本發(fā)明涉及一種深基坑支護(hù)用立柱樁，更具體地說，涉及一種裝配式預(yù)制鋼管-管樁復(fù)合高強(qiáng)度韌性立柱樁。

背景技術(shù)：

1、在現(xiàn)代建筑和地下工程中，深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性至關(guān)重要。立柱樁作為基坑支護(hù)體系中的關(guān)鍵豎向承重構(gòu)件，承擔(dān)著支撐水平荷載和傳遞豎向荷載的重要作用。傳統(tǒng)立柱樁技術(shù)(如灌注樁、鋼管樁等)在施工周期、材料性能、連接強(qiáng)度和經(jīng)濟(jì)性等方面存在諸多局限性。例如：

2、一、灌注樁的局限性

3、灌注樁是通過現(xiàn)場鉆孔、澆筑混凝土形成的樁體，雖然具有較高的承載能力，但存在以下問題：

4、a、施工周期長：灌注樁施工需要經(jīng)過鉆孔、鋼筋籠安裝、混凝土澆筑和養(yǎng)護(hù)等多個(gè)步驟，施工周期較長，難以滿足快速施工的需求；

5、b、環(huán)境污染嚴(yán)重：鉆孔過程中會產(chǎn)生大量泥漿，對環(huán)境造成污染，且泥漿處理成本較高；

6、c、材料不可回收：灌注樁一旦施工完成，無法進(jìn)行回收利用，造成資源浪費(fèi)；

7、d、連接剛度不足：樁身與上部鋼結(jié)構(gòu)的連接依賴混凝土填充，連接剛度低，固結(jié)時(shí)間長，影響整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；

8、e、施工精度要求高：灌注樁的垂直度和位置精度難以保證，容易出現(xiàn)孔壁坍塌、縮徑等問題，影響樁體質(zhì)量。

9、二、鋼管樁的局限性

10、鋼管樁采用鋼管作為樁體，施工速度快，但存在以下問題：

11、a、成本高昂：鋼管樁的材料成本較高，尤其是在大直徑、深埋深的基坑工程中，經(jīng)濟(jì)性較差；

12、b、抗拔性能差：鋼管樁的抗拔性能不足，容易在豎向荷載作用下發(fā)生拔出破壞；

13、c、材料浪費(fèi)：鋼管樁回收時(shí)需要切割，導(dǎo)致材料浪費(fèi)，難以滿足綠色施工的要求；

14、d、防腐性能差：在沿海地區(qū)或地下水位較高的地區(qū)，鋼管樁容易受到腐蝕，影響使用壽命；

15、e、連接節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度不足：鋼管樁與上部結(jié)構(gòu)的連接節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度較弱，容易出現(xiàn)連接失效的情況。

16、近年來，隨著預(yù)制管樁技術(shù)的不斷發(fā)展，其標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)、施工速度快、質(zhì)量可控等優(yōu)勢逐漸顯現(xiàn)。然而，預(yù)制管樁在復(fù)雜地質(zhì)條件下的抗沖擊性能和韌性仍需進(jìn)一步提升，在實(shí)際應(yīng)用中仍存在以下問題：

17、a、抗沖擊性能不足：預(yù)制管樁在復(fù)雜地質(zhì)條件下(如軟土層、砂層等)容易發(fā)生脆性破壞，抗沖擊性能較差；

18、b、連接節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度不足：預(yù)制管樁與上部結(jié)構(gòu)(如鋼格構(gòu)柱)的連接節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度較弱，容易在荷載作用下出現(xiàn)連接失效的情況；

19、c、材料韌性不足：預(yù)制管樁的韌性不足，容易在復(fù)雜工況下發(fā)生局部破壞或變形；

20、d、施工精度要求高：預(yù)制管樁的沉樁施工需要精確的定位和垂直度控制，否則可能導(dǎo)致樁體傾斜或損壞。

21、為了提高預(yù)制管樁的抗沖擊性能和韌性，現(xiàn)有技術(shù)中也有結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案提出，例如專利公開號cn114351720a公開的“一種預(yù)制管樁作為基坑內(nèi)支撐支承立柱的施工方法”，其利用預(yù)制管樁作為立柱樁，通過在管樁內(nèi)部設(shè)置鋼套筒和鋼筋籠，提高了管樁的整體性能。然而依然存在以下不足之處：

22、施工復(fù)雜：需要在管樁內(nèi)部進(jìn)行復(fù)雜的鋼筋籠布置和混凝土澆筑，施工難度較大；

23、經(jīng)濟(jì)性不足：材料成本較高，且施工過程中需要額外的連接件和灌芯混凝土，增加了工程造價(jià)；

24、適應(yīng)性不足：在復(fù)雜地質(zhì)條件下(如軟土層、砂層等)，優(yōu)化后的管樁仍難以完全避免脆性破壞。

25、此外，近年來也有一些組合立柱樁的新技術(shù)應(yīng)用，例如專利公開號cn215669540u公開的“一種預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁與鋼格構(gòu)柱組合的立柱樁”，其通過端板連接和灌芯混凝土提高了立柱樁的承載能力，但需要在施工現(xiàn)場進(jìn)行多次焊接和澆筑，施工效率較低，施工復(fù)雜；并且材料成本較高，且施工過程中需要額外的連接件和灌芯混凝土，增加了工程造價(jià)，經(jīng)濟(jì)性不足；而且，雖然其通過端板連接提高了連接強(qiáng)度，但在復(fù)雜工況下，連接節(jié)點(diǎn)的抗剪能力和抗疲勞性能仍需進(jìn)一步優(yōu)化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、1.發(fā)明要解決的技術(shù)問題

2、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有立柱樁存在施工效率低、施工成本高、樁體連接強(qiáng)度較差以及樁體強(qiáng)度和韌性較差等不足，提供一種裝配式預(yù)制鋼管-管樁復(fù)合高強(qiáng)度韌性立柱樁，采用本發(fā)明的技術(shù)方案，利用預(yù)制管樁作為基礎(chǔ)樁段，預(yù)制鋼管樁作為立柱段，基礎(chǔ)樁段與立柱段之間通過能夠與基坑底板相連接的底板段固定連接，基礎(chǔ)樁段和底板段留在基坑基底地層內(nèi)作為永久部分，立柱段與底板段及支撐段均采用承插配合并通過銷釘或螺栓裝配連接，立柱樁整體連接強(qiáng)度高，且立柱段能夠100％回收利用；同時(shí)立柱段采用鋼混復(fù)合結(jié)構(gòu)，不僅可以減小鋼管壁厚，降低用鋼量，而且能夠提高立柱樁的樁體強(qiáng)度和韌性，可以利用靜壓樁機(jī)抱壓施工，施工更加簡單高效，顯著提高了立柱樁的經(jīng)濟(jì)性。

3、2.技術(shù)方案

4、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：

5、本發(fā)明的一種裝配式預(yù)制鋼管-管樁復(fù)合高強(qiáng)度韌性立柱樁，包括位于基坑基底地層內(nèi)的基礎(chǔ)樁段和位于基坑內(nèi)的立柱段，所述基礎(chǔ)樁段為具有中心通孔的預(yù)制管樁，所述立柱段為高強(qiáng)度韌性預(yù)制鋼管樁；所述基礎(chǔ)樁段的上端與位于最下部的立柱段的下端通過底板段相連接，所述底板段與相鄰立柱段之間承插配合并通過銷釘或螺栓裝配連接；上下相鄰的所述立柱段之間通過支撐段相連接，所述支撐段與上下相鄰立柱段之間承插配合并通過銷釘或螺栓裝配連接；其中：

6、所述底板段為鋼管結(jié)構(gòu)件，且底板段的下部具有能夠與基礎(chǔ)樁段的中心通孔插接配合的插接部，所述底板段與基礎(chǔ)樁段之間固定連接；在底板段的外側(cè)設(shè)有在基坑挖土后二次焊接的止水板和若干底板段栓釘，用于與基坑底板相連接；

7、所述立柱段包括中部樁身和固定設(shè)于中部樁身兩端的端部加強(qiáng)接頭，所述中部樁身的外側(cè)為薄壁鋼管，所述薄壁鋼管內(nèi)具有高強(qiáng)度混凝土層，所述高強(qiáng)度混凝土層內(nèi)具有加強(qiáng)骨架；

8、所述支撐段包括支撐鋼管，所述支撐鋼管的兩端具有用于與立柱段的端部加強(qiáng)接頭相連接的管端連接部，所述支撐鋼管的外側(cè)設(shè)有在基坑挖土后二次焊接的若干支撐段栓釘，用于與基坑內(nèi)的支撐梁相連接。

9、更進(jìn)一步地，所述底板段包括外連接鋼管和芯管，所述外連接鋼管的外管體上端設(shè)有用于與立柱段的端部加強(qiáng)接頭裝配連接的上連接部，所述外管體下端設(shè)有能夠插入基礎(chǔ)樁段的中心通孔內(nèi)的膨脹連接管，所述膨脹連接管的管壁上設(shè)有若干開口，在相鄰開口之間形成膨脹爪，所述膨脹爪的內(nèi)側(cè)壁為倒錐面；所述芯管設(shè)于外連接鋼管的內(nèi)孔中，所述芯管的上端具有芯管推壓部，所述芯管的下端能夠在下推作用下移動至膨脹爪處并與倒錐面配合使膨脹爪向外側(cè)擴(kuò)張，擴(kuò)張的膨脹爪抵緊在中心通孔的內(nèi)壁上形成固定連接。

10、更進(jìn)一步地，所述外管體的外徑大于膨脹連接管的外徑，在膨脹連接管的上端形成能夠與基礎(chǔ)樁段的上端面相配合的限位臺階。

11、更進(jìn)一步地，所述外管體的外側(cè)位于限位臺階處焊接有加固連接件，所述加固連接件為截面形狀為“l(fā)”形的環(huán)形鋼構(gòu)件，所述加固連接件與基礎(chǔ)樁段上端的樁端連接部焊接連接或螺栓連接；所述膨脹連接管與中心通孔內(nèi)壁之間還填充有結(jié)構(gòu)膠。

12、更進(jìn)一步地，所述底板段包括承接鋼管，所述承接鋼管的上端設(shè)有用于與立柱段的端部加強(qiáng)接頭裝配連接的立柱連接部，所述承接鋼管的下端通過轉(zhuǎn)換部一體設(shè)有同軸的外套管和內(nèi)套管，所述外套管的內(nèi)徑與基礎(chǔ)樁段的樁端連接部外徑相適配，所述內(nèi)套管的外徑與基礎(chǔ)樁段的中心通孔內(nèi)徑相適配，所述內(nèi)套管能夠插接在基礎(chǔ)樁段的中心通孔內(nèi)，且在內(nèi)套管與中心通孔內(nèi)壁之間還填充有結(jié)構(gòu)膠；所述外套管能夠套設(shè)在基礎(chǔ)樁段上端的樁端連接部外側(cè)，且基礎(chǔ)樁段上端的樁端連接部的高度大于外套管的高度，在所述承接鋼管安裝在基礎(chǔ)樁段上后，所述外套管與樁端連接部焊接連接；所述轉(zhuǎn)換部的四周還設(shè)有用于與基礎(chǔ)樁段上端的樁端連接部螺栓連接的螺栓孔。

13、更進(jìn)一步地，所述薄壁鋼管的內(nèi)壁上沿周向分布設(shè)有若干加強(qiáng)肋條，所述端部加強(qiáng)接頭分別與薄壁鋼管和加強(qiáng)肋條焊接固定；所述加強(qiáng)骨架包括位于薄壁鋼管內(nèi)側(cè)且層套布置的鋼筋籠和frp纖維網(wǎng)架。

14、更進(jìn)一步地，所述高強(qiáng)度混凝土層的中心具有與薄壁鋼管同軸的通孔，所述高強(qiáng)度混凝土層由摻有聚丙纖維的再生加氣高強(qiáng)度混凝土澆筑而成。

15、更進(jìn)一步地，所述高強(qiáng)度混凝土層內(nèi)還預(yù)留有用于安裝基坑斷面監(jiān)測傳感器和無線通信模塊的傳感器安裝孔。

16、更進(jìn)一步地，所述支撐段還包括用于與支撐梁相連接的連接托板，所述連接托板包括托板體和若干分布在托板體內(nèi)側(cè)的支撐板，所述托板體在基坑挖土后二次焊接在支撐鋼管的下部，所述支撐板分布在立柱段的外周。

17、更進(jìn)一步地，所述立柱段的中部樁身和支撐段的支撐鋼管外徑均小于基礎(chǔ)樁段的外徑；所述基礎(chǔ)樁段和立柱段均采用靜壓樁機(jī)抱壓施工，還包括配合靜壓樁機(jī)使用的夾持器，所述夾持器由兩塊以上的夾持板組成，在所述夾持板的上下兩端均具有向外側(cè)延伸的凸沿，抱合在立柱段上的夾持器外徑與基礎(chǔ)樁段的外徑相當(dāng)。

18、3.有益效果

19、采用本發(fā)明提供的技術(shù)方案，與已有的公知技術(shù)相比，具有如下顯著效果：

20、(1)本發(fā)明的一種裝配式預(yù)制鋼管-管樁復(fù)合高強(qiáng)度韌性立柱樁，其包括位于基坑基底地層內(nèi)的基礎(chǔ)樁段和位于基坑內(nèi)的立柱段，基礎(chǔ)樁段為具有中心通孔的預(yù)制管樁，立柱段為高強(qiáng)度韌性預(yù)制鋼管樁，基礎(chǔ)樁段的上端與位于最下部的立柱段的下端通過底板段相連接，上下相鄰的立柱段之間通過支撐段相連接，與現(xiàn)有立柱樁相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

21、a、立柱樁的各樁段均采用預(yù)制結(jié)構(gòu)，無需現(xiàn)場澆筑，施工更加簡單；并且底板段采用鋼管結(jié)構(gòu)件，與基礎(chǔ)樁段之間固定連接，并留在基坑基底地層內(nèi)作為永久部分，立柱段與底板段及支撐段均采用承插配合并通過銷釘或螺栓裝配連接，立柱樁整體連接強(qiáng)度更高，連接節(jié)點(diǎn)的抗剪能力和抗疲勞性能更好，并且立柱段能夠100％回收利用，可有效降低工程造價(jià)；

22、b、立柱段包括中部樁身和固定設(shè)于中部樁身兩端的端部加強(qiáng)接頭，中部樁身的外側(cè)為薄壁鋼管，薄壁鋼管內(nèi)具有高強(qiáng)度混凝土層，高強(qiáng)度混凝土層內(nèi)具有加強(qiáng)骨架，采用鋼混復(fù)合結(jié)構(gòu)，不僅可以減小立柱段的鋼管壁厚，降低用鋼量，而且能夠提高立柱樁的樁體強(qiáng)度和韌性，避免施工中對立柱段造成脆性破壞，同時(shí)可以利用靜壓樁機(jī)抱壓施工，施工更加簡單高效，顯著提高了立柱樁的經(jīng)濟(jì)性；

23、c、底板段的外側(cè)設(shè)有在基坑挖土后二次焊接的止水板和若干底板段栓釘，可用于與基坑底板相連接，支撐段的支撐鋼管外側(cè)設(shè)有在基坑挖土后二次焊接的若干支撐段栓釘，可用于與基坑內(nèi)的支撐梁相連接，可以提高基坑底板與立柱樁、以及基坑支撐梁與立柱樁之間的連接牢固性，保證了深基坑支護(hù)的穩(wěn)定性。

24、(2)本發(fā)明的一種裝配式預(yù)制鋼管-管樁復(fù)合高強(qiáng)度韌性立柱樁，其底板段采用膨脹連接結(jié)構(gòu)與管樁相連，包括外連接鋼管和芯管，外連接鋼管的外管體下端設(shè)有能夠插入基礎(chǔ)樁段的中心通孔內(nèi)的膨脹連接管，膨脹連接管的管壁上設(shè)有若干開口，在相鄰開口之間形成膨脹爪，芯管設(shè)于外連接鋼管的內(nèi)孔中，芯管的下端能夠在下推作用下移動至膨脹爪處使膨脹爪向外側(cè)擴(kuò)張，擴(kuò)張的膨脹爪抵緊在中心通孔的內(nèi)壁上形成固定連接，利用芯管的下壓操作即可完成底板段與管樁的連接，提高了兩者的連接牢固性和可靠性，并且使得連接操作更加簡單；而且該底板段還具有結(jié)構(gòu)簡單，制作方便等優(yōu)點(diǎn)。

25、(3)本發(fā)明的一種裝配式預(yù)制鋼管-管樁復(fù)合高強(qiáng)度韌性立柱樁，其外管體的外徑大于膨脹連接管的外徑，在膨脹連接管的上端形成能夠與基礎(chǔ)樁段的上端面相配合的限位臺階，限位臺階可以更好地傳遞靜壓壓力，保證壓樁施工穩(wěn)定性；在外管體的外側(cè)位于限位臺階處還焊接有加固連接件，加固連接件與基礎(chǔ)樁段上端的樁端連接部焊接連接或螺栓連接，形成底板段與管樁的二次連接，同時(shí)在膨脹連接管與中心通孔內(nèi)壁之間還填充有結(jié)構(gòu)膠，形成兩者的第三次連接，進(jìn)一步提高了底板段與管樁的連接強(qiáng)度。

26、(4)本發(fā)明的一種裝配式預(yù)制鋼管-管樁復(fù)合高強(qiáng)度韌性立柱樁，提供了第二種底板段的結(jié)構(gòu)形式，其包括承接鋼管，承接鋼管的下端通過轉(zhuǎn)換部一體設(shè)有同軸的外套管和內(nèi)套管，外套管的內(nèi)徑與基礎(chǔ)樁段的樁端連接部外徑相適配，內(nèi)套管的外徑與基礎(chǔ)樁段的中心通孔內(nèi)徑相適配，內(nèi)套管能夠插接在基礎(chǔ)樁段的中心通孔內(nèi)，外套管能夠套設(shè)在基礎(chǔ)樁段上端的樁端連接部外側(cè)，保證了底板段與預(yù)制管樁的定位精度；基礎(chǔ)樁段上端的樁端連接部的高度大于外套管的高度，在承接鋼管安裝在基礎(chǔ)樁段上后，外套管與樁端連接部焊接連接，形成第一重連接結(jié)構(gòu)，在內(nèi)套管與中心通孔內(nèi)壁之間還填充有結(jié)構(gòu)膠，形成第二重連接結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)換部的四周還設(shè)有用于與基礎(chǔ)樁段上端的樁端連接部螺栓連接的螺栓孔，形成第三重連接結(jié)構(gòu)，利用三重連接保證了底板段與基礎(chǔ)樁段的連接強(qiáng)度，提高了連接節(jié)點(diǎn)的抗剪能力和抗疲勞性能。

27、(5)本發(fā)明的一種裝配式預(yù)制鋼管-管樁復(fù)合高強(qiáng)度韌性立柱樁，其薄壁鋼管的內(nèi)壁上沿周向分布設(shè)有若干加強(qiáng)肋條，端部加強(qiáng)接頭分別與薄壁鋼管和加強(qiáng)肋條焊接固定，加強(qiáng)肋條能夠提高薄壁鋼管的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，并且可以有效減小鋼管壁厚，減少用鋼量；加強(qiáng)骨架包括位于薄壁鋼管內(nèi)側(cè)且層套布置的鋼筋籠和frp纖維網(wǎng)架，鋼筋籠和frp纖維網(wǎng)架形成了兩個(gè)結(jié)構(gòu)層來提高立柱段的強(qiáng)度和韌性，大大改善了薄壁鋼管的抗壓和抗拉強(qiáng)度，兼顧了立柱段的強(qiáng)度和重量。

28、(6)本發(fā)明的一種裝配式預(yù)制鋼管-管樁復(fù)合高強(qiáng)度韌性立柱樁，其高強(qiáng)度混凝土層的中心具有與薄壁鋼管同軸的通孔，高強(qiáng)度混凝土層由摻有聚丙纖維的再生加氣高強(qiáng)度混凝土澆筑而成，在保證了樁體強(qiáng)度和韌性的情況下實(shí)現(xiàn)了輕量化，使得施工更加簡單和安全。

29、(7)本發(fā)明的一種裝配式預(yù)制鋼管-管樁復(fù)合高強(qiáng)度韌性立柱樁，其高強(qiáng)度混凝土層內(nèi)還預(yù)留有用于安裝基坑斷面監(jiān)測傳感器和無線通信模塊的傳感器安裝孔，方便在立柱樁內(nèi)安裝智能監(jiān)測傳感設(shè)備，通過無線通信模塊與后臺監(jiān)測系統(tǒng)通信連接，為智能化施工提供數(shù)據(jù)支持，有利于智能控制基坑變形；并且由于立柱段可回收利用，因此使得傳感器和監(jiān)測系統(tǒng)也可重復(fù)使用，降低設(shè)備使用成本。

30、(8)本發(fā)明的一種裝配式預(yù)制鋼管-管樁復(fù)合高強(qiáng)度韌性立柱樁，其支撐段還包括用于與支撐梁相連接的連接托板，連接托板包括托板體和若干分布在托板體內(nèi)側(cè)的支撐板，托板體在基坑挖土后二次焊接在支撐鋼管的下部，支撐板分布在立柱段的外周，利用連接托板進(jìn)一步方便了支撐段與支撐梁的連接，可以方便支撐梁的現(xiàn)澆施工；同時(shí)連接托板的支撐板能夠?qū)α⒅涡纬芍巫饔?，進(jìn)一步保證了支撐段與立柱段的連接穩(wěn)定性。

31、(9)本發(fā)明的一種裝配式預(yù)制鋼管-管樁復(fù)合高強(qiáng)度韌性立柱樁，其還包括配合靜壓樁機(jī)使用的夾持器，夾持器由兩塊以上的夾持板組成，抱合在立柱段上的夾持器外徑與基礎(chǔ)樁段的外徑相當(dāng)，利用夾持器消除了管樁與鋼管樁之間的直徑差，可以利用靜壓樁機(jī)連續(xù)進(jìn)行壓裝作業(yè)，克服了傳統(tǒng)工藝在管樁與立柱樁上段直徑不一致時(shí)更換樁機(jī)配件時(shí)間長的缺陷，進(jìn)一步提高了立柱樁的施工效率。