CN101649613B - 一种扩大头预应力管桩及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种扩大头预应力管桩及其施工方法，所述管桩包括：管桩本体和扩大头部，其中所述管桩本体的一端与所述扩大头部相连接，所述扩大头部设置有钢筋扩张装置；所述施工方法包括：1、钻孔；2、扩孔；3、放置带钢筋扩张装置的管桩入孔；4、将钢筋扩张装置扩张；5、将填料输送管从管桩内孔深入成孔底部；6、在孔壁和管桩间灌入填料，这六个步骤。本发明提供的一种扩大头预应力管桩及其施工方法，可以防止桩身开裂，使得新型管桩可以产生较大的抗拔力和比常规管桩大的高承载力，并且可以用于承载力较高的基岩上，还可以应用于承载力较低的土层上同时可以充分利用管桩的端承力，使得管桩本身的强度充分得以发挥作用。

Description

一种扩大头预应力管桩及其施工方法

技术领域

本发明涉及工程桩施工领域，特别是涉及一种扩大头预应力管桩及其施工方法。

背景技术

目前我国高强预应力混凝土管桩一般依靠桩侧土层的摩阻力提供支承力，直接利用压桩或者打桩技术使得管桩作用在承载力较高的基岩上难以实现，管桩端部往往安装在承载力较低的土层上，因此无法充分利用管桩的端承力，使得管桩本身的强度没有充分得以发挥作用。另外，在地下结构的抗浮设计中，常常使用混凝土灌注桩提供抗拔力。桩身的开裂是抗拔桩不同于抗压桩的一个重要特征，开裂将对桩体产生较大的危害，直接加速桩身钢筋的锈蚀，特别是在有腐蚀性地下水作用时，对抗拔桩的承载性能造成较大的隐患。

因此，提供一种高承载力、抗拔力的扩大头预应力管桩及其施工方法成为必要。

发明内容

本发明实施例提供了一种扩大头预应力管桩及其施工方法，其提供了比常规大得多的端承力，提供较大的抗拔力，从而避免桩身裂缝的产生，延长了管桩的工作寿命。本发明实施例还提供了一种扩大头预应力管桩施工方法，其提供了更为简单、方便的施工方法。

为了解决上述技术问题，本发明的实施例提供了一种扩大头预应力管桩，包括管桩本体和扩大头部，所述扩大头部设置有钢筋扩张装置，其中所述钢筋扩张装置包括活动连接于管桩本体端部周边的端部扩张钢筋和使所述端部扩张钢筋扩张的扩张器；所述钢筋扩张装置处于张开状态时，所述端部扩张钢筋与所述管桩本体端部相邻一端由所述端部扩张钢筋围成的面积小于与所述管桩本体端部相对一端由所述端部扩张钢筋围成的面积；所述扩张器包括底部连接块、底部连接钢筋，其中所述底部连接钢筋的一端与底部连接块相活动连接，其另一端与所述端部扩张钢筋相活动连接；所述扩张器还包括限位装置，所述限位装置的一端与底部连接块固定连接，其另一端为自由端，所述自由端设置有一横杆，其中所述横杆的长度大于所述管桩本体内径。该技术方案的有益效果为：管桩本体与扩大头部相连接，而该扩大头部又设置有钢筋扩张装置，所以可以利用管桩作用在扩大头上，以增加受力面积，由于受力面积的增加，所以带有扩大头的管桩可以提供高抗压承载力、高抗拔力；扩张器使得所述端部扩张钢筋扩张开以形成扩大头，并且由于扩张器在桩孔内时处于收缩状态，所以不需要按照扩大头的尺寸来开挖桩孔，只需要比管桩本体的直径大就可以实现将管桩本体移入孔内的目的；当所述钢筋扩张装置到达底部时扩张器成张开状态，所以钢筋扩张器也呈张开状态，而且呈放射性伞状张开，即底面的面积比端面的面积大，有利于扩大扩大头的接触面；当底部连接块接触到底部扩大头空腔时就会使底部连接钢筋向两边撑开，又所述底部连接钢筋与端部扩张钢筋铰链活动连接，所以端部扩张钢筋就会张开，最终形成封闭扩大头部；所述限位装置固定在底部连接块上，当管桩本体放入桩孔时，底部连接块首先与扩大头空腔底部接触不再垂直运动，随后管桩本体将向底部连接块运动，底部连接钢筋带动端部扩张钢筋往外扩张，随后管桩本体被限位装置限位，管桩本体不再有垂直运动，端部扩张钢筋的伞形扩张完成，并且有利于向底部扩大头空腔内填料。

较佳的，本发明的实施例提供的扩张器包括弹性张开装置，其中所述弹性张开装置设置于所述端部扩张钢筋与所述管桩本体之间。该技术方案所带来的有益效果为：弹性张开装置在进入底部扩大头空腔后可以张开，从而带动端部扩张钢筋张开以形成扩大头部。

较佳的，本发明的实施例提供的扩张器还包括设置于管桩本体端部的限位装置。该技术特征所带来的有益效果为：管桩本体靠近扩大头空腔底部后，端部扩张钢筋在弹性装置的作用下向四周伞状张开，管桩本体端部安装条状限位装置防止管桩本体端部和扩大头空腔底部严密接触，避免出现填料无法经由管桩本体内孔进入扩大头空腔的情况。

较佳的，本发明的实施例提供的扩张器还包括钢筋扩张装置，所述钢筋扩张设置有可以将所述端部扩张钢筋约束在所述管桩本体周边的钢筋固定装置。该技术方案所带来的有益效果为：管桩本体入孔前，钢筋固定装置先将端部连接钢筋约束在管桩本体周边，管桩本体靠近扩大头空腔底部后，钢筋固定装置自动失效，使端部扩张钢筋在弹性装置的作用下向四周伞状张开，所以在挖孔时不需要按照扩大头的尺寸来挖空，只需要比管桩本体的直径大就可以实现将管桩本体移入孔内的目的。

本发明的实施例还提供了一种扩大头预应力管桩的施工方法，其步骤包括：

(1)利用成孔机具在待成桩位置成孔至设计标高，其中成孔直径大于待置入的管桩本体的直径；

(2)放置机械扩孔装置到已经形成的等直径成孔内，在成孔的底部形成一定尺寸的孔底扩大头空腔，并在成孔的底部进行封底处理；

(3)放置带钢筋扩张装置的首节管桩本体到成孔内，并通过连接管桩本体继续下放，直至首节管桩本体邻近成孔底部位置；

(4)钢筋扩张装置的钢筋在扩张器的作用下张开，形成一个放射状伞形结构；其中，所述扩张器包括底部连接块、底部连接钢筋，其中所述底部连接钢筋的一端与底部连接块相活动连接，其另一端与所述端部扩张钢筋相活动连接；所述扩张器还包括限位装置，所述限位装置的一端与底部连接块固定连接，其另一端为自由端，所述自由端设置有一横杆，其中所述横杆的长度大于所述管桩本体内径；

所述钢筋扩张装置的钢筋在扩张器的作用下张开的过程具体如下：进入该底部扩大头空腔后继续下放直至底部连接块接触到底部扩大头空腔内的封底，随后底部连接块不再垂直运动，而管桩本体继续下放，此时底部连接块会使得底部连接钢筋向两侧扩张，由于底部连接钢筋与端部扩张钢筋通过铰链活动连接在一起，所以在底部连接钢筋的带动下，端部扩张钢筋也会向两侧扩张，此时管桩本体继续向下做垂直运动，直至所述限位装置的自由端横杆抵住管桩本体的端部；

(5)通过管桩孔向底部扩大头空腔灌入填料。

该技术方案所带来的有益效果为：通过挖孔步骤、成孔步骤、安装管桩步骤和填料步骤形成一种完整的扩大头预应力管桩。

进一步，本发明的实施例提供的施工方法还包括将孔壁与管桩本体之间灌入填料步骤。该技术方案所带来的有益效果为：根据需要在孔壁和管桩间灌入混凝土，以增加管桩的高承载力和抗拔力。

进一步，本发明的实施例提供的施工方法还包括在所述管桩本体顶部设置振动器步骤。该技术方案所带来的有益效果为：通过管桩壁将振动能量传播管桩通常，利用管桩的振动将管桩和孔壁之间的混凝土振动密实，更进一步的提高管桩的高承载力和抗拔力。

本发明提供的一种扩大头预应力管桩，该桩利用常规管桩作用在扩大头上，由于面积的增大，扩大头为管桩提供了比常规大得多的端承力，由于扩大头强度较大，也避免了管桩端部出现刺入破坏的现象，扩大头和管桩连接在一起，使得新型管桩可以产生较大的抗拔力，预应力的存在可以避免桩身裂缝的产生，因此，本发明产生了一种可以提供较大端承力和抗拔力的复合新桩，对提高建筑物桩基承载能力和材料利用效率具有重要意义。

附图说明

图1为本发明提供的一种扩大头预应力管桩第一实施例的结构示意图；

图2为本发明提供的一种扩大头预应力管桩第二实施例的结构示意图；

图3为本发明提供的一种扩大头预应力管桩第一实施例的安装示意图；

图4为本发明提供的一种扩大头预应力管桩第二实施例的安装示意图；

图5-a至图5-g为本发明提供的一种扩大头预应力管桩一个实施例的工序示意图。

具体实施方式

下面参考附图对本发明的优选实施例进行描述。图1为本发明提供的一种扩大头预应力管桩第一实施例的结构示意图。如图1所示，本发明提供的一种扩大头预应力管桩包括管桩本体1、端部扩张钢筋2、底部连接钢筋3、底部连接块4和限位“T”型块5，其中所述端部扩张钢筋2通过铰链活动连接在管桩本体1端部，并且围绕管桩本体1端部一周都连接有端部扩张钢筋2，端部扩张钢筋2与底部连接钢筋3的一端通过铰链活动连接在一起，而底部连接钢筋3的另一端通过铰链活动连接到底部连接块4上面，限位“T”型块5的一端固定连接在底部连接块4上面，该限位“T”型块5的另一端为自由端，并且该限位“T”型块的自由端为一横杆，并且该横杆的长度大于该管桩本体1的内径，其目的是在管桩本体1下落过程中，为避免管桩本体1触及到底部连接块4，以利于填料下落填满底部扩大头空腔8，其中该限位“T”型块5可以设计成“T”型板块、“工”型板块等等可以实现该功能的装置。图3为本发明提供的一种扩大头预应力管桩第一实施例的安装示意图。如图3所示，管桩本体1通过成孔11，逐渐下放到底部扩大头空腔8，进入该底部扩大头空腔8后继续下放直至底部连接块4接触到底部扩大头空腔8内的封底9，所以随后底部连接块4不再垂直运动，而管桩本体1继续下放，此时底部连接块4会使得底部连接钢筋3向两侧扩张，由于底部连接钢筋3与端部扩张钢筋2通过铰链活动连接在一起，所以在底部连接钢筋3的带动下，端部扩张钢筋2也会向两侧扩张，此时管桩本体1继续向下做垂直运动，直至限位“T”型块5的自由端横杆抵住管桩本体1的端部，这时，带有扩大头的管桩就形成了。为了更好的实现本发明的目的，增强本发明所提供的管桩的抗承受力及抗拔力，可以先对底部扩大头空腔内填装填料，直至填满扩大头，由于所述带有扩大头的管桩就会具有一定的预应力，从而实现了本发明的目的。

图2为本发明提供的一种扩大头预应力管桩第二实施例的结构示意图。如图2所示，本发明提供的一种扩大头预应力管桩包括管桩本体1、端部扩张钢筋2、压缩弹簧7、限位条型块6以及钢筋固定圈12，其中，所述端部扩张钢筋2通过铰链活动连接在管桩本体1端部，并且围管桩本体1端部一周都活动连接有端部扩张钢筋2；压缩弹簧7设置在管桩本体1与端部扩张钢筋2之间，以实现端部扩张钢筋2的扩张，最终形成扩大头，并且压缩弹簧可以设置为弹簧、“V”型弹片以及可以实现该功能的弹性部件；而限位条型快6设置在管桩本体1的端部，以实现对管桩本体1垂直运动的限定，达到可以对底部扩大头空腔8以及该扩张装置内部填料的最佳效果，并且该限位条型块6可以设计成为圆柱体、方形块等可以实现该功能的装置；钢筋固定圈12连接在端部连接钢筋2上，在进入成孔11之前起到约束端部扩张钢筋2的作用，把端部扩张钢筋2固定在管桩本体1的周围，以方便下放该管桩。图4为本发明提供的一种扩大头预应力管桩第二实施例的安装示意图，如图4所示，管桩本体1通过成孔11，逐渐下放到底部扩大头空腔8，进入该底部扩大头空腔8后钢筋固定圈12就会自动失效，所以端部扩张钢筋2在压缩弹簧7的作用下就会向管桩本体1的四周张开形成扩大头，而管桩本体1继续向下垂直运动，直至限位条型块6接触到底部扩大头空腔8内的封底9，这时，带有扩大头的管桩就形成了。为了更好的实现本发明的目的，增强本发明所提供的管桩的抗承受力及抗拔力，可以先对扩大头内填装填料，直至填满扩大头，这时所述带有扩大头的管桩就会具有一定的预应力，从而实现了本发明的目的。

为了更好的实现本发明的目的，根据需要可以对管桩本体1与成孔11之间的缝隙进行填料，再通过振动器对填料压紧，此时一种扩大头预应力管桩就形成了，并且与现有技术相比大大提高了其抗承受力及抗拔力；并且由于其结构简单，并且是进入成孔之后再扩张开来形成扩大头，所以其不论挖孔，还是使用安装都简单方便，易于操作。

图5-a至图5-g为本发明提供的一种扩大头预应力管桩的施工方法一个实施例的工序示意图。如图5所示，作为本发明的一个具体实施例的一种扩大头预应力管桩的施工方法，其包括如下步骤：首先，如图5-a所示，在待成桩位置测量放线后，按照设计标高，并利用旋转挖钻机或其他成孔机具制造出成孔11，成孔11的直径比准备放置进入的管桩本体1的直径稍大；然后，如图5-b所示，在已经形成的等直径成孔11内放入机械扩孔装置，在成孔11的底部形成一定尺寸的孔底扩大头空腔8；再利用清底钻头或其他方式将成孔11底部的沉渣清理干净；并在成孔11的底部灌入一定量的水下混凝土进行钻孔封底处理形成封底9；接着，如图5-c所示，将带有钢筋扩装置的首节管桩1吊入成孔11内，当首节管桩进入成孔11后，在成孔11的顶部开口处利用固定装置将首节桩悬吊好，然后将第二节管桩对准第一节管桩，使用机械或焊接将两节桩连接好后继续将管桩下放，继续以上操作直至首节管桩邻近成孔11底部位置；接着，如图5-d和图5-e所示，当首节管桩临近成孔11底部位置时，限位条型块6已经接触到封底9，钢筋扩张装置的端部连接钢筋2在压缩弹簧7跟铰接作用下往外张开，形成一个放射状伞形结构即扩大头；接着，如图5-f所示，然后将填料输送管从管桩内孔深入成孔底部扩大头空腔8，并且以填满扩大头和填满若干管桩为准，然后将其振动密实；接着，如图5-g所示，根据需要在孔壁和管桩间灌入混凝土，以增强管桩的抗承受力以及扛拔力。经过以上6个步骤最终完成一根扩大头预应力管桩的施工。如果把图5中的扩张器换为本发明提供的一种扩大头预应力管桩的第一实施例的如图1所示的扩张器，也可以经过以上1、钻孔；2、扩孔；3、放置带钢筋扩张装置的管桩入孔；4、将钢筋扩张装置扩张；5、将填料输送管从管桩内孔深入成孔底部；6、在孔壁和管桩间灌入填料，这6个步骤实现对本发明提供的一种扩大头预应力管桩的施工。

为了更好的实现本发明的发明目的，在对管桩及管桩与成孔之间填满填料之后，根据需要在管桩顶部安置振动器，通过管桩壁将振动能量传播管桩通常，利用管桩的振动将管桩和孔壁之间的混凝土振动密实，以提高管桩的抗压承载力及抗拔力。

所以本发明提供的一种扩大头预应力管桩及其施工方法，可以利用混凝土管桩的预压应力防止桩身开裂，可以利用混凝土管桩的预压应力使得管桩免受拉应力，从而杜绝开裂的发生，该管桩利用常规管桩作用在扩大头上，由于面积的增大，扩大头为管桩提供了比常规大得多的端承力，由于扩大头强度较大，也避免了管桩端部出现刺入破坏的现象，扩大头和管桩连接在一起，使得新型管桩可以产生较大的抗拔力，预应力的存在可以避免桩身裂缝的产生；并且可以用于承载力较高的基岩上，还可以应用于承载力较低的土层上同时可以充分利用管桩的端承力，使得管桩本身的强度充分得以发挥作用，而且由于扩大头是在进入成孔之后再扩张开来，所以在施工时直接按照管桩本体的尺寸挖空即可，所以该施工方法简单、方便，大大提高了工作效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种扩大头预应力管桩，包括管桩本体和扩大头部，其中所述管桩本体的一端与所述扩大头部相连接，其特征在于：所述扩大头部设置有钢筋扩张装置，其中所述钢筋扩张装置包括活动连接于管桩本体端部周边的端部扩张钢筋和使所述端部扩张钢筋扩张的扩张器；

所述钢筋扩张装置处于张开状态时，所述端部扩张钢筋与所述管桩本体端部相邻一端由所述端部扩张钢筋围成的面积小于与所述管桩本体端部相对一端由所述端部扩张钢筋围成的面积；

所述扩张器包括底部连接块、底部连接钢筋，其中所述底部连接钢筋的一端与底部连接块相活动连接，其另一端与所述端部扩张钢筋相活动连接；

所述扩张器还包括限位装置，所述限位装置的一端与底部连接块固定连接，其另一端为自由端，所述自由端设置有一横杆，其中所述横杆的长度大于所述管桩本体内径。

2.一种扩大头预应力管桩的施工方法，其步骤包括：

(1)利用成孔机具在待成桩位置成孔至设计标高，其中成孔直径大于待置入的管桩本体的直径；

(2)放置机械扩孔装置到已经形成的等直径成孔内，在成孔的底部形成一定尺寸的孔底扩大头空腔，并在成孔的底部进行封底处理；

(3)放置带钢筋扩张装置的首节管桩本体到成孔内，并通过连接管桩本体继续下放，直至首节管桩本体邻近成孔底部位置；

(4)钢筋扩张装置的钢筋在扩张器的作用下张开，形成一个放射状伞形结构；其中，所述扩张器包括底部连接块、底部连接钢筋，其中所述底部连接钢筋的一端与底部连接块相活动连接，其另一端与所述端部扩张钢筋相活动连接；所述扩张器还包括限位装置，所述限位装置的一端与底部连接块固定连接，其另一端为自由端，所述自由端设置有一横杆，其中所述横杆的长度大于所述管桩本体内径；

所述钢筋扩张装置的钢筋在扩张器的作用下张开的过程具体如下：

进入该底部扩大头空腔后继续下放直至底部连接块接触到底部扩大头空腔内的封底，随后底部连接块不再垂直运动，而管桩本体继续下放，此时底部连接块会使得底部连接钢筋向两侧扩张，由于底部连接钢筋与端部扩张钢筋通过铰链活动连接在一起，所以在底部连接钢筋的带动下，端部扩张钢筋也会向两侧扩张，此时管桩本体继续向下做垂直运动，直至所述限位装置的自由端横杆抵住管桩本体的端部；

(5)通过管桩孔向底部扩大头空腔灌入填料。

3.根据权利要求2所述的施工方法，其特征在于：所述施工方法在所述步骤(5)之后还包括步骤(6)：

将孔壁与管桩本体之间灌入填料。

4.根据权利要求3所述的施工方法，其特征在于：所述施工方法在所述步骤(6)之后还包括步骤(7)：

在所述管桩本体顶部设置振动器。

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