CN102808403A - 一种预制管桩及其施工方法 - Google Patents

Abstract

一种预制管桩及其施工方法，预制管桩包括，第一段预制管桩；第二段预制管桩，其外径小于第一段预制管桩内径，第二段预制管桩穿设于第一段预制管桩内，第二段预制管桩底端的沉入深度大于第一段预制管桩底端的沉入深度，第一段预制管桩的底端设置混凝土圆锥形桩尖或钢板组合锥形桩尖，锥形桩尖高度不小于其外轮廓直径；第一段预制管桩内壁或第二段预制管桩外壁沿长度方向设置用以约束第二段预制管桩的对中限位装置；可扩张钢节点，通过焊接或螺栓连接副连接于第一段预制管桩底端，可扩张钢节点包括可向两侧扩张插入地基的支腿钢板。本发明减小沉桩阻力和打桩噪声，方便长桩沉入施工，还显著提高土层对桩的承载效果，达到节省桩材、降低成本的目的。

Description

一种预制管桩及其施工方法

技术领域

本发明涉及基础、结构工程，尤其涉及软土地基和水中桩基工程中预制管桩及其施工方法。

背景技术

软土地基中通常使用预制混凝土管桩，提高土层承载能力。

如中国专利申请号CN200410026687.2公开了一种钢管扩大头桩及其及制造方法，即在钢管下端外壁焊接螺旋翼板，并在翼板间的钢管壁开有多个注浆孔。钢管在钻进达到预定深度后留置土中，然后高压灌注水泥浆，在翼板段的钢管外壁四周形成一个扩大且高强的水泥土包裹体，可降低施工成本，提高单桩承载力。

还有如中国专利申请号CN20101056041.X公开了“预制混凝土管桩用扩张型钢桩尖及沉桩施工方法”，其特点都是沉入管桩至要求深度后提升缆绳和圆锥体向上顶推扩张型钢桩尖或扩张钢节点。

上述方法存在如下问题：专利申请号CN200410026687.2只能用于钻进法沉桩，因而对桩长度较大、桩直径较大、施工条件或地质条件较复杂的而不适用钻进法沉桩的情况无效。专利申请号CN20101056041.X需要额外增加一套提升缆绳和圆锥体，并在沉桩过程中将提升缆绳和圆锥体放入桩孔内，既影响沉桩施工又容易发生提升失效而不能顶推扩张型钢桩尖或扩张钢节点的情况。

发明内容

本发明的目的在于提供一种预制管桩及其施工方法，能够减小沉桩阻力和打桩噪声，方便长桩沉入施工，还可以显著提高土层对桩的承载效果，达到节省桩材、降低成本的目的。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种预制管桩，其包括，第一段预制管桩；第二段预制管桩，其外径小于第一段预制管桩内径，第二段预制管桩穿设于第一段预制管桩内，第二段预制管桩底端的沉入深度大于第一段预制管桩底端的沉入深度，第一段预制管桩的底端设置混凝土圆锥形桩尖或钢板组合锥形桩尖，锥形桩尖的高度不小于其外轮廓直径；第一段预制管桩内壁或第二段预制管桩外壁沿长度方向设置用以约束第二段预制管桩的对中限位装置，且，对中限位装置沿第一或第二段预制管桩环向均匀对称布置；可扩张钢节点，通过焊接或螺栓连接副连接于第一段预制管桩的底端，该可扩张钢节点包括可向两侧扩张插入地基的支腿钢板。

所述的对中限位装置为弓形钢筋或钢板。

所述的可扩张钢节点在向外扩张之前其外轮廓尺寸与第一段预制管桩的外轮廓尺寸相同。

所述的可扩张钢节点在向外扩张之前其底部钢管的内轮廓尺寸与第一段预制管桩钢端板的内轮廓尺寸相同。

所述的可扩张钢节点包括由可向外扩张的若干块支腿钢板，若干块环形钢隔板，一块底部环形钢端板，一段底部钢管；环形钢隔板、底部环形钢端板的内外轮廓尺寸与第一段预制管桩钢端板的内外轮廓尺寸相同，若干块支腿钢板形成的组合在向外扩张之前其外轮廓尺寸与第一段预制管桩钢端板的外轮廓尺寸相同，底部钢管的内轮廓尺寸与第一段预制管桩钢端板的内轮廓尺寸相同；底部环形钢端板的内边缘与底部钢管的顶端全周长焊接。

所述的螺栓连接副包括若干根串起若干块环形钢隔板和一块底部环形钢端板、分别间隔串起同样数量支腿钢板的螺栓棒，以及螺母垫圈；螺栓棒的上端分别与预制混凝土管桩最底端钢端板的螺栓孔连接，下端穿过底部环形钢端板分别用螺母垫圈紧固。

所述的可扩张钢节点包括，固定基板，环状，呈Z字形结构，包括上端板、自上端板一端延伸弯折形成的连接部、及连接于连接部下端的下端板；所述的上端板的下表面及下端板的上表面上分别设一导柱；二块可向外平移的支腿钢板，其上开设一个供导柱插入的条状导孔。

本发明的预制管桩的施工方法，其包括如下步骤：

1)垂直或以一定倾角沉入第一段预制管桩至地下或水下土层内预定深度；

2)将第二段预制管桩同轴插入第一段预制管桩内孔，利用第一段预制管桩内壁的对中限位装置控制第二段预制管桩的沉入角度和与第一段预制管桩的同心度；

3)然后沉入第二段预制管桩，使其底端的锥形桩尖至第一段预制管桩的底端深度，利用锥形桩尖压下并顶推可扩张钢节点，并使其若干块支腿钢板向两侧张开；

4)继续沉入第二段预制管桩至预定深度；

5)对第一段预制管桩与第二段预制管桩外侧之间的空隙灌入填充材料。

进一步，步骤5)中，在第一段预制管桩沉入至预定深度后即在其内孔灌入一定体积早期流质后期凝固的填充材料，然后沉入第二段预制管桩，使填充材料在沉入第二段预制管桩的挤压作用下填充第一段预制管桩与第二段预制管桩之间的空隙，剩余未填充的空隙在沉入第二段预制管桩之后灌入早期流质后期凝固的填充材料。

又，步骤5)中，在沉入第二段预制管桩之后，在第一段预制管桩内孔与第二段预制管桩之间灌入早期流质后期凝固的填充材料。

本发明的有益效果

1.可以推广应用于目前常用的预制混凝土管桩和预制钢管混凝土管桩，只需在第一桩最底端的钢端板处用螺栓连接扩张型钢节点。

2.可以利用目前常用的预制混凝土管桩沉桩机具和工艺进行沉桩施工，减小沉桩阻力和打桩噪声，方便长桩沉入施工。

3.预制混凝土管桩的扩张型节点可以显著提高土层对桩的承载效果，达到节省桩材、降低成本的目的。

4.在海洋等有防腐蚀要求的环境，第一段预制管桩采用混凝土桩可以对第二段预制管桩外侧的钢材起防腐蚀保护作用。

附图说明

图1为本发明实施例1预制混凝土管桩及其可扩张钢节点和螺栓连接副剖面图。

图2为本发明实施例1可扩张钢节点的剖面图。

图3为本发明实施例1可扩张钢节点的分解剖面图。

图4为本发明实施例1可扩张钢节点的分解俯视图。

图5为本发明实施例1可扩张钢节点扩张后的示意图。

图6为本发明实施例1第二段预制管桩沉入至预定深度后的剖面图。

图7为本发明实施例1灌入新拌合混凝土填充剩余空隙后的剖面图。

图8为本发明实施例2预制混凝土管桩及其可扩张钢节点和螺栓连接副剖面图。

图9为本发明实施例2可扩张钢节点扩张后平面图。

图10为本发明实施例2可扩张钢节点的分解剖面图。

图11为本发明实施例2第二段预制管桩沉入至预定深度后的剖面图。

图12为本发明实施例2灌入新拌合砂浆填充空隙后的剖面图。

具体实施方式

下面结合附图实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

参见图1～图7，本发明的一种预制管桩，其包括，第一段预制管桩1；第二段预制管桩2，其外径小于第一段预制管桩1内径，第二段预制管桩2穿设于第一段预制管桩1内，第二段预制管桩2底端的沉入深度大于第一段预制管桩2底端的沉入深度，第二段预制管桩2的底端设置混凝土圆锥形桩尖或钢板组合锥形桩尖3，锥形桩尖3的高度不小于其外轮廓直径；第一段预制管桩1内壁或第二段预制管桩2外壁沿长度方向设置用以约束第二段预制管桩的对中限位装置4，且，对中限位装置4沿第一或第二段预制管桩1、2环向均匀对称布置；可扩张钢节点5，通过焊接或螺栓连接副6连接于第一段预制管桩1的底端，该可扩张钢节点5包括可向两侧扩张插入地基的支腿钢板51、52。

在本实施例中，第一预制混凝土管桩1的外直径为1000mm、内孔直径为600mm、长度为30m。在第一段预制管桩1内孔的顶端、底端及中部若干位置分别对称设置对中限位装置4用以约束第二段预制管桩2，对中限位装置4为锚固于混凝土中的圆弧形钢筋(弓形钢筋或钢板)。

第二段预制管桩2的外直径为500mm、长度为50m。第二段预制管桩2的底端设置混凝土圆锥形桩尖3，锥形桩尖3的高度为600mm、外轮廓直径为500mm。

可扩张钢节点5通过螺栓连接副6与第一段预制管桩1的底端焊接。

在本实施例中，可扩张钢节点5为可平移扩张钢节点，其由可向外平移扩张的4块支腿钢板51、52、53、54，一块环形钢隔板55，一块底部环形钢端板56，一段底部钢管57组成。环形钢隔板55及底部环形钢端板56的外直径为1000mm、内孔直径为600mm、厚度为20mm，四块支腿钢板51、52、53、54形成的组合在向外扩张之前其轴向投影的外直径为1000mm，底部钢管57的内孔直径为600mm、壁厚为10mm、高度为200mm。底部环形钢端板56的内边缘与底部钢管57的顶端全周长焊接。

螺栓连接副6由4根串起一块环形钢隔板55和一块底部环形钢端板56、分别间隔串起支腿钢板51、52、53、54的螺栓棒61、62、63、64，以及螺母垫圈组成。螺栓棒61、62、63、64的直径为28mm、长度为150mm，其上端分别与预制混凝土管桩最底端钢端板的螺栓孔连接，下端穿过底部环形钢端板56分别用螺母垫圈紧固。

环形钢隔板55和底部环形钢端板56上都有四只直径30mm的圆形孔洞可供四根螺栓棒61、62、63、64穿过。环形钢隔板55上方设置2块支腿钢板51和52，下方旋转90°设置2块支腿钢板53和54，支腿钢板51、52、53、54都为直径1000mm、矢高480mm、厚度为18mm的近似半圆形钢板，都在其垂直于长边的中心轴处各预留长320mm、宽40mm的槽孔可分别供螺栓棒61、62、63、64穿过作为约束其向外平移的定位销键。

其施工方法为：

1)以垂直与水平方向比值为6∶1的倾角沉入第一段预制管桩1，使其底端至水下25m深度的土层100内。

2)将第二段预制管桩2同轴插入第一段预制管桩1内孔，利用第一段预制管桩1内孔的对中限位装置4控制第二段预制管桩2的沉入角度和与第一段预制管桩1的同心度。

3)然后沉入第二段预制管桩2，使其底端的锥形桩尖2至第一段预制管桩1的底端深度，利用锥形桩尖3压下并顶推可扩张钢节点5--可平移扩张钢节点，并使其支腿钢板51、52、53、54平移张开。

4)利用传力送桩杆7继续沉入第二段预制管桩2使其底端至水下55m深度的土层内。

5)在第一段预制管桩1沉入至预定深度后即在其内孔灌入6m³新拌合混凝土8，然后在新拌合混凝土8凝固前沉入第二段预制管桩2，使新拌合混凝土8在沉入第二段预制管桩2的挤压作用下填充第一段预制管桩1内孔与第二段预制管桩2外侧之间的空隙。剩余未填充的空隙，在沉入第二段预制管桩2之后灌入新拌合混凝土8。

实施例2

参见图8～图12，在本实施例中，第一预制混凝土管桩1的外直径为500mm、内孔直径为300mm、长度为10m。在第一段预制管桩1内孔的顶端、底端及中部若干位置分别对称设置对中限位装置4用以约束第二段预制管桩2，对中限位装置4为四根锚固于混凝土中的圆弧形凸筋。

第二段预制管桩2的外直径为250mm、长度为30m。第二段预制管桩2的底端设置2块相互垂直的钢板组合锥形桩尖3，锥形桩尖3的高度为300mm、外轮廓直径为250mm。

将可扩张钢节点5通过螺栓连接副6与第一段预制管桩1的底端连接。

可扩张钢节点5为可平移扩张钢节点，其由可向外平移扩张的2块支腿钢板51、52，1块底部环形钢端板56，一段底部钢管57组成。底部环形钢端板56的外直径为500mm、内孔直径为300mm、厚度为20mm，2块支腿钢板51、52形成的组合在向外扩张之前其轴向投影的外直径为500mm，底部钢管57的内孔直径为300mm、壁厚为10mm、高度为100mm。底部环形钢端板56的内边缘与底部钢管57的顶端全周长焊接。

螺栓连接副6由两根串起一块底部环形钢端板56、分别间隔串起支腿钢板51、52的螺栓棒61、62，以及螺母垫圈组成。螺栓棒61、62的直径为18mm、长度为100mm，其上端分别与预制混凝土管桩最底端钢端板的螺栓孔连接，下端穿过底部环形钢端板56分别用螺母垫圈紧固。

底部环形钢端板56上有2只直径20mm的圆形孔洞可供两根螺栓棒61、62。底部环形钢端板56上方设置两块支腿钢板51和52，支腿钢板51、52、都为直径500mm、矢高235mm、厚度为18mm的近似半圆形钢板，都在其一角各预留直径20mm圆形孔洞分别可供分别供螺栓棒61、62穿过作为其转动轴。

其施工方法为：

1)垂直沉入第一段预制管桩1使其底端至地下10m深度的土层100内。

2)将第二段预制管桩2同轴插入第一段预制管桩内孔，利用第一段预制管桩1内孔的对中限位装置4控制第二段预制管桩2的沉入角度和与第一段预制管桩1的同心度。

3)然后沉入第二段预制管桩2，使其底端的锥形桩尖3至第一段预制管桩1的底端深度，利用锥形桩尖3压下并顶推可扩张钢节点5，并使其支腿钢板51、52旋转张开。

4)继续沉入第二段预制管桩2使其底端至地下30m深度的土层100内(见图11)。

5)在沉入第二段预制管桩2之后灌入新拌合水泥砂浆8填充第一段预制管桩1内孔与第二段预制管桩2外侧之间的空隙(见图12)。

Claims (9)

1.一种预制管桩，其特征在于，包括，

第一段预制管桩；

第二段预制管桩，其外径小于第一段预制管桩内径，第二段预制管桩穿设于第一段预制管桩内，第二段预制管桩底端的沉入深度大于第一段预制管桩底端的沉入深度，第一段预制管桩的底端设置混凝土圆锥形桩尖或钢板组合锥形桩尖，锥形桩尖的高度不小于其外轮廓直径；

第一段预制管桩内壁或第二段预制管桩外壁沿长度方向设置用以约束第二段预制管桩的对中限位装置，且，对中限位装置沿第一段或第二段预制管桩环向均匀对称布置；

可扩张钢节点，通过焊接或螺栓连接副连接于第一段预制管桩的底端，该可扩张钢节点包括可向两侧扩张插入地基的支腿钢板。

2.如权利要求1所述的预制管桩，其特征在于，所述的对中限位装置为弓形钢筋或钢板。

3.如权利要求1所述的预制管桩，其特征在于，所述的可扩张钢节点在向外扩张之前其外轮廓尺寸与第一段预制管桩的外轮廓尺寸相同。

4.如权利要求1所述的预制管桩，其特征在于，所述的可扩张钢节点在向外扩张之前其底部钢管的内轮廓尺寸与第一段预制管桩钢端板的内轮廓尺寸相同。

5.如权利要求1或3或4所述的预制管桩，其特征在于，所述的可扩张钢节点包括由可向外扩张的若干块支腿钢板，若干块环形钢隔板，1块底部环形钢端板，一段底部钢管；环形钢隔板、底部环形钢端板的内外轮廓尺寸与第一段预制管桩钢端板的内外轮廓尺寸相同，若干块支腿钢板形成的组合在向外扩张之前其外轮廓尺寸与第一段预制管桩钢端板的外轮廓尺寸相同，底部钢管的内轮廓尺寸与第一段预制管桩钢端板的内轮廓尺寸相同；底部环形钢端板的内边缘与底部钢管的顶端全周长焊接。

6.如权利要求1所述的预制管桩，其特征在于，所述的螺栓连接副包括若干根串起若干块环形钢隔板和一块底部环形钢端板、分别间隔串起同样数量支腿钢板的螺栓棒以及螺母垫圈；螺栓棒的上端分别与预制混凝土管桩最底端钢端板的螺栓孔连接，下端穿过底部环形钢端板分别用螺母垫圈紧固。

7.如权利要求1所述的预制管桩的施工方法，其包括如下步骤：

1)垂直或以一定倾角沉入第一段预制管桩至地下或水下土层内预定深度；

2)将第二段预制管桩同轴插入第一段预制管桩内孔，利用第一段预制管桩内壁的对中限位装置控制第二段预制管桩的沉入角度和与第一段预制管桩的同心度；

3)然后沉入第二段预制管桩，使其底端的锥形桩尖至第一段预制管桩的底端深度，利用锥形桩尖压下并顶推可扩张钢节点，并使其若干块支腿钢板向两侧张开；

4)继续沉入第二段预制管桩至预定深度；

5)对第一段预制管桩与第二段预制管桩外侧之间的空隙灌入填充材料。

8.如权利要求7所述的预制管桩的施工方法，其特征是，步骤5)中，在第一段预制管桩沉入至预定深度后即在其内孔灌入一定体积早期流质后期凝固的填充材料，然后沉入第二段预制管桩，使填充材料在沉入第二段预制管桩的挤压作用下填充第一段预制管桩与第二段预制管桩之间的空隙，剩余未填充的空隙在沉入第二段预制管桩之后灌入早期流质后期凝固的填充材料。

9.如权利要求7所述的预制管桩的施工方法，其特征是，步骤5)中，在沉入第二段预制管桩之后，在第一段预制管桩内孔与第二段预制管桩之间灌入早期流质后期凝固的填充材料。

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