力臂长度的压力，支护桩1有沿压力方向的向内弯曲的概率，弯曲发生后，支护桩1顶部发生位移，原本与竖直状态支护桩1顶部重合的上层结构柱4底部，只能部分或无法与弯曲后的支护桩1顶部重合，发生错位，导致支护桩1无法对上层结构柱4提供有效支撑，此时再反向开挖土方，利用千斤顶等工具修正支护桩1形状不仅造价及工期成本高昂，且会对支护桩1自身造成结构损伤，为减少此类情况的发生，本发明还包括锚定桩2，锚定桩2设置在支护桩1一侧，且设置于基坑边缘的土方内，设置完毕后的两支护桩1的轴向线互相平行，且支护桩1受到的力在两轴向线构成的平面内，两支护桩1顶部通过拉梁3连接，此时拉梁3与支护桩1的侧向受力方向平行，此时支护桩1、锚定桩2和拉梁3构成垂直于基坑边缘的空间门架式的双排支护桩1结构体系，相比单个支护桩1结构强度更高，同样地，与单支护桩1类似，实际施工中需要沿基坑边缘设置若干双排支护桩1，相邻双排支护桩1的拉梁3通过冠梁连接，设置完毕后当支护桩1受到土方压力时，支护桩1的形变概率或程度更小，且当形变发生时，形变方向与基坑边缘垂直，拉梁3沿垂直于基坑边缘的方向向内移动，填补了支护桩1顶部由弯曲位移造成的结构空缺，此时上层结构柱4可设置于拉梁3上，由拉梁3替代支护桩1对其提供支撑，通过设置双排支护桩1结构，加强结构以减小了结构弯曲的同时，在出现弯曲后也可保证对上层结构柱4的正常支撑，减少了支护桩1弯折对上部结构承载影响，提高了对上层结构承载效果。

上述若干双排支护桩1对上层结构柱4发挥支撑作用的过程中，通常的施工方式为在拉梁3钢筋42绑扎时就将若干个上层结构柱4的钢筋42埋设入对应的若干拉梁3中，随后在拉梁3浇筑完毕后上层结构钢筋42与拉梁3连为一体，因此采用上述施工方式会导致在支护桩1发生弯曲时，上层结构钢筋42会随之偏离原位，且由于支护桩1的弯曲受到土方开挖工序、持续时间、施工环节以及基坑周围土方地质结构等众多因素影响，导致无法对单个支护桩1的准确变形值进行准确的估计，多个双排支护桩1的变形程度互不相同，导致多个分别埋设于不同双排支护桩1的拉梁3中的钢筋42产生不同程度的偏离，导致其无法作为整体为上层结构柱4或上层结构本身提供支撑，无法对上层结构柱4进行承载，为此解决方式为将上层结构柱4的钢筋42由一体浇筑的施工方式改为拼接式，在拉梁3表面打设开孔以插设钢筋42，然而这种方案会导致水泥钻孔周围的结构较为脆弱，对上层结构柱4的钢筋42固定效果较差，为减少支护桩1弯折变形对上层结构的影响的同时加强对上层结构柱4的固定效果，本发明还包括预埋定位装置5，预埋定位装置5包括定位钢板51，定位钢板51埋设于拉梁3顶部表面，定位钢板51上开设有连接孔511，同时还包括连接组件，连接组件包括螺杆41和套筒43，本实施例中，连接孔511共有四个，连接孔511的位置与上层结构柱4的四根钢筋42对应，螺杆41穿设于定位孔中，套筒43的一端与螺杆41连接，另一端与上层结构柱4的钢筋42连接，连接孔511用于在拉梁3浇筑完毕后对上层结构柱4钢筋42进行固定，连接孔511的直径比螺杆41直径大4mm，使用时，首先完成拉梁3钢筋42的绑扎，形成拉梁3的钢筋42网，随后将定位钢板51埋入钢筋42网中并使其保持水平，埋入过程中需保证水平状态的定位钢板51上的连接孔511和上层结构柱4钢筋42的位置重合，且连接孔511下方的空间和拉梁3钢筋42网无重合部分，随后将混凝土浇筑到钢筋42网上，完成拉梁3和定位钢板51的施工，在土方回填至基坑后进行上层结构施工时，找到定位钢板51上连接孔511位置，并在拉梁3处于连接孔511下方的位置处进行钻孔，本实施例中，钻孔直径比螺杆41直径大4mm，钻孔深度为800～1000mm，钻孔成型后，覆盖于钻孔上的定位钢板51压于钻孔周围的混凝土上，降低钻孔周围混凝土碎裂崩开的概率，加强钻孔自身的结构强度，随后，作业人员采用高压水枪和鼓风机冲洗的方式将钻孔内的碎屑清除干净后，将长螺杆41插入钻孔中，随后在长螺杆41和钻孔的间隙中注入高压水泥浆，直至水泥浆充满空隙，待水泥凝固后，作业人员使用钢套筒43将长螺杆41与上层结构柱4钢筋42进行轴向连接，此时定位钢板51通过定位孔与螺杆41抵接的方式，完成上层结构柱4的钢筋42在拉梁3上的固定，通过设置定位钢板51并开设连接孔511，可完成不提前埋设钢筋42的前提下，通过为螺杆41定位的方式，为上层结构柱4的钢筋42提供定位，同时避免直接在混凝土拉梁3表面打设钻孔使得钻孔周围的结构变弱，加强了对螺杆41及钢筋42的固定效果，进一步减少支护桩1弯折变形对上层结构支撑的影响并提升了对上层结构承载效果。

为避免上述结构中支护桩1弯折带动拉梁3位移，导致连接孔511偏离上层结构柱4钢筋42的定位位置，连接孔511无法发挥定位作用的情况发生，连接孔511为长圆孔，长圆孔的长向与支护桩1的侧向受力方向平行，连接孔511的短向直径比螺杆41直径大4mm，在基坑土方回填后，支护桩1的弯折程度以及拉梁3的位移位置不再变化，由于长圆孔的长向与支护桩1的侧向受力方向平行且长度等于拉梁3在支护桩1处于最大允许变形程度下的位移距离，因此支护桩1在发生任何允许范围内的形变后，长圆孔依然可覆盖上层结构柱4钢筋42及对应螺杆41的施工位置，为螺杆41提供固定，使用时，先计算上层结构柱4的施工位置，再根据上层结构柱4的施工位置在定位钢板51的连接孔511中确定钢筋42孔的钻设位置，并进行钻孔，通过将连接孔511设置为长圆孔，可使定位钢板51在支护桩1弯折至任意允许角度的前提下为上层结构柱4的钢筋42提供支撑，进一步减小支护桩1弯折对上层结构支撑的影响，提升对上层结构承载效果。

同时，当支护桩1略微超出最大可允许弯折程度时，长圆孔边缘侵入用于连接上层结构柱4的螺杆41打设位置，导致支护桩1结构无法按图纸对上层结构柱4提供支撑，而通过将双排支护桩1结构和带有长圆孔的定位钢板51结合，可进一步利用双排支护桩1的结构强度较强，可减少支护桩1在基坑施工中变形的优势，降低弯折导致定位钢板51长圆孔无法对齐目标位置的概率，提升对上层结构承载效果。

上述结构中，由于在拉梁3表面打设开孔以插设钢筋42的拼接式施工方式，相比直接将上层结构柱4钢筋42浇筑入拉梁3中的方式，在结构上强度相对较低，为进一步加强定位钢板51对上层结构柱4螺杆41的固定作用，提升双排支护桩1支撑上层结构柱4时的整体结构强度，连接组件还包括螺母54，螺母54对应四个连接孔511中的四根螺杆41设有四个，四个螺母54一一对应套设在长圆孔中的螺杆41上，螺母54下表面与定位钢板51上表面连接，在将螺杆41插入拉梁3的钻孔中并待水泥凝固后，将螺母54旋钮至与钢板上表面紧固连接，当上层结构柱4的钢筋42带动螺杆41有发生倾斜的趋势时，螺杆41带动套设于螺杆41上的螺母54的一端与定位钢板51上表面抵接，阻止螺杆41的倾斜，通过设置螺母54，使定位钢板51配合螺母54可进一步发挥对上层结构柱4螺杆41的固定作用，进一步提升了对上层结构承载效果。

为提升上述螺母54配合定位钢板51对螺杆41的固定效果，预埋定位装置5还包括若干垫片53，若干垫片53一一对应设置于螺母54和定位钢板51上表面之间，通过设置垫片53，可提升螺母54与定位钢板51的接触面积，减小螺母54松动的概率，提升了螺母54配合定位钢板51对螺杆41的固定效果。

上述定位钢板51结构配合螺母54及垫板对上层结构柱4螺杆41发挥固定作用的过程中，由于当上层结构柱4的钢筋42带动螺杆41有发生倾斜的趋势时，螺母54需要与定位钢板51抵接才能发挥稳固螺杆41的作用，因此定位钢板51自身也经受螺杆41倾斜时的力，而上述结构中，由于钢板需要发挥钻孔时定位作用而设置于拉梁3上表面，因此仅有下表面及侧面与拉梁3连接，定位钢板51与拉梁3的连接不够紧密，受力时易发生松动，松动时无法对螺杆41进行有效固定，对上层结构承载效果较差，为进一步加强对上层结构的固定效果，预埋定位装置5还包括支撑组件52，支撑组件52上部与定位钢板51底部连接，支撑组件52埋设于顶梁内，本实施例中，支撑组件52主体结构的截面呈门字形结构，门字形结构的上部表面与定位钢板51底部通过焊接连接，当定位钢板51有发生松动的趋势时，松动趋势传递至埋设与水泥拉梁3中的支撑组件52中，此时门字形支撑组件52与四周的水泥发生抵接，防止支撑组件52及其上的定位钢板51发生移动，通过设置支撑组件52，加大了预埋定位装置5与拉梁3的接触面积，在螺杆41受到上层结构柱4移动或弯曲趋势时减少了上层结构柱4的移动对预埋定位装置5的影响，提高了拉梁3对预埋定位装置5的支撑面积，同时提高了固定效果，使得预埋定位装置5对上层结构柱4的支撑效果更好。

为进一步加大支撑组件52与拉梁3的接触面积，支撑组件52呈几字形，相比于截面呈门字形的结构仅能在水平方向上提供支撑，几字形结构在底面设有额外的与主结构垂直的凸台结构，可进一步加大支撑组件52和四周拉梁3水泥的接触面积，同时与主结构垂直的凸台结构可在支撑组件52提供反向作用力时，提供平行于主结构的力，在对抗定位钢板51移动趋势时可为支撑组件52提供更大的反向作用力，加大了支撑组件52与拉梁3的接触面积，提高了对上层结构柱4的支撑效果。

为进一步利用双排支护桩1的结构形变较小的优势，支护桩1在其侧向受力方向的厚度大于锚定桩2在同方向上的厚度，由于在实际发挥基坑支护时，支护桩1直接受到土方向内坍塌的作用，承受的作用力较大，需要更强的结构，通过将支护桩1在受力方向的厚度设定为大于锚定桩2在同方向上的厚度，可进一步减少支护桩1在基坑施工中变形，降低弯折导致定位钢板51长圆孔无法对齐目标位置的概率，提升对上层结构承载效果，同时，相对较小的锚定桩2在实际施工时更容易布设施工，提高了施工效率。

上述结构发挥对上层结构柱4的固定作用的过程中，由于螺杆41和钢筋42之间仅通过套筒43连接，螺杆41和钢筋42的端部滑动设置于套筒43内壁中，连接较为不稳定，结构较为脆弱，为提升螺杆41和钢筋42的端部与套筒43连接的稳定性，套筒43内壁分沿上下方向分隔有上连接部431和下连接部432，本实施例中，上连接部431与下连接部432各占套筒43内壁高度的一半，其中下连接部432设有与螺杆41匹配的螺纹，上连接部431设有与上层结构柱4钢筋42匹配的锯形槽，实际施工时，完成螺杆41在定位钢板51中的固定后，将套筒43下连接部432一侧对准螺杆41，并将套筒43套在螺杆41上直至螺杆41与下连接部432契合，随后将上层结构柱4钢筋42插入设有锯形槽的上连接部431中，上连接部431中的锯形槽与钢筋42表面的螺纹配合提高套筒43对钢筋42的摩擦力，通过在套筒43内设置上连接部431和下连接部432，为提升螺杆41和钢筋42的端部与套筒43连接的稳定性，加强了连接组件对上层结构柱4的固定效果。

在套筒43连同内部的螺杆41和钢筋42被浇筑入混凝土后，虽然套筒43发挥了轴向连接的作用，然而，相比起钢筋42直接和混凝土粘接，套筒43与混凝土粘接的强度一般为前者的0.5倍，粘接强度相对较弱，当套筒43受到各个方向的力时，其通过与混凝土粘接承受力的能力较低，为提高套筒43的承力能力，套筒43的两筒口处凸出形成有支撑环433，具体地，支撑环433为套筒43筒口处突出于套筒43侧壁的环形凸台，当设置有凸台的套筒43被浇筑入混凝土后，受到轴向的力时，力对支撑环433的承力面施加轴向的位移趋势，此时支撑环433通过位移趋势将力传递至支撑环433另一侧的混凝土中，完成将纵向外力传递至外侧混凝土，降低了纵向外力对套筒43的作用力。

上述套筒43对钢筋42和螺杆41的夹紧过程中，套筒43除了受沿轴向的外力以外，水泥还会沿套筒43表面，对套筒43施加周向的扭转力，同样地，由于套筒43与混凝土粘接强度相对较弱，套筒43无法很好地通过与水泥之间的紧密咬合对抗扭转力，为此，套筒43的两筒口处凸出形成有支撑环433，两支撑环433之间的套筒43侧面设置有若干凸条434，若干个凸条434呈环形阵列均匀设置于套筒43侧面，若干个凸条434与套筒43轴心线平行，使用时，若干个凸条434形成的凸起加大了套筒43的表面积，使得套筒43和水泥粘接的面积更大，加大套筒43和外侧水泥的粘接强度，当套筒43通过粘接对抗扭转力作用下的位移或变形的趋势时，凸条434的设置使套筒43更好地阻止位移或变形，进一步加强了连接组件对上层结构柱4的固定效果；

同时，凸条434的设置可加强套筒43的轴向承力能力，当套筒43受到轴向作用力时，凸条434可发挥加强套筒43结构的作用。

本发明还提供一种工程桩兼作支护桩1结构的施工方法，包括上述工程桩兼作支护桩1结构，以及下列步骤：

步骤一：通过浇筑方式完成两桩的施工，并绑扎支护桩1上拉梁3的钢筋42；

步骤二：计算上层结构柱4的施工位置，并在该施工位置埋设定位钢板51，完成拉梁3的浇筑；

步骤四：根据上层结构柱4的施工位置在定位钢板51的连接孔511中确定钢筋42孔的钻设位置，并进行钻孔，再将连接组件安装于钢筋42孔内；

步骤五：通过连接组件与上层结构柱4连接。

本发明的工作原理及使用流程：

首先，完成两支护桩1的施工后，将两支护桩1的顶部完成拉梁3的施工，使两支护桩1之间通过拉梁3连接，并使拉梁3与基坑边缘垂直；随后，计算上层结构柱4的施工位置，将预埋定位装置5放置到绑扎完毕的钢筋42中对应上层结构柱4的位置处，同时注意埋入过程中需保证水平状态的定位钢板51上的连接孔511和上层结构柱4钢筋42的位置重合，且连接孔511下方的空间和拉梁3钢筋42网无重合部分；随后，完成拉梁3的浇筑；

浇筑完毕后，找到定位钢板51上连接孔511位置，并在拉梁3处于连接孔511下方的位置处进行钻孔，并采用高压水枪和鼓风机冲洗的方式将钻孔内的碎屑清除干净，随后将上层结构柱4的钢筋42对应的长螺杆41插入钻孔中，随后在长螺杆41和钻孔的间隙中注入高压水泥浆，直至水泥浆充满空隙，待水泥凝固后，作业人员先将若干垫片53套设在螺杆41外，并将若干螺母54一一对应套设在若干长圆孔中的若干螺杆41上，并与垫片53紧密接触，最后作业人员使用钢套筒43将长螺杆41与上层结构柱4钢筋42进行轴向连接，完成上层结构柱4的钢筋42在拉梁3上的固定。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。