本实用新型涉及一种钢砼立柱桩。
背景技术：
目前基坑支护常用的支撑立柱主要是采用“灌注桩+钢格构柱”，此结构承载能力高，但施工速度较慢，造价高。在部分基坑施工中，单纯采用h型钢作为支撑立柱，施工速度快，直接打入地下土层中即可，由于这种支撑立柱实际上为摩擦桩，当基坑下的土层较为软弱，支撑立柱在土体内的稳定性较差，需要较长的支撑立柱才能满足需要，不但加大了施工难度，而且施工费用也会提高。另外，为提高支撑立柱的抗扭曲性能，部分基坑施工过程中，会采用钢管作为支撑立柱，钢管的施工速度及经济性均相对较好，但地下水易于经钢管的内腔渗入到地下结构内，降低地下结构的底板的防水性能，而且也易于破坏底板的完整性。
另外，由于支撑立柱设置在基坑的内部，在施工过程中，支撑立柱会被底板固定，在对支撑立柱拆除时，只能对底板上方的支撑立柱进行拆除，部分支撑立柱被保留在地下，这部分支撑立柱无法满足地下结构的支撑要求，需要另外增设抗拔桩，由于支撑立柱的存在，在施工抗拔桩时会更加困难，有时支撑立柱的存在，还会破坏抗拔桩的整体布局，加大抗拔桩的设计难度。另外由于保留在地下的部分支撑立柱由于截面较少，在地下结构的使用过程中，随着时间的推移，在地下浮力的作用下，保留在地下的部分支撑立柱会对底板造成应力集中，使底板产生裂缝，影响底板的防水性能。
技术实现要素：
为解决软弱土层内，基坑内部的支撑立柱的稳定性较差，以及止水效果差的问题，本申请首先提出了一种钢砼立柱桩，其包括预制管桩、h钢桩和扩大部，该扩大部位于该预制管桩的桩顶，h钢桩安装在该扩大部上；将h钢桩朝向预制管桩的一端称为钢桩连接端，将预制管桩朝向h钢桩的一端称为管桩连接端；当该钢砼立柱桩沿竖直方向延伸时，在水平方向上，该扩大部的外周面向外超出预制管桩的外周面；
该扩大部包括一钢筒，该钢筒固定连接在预制管桩的管桩连接端，灌芯钢筋笼的一端伸入到预制管桩的中心孔内，灌芯钢筋笼的另一端伸入到钢筒内，在钢筒内浇注有混凝土芯，且该混凝土芯延伸到预制管桩的中心孔内；
h钢桩的钢桩连接端位于混凝土芯内，并在h钢桩上焊接有止水板，该止水板与扩大部之间具有距离；当该钢砼立柱桩位于地下时，h钢桩位于预制管桩的上侧，且止水板位于地下结构的底板中；在地下结构的底板达到养护期限后，至少部分向上超过所述底板的h钢桩被拆除。预制管桩可以采用预应力混凝土方桩(简称prc桩)、预应力混凝土管桩(简称pc桩)或预应力混凝土离心管桩(简称phc桩)，优选采用预应力混凝土离心管桩(简称phc桩)。
在本申请的钢砼立柱桩中设置了预制管桩和h钢桩两种不同结构形成的桩体，并在预制管桩和h钢桩之间设置了一个扩大部，在使用时，预制管桩以及扩大部位于基坑的底面以下，其中的h钢桩作为基坑内的支撑立柱，用于支持水平支撑，h钢桩在完成作为支撑立柱的任务后，被拆除；预制管桩和扩大部保留在地下，作为抗拔桩或抗压桩。
利用预制管桩与土体之间较大的接触面积，能够为钢砼立柱桩提供足够的摩擦力，同时利用预制管桩的高强度为建筑物提供支持力，以及利用预制管桩的优异防腐性能保证钢砼立柱桩的使用寿命。扩大部的设置不但起将预制管桩和h钢桩连接在一起的作用，还起到提高钢砼立柱桩抗拔能力的作用。由于本申请中的钢砼立柱桩可作为抗拔桩使用，因此在设计抗拔桩时，可以将钢砼立柱桩一并考虑，避免现有技术中，由于支撑立柱的干扰，而破坏抗拔桩的布局。
由于本申请中的扩大部具有更大的横截面，能够与地下结构的底板具有更大的接触面积，能够为底板提供更加均匀的支撑力，避免底板局部受力过大，影响底板的稳定性。混凝土芯可有效地避免地下水体沿预制管桩的中心孔向上进入到地下结构内。h钢桩保证了基坑内各水平支撑的支持件的快速安装，例如可以快速地将钢牛腿等支持件快速地焊接或连接在h钢桩上，并在拆除水平支撑后，可以较快地将h钢桩切割掉，并回收利用，由此可提高地下结构的施工进度并降低部分施工费用。
本申请中的钢砼立柱桩由两种具有不同结构和性能的桩体构成，可充分发挥各桩体的特性，使钢砼立柱桩兼具有支撑立柱和抗拔桩的功能。
在地下结构的底板达到养护期限后，该钢砼立柱桩的至少部分向上超过底板的h钢桩会被拆除掉，以免对地下结构的其他设施的施工和使用造成影响，由于该h钢桩的主要用途是用于支持水平支撑，因此要在h钢桩完成对水平支撑的支持后，再对h钢桩进行拆除。
进一步，当该钢砼立柱桩沿竖直方向延伸时，该扩大部的外周面沿水平方向向外超出预制管桩的外周面，且扩大部的外周面沿水平方向向外超出h钢桩的外周面。该设计使扩大部与h钢桩和预制管桩之间均能够形成一个台阶部，利用台阶部使钢砼立柱桩稳定地保持在土体中。
为使钢砼立柱桩能够承受更大的竖直方向的外力，该预制管桩的中轴线和h钢桩的中轴线重合。预制管桩和h钢桩的中轴线重合后，能够使钢砼立柱桩在受到外力作用时，保持足够的稳定性，不会由于预制管桩和h钢桩的中轴线在水平方向具有距离而发生倾斜，保持施工过程中，基坑的安全性。
为保证h钢桩与预制管桩的连接强度，灌芯钢筋笼焊接到h钢桩上。
具体地，钢筒焊接在预制管桩的连接端板上。为便于将两根预制管桩连接在一起，在预制管桩的两端均会预埋有连接端板，利用该连接端板，不但可以方便地将钢筒固定到预制管桩上，还能保证连接强度。
为保证扩大部与预制管桩的连接强度，混凝土芯在预制管桩的中心孔内的长度≥2米、且≥5d，该d为预制管桩的中心孔的内径。
为提高扩大部的强度，在钢筒内设置有一扩大部钢筋笼，该扩大部钢筋笼被浇注在混凝土芯内。设置扩大部钢筋笼后，不但可以提高扩大部的强度，还可以提高钢砼立柱桩的抗弯曲强度，仅有灌芯钢筋笼时，灌芯钢筋笼与钢筒之间主要靠混凝土来连接，混凝土具有较高的抗压强度，但其抗拉强度却较低，增设扩大部钢筋笼后，可以提高扩大部的抗拉强度，并依此保证钢砼立柱桩的整体强度。
其次，本申请还提供上述任一项钢砼立柱桩的施工方法，该施工方法具体包括如下步骤：
(1)在设置位置对预制管桩进行下沉，使预制管桩的上端部保持在地面以上，暂停预制管桩的下沉；
(2)将钢筒安装到预制管桩的上端部，将灌芯钢筋笼的下端插入到预制管桩的中心孔内，并使灌芯钢筋笼的上端位于钢筒内；将h钢桩插入到钢筒内，并将灌芯钢筋笼焊接到该h钢桩上；
在钢筒内浇注混凝土，并使混凝土进入到预制管桩的中心孔内；形成钢砼立柱桩；
(3)利用钢套管将钢砼立柱桩进行下沉，并到达第一设定标高，然后移除钢套管；
(4)开挖基坑，当达到水平支撑的安装标高时，暂停基坑的开挖，安装立柱牛腿及水平支撑；
(5)继续开挖基坑并完成，在h钢桩上焊接止水板，施工地下结构的底板，使止水板位于底板内；
(6)拆除h钢桩位于底板以上的部分。
在该施工方法中，钢砼立柱桩是在施工过程完成制作，采用边下沉边制作的方法进行。如果采用将钢砼立柱桩完成制作后，再进行下沉施工，不但造成运输困难，也会影响下沉进度，而且还可能造成对钢砼立柱桩的破坏。
本申请中的钢砼立柱桩是有预制管桩和h钢桩连接在一起所形成，虽然在两者之间设置了扩大部，能够对两者的连接强度起到一定的加强作用，但是由于钢砼立柱桩的总体长度较大，而且扩大部在径向上至少超过预制管桩，因此在运输过程中，需要采用额外的加固措施，即使在施工现场对钢砼立柱桩进行制作，在对钢砼立柱桩进行起吊时，不但需要采用更大的起吊设备，而且由于预制管桩和h钢桩的连接处仍是一个薄弱点，在起吊过程中，可能会造成钢砼立柱桩在预制管桩和h钢桩的连接处断裂。采用边下沉边制作的方式施工钢砼立柱桩时，无需采用大型吊装设备，仅仅采用能够完成普通的预制管桩和h钢桩的吊装设备即可，还避免了在吊装时，所可能所造的对扩大部成的破坏。
为提高施工速度，钢筒内的混凝土为快凝早强混凝土。优选快凝早强混凝土的标号≥c40。
为避免扩大部影响地下结构的施工，扩大部的上端面低于基坑的底面的第二设定标高。
附图说明
图1是钢砼立柱桩位于地下的示意图。
图2是图1中a部分的放大图，为显示清楚，将地下结构的底板取消。
图3是图2的俯视图。
图4是将管桩部分沉入地下后的示意图。
图5是完成钢砼立柱桩制作后的示意图。
图6是完成钢砼立柱桩下沉后的示意图。
图7是完成水平支撑安装后的示意图。
图8是完成基坑开挖后的示意图。
图9是完成地下结构的底板的施工后的示意图。
图10是将h钢桩位于底板以上的部分进拆除后的示意图。
具体实施方式
请参阅图1、图2和图3，一种钢砼立柱桩，其包括预制管桩11、h钢桩26和扩大部30，该扩大部30安装在该预制管桩11的桩顶，h钢桩26安装在该扩大部30上。将h钢桩26朝向预制管桩11的一端称为钢桩连接端265，将预制管桩11朝向h钢桩26的一端称为管桩连接端111。当该钢砼立柱桩沿竖直方向延伸时，该扩大部的外周面沿水平方向向外超出预制管桩的外周面。图1表示该钢砼立柱桩位于基坑70中的示意图。
该扩大部30包括一钢筒31，钢筒31具体包括一呈圆筒状的钢套311和连接在钢套311的一端的呈环状的环板312，该环板的内孔套在预制管桩11的管桩连接端111上的连接端板13上，该连接端板13为预制在该预制管桩11的端面上的一环状钢板。钢套311朝背离预制管桩11的方向延伸。
灌芯钢筋笼21的一端伸入到预制管桩11的中心孔12内，灌芯钢筋笼21的另一端伸入到钢筒31的钢套311内，在灌芯钢筋笼21的位于预制管桩11的中心孔12内一端上焊接有托板22。在钢筒31内浇注有混凝土芯23，且该混凝土芯延伸到预制管桩的中心孔12内，并充满中心孔12位于托板22上方的区域。
h钢桩26的钢桩连接端265位于混凝土芯内，且灌芯钢筋笼21的钢筋焊接到h钢桩26的翼缘261和腹板263上。在h钢桩26上焊接有止水板262，该止水板262与扩大部30之间具有距离。
当该钢砼立柱桩位于地下时，h钢桩26位于预制管桩11的上侧，且止水板262位于地下结构60的底板61中。在地下结构的底板61达到养护期限后，且完成支持水平支撑的任务后，向上超过底板61的h钢桩被拆除。可以理解，在其他实施例中，部分向上超过底板的h钢桩还可以作为其他用途，例如可以部分保留在底板上的凸台或其他混凝土结构内继续使用，此时，仅需要将h钢桩的超过凸台或其他混凝土结构的部分拆除即可。
为增大扩大部30的强度，在钢筒31内设置有一扩大部钢筋笼32，该扩大部钢筋笼32被浇注在混凝土芯23内。本实施例中，预制管桩具体采用phc600管桩，该phc600管桩的中心孔的内径为340mm，混凝土芯23在预制管桩的中心孔内的长度为2.5米，大于中心孔的内径的5倍。
钢筒31、扩大部钢筋笼32、混凝土芯23的位于钢筒31内的部分、以及灌芯钢筋笼21的位于钢筒31内的部分共同形成为扩大部。
可以理解，在其它实施例中，当不设置扩大部钢筋笼时，扩大部则不包含扩大部钢筋笼。
本实施例中，当该钢砼立柱桩沿竖直方向延伸时，在水平方向上，该扩大部的外周面沿水平方向向外超出预制管桩的外周面，且扩大部的外周面沿水平方向向外超出h钢桩的外周面。可以理解，在其它实施例中，当该钢砼立柱桩沿竖直方向延伸时，在水平方向上，扩大部的外周面可以仅向外超出预制管桩的外周面。
本实施例中的预制管桩11的中轴线和h钢桩26的中轴线重合，在图2中，轴线300既为预制管桩11的中轴线，也为h钢桩26的中轴线。
实施例2
本实施例为对实施例1中的钢砼立柱桩进行具体的施工，施工方法具体包括如下步骤：
(1)请参阅图4，在施工钢砼立柱桩前，首先完成基坑围护墙51的施工，然后再施工钢砼立柱桩。
在施工钢砼立柱桩时，首先在设置位置对预制管桩11进行下沉，使预制管桩的上端部保持在地面100以上，暂停预制管桩的下沉。预制管桩的上端部即为管桩连接端111。
(2)请参阅图5，将钢筒31的环板312焊接到预制管桩11的连接端板13上。然后将扩大部钢筋笼32放置到钢筒31内，再将将灌芯钢筋笼21由上向下经由扩大部钢筋笼32的中心孔插入到预制管桩的中心孔内，并使灌芯钢筋笼的上端位于钢筒31内。然后将h钢桩26插入到钢筒31内，将灌芯钢筋笼21焊接到h钢桩11的腹板和翼缘上。
在钢筒内浇注混凝土，并使混凝土进入到预制管桩的中心孔内，形成混凝土芯，使钢筒31、扩大部钢筋笼32、混凝土芯23的位于钢筒31内的部分、以及灌芯钢筋笼21的位于钢筒31内的部分共同形成为扩大部30。扩大部的上端面低于基坑的底面的第二设定标高。
完成钢砼立柱桩的制作。
本实施例中，混凝土采用快凝早强混凝土，混凝土的标号为c40。可以理解，在其它实施中，混凝土的标号还可以采用更高的标号。
(3)请参阅图6，将钢套管200抵靠在扩大部30上，然后利用压桩机对钢套管200进行下压，使钢砼立柱桩进行下沉，并到达第一设定标高后，然后移除钢套管200。
(4)请参阅图7，开挖基坑70，当达到水平支撑53的安装标高时，暂停基坑的开挖，在钢砼立柱桩的h钢桩26的顶部安装立柱牛腿54及水平支撑53，并使水平支撑53连接在围檩52上，且支持在立柱牛腿54上。
(5)请参阅图8，继续开挖基坑70，使基坑的底面71达到第二设定标高，完成基坑的开挖。请参阅图9，在h钢桩26上焊接止水板262，绑扎钢筋网，将钢筋网与h钢桩26焊接在一起。施工地下结构60的底板61，使止水板262位于底板61内。
在其他实施例中，在绑扎钢筋网时，还可以使钢筋网的钢筋穿过在h钢桩上所开设的孔，或者绕过h钢桩。
(6)请参阅图10，继续向上施工地下结构，在拆除支持在h钢桩上的水平支撑后，将h钢桩位于底板以上的部分进行拆除。图10中，标记264表示h钢桩位于底板以上的部分被拆除后所剩余的部分。
1.钢砼立柱桩，其特征在于，包括预制管桩、h钢桩和扩大部，该扩大部位于该预制管桩的桩顶，h钢桩安装在该扩大部上；将h钢桩朝向预制管桩的一端称为钢桩连接端，将预制管桩朝向h钢桩的一端称为管桩连接端；当该钢砼立柱桩沿竖直方向延伸时，在水平方向上，该扩大部的外周面向外超出预制管桩的外周面；
该扩大部包括一钢筒，该钢筒固定连接在预制管桩的管桩连接端，灌芯钢筋笼的一端伸入到预制管桩的中心孔内，灌芯钢筋笼的另一端伸入到钢筒内，在钢筒内浇注有混凝土芯，且该混凝土芯延伸到预制管桩的中心孔内；
h钢桩的钢桩连接端位于混凝土芯内，并在h钢桩上焊接有止水板，该止水板与扩大部之间具有距离；当该钢砼立柱桩位于地下时，h钢桩位于预制管桩的上侧，且止水板位于地下结构的底板中；在地下结构的底板达到养护期限后，至少部分向上超过所述底板的h钢桩被拆除。
2.根据权利要求1所述的钢砼立柱桩，其特征在于，当该钢砼立柱桩沿竖直方向延伸时，该扩大部的外周面沿水平方向向外超出预制管桩的外周面，且扩大部的外周面沿水平方向向外超出h钢桩的外周面。
3.根据权利要求1所述的钢砼立柱桩，其特征在于，该预制管桩的中轴线和h钢桩的中轴线重合。
4.根据权利要求1所述的钢砼立柱桩，其特征在于，
灌芯钢筋笼焊接到h钢桩上。
5.根据权利要求1所述的钢砼立柱桩，其特征在于，钢筒焊接在预制管桩的连接端板上。
6.根据权利要求1所述的钢砼立柱桩，其特征在于，混凝土芯在预制管桩的中心孔内的长度≥2米、且≥5d，该d为预制管桩的中心孔的内径。
7.根据权利要求1所述的钢砼立柱桩，其特征在于，在钢筒内设置有一扩大部钢筋笼，该扩大部钢筋笼被浇注在混凝土芯内。
技术总结