CN100577923C - 一种预应力混凝土钢管叠合桩及其制作和施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种适用于撞击式沉桩方法的预应力混凝土钢管叠合桩及其制作方法。所述叠合桩包括成品预应力混凝土管桩(1)、套在其外侧的永久钢管(2)，钢管(2)与成品预应力混凝土管桩(1)之间由灌浆材料(3)进行填充，钢管(2)与成品预应力混凝土管桩(1)之间由端头封口件(6)连接在一起。相应地，其制作方法包括：将较大直径的钢管(2)套入成品预应力混凝土管桩(1)外；用端头封口件(6)把钢管与成品预应力混凝土管桩连接在一起；向钢管(2)与成品预应力混凝土管桩(1)之间的间隙注入灌浆材料(3)；整桩底端安装桩靴；沉桩。采用本发明的技术方案可有效地提升桩柱在水平方向的抗弯强度和刚度，降低桩基础总体建造成本。

Description

一种预应力混凝土钢管叠合桩及其制作和施工方法

技术领域

本发明涉及一种预应力混凝土叠合桩的结构及其制作和施工方法，尤指一种适用于撞击式沉桩施工方法工程中的高承载力、高抗锤击性能、高穿透性的预应力混凝土钢管叠合桩。

背景技术

在现有技术中，预应力混凝土管桩，由于其原材料丰富，价格便宜，轴向承载力大，而被广泛使用于水平力对桩身影响不大的国内桩基础中，但因其含钢量低，导致水平方向的承载能力较差，在承担较大的水平荷载(如风荷载、地震荷载)时容易发生断裂。

为了提高桩基础水平方向承载力，近年来桩基础工程中开始采用了一种钢结构的工字钢桩，其具有较强的抗弯性，可以承载较大的水平方向上的荷载，但由于所述工字钢桩的主要原材料为钢铁，与混凝土管桩相比其制造成本有大幅飙升，从而无法被广泛地运用在国内各种建筑工程中。

为了提高预应力混凝土管桩竖向和水平方向的承载力，现有专利申请号：200610010620.9所发明的厚壁预应力混凝土管桩，虽然在理论上可以提高对应的承载力，但是由于它是采用在“薄壁”预应力混凝土管桩内连续离心叠加混凝土的制作方法，导致整个管桩横断面上的混凝土外面部分预应力大，接近中心、叠加上去的混凝土预应力小甚至没有预应力，所以在打桩过程中容易使没有预应力的混凝土部分破裂，另外桩身重量大，造成运输、施工困难。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种承载力高、造价低廉、结构性能强、施工速度快的预应力混凝土钢管叠合桩以及所述叠合桩的制作和施工方法。

为了解决上述问题，本发明的预应力混凝土钢管叠合桩技术方案包括成品预应力混凝土管桩、套在其外侧的永久钢管，安装在桩段两端的端头封口件；所述钢管与成品预应力混凝土管桩之间由灌浆材料进行填充；在整桩底端安装有桩靴。

所述永久钢管是多层结构。

所述永久钢管层与层之间的空隙填充有灌浆材料。

所述永久钢管内面或外面或内、外双面安装有纵向钢筋或钢筋笼或沿各方向布置的加劲肋或抵抗纵向剪力的钢构件。

所述预应力混凝土管桩内浇筑有填充材料。

所述填充材料中配置有与预应力混凝土钢管叠合桩等长或略短的纵向钢筋、型钢、钢管、组合钢构件内芯或它们的任意组合。

所述端头封口件是实心钢板或环状钢板或直径小于永久钢管的短钢管或钢箍，或是成品预应力混凝土管桩的端头钢板，也可以是各种机械式快速接头产品。

所述端头封口件与钢管、成品预应力混凝土管桩及桩靴之间采用焊接、粘结、螺纹连接、螺栓连接、插销连接、锁扣连接或由它们的任意组合连接在一起。

所述桩靴是锥形桩靴或平底桩靴或平底桩靴底面焊有竖向加劲钢板或焊有各种竖向型钢或钢钎或它们的任意组合的钢靴。

所述桩靴为钢制或铸铁制。

其中，灌浆材料和填充材料为水泥浆或水泥砂浆或混凝土。

所述灌浆材料和填充材料中配入添加剂，所述添加剂是增强剂、早强剂、减水剂、膨胀剂、稀释剂、防止收缩剂或它们的任意组合。

相应地，本发明预应力混凝土钢管叠合桩的制造方法包括步骤：

1)将较大直径的钢管套入成品预应力混凝土管桩外，用端头封口件与成品预应力混凝土管桩及永久钢管采用焊接、粘结、螺纹连接、螺栓连接、插销连接、锁扣连接或由它们的任意组合连接在一起；

2)通过在永久钢管或端头封口件上的预留孔洞向钢管及成品预应力混凝土管桩之间的间隙注入灌浆材料，养护至灌浆材料达到设计强度值。

进一步地，本发明预应力混凝土钢管叠合桩的制造方法还包括步骤：按照具体设计决定，在钢管的内面或外面或内外双面安装纵向钢筋或钢筋笼或沿各方向布置的加劲肋或抵抗纵向剪力的钢构件。

相应地，本发明预应力混凝土钢管叠合桩的施工方法包括步骤：

1)先将桩靴安装在整支桩的底端，然后采用锤击或静压或振动方法或它们的任意组合方法进行打桩；

2)当整桩为分段制作时，采用焊接、粘结、螺纹连接、螺栓连接、插销连接、锁扣连接或由它们的任意组合进行驳桩，直至锤击贯入度达到设计要求为止；

3)按照具体设计要求向成品预应力混凝土管桩内置入填充材料；

4)待填充材料达到要求强度后，切掉桩顶设计标高之上的桩体，按照设计要求安装桩头与桩承台的连接钢筋或水平桩头钢板或它们的组合，形成预应力混凝土钢管叠合桩。

本发明施工方法还包括步骤：在填充材料中配置与预应力混凝土叠合桩等长或略短的纵向钢筋、型钢、钢管、组合钢构件内芯或它们的任意组合。

本发明施工方法还包括步骤：打入地下的整支桩不同位置按照具体设计要求，分段采用预应力混凝土钢管叠合桩和成品预应力混凝土管桩或工字钢桩。

本发明施工方法还包括步骤：若所述预应力混凝土钢管叠合桩为分段打入持力层时，则每段之间采用焊接、粘结、螺纹连接或螺栓连接或插销连接或锁扣连接或套筒连接或由它们的任意组合连接在一起。

本发明施工方法还包括步骤：在开始打桩前，按照需要决定是否采用机械预钻孔方法，在设计桩位处预先钻孔至桩底设计标高或以上某一位置，然后在预钻孔内灌入填充材料，在有填充材料的钻孔内进行打桩工序，填充材料是砂质填土、粘土、石灰砂浆、水泥浆、水泥砂浆、混凝土或它们的任意组合；或直接在予钻孔内打桩，直到满足设计要求的锤击贯入度。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

首先，由于外壳钢管通过水泥质灌浆与预制混凝土管桩紧密结合在一起，使后者的混凝土三向受压，水平方向变形受到钢管的约束，使其竖向抗压强度大幅提升。

其次，由于钢管内部被混凝土管桩充实，部分荷载由后者分担，与工字钢桩相比用钢量大大减小，抗弯刚度相应得到提高，可较大幅度地降低桩基础的建造成本。

本发明的应用范围：现有撞击式沉桩技术可以应用的桩基工程，本发明均可应用，而且特别适用于地表附近土质松软及水平力较大的高层、超高层建筑的桩基础。

附图说明

图1是本发明中分段制作的叠合桩整桩剖面图；

图2是本发明中桩内腔有灌浆材料的叠合桩的剖面图；

图3是本发明中桩内腔有钢筋笼灌浆材料的叠合桩的剖面图；

图4是图2中沿A-A线的截面图；

图5是图2中沿B-B线的截面图；

图6是图3中沿C-C线的截面图。

具体实施方式

如图1到图3所示，预应力混凝土钢管叠合桩包括：成品预应力混凝土管桩1、套在其外侧的永久钢管2，安装在桩段两端的端头封口件6；所述钢管与成品预应力混凝土管桩之间由灌浆材料3进行填充；在整桩底端安装有桩靴4a、4b。

所述成品预应力混凝土管桩1为先张法或后张法预应力混凝土管桩，其预应力值的大小可以按照桩段所处整桩竖向位置或按照施工应力不同而从最小值零开始向上调整。所述成品预应力混凝土管桩1按照具体设计要求采用不同直径、厚度和不同粗糙程度的表面、凹凸表面。

所述永久钢管2是各种断面形状的无缝钢管或焊接钢管，由工厂整段或分段预制而成。该永久钢管2的厚度可以分段变化，即按照钢管生产条件及叠合桩受力需要生产成一层或多层结构。其内面或外面或内、外双面安装有纵向钢筋或钢筋笼或沿各方向布置的加劲肋或抵抗纵向剪力的钢构件；内、外表面喷刷有防锈或提高粘结力的涂料，而每段之间的连接则采用焊接、粘结、螺纹连接、插销连接锁扣连接、套筒连接或由它们的任意组合连接的方式连接在一起。对于多层永久钢管2，层与层之间的空隙填充有灌浆材料3。

所述灌浆材料3，被浇灌在永久钢管2和成品预应力混凝土管桩1之间，该灌浆材料3可为水泥浆、水泥砂浆或混凝土等。进一步地，所述灌浆材料3中配有添加剂，所述添加剂可以是增强剂、早强剂、减水剂、膨胀剂、稀释剂、防收缩剂等或是它们的任意组合。

在沉桩后向预应力混凝土管桩1内现场浇筑填充材料5，所述填充材料5可以为水泥浆、水泥砂浆或混凝土。所述填充材料5中配有添加剂，该添加剂可以是增强剂、早强剂、减水剂、膨胀剂、稀释剂、防收缩剂等或是它们的任意组合。

所述填充材料5中配置有与预应力混凝土钢管叠合桩等长或略短的纵向钢筋、型钢、钢管、组合钢构件内芯或它们的任意组合。

永久钢管2的两端安装有端口封口件6。所述端口封口件6可为实心钢板、环状钢板、直径小于永久钢管的短钢管或钢箍。其与永久钢管2及成品预应力混凝土管桩1之间采用焊接、粘结、螺纹连接、插销连接、锁扣连接或由它们的任意组合连接在一起。

叠合桩底部端头安装有桩靴4a、4b。所述桩靴4a、4b为钢制或铸铁制。该桩靴4a、4b可以是现有技术的定型产品或根据实际工程需要特别设计的任何桩靴，如锥形桩靴4a或平底桩靴4b或平底桩靴4b底面焊有竖向加劲钢板或焊有各种竖向型钢或钢钎或它们的任意组合的钢靴。所述桩靴4a、4b与永久钢管2及成品预应力混凝土管桩1或封口件6之间的连接采用焊接、螺纹连接、螺栓连接、插销连接、锁扣连接、套筒连接或由它们的任意组合连接在一起。

相应地，本发明预应力混凝土钢管叠合桩的制造方法包括步骤：

1)将较大直径的钢管2套在成品预应力混凝土管桩1外；

2)将端口封口件6安装在永久钢管2的两端。

3)向钢管2与成品预应力混凝土管桩1之间的间隙注入灌浆材料3。至灌浆材料3达到设计强度值；

4)可以事先在钢管的内面、外面或内、外两面安装纵向钢筋或钢筋笼或沿各方向布置的加劲肋或抵抗纵向剪力的钢构件；

相应地，本发明预应力混凝土钢管叠合桩的施工方法包括步骤：

1)将桩靴4a、4b安装在整支桩底端；

2)将底端带有桩靴4a、4b的预应力混凝土钢管叠合桩段对准桩位，采用锤击、静压、振动方法或它们的任意组合方法进行打桩；

3)当整桩为分段制作时，采用焊接、螺纹连接、螺栓连接、插销连接、锁扣连接、粘结等方法进行驳桩，直至锤击贯入度达到设计要求；

4)按照具体设计要求向成品预应力混凝土管桩1内浇筑填充材料5，所述填充材料5采用常压灌注方法或高压灌注方法灌注在管桩内，灌注结束时填充材料顶面一般要求超过桩顶临时或永久设计标高一定高度，以保证桩头的填充材料质量符合设计要求；

5)在填充材料5中置入与预应力混凝土钢管叠合桩等长或略短的纵向钢筋、型钢、组合钢构件内芯或它们的任意组合；

6)待填充材料5达到一定强度后，切掉桩顶设计标高之上的桩体，在整桩的上端安装桩头与桩承台的连接钢筋、水平桩头钢板或它们的组合，形成预应力混凝土钢管叠合桩。

根据打入地下的整支桩的位置的具体设计要求，可以分段采用预应力混凝土钢管叠合桩和成品预应力混凝土管桩或工字钢桩。

在开始打桩前，可按照需要决定是否采用机械预钻孔方法。如果需要预钻孔，则在设计桩位处预先钻孔至桩底设计标高或以上的某一位置，再直接在预钻孔内打桩。

可以在预钻孔内灌入填充材料，所述填充材料可以是砂质填土、粘土、水泥、水泥砂浆或混凝土或它们的任意组合，并在所述填充材料完全硬化前再进行打桩工序。

如图1所示，该图为本发明预应力混凝土钢管叠合桩的一个具体实施例：分段制作的叠合桩，该实施例中，永久钢管2与预应力混凝土管桩1均由工厂分段预制而成，所述永久钢管2的直径略大于预应力混凝土管桩1的直径，故其套在预应力混凝土管桩1的外侧；所述永久钢管2与混凝土管桩1之间浇灌有灌浆材料3；每段叠合桩的两端安装有端口封口件6，所述端口封口件6与永久钢管2及成品预应力混凝土管桩1之间采用焊接的方式连接在一起，而分段叠合桩封口件6之间则采用焊接的方式进行驳桩；整支桩底部端头安装有锥形桩靴4a；预应力混凝土管桩内置有沉桩后在现场浇筑的填充材料5：水泥浆或水泥砂浆或混凝土。

如图2所示，该图为本发明预应力混凝土钢管叠合桩的又一个具体实施例：腔内有填充材料的叠合桩。该实施例中，永久钢管2与预应力混凝土管桩1均由工厂整段预制而成，直径较大的永久钢管2套在预应力混凝土管桩1外侧，所述永久钢管2与混凝土管桩1之间浇灌有灌浆材料3；叠合桩底部端口安装有平底桩靴4b，所述平底桩靴4b的底面焊有两块竖向加劲钢板9，所述加劲钢板9交叉呈十字形；根据具体的设计需要，沉桩后在叠合桩的内腔中浇筑填充材料5；叠合桩顶部端口安装有桩头连接件7。图4为图2中沿A-A线的断面图，如图4所示，从外向内依次为：永久钢管2、灌浆材料3、预应力混凝土管桩1以及现场浇筑的填充材料5。图5为图2中沿B-B线的断面图，如图5所示，该施实例桩靴为一个平底桩靴4b，所述平底桩靴4b通过端口封口件6与永久钢管2连接，平底桩靴4b的底面焊有竖向加劲钢板9。

如图3所示，该图为本发明预应力混凝土钢管叠合桩的另一个具体实施例：腔内有钢筋笼填充材料的叠合桩。该实施例中，永久钢管2与预应力混凝土管桩1均由工厂整段预制而成，直径较大的永久钢管2套在预应力混凝土管桩1外侧，所述永久钢管2与混凝土管桩1之间浇灌有灌浆材料3；叠合桩底部端口安装有锥形桩靴4a，沉桩后在叠合桩的内腔中浇筑填充材料5，然后继续在内腔浇筑填充材料5中置入钢筋8。图6为图3中沿C-C线的断面图，如图6所示，从外向内依次为：永久钢管2、灌浆材料3、预应力混凝土管桩1以及现场浇筑的填充材料5，而在填充材料5中置入钢筋8。

综上所述，本发明预应力混凝土钢管叠合桩的主要贡献在于将直径较大的永久钢管2套入成品预应力混凝土管桩1，大幅提升了其沿桩轴方向的抗压强度和垂直桩轴方向的抗弯强度和刚度，并在较大程度上降低了桩头打桩破损率，相应地降低了基础的总体建造成本和缩短建造工期。

Claims (19)

1.一种预应力混凝土钢管叠合桩，其特征在于，包括成品预应力混凝土管桩(1)、套在其外侧的永久钢管(2)，安装在桩段两端的端头封口件(6)；所述钢管(2)与成品预应力混凝土管桩(1)之间由灌浆材料(3)进行填充；在整桩底端安装有桩靴(4a，4b)。

2.如权利要求1所述的预应力混凝土钢管叠合桩，其特征在于，所述永久钢管(2)是多层结构。

3.如权利要求2所述的预应力混凝土钢管叠合桩，其特征在于，所述永久钢管(2)层与层之间的空隙填充有灌浆材料(3)。

4.如权利要求1至3所述的任意一种预应力混凝土钢管叠合桩，其特征在于，所述永久钢管(2)内面或外面或内、外双面安装有纵向钢筋或钢筋笼或沿各方向布置的加劲肋或抵抗纵向剪力的钢构件。

5.如权利要求4所述的预应力混凝土钢管叠合桩，其特征在于，所述预应力混凝土管桩(1)内浇筑有填充材料(5)。

6.如权利要求5所述的预应力混凝土钢管叠合桩，其特征在于，所述填充材料(5)中配置有与预应力混凝土钢管叠合桩等长或略短的纵向钢筋、型钢、钢管、组合钢构件内芯或它们的任意组合。

7.如权利要求6所述的预应力混凝土钢管叠合桩，其特征在于，所述端头封口件(6)是实心钢板或环状钢板或直径小于永久钢管的短钢管或钢箍，或是成品预应力混凝土管桩(1)的端头钢板，或是各种机械式快速接头产品。

8.如权利要求7所述的预应力混凝土钢管叠合桩，其特征在于，所述端头封口件(6)与钢管(2)、成品预应力混凝土管桩(1)及桩靴(4a，4b)之间采用焊接、粘结、螺纹连接、螺栓连接、插销连接、锁扣连接或由它们的任意组合连接在一起。

9.如权利要求8所述的预应力混凝土钢管叠合桩，其特征在于，所述桩靴(4a，4b)是锥形桩靴、平底桩靴、平底桩靴底面焊有竖向加劲钢板、焊有各种竖向型钢、钢钎、或上述竖向加劲钢板、各种竖向型钢和钢钎的任意组合的钢靴。

10.如权利要求9所述的预应力混凝土钢管叠合桩，其特征在于，所述桩靴(4a，4b)为钢制或铸铁制。

11.如权利要求10所述的预应力混凝土钢管叠合桩，其特征在于，灌浆材料(3)和填充材料(5)为水泥浆或水泥砂浆或水泥石灰砂浆或混凝土。

12.如权利要求11所述的预应力混凝土钢管叠合桩，其特征在于，所述灌浆材料(3)和填充材料(5)中配入添加剂，所述添加剂是增强剂、早强剂、减水剂、膨胀剂、稀释剂、防止收缩剂或它们的任意组合。

13.一种预应力混凝土钢管叠合桩的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将较大直径的钢管(2)套在成品预应力混凝土管桩(1)外，然后采用焊接、粘结、螺纹连接、螺栓连接、插销连接、锁扣连接或由它们的任意组合连接端头封口件(6)与成品预应力混凝土管桩(1)及永久钢管(2)；

2)通过在永久钢管(2)或端头封口件(6)上的预留孔洞向钢管(2)及成品预应力混凝土管桩(1)之间的间隙注入灌浆材料(3)，养护至灌浆材料(3)达到设计强度值。

14.如权利要求13所述的制造方法，其特征在于，还包括步骤：按照具体设计决定，在钢管(2)的内面或外面或内外双面安装纵向钢筋或钢筋笼或沿各方向布置的加劲肋或抵抗纵向剪力的钢构件。

15.一种预应力混凝土钢管叠合桩的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)先将桩靴(4a，4b)安装在整支桩的底端，然后采用锤击或静压或振动方法或它们的任意组合方法进行打桩；

2)当整桩为分段制作时，则在上下桩段的对接的端头封口件(6)之间采用焊接、粘结、螺纹连接、螺栓连接、插销连接、锁扣连接或由它们的任意组合进行驳桩，直至沉桩贯入度达到设计要求为止；

3)按照具体设计要求向成品预应力混凝土管桩(1)内置入填充材料(5)；

4)待填充材料(5)达到要求强度后，切掉桩顶设计标高之上的桩体，按照设计要求安装桩头与桩承台的连接钢筋或水平桩头钢板或它们的组合，形成预应力混凝土钢管叠合桩。

16.如权利要求15所述的施工方法，其特征在于，还包括步骤：在填充材料(5)中配置与预应力混凝土叠合桩等长或略短的纵向钢筋、型钢、钢管、组合钢构件内芯或它们的任意组合。

17.如权利要求16所述的施工方法，其特征在于，还包括步骤：打入地下的整支桩不同位置按照具体设计要求，分段采用预应力混凝土钢管叠合桩和成品预应力混凝土管桩或工字钢桩。

18.如权利要求15所述的施工方法，其特征在于，还包括步骤：若所述预应力混凝土钢管叠合桩为分段打入持力层时，则每段之间采用焊接、粘结、螺纹连接或螺栓连接或插销连接或锁扣连接或套筒连接或由它们的任意组合连接在一起。

19.如权利要求15所述的施工方法，其特征在于，还包括步骤：在开始打桩前，按照需要决定是否采用机械预钻孔方法，在设计桩位处预先钻孔至桩底设计标高或以上某一位置，然后在预钻孔内灌入填充材料，在有填充材料的钻孔内进行打桩工序，填充材料是砂质填土、粘土、石灰砂浆、水泥浆、水泥砂浆、混凝土或它们的任意组合；或直接在预钻孔内打桩，直到满足设计要求的沉桩贯入度。

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