本发明涉及桩基技术领域，具体涉及集成式管桩及其竖控器。
背景技术：
大直径桩，在建筑、桥梁及大型构筑物的基础中应用广泛，目前，施工方法多为现场成孔后，在桩孔内置入钢筋笼，现场浇筑混凝土。此种方法施工难度较大，而且难以保证混凝土的浇筑质量，施工速度也较慢，尤其在一些溶洞地区，混凝土凝固前极易流失到土（岩）洞里，造成质量事故。而对于一些大直径的抗拔桩，钢筋配置多，工程造价高。而且，大直径混凝土桩的芯部混凝土，基本上是多余无用的，这也造成材料的浪费。
现有的预制管桩，一般直径较小，且属于机械置入式施工，遇到岩层或较硬的土层，也难以适用。
这些不足，有改善和提高的必要性，而采用现场成孔技术，结合预制混凝土构件的使用，可以提供一种更好的解决办法。
技术实现要素：
本发明的目的是克服上述现有技术中的缺点，提供一种更节省成本和提高施工质量的新型桩基技术，即集成式管桩及其竖控器。
为达到上述目的，本发明的集成式管桩及其竖控器采用以下技术方案：
所述的集成式管桩，由预制的混凝土构件和现场制作的桩甲组成，预制的混凝土构件构成桩体，桩体包含桩条板、抗滑约束环、端压座，所述的桩条板设置为竖条状，竖向设置在环形桩体的周边；所述的抗滑约束环水平向设置，所述的桩条板在抗滑约束环内侧的竖向范围内拼接，所述的抗滑约束环外包桩体且约束桩条板的径向外移和竖向错动；所述的桩甲包覆在桩条板外部并被桩孔壁的土体包覆，桩甲传递所述的桩孔壁土体的正压力和摩阻力，所述的抗滑约束环阻止桩甲沿桩体的竖向滑动；所述的端压座设置在桩体的底部，端压座包括底板，用于承受管桩桩端压力和桩条板的竖向压力，底板上设置有竖控器，竖控器用于控制沉桩过程中桩体的竖向位置。
所述的桩条板具有内外两个板面（面积较大的面）和上下左右四个端面（面积较小的面），内板面朝向管桩的中心，外板面朝向桩孔壁土体，上下两个端面顶住抗滑约束环，或者上下两个端面直接顶住，内外两个板面为弧面或平面，桩条板具有设定的厚度，使得相邻的桩条板的左右端面自动阻止桩条板的径向内移；径向是指管桩的圆心向周边的半径方向，朝向中心移动称为内移，反之称为外移；当桩条板的内板面为弧面时，可以增加设置垂直于板面切面的肋板，肋板设置为水平向或竖向。
所述的抗滑约束环为水平向设置的环状构件，可以设置为整体，也可以设置为分段预制的弧段或直段拼装而成；所述的抗滑约束环的竖向断面可以为t形，也可以是矩形，当为矩形时，内侧面设置成上下两个坡面（即为五边形），与该坡面接触的桩条板的外板面也设置为坡面，抗滑约束环能有效阻止桩条板的竖向错动；所述的坡面为与竖向有一定夹角的面。
所述的抗滑约束环是一个多功能构件，可以约束桩条板的径向外移，也可以约束桩条板的竖向错动，又可以防止桩甲的竖向滑动，是整个集成式管桩安装、吊装过程中整体性的保证，也是集成式管桩可靠受力、有效工作的必不可少的构件和环节；桩孔壁土体的摩擦力传递给桩甲，桩甲传递给抗滑约束环，抗滑约束环传递给桩条板，桩条板传递给端压座。
由于所述的集成式管桩施工要先成孔，后置入管桩，管桩和桩孔壁土体间必然留有间隙，这使得管桩的桩侧摩阻力无法发挥，抗拔、抗压或抗水平荷载的效果大打折扣或不存在，所以本文所述的桩甲是必不可少、不可或缺的传力构件，没有桩甲，集成式管桩将无法有效发挥作用。
所述的桩甲，是在预制的混凝土构件组装完成置入桩孔内后，在桩条板、抗滑约束环与
桩孔壁土体间填充粘结性材料（混凝土或水泥浆或水泥土），必要时加膨胀剂，填充的粘结性材料凝固后形成桩甲，传递桩孔壁土体的正压力和摩阻力；可选的，在置入预制的混凝土桩体前，可以在桩条板和抗滑约束环外围安装软质材料形成的囊袋，囊袋内注浆形成桩甲，在具有土（岩）洞的地层内，囊袋限制浆液流失，确保桩甲的施工质量。
所述的端压座，设置为具有底板的上凹的预制混凝土构件，桩条板设置在上凹口内被端压座径向约束且在底部约束，为承受桩端阻力的构件(当为受压桩时)，当为抗拔桩和水平受荷桩时，集成式管桩内部可以设置为填充物（建筑垃圾或泥土），端压座承受填充物的重力，从而增加集成式管桩抗拔或抗倾覆能力。
所述的端压座是一个多功能构件，约束固定桩条板，承受端阻力、填充物的重力，还可以设置集成式管桩沉桩时的竖向位置控制器，简称竖控器。
所述的桩条板、抗滑约束环和端压座使用钢绞线张拉、锁定整合成桩体。
所述的竖控器，包含有控浆器和施控器，所述的控浆器设置在端压座底板内的竖向孔处，其与所述的竖向孔孔壁之间设置有间隙，通过控制调节控浆器与孔壁之间的间隙开合，调节桩体外泥浆进入桩体内，控制桩体内外的泥浆高差，控制桩体的自重和所受浮力的关系，所述的施控器连接地面的控制设备或控浆器，对所述的控浆器与孔壁的间隙施加控制；所述的竖控器控制桩体的竖向位置，起到了以小搏大的效果。
所述的竖控器为浮重式竖控器，或牵重式竖控器，或囊阀式竖控器。
所述的浮重式竖控器，控浆器设置为中空封闭的椎柱状硬质壳，竖向孔为下大上小的喇叭口孔洞，控浆器的下端设置为贴合于竖向孔的椎柱状，并预留有设定的间隙；控浆器上端连接施控器，所述的施控器设置为流体通道，可以为控流管，控流管与地面的流体控制设备（注浆泵、压缩机等）连接，所述的控流管控制、调节竖控器内部流体的量，进一步调节竖控器的沉浮，并控制设定的间隙的张合，从而调节桩体内外的泥浆的高差，控制桩体的竖向位置；控浆器可选用塑料、金属等材料，控流管为塑料或橡胶材料。
所述的控流管为双重管，一管通流体，另一管通气体，方便实现控浆器内的流体的调整。
集成式管桩的施工，首先要在场地土体内成孔（桩孔），在高水位地区桩孔内为泥浆，集成式管桩桩体按照抗滑约束环的位置分节组装，逐节沉入桩孔内，先组装的管桩桩体置于桩孔内，由于所述的端压座底部封闭、桩体内部中空，先置入的管桩会悬浮在一定的标高位置，为控制管桩顶部的合理标高以方便后续管桩预制构件的组装，就需要一定量的泥浆进入桩体内的空腔，桩体内外泥浆的高差（即浮力）和管桩的自重关系合理设置，就可以控制桩顶标高在预定位置；在地面通过施控器控制控浆器内的流体（泥浆或水等）体积，控浆器沉浮、间隙开合，就可以控制桩体外的泥浆进入桩体内空腔的泥浆量；当控浆器和其内部的流体自重大于控浆器受到的浮力时，控浆器下沉，其与端压座底板的竖向孔出现间隙，桩体外泥浆通过间隙进入桩体内空腔，反之，则间隙合拢，阻断泥浆进入桩体内部空腔；竖控器的设置，可以替代沉桩时的吊装架和吊装设备，减少施工设备的投入，降低施工成本，也使得集成式管桩在地面的组装更方便。
所述的牵重式竖控器，控浆器设置为椎柱体（由混凝土或钢或钢混凝土制成），竖向孔设置在端压座底板断面的中心，竖向孔为上大下小的喇叭口孔洞，控浆器的上端连接施控器，且贴合于竖向孔，并预留有设定的间隙；施控器设置为牵引绳，所述的牵引绳向上牵拉控浆器，所述的间隙张开，泥浆进入桩体内，反之，则控浆器靠自重下沉，所述的间隙闭合，阻断浆液进入桩体内。
所述的囊阀式竖控器，控浆器设置为中空的可充填流体的封闭囊袋（以囊袋作阀），囊袋为有弹性的软质材料，囊袋设置有设定尺寸的固定架（由金属或化工材料制成），在端压座的底板上的竖向孔的中部设置有凹向周边的弧形凹槽，所述的固定架将囊袋固定在弧形凹槽的底端，且限制囊袋收缩的范围，确保囊袋与弧形凹槽的槽壁间的间隙的设定范围，使用施控器向所述的囊袋注入流体（液体或气体等），将囊袋撑开后贴合于所述的弧形凹槽的内壁，阻断桩体外围的泥浆进入桩体内部；反之，抽出流体，囊袋体积收缩，囊袋与弧形凹槽的槽壁间出现间隙，泥浆进入桩体内部；所述的施控器设置为控流管，所述的控流管调节控浆器内的流体的体积。
可选的，所述的端压座，可以设置为具有内部封闭空间的中空的预制混凝土构件，具备调整桩体所受浮力的功能。
竖控器的使用，将已组装的部分集成式管桩悬浮在设定的竖向位置，提供后续组装的操作条件，替代吊装设备和吊装架，方便施工。
本发明的有益效果是，与现有技术相比，集成式管桩及其竖控器具有以下优点：
1、节约材料、降低成本：本发明所公开的集成式管桩及其竖控器与现有的大直径灌注桩相比，桩体中空，节省混凝土，当为抗拔桩时，采用高强预应力钢筋，节约一半以上的钢材；相对于传统的预制管桩，标准构件小型化，且重复率极大提高，降低了预制制作时模具的分摊成本，比整体预制的大直径管桩更有制作、储放和运输成本的优势。
2、质量更优：本发明所公开的集成式管桩及其竖控器与现有的大直径灌注桩相比，预制构件的制作在地面或厂内完成，质量更可靠且方便检测，带囊袋桩甲的设置，可以确保复杂地层的成桩质量，尤其避免了灌注桩混凝土流失到土（岩）洞等缺陷土体的质量事故。
3、方便施工，发挥了装配式的优势，符合建筑业的产业升级战略方向，具有广泛的社会效益：本发明所公开的集成式管桩及其竖控器，拆分为小构件预制，便于储放、便于运输，预制混凝土构件的使用，减少现场绑扎钢筋和混凝土湿作业的工程量，提升了建筑工业化的程度，为应对人工成本上升，以及建筑工地用工荒的困境提供了更好的选择。
4、环保节能：本发明所公开的集成式管桩及其竖控器，尤其对于大直径管桩，管桩内部的中空空间可以填充建筑垃圾、废弃土方等废弃物，有利于施工现场建筑垃圾减量化的推进，具备环保优势，而混凝土和钢材节约，同时也节约了能源，具备节能优势。
5、施工方便：竖控器的设置和使用，可以替代吊装设备和吊装架，方便施工，节省施工设备的投入成本。
总之，采用本发明的集成式管桩及其竖控器，在节能环保、工程质量、经济性、方便性等方面都比现有技术有显著进步。
附图说明
图1为本发明集成式管桩的侧立面图。
图2为本发明集成式管桩的竖向断面图。
图3为本发明集成式管桩的竖控器与端压座的位置关系的水平断面图。
图4为本发明集成式管桩的竖控器与端压座的位置关系的竖向断面图。
图5为本发明集成式管桩的浮重式竖控器与端压座的竖向断面图。
图6为本发明集成式管桩的牵重式竖控器与端压座的竖向断面图。
图7为本发明集成式管桩的囊阀式竖控器与端压座的竖向断面图。
附图标记：
1桩条板，2抗滑约束环，3桩甲，4端压座，5桩孔壁，6竖控器，7泥浆，8间隙，9流体，61施控器，62控浆器，621固定架。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。
实施例1
请参阅图1～7所示，其中，所述的桩条板1竖向设置在管桩周边，内侧板面朝向管桩的中心，相邻的左右端面相互顶紧并自动阻止内移，上下端面相互顶紧或顶紧抗滑约束环2；水平向设置的抗滑约束环2在水平向和竖向约束桩条板1的外移或竖向错动，形成环状的桩体，桩体外侧设置有桩甲3，环状桩体设置在端压座4的上表面的凹口内并被端压座4限制水平向的径向外移和竖向错动，桩甲3外侧为桩孔壁5土体，桩条板1、抗滑约束环2和端压座4置入事先完成的桩孔内，在桩条板1、抗滑约束环2和桩孔壁5的土体之间置入流动的粘结性材料，粘结性材料可以为混凝土或水泥浆或水泥土，粘结性材料凝固后形成桩甲3，传递桩孔壁5土体的正压力和竖向摩阻力。
竖控器6用于高水位地区的沉桩，桩孔内为泥浆7，使用设置在端压座4的竖向孔中心的竖控器6控制桩体外泥浆7进入桩体内部的泥浆7的量，控制桩体内外泥浆7的高度差，从而调整桩体的自重和所受浮力的关系，从而控制环状桩体在桩孔中的竖向位置；竖控器6与所述竖向孔之间设置有可调节的间隙8，竖控器6包含施控器61和控浆器62，竖控器6可以为浮重式竖控器或牵重式竖控器或囊阀式竖控器，当竖控器为浮重式竖控器或囊阀式竖控器时，控浆器62内部可充填流体9。
对于浮重式竖控器，端压座4底板中预留有竖向孔，竖向孔为喇叭口形的预留孔洞，使用施控器61控制控浆器62内部的流体9的量，从而控制控浆器62与端压座4底板的间隙，顶紧端压座4阻止桩体外泥浆7进入桩体内，反之，控浆器62与端压座4分离，桩体外的泥浆7从所述的间隙8进入管桩内。
对于囊阀式竖控器，在端压座4的底板上的竖向孔的中部设置有凹向周边的弧形凹槽，控浆器62设置为囊袋并设置有固定架621，所述的固定架621将囊袋固定在弧形凹槽的底端，且限制囊袋收缩的范围，确保囊袋与弧形凹槽的槽壁间的间隙8的设定范围，使用施控器61向所述的囊袋注入流体，流体可以为液体或气体等，将囊袋撑开后贴合于诉述的弧形凹槽的内壁，阻断桩体外围的泥浆进入桩体内部，反之，抽出流体，囊袋体积收缩，囊袋与弧形凹槽的槽壁间出现间隙8，泥浆进入桩体内部。
可选的，对于牵重式竖控器，控浆器62的上端连接施控器61，施控器61为牵引绳，且施控器61贴合于端压座底板的竖向孔，竖向孔为喇叭口形状的孔洞，并预留有设定的间隙8；所述的施控器61向上牵拉控浆器62，所述的间隙8张开，泥浆7进入桩体内，反之，则控浆器61靠自重下沉，所述的间隙8闭合，阻断浆液进入桩体内。
实施例2
一种用于集成式管桩的竖控器的施工方法，包括以下步骤：
第一步：在预定的位置，采用机械设备在场地的土体中成孔，形成桩孔；
第二步：组装端压座、桩条板和抗滑约束环，形成第一节，即最下一节环状桩体，并将其置入桩孔内；
第三步：使用竖控器，调整第一节环状桩体的竖向位置，然后继续组装桩条板和抗滑约束环，形成第二节环状桩体；
第四步：使用竖控器，调整组装好的环状桩体的竖向位置，然后继续组装桩条板和抗滑约束环，形成第三节环状桩体，逐次重复，将完整的环状桩体置入桩孔内的设定标高；
第五步：将管桩的各个预制构件张拉、锁定形成整体，施工桩甲，必要时先在上述第二、第三、第四步骤内安装桩甲的囊袋，囊袋内注浆形成桩甲；
第六步：根据需要，管桩内部填充土体或建筑垃圾。
实施例3
一种用于集成式管桩的竖控器的施工方法，包括以下步骤：
第一步：在预定的位置，采用机械设备在场地的土体中成孔，形成桩孔；
第二步：组装端压座、桩条板和抗滑约束环，将管桩的各个预制构件张拉、锁定后形成完整的环状桩体；
第三步：使用竖控器，调整整体环状桩体的竖向位置，将完整的环状桩体置入桩孔内的设定标高；
第四步：施工桩甲，必要时先在上述第二步骤内安装桩甲的囊袋，囊袋内注浆形成桩甲；
第五步：土方开挖，到达设定标高后，根据需要，管桩内部填充土体或建筑垃圾。
本发明提出的集成式管桩及其竖控器，相对于现浇灌注桩和大直径预制管桩，方便施工、节能环保、降低成本，提升施工质量，提升装配率，在经济性、方便性、社会有益性能等方面都比现有技术有明显改善，具有更加显著的社会效益和经济效益，进一步促进建筑工业化的产业升级。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。
1.用于集成式管桩的竖控器，其特征在于，所述的集成式管桩包括预制的混凝土构件和现场制作的桩甲组成，预制的混凝土构件构成桩体，所述桩体包括桩条板、抗滑约束环、端压座；所述的桩条板设置为竖条状，竖向设置在桩体的周边；所述抗滑约束环水平设置，所述的桩条板在抗滑约束环内侧的竖向范围内拼接，所述的抗滑约束环外包桩条板且约束桩条板的径向外移和竖向错动；所述的桩甲包覆所述的桩条板并被桩孔壁土体包覆，桩甲传递所述的桩孔壁土体的正压力和摩阻力，抗滑约束环阻止桩甲沿桩体的竖向滑动；所述的端压座设置在桩体的底部，用于承受桩端压力和桩条板的竖向压力，端压座包括底板，底板上设置有竖控器，控制沉桩过程中桩体的竖向位置。
2.根据权利要求1所述的用于集成式管桩的竖控器，其特征在于，所述的端压座为具有上凹口的预制混凝土构件，桩条板设置在上凹口内被端压座径向约束且在底部约束。
3.根据权利要求1所述的用于集成式管桩的竖控器，其特征在于，所述的抗滑约束环为水平设置的圆环状的多功能构件，为整体设置或分段预制拼装而成，抗滑约束环阻止桩条板的竖向错动和径向外移，阻止所述的桩甲上下滑动，并将桩甲传递来的桩孔壁土体的正压力和摩阻力传递到桩条板上。
4.根据权利要求1所述的用于集成式管桩的竖控器，其特征在于，所述的桩甲，在向桩孔中置入预制的混凝土桩体前，提前在桩条板和抗滑约束环外围安装软质材料形成的囊袋，囊袋内注浆形成桩甲，在具有土洞的地层内，囊袋限制浆液流失，确保桩甲的施工质量。
5.根据权利要求1所述的用于集成式管桩的竖控器，其特征在于，所述的竖控器，包含有控浆器和与控浆器连接的施控器，施控器与地面的控制设备连接；所述端压座的底板上设有竖向孔，控浆器设置在竖向孔内，控浆器与竖向孔壁之间设置有间隙，通过施控器控制控浆器与孔壁之间的间隙开合，调节管桩外泥浆进入桩体内，控制桩体内外的泥浆高差，控制桩体的自重和所受浮力的关系。
6.根据权利要求5所述的用于集成式管桩的竖控器，其特征在于，所述的竖控器为浮重式竖控器，所述的控浆器设置为中空封闭的椎柱状硬质壳，所述竖向孔为下大上小的喇叭口孔洞，控浆器的下端设置为贴合于竖向孔的椎柱状，并预留有设定的可以上下移动的间隙；所述的施控器为控流管，控流管与地面的流体控制设备连接；所述的控流管控制调节控浆器内部流体的量，进一步调节控浆器的沉浮，并控制设定的间隙的张合，从而调节管桩内外的泥浆的高差，控制桩体的竖向位置。
7.根据权利要求5所述的用于集成式管桩的竖控器，其特征在于，所述的竖控器为牵重式竖控器，所述的控浆器设置为椎柱体，所述竖向孔为上大下小的喇叭口孔洞，控浆器贴合于竖向孔，并预留有设定的间隙；所述施控器为牵引绳，牵引绳向上牵拉控浆器，所述的间隙张开，泥浆进入桩体内，反之，则控浆器靠自重下沉，所述的间隙闭合，阻断浆液进入桩体内。
8.根据权利要求5所述的用于集成式管桩的竖控器，其特征在于，所述的竖控器为囊阀式竖控器，所述施控器为控流管，控浆器为中空的可充流体的封闭囊袋，囊袋上设置有设定尺寸的固定架，端压座底板的竖向孔的中部设置有凹向周边的弧形凹槽，固定架将囊袋固定在弧形凹槽内，且限制囊袋收缩的范围，确保囊袋与弧形凹槽的槽壁间的间隙的设定范围，使用施控器向所述的囊袋注入流体，将囊袋撑开后贴合于所述的弧形凹槽的内壁，阻断桩体外围的泥浆进入桩体内部，反之，抽出流体，囊袋体积收缩，囊袋与弧形凹槽的槽壁间出现间隙，泥浆进入桩体内部。
9.用于集成式管桩的竖控器的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：在预定的位置，采用机械设备在场地的土体中成孔，形成桩孔；
第二步：组装端压座、桩条板和抗滑约束环，形成第一节环状桩体，并将其置入桩孔内；
第三步：使用竖控器，调整第一节环状桩体的竖向位置，然后继续组装桩条板和抗滑约束环，形成第二节环状桩体；
第四步：使用竖控器，调整组装好的环状桩体的竖向位置，然后继续组装桩条板和抗滑约束环，形成第三节环状桩体，逐次重复，将完整的环状桩体置入桩孔内的设定标高；
第五步：将管桩的各个预制构件张拉、锁定形成整体，施工桩甲，必要时先在上述第二、第三、第四步骤内安装桩甲的囊袋，囊袋内注浆形成桩甲；
第六步：管桩内部填充土体或建筑垃圾。
10.用于集成式管桩的竖控器的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：在预定的位置，采用机械设备在场地的土体中成孔，形成桩孔；
第二步：组装端压座、桩条板和抗滑约束环，将管桩的各个预制构件张拉、锁定后形成完整的环状桩体；
第三步：使用竖控器，调整整体环状桩体的竖向位置，将完整的环状桩体置入桩孔内的设定标高；
第四步：施工桩甲，必要时先在上述第二步内安装桩甲的囊袋，囊袋内注浆形成桩甲；
第五步：土方开挖，到达设定标高后，管桩内部填充土体或建筑垃圾。
技术总结