本發明涉及深基坑支護用立柱樁及其生產和施工方法，更具體地說，涉及一種裝配式高強度韌性復合預制立柱樁生產方法及施工方法。

背景技術：

1、隨著城市化進程的加速和地下空間開發的深入，深基坑工程在高層建筑、地鐵隧道、地下綜合管廊等項目中扮演著至關重要的角色，同時深基坑工程也面臨復雜地層適應、綠色施工和智能建造等多重挑戰。立柱樁作為基坑支護體系中的關鍵豎向承重構件，其性能直接決定了基坑的穩定性、施工效率以及對周邊環境的影響。然而，傳統立柱樁技術在實際應用中存在諸多問題，亟待通過技術創新實現突破，以滿足現代工程建設對高效、環保、經濟和可持續發展的需求。

2、傳統立柱樁技術主要包含灌注樁、鋼管樁、勁性復合樁和預制樁等，這些立柱樁在施工工藝上存在諸多局限性，例如：

3、灌注樁是一種常見的立柱樁形式，通過現場鉆孔、澆筑混凝土形成樁體。雖然其承載力較高，但施工周期長，受地質條件影響大，容易出現塌孔、縮徑等問題。此外，灌注樁施工過程中會產生大量泥漿，對環境造成污染，且樁體無法回收利用，不符合綠色施工理念。

4、鋼管樁具有施工速度快、承載能力高、抗變形能力強等優點，但其成本較高，抗拔性能相對較差。在回收過程中，鋼管樁通常需要切割，導致材料浪費嚴重，難以滿足可持續發展的要求。

5、勁性復合樁通過在樁體內部插入鋼管或鋼格構柱來增強樁體強度，但其核心問題在于預制樁與鋼結構的連接可靠性不足。施工工藝復雜，連接節點的強度和耐久性難以保證，且在復雜地質條件下容易出現脆性破壞。

6、預制樁(如預應力混凝土方樁)因其工廠化生產、施工速度快、質量可控等優勢逐漸受到關注。然而，傳統預制樁的韌性不足，在復雜地質條件下容易發生脆性破壞。此外，樁段間的機械連接器設計存在應力集中風險，影響其長期穩定性。

7、近年來，雖然在立柱樁技術方面取得了一些進步，但仍存在諸多未解決的問題，例如：

8、高強度與高韌性需求：在復雜地質條件下，立柱樁需要兼具抗壓、抗彎及抗沖擊性能，以避免脆性破壞。然而，現有技術中，立柱樁的高強度與高韌性難以兼顧，尤其是在深層基坑和復雜地質環境中，傳統材料和結構形式已難以滿足工程需求。

9、可回收性與經濟性：傳統立柱樁大多無法回收利用，不僅造成材料浪費，還增加了工程成本。雖然部分可回收技術已取得一定進展，但其回收工藝復雜，操作難度大，適應性不高，難以在實際工程中廣泛應用。

10、連接節點的優化：立柱樁的基礎段通常采用灌注樁或管樁，連接節點的強度不足一直是制約其性能提升的關鍵問題。現有技術中，樁段間的連接多采用機械連接器，存在應力集中風險，影響立柱樁的長期穩定性。

11、智能化施工與監測：雖然智能化監測技術在立柱樁中的應用逐漸增加，但其系統集成成本較高，傳感器的復用與維護成本也不容忽視。此外，現有技術中，智能化施工與監測系統的集成度較低，難以實現施工過程的全自動化和智能化控制。

12、綜上所述，傳統立柱樁技術在施工周期、材料可回收性、連接剛度、環境影響以及智能化施工等方面存在諸多問題，而現有改進技術雖有一定進展，但仍無法完全滿足現代工程建設對高效、環保、經濟和可持續發展的需求。因此，開發一種兼具高強度、高韌性、可回收性、連接可靠性和智能化施工的裝配式立柱樁技術，已成為當前亟待解決的技術難題，也是推動基坑支護工程領域技術進步的關鍵方向。

技術實現思路

1、1.發明要解決的技術問題

2、本發明的目的在于克服現有立柱樁技術存在施工周期長、可回收性差、連接強度低以及樁體強度和韌性較差等不足，提供一種裝配式高強度韌性復合預制立柱樁生產方法及施工方法，采用本發明的技術方案，通過預制生產方法來制作立柱樁的基礎樁段、底板段、立柱段和支撐段，可以通過各樁段的現場裝配工藝實現立柱樁的高效施工，結合各個樁段的強度和韌性增強設計，使得立柱樁能夠采用靜壓工藝施工，施工效率顯著提高，施工過程更加簡單；同時，基礎樁段與立柱段通過底板段裝配連接，立柱段之間通過支撐段裝配連接，連接強度更高，現場操作方便，且由于立柱樁強度和韌性的提高，避免了施工過程中立柱樁的脆性破壞，實現了立柱樁的立柱段100％回收利用。

3、2.技術方案

4、為達到上述目的，本發明提供的技術方案為：

5、本發明的一種裝配式高強度韌性復合預制立柱樁生產方法，包含以下步驟：

6、s1、立柱樁設計：根據工程圖紙及相關資料，制定立柱樁設計圖紙；所述立柱樁包括基礎樁段、底板段、立柱段和支撐段，其中，

7、所述基礎樁段為預制方樁，包括鋼筋籠、樁端鋼板焊合件和方樁混凝土；

8、所述底板段包括矩形鋼架和填充在矩形鋼架內的底板段混凝土，所述底板段內預埋設有用于在兩個方向上與現澆基坑底板內的鋼筋結構相連接的底板段雙向鋼筋接駁器；

9、所述立柱段包括外側鋼結構層和位于外側鋼結構層內側的內側網架結構，所述外側鋼結構層和內側網架結構通過高強度混凝土澆筑連接為一體；

10、所述支撐段包括支撐鋼架和填充在支撐鋼架內的支撐段混凝土，所述支撐段內預埋設有用于在兩個方向上與現澆支撐梁內的鋼筋結構相連接的支撐段雙向鋼筋接駁器；

11、s2、預制件生產：根據立柱樁設計圖紙，分別制作基礎樁段、底板段、立柱段和支撐段的各樁段組成構件；

12、s3、裝配制作：將各樁段組成構件安裝到對應的模具中，分別澆筑混凝土，固化后獲得預制的基礎樁段、底板段、立柱段和支撐段。

13、更進一步地，在步驟s2中，所述基礎樁段的樁端鋼板焊合件包括樁端端板、樁端連接角鋼和樁端綴板，四個所述樁端連接角鋼分別焊接固定在樁端端板的四個角處，所述樁端綴板焊接固定在相鄰的樁端連接角鋼之間；在步驟s3中，所述鋼筋籠的兩端各設有一組樁端鋼板焊合件，制作的基礎樁段為預制實心方樁、預制空心方樁、預應力預制實心方樁和預應力預制空心方樁中的一種。

14、更進一步地，在步驟s2中，所述底板段的矩形鋼架包括底部端板、底板段角鋼、頂部端板和底板段綴板，所述底部端板和頂部端板之間通過四根底板段角鋼固定連接，四根所述底板段角鋼之間依次通過底板段綴板相連接；四根所述底板段角鋼的上下兩端還分別設有用于連接基礎樁段和立柱段的底板段連接板；所述矩形鋼架的內側還預埋有內側止水板，所述底板段角鋼的外側在基坑挖土后還二次焊接有外側止水板和若干栓釘。

15、更進一步地，在步驟s2中，所述內側網架結構包括內層纖維網架、鋼筋網架和外層纖維網架，所述鋼筋網架由主筋和箍筋連接而成，所述內層纖維網架和外層纖維網架均采用frp高強度纖維網格制成；在步驟s3中，所述外層纖維網架位于鋼筋網架的外側，所述內層纖維網架位于鋼筋網架的內側。

16、更進一步地，在步驟s2中，所述外側鋼結構層包括底端蓋板、立柱段角鋼、頂端蓋板、底端綴板、頂端綴板和中部綴板，所述底端蓋板和頂端蓋板之間通過四根立柱段角鋼連接成矩形框架結構，四根所述立柱段角鋼的下端依次通過底端綴板相連接，上端依次通過頂端綴板相連接，四根所述立柱段角鋼之間從上往下還依次設有若干中部綴板；在步驟s3中，所述高強度混凝土內添加有聚丙纖維增強材料。

17、更進一步地，在步驟s3中，所述立柱段內還內置有基坑斷面監測傳感器和無線通信模塊，所述基坑斷面監測傳感器通過無線通信模塊與后臺監測系統通信連接。

18、更進一步地，在步驟s2中，所述支撐鋼架內還設有氣動碎裂裝置，所述氣動碎裂裝置具有外引管和可拆卸地安裝在外引管端部的封蓋，所述外引管內分別設有液態二氧化碳灌注通道、正極連接管和負極連接管；在步驟s3中，所述外引管從支撐段混凝土的一側向外引出。

19、更進一步地，在步驟s2中，所述支撐鋼架包括下端板、支撐段角鋼、上端板和支撐段綴板，所述下端板和上端板之間通過四根支撐段角鋼固定連接，四根所述支撐段角鋼之間依次通過支撐段綴板相連接；四根所述支撐段角鋼的上下兩端還分別設有用于連接立柱段的支撐段連接板。

20、本發明的一種裝配式高強度韌性復合預制立柱樁生產方法制備的立柱樁施工方法，包含以下步驟：

21、s1、設備調試：根據立柱樁施工位置安裝靜壓樁機，并對靜壓樁機進行調試，確保靜壓樁機的液壓系統、電氣系統和行走系統正常運行；在靜壓樁機上安裝送樁器，并對送樁器進行調試，確保送樁器能夠順利將立柱樁壓入設計標高；送樁器調試完成后拆除；

22、s2、基礎樁段施工：使用靜壓樁機將基礎樁段壓入設計標高，壓樁速度控制在0.5～1.0m/min，基礎樁段的垂直度偏差控制在0.5％以內；

23、s3、分段連接與壓樁：首先在基礎樁段的頂部通過底板段連接立柱段，使用靜壓樁機將第一節立柱段壓入設計標高；然后依次通過支撐段連接其余立柱段，分段利用靜壓樁機將立柱段壓入設計標高；立柱段的壓樁速度控制在0.5～1.0m/min；

24、s4、送樁器送樁：將送樁器安裝在靜壓樁機上，并與最后一節立柱段連接，利用送樁器和靜壓樁機將最后一節立柱段壓入設計標高，此時基礎樁段位于基坑基底地層內，立柱段位于基坑內；

25、s5、基坑支撐梁連接：在立柱樁壓樁完成后開挖基坑土體，并由上往下逐層將支撐梁與對應的支撐段進行連接，對基坑進行支護；

26、s6、基坑底板施工：在挖土至基坑基底后，開始基坑底板施工，并將基坑底板與底板段連接在一起；之后由下往上逐層施工基坑內主體結構。

27、更進一步地，在基坑內主體結構施工完成后，進入拆撐回收步驟s7；在拆撐回收步驟s7，先進行立柱段的拆除，然后再進行支撐段與支撐梁的拆除；回收并修復后的立柱段根據下一個項目的設計要求進行搭配設計和再利用。

28、3.有益效果

29、采用本發明提供的技術方案，與已有的公知技術相比，具有如下顯著效果：

30、(1)本發明的一種裝配式高強度韌性復合預制立柱樁生產方法，其包含立柱樁設計、預制件生產和裝配制作等步驟，立柱樁主要由基礎樁段、底板段、立柱段和支撐段組成，通過預制生產方法來制作基礎樁段、底板段、立柱段和支撐段，可以通過各樁段的現場裝配工藝實現立柱樁的高效施工；底板段包括矩形鋼架和填充在矩形鋼架內的底板段混凝土，立柱段包括外側鋼結構層和位于外側鋼結構層內側的內側網架結構，外側鋼結構層和內側網架結構通過高強度混凝土澆筑連接為一體，支撐段包括支撐鋼架和填充在支撐鋼架內的支撐段混凝土，結合各個樁段的強度和韌性增強設計，使得立柱樁能夠采用靜壓工藝施工，施工效率顯著提高，施工過程更加簡單；同時，基礎樁段與立柱段通過底板段裝配連接，立柱段之間通過支撐段裝配連接，連接強度更高，現場操作方便，且由于立柱樁強度和韌性的提高，避免了施工過程中立柱樁的脆性破壞，實現了立柱樁的立柱段100％回收利用；此外，底板段內預埋設有用于在兩個方向上與現澆基坑底板內的鋼筋結構相連接的底板段雙向鋼筋接駁器，支撐段內預埋設有用于在兩個方向上與現澆支撐梁內的鋼筋結構相連接的支撐段雙向鋼筋接駁器，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，保證了深基坑支護的穩定性。

31、(2)本發明的一種裝配式高強度韌性復合預制立柱樁生產方法，其基礎樁段的樁端鋼板焊合件包括樁端端板、樁端連接角鋼和樁端綴板，與現有的預制方樁相比，增加了樁端綴板設計，確保了基礎樁段與上部立柱段的連接可靠性。

32、(3)本發明的一種裝配式高強度韌性復合預制立柱樁生產方法，其底板段的矩形鋼架包括底部端板、底板段角鋼、頂部端板和底板段綴板，保證了底板段的結構強度；同時矩形鋼架的內側還預埋有內側止水板，底板段角鋼的外側在基坑挖土后還二次焊接有外側止水板和若干栓釘，解決了立柱樁與底板的止水問題以及立柱樁與底板的連接可靠性問題，利用基礎樁段對底板形成有效的支撐作用。

33、(4)本發明的一種裝配式高強度韌性復合預制立柱樁生產方法，其立柱段的內側網架結構包括內層纖維網架、鋼筋網架和外層纖維網架，鋼筋網架由主筋和箍筋連接而成，內層纖維網架和外層纖維網架均采用frp高強度纖維網格制成，利用內外層纖維網架和鋼筋網架能夠進一步提高立柱段的強度和韌性，并且立柱段由內到外通過四個結構層復合而成，可以減少整體用鋼量，在提高立柱樁結構強度、韌性及抗拉強度的情況下，降低了制作成本，使得立柱樁兼具抗壓、抗彎及抗沖擊性能。

34、(5)本發明的一種裝配式高強度韌性復合預制立柱樁生產方法，其立柱段的外側鋼結構層包括底端蓋板、立柱段角鋼、頂端蓋板、底端綴板、頂端綴板和中部綴板，與傳統的鋼格構柱相比，立柱段采用高強度混凝土將外側鋼結構層和內側網架結構澆筑連接為一體，使得外側鋼結構層的用鋼量可以更少，降低了立柱段的鋼材使用成本；另外，高強度混凝土內添加有聚丙纖維增強材料，能夠改善混凝土的防裂、抗沖磨性能，增加混凝土的韌性，提高立柱段的使用壽命，滿足了立柱段重復回收利用的要求。

35、(6)本發明的一種裝配式高強度韌性復合預制立柱樁生產方法，其立柱段內還內置有基坑斷面監測傳感器和無線通信模塊，基坑斷面監測傳感器通過無線通信模塊與后臺監測系統通信連接，為智能化施工提供數據支持，有利于智能控制基坑變形。

36、(7)本發明的一種裝配式高強度韌性復合預制立柱樁生產方法，其支撐鋼架內還設有氣動碎裂裝置，在拆撐階段可以有效方便地進行支撐段的破裂拆除，使得支撐梁拆除簡單方便，同時支撐段的鋼結構仍然可以進行第二次回收利用。

37、(8)本發明的一種裝配式高強度韌性復合預制立柱樁施工方法，其包含設備調試、基礎樁段施工、分段連接與壓樁、送樁器送樁、基坑支撐梁連接和基坑底板施工等步驟，利用靜壓樁機將基礎樁段、底板段和各個立柱段分段壓入基坑內，最后配合送樁器將立柱樁壓入設計標高，整個施工過程更加簡單高效，施工噪音小、污染少，并且施工深度原則上不受限制，可以用于深度更深的基坑支護，適用范圍更加廣泛。

38、(9)本發明的一種裝配式高強度韌性復合預制立柱樁施工方法，其在基坑內主體結構施工完成后，進入拆撐回收階段，在支撐段拆除時可以利用氣動碎裂裝置對支撐段進行破裂拆除，方便了現澆支撐梁的快速拆除，降低了拆撐難度，提高了拆撐效率。