CN103074890A - 塑料套管与钢管组合现浇混凝土空心管桩及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种塑料套管与钢管组合现浇混凝土空心管桩，其特征在于，所述空心管桩主要由外侧塑料套管、内侧钢管、预制隔水桩尖、混凝土填筑桩体、现浇桩顶封闭端组成；预制隔水桩尖设于空心管桩的底部，其顶面沿环向设置有外侧沉管连接槽、塑料套管连接槽和内侧钢管连接槽，分别用于限制外侧沉管、塑料套管和内侧钢管的位置。本发明通过外侧塑料套管、预制隔水桩尖和现浇桩顶封闭端三个方向将桩体与外界环境隔离，克服了混凝土、钢管的腐蚀性问题，同时通过在桩体内预设钢管，可大幅提升桩体的承载能力。本发明还公开了一种上述塑料套管与钢管组合现浇混凝土空心管桩的施工方法。

Description

塑料套管与钢管组合现浇混凝土空心管桩及施工方法

技术领域

本发明属于地基工程领域，特别涉及一种塑料套管与钢管组合现浇混凝土管桩及施工方法，既可同时解决混凝土、钢管腐蚀性问题，还可大幅提升桩体的承载能力，适用于水文地质条件差、对地基承载能力要求高的软土地区地基处理工程。

背景技术

复合地基加固方法起源于20世纪60年代，由于能显著改善地基的承载力，减小地基沉降，并有效抑制地基土体侧向变形这一特点而成为一种比较理想的软土地基处理方式。然而，由于复合地基多埋藏于地下，其桩体材料均会面临地下水及地基土对混凝土的腐蚀问题，在沿海地区、盐碱地区该现象更为明显；同时，在干湿交替环境下，混凝土表面易遭到盐类结晶腐蚀，尤其是硫酸盐腐蚀，严重影响混凝土的耐久性。国内外已有众多案例表明，在外界环境的影响下很多混凝土结构都先后出现病害和劣化，并出现了各种不同程度的隐患、缺陷或损伤，导致其安全性、适用性、耐久性逐步降低。

管桩是应用较为普遍的一种复合地基处理方法，包括预应力管桩和非预应力管桩，其中应用最为广泛的是预应力混凝土管桩，它具有单桩承载力高、设计范围广、成桩质量可靠、节省建筑材料等优点。但由于管桩的桩身截面积较小，抵抗侧向变形和外界环境侵蚀的能力较差。钢管桩系指由无缝钢管或经电弧电焊(含螺旋接缝管)所制成之钢管，具有承载能力高、整体性好、施工方便等优点，但其造价较高，腐蚀性问题亦是影响桩身寿命的主要问题。

钢管混凝土桩是在混凝土桩的外侧设钢管，通过外部钢管约束内部混凝土，使得混凝土处于三向应力状态，以改善桩体的强度大大提高，塑性和韧性，主要用于在软土覆盖层很厚的地区建造超高层建筑，以及建造跨水桥梁、码头等对桩身强度要求高的土木工程中。但由于钢管混凝土桩的钢管直接暴露于外界环境中，其腐蚀性问题一直是工程建设过程中需解决的一个难点问题。

另外，为改善混凝土的耐久性，工程界常采用抗腐蚀性好的水泥如矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥等，这些品种的水泥虽具有提高混凝土的耐久性的优点，但其价格较普通硅酸盐水泥要高得多；混凝土外加剂是为改善和调节混凝土的性能而掺加的一种物质，适量添加外加剂对改善混凝土的性能具有一定的作用，但其价格较高，难以大面积使用。

目前已有在桩体外侧设塑料套管的新型桩体结构，如塑料套管混凝土桩，由预制隔水桩尖、螺纹塑料套管、混凝土、桩帽（盖板）等组成，在适宜的工程背景和地质条件下也取得了相对较好的工程效果，但桩体为实心桩，而且桩身直径较小，承载能力较低，抵抗横向变形的能力较差。

综上所述，地基水对桩体材料的耐久性影响很大，防腐蚀混凝土的造价较高，塑料套管混凝土桩承载能力较低，抵抗横向变形能力较差。鉴于此，为了使软土地基处理的方式更加多元化，满足复杂水文地质环境下软土地基处理方式选择的要求，更好的解决混凝土的耐久性问题，进一步改善桩体的力学性能，目前亟需发明一种防腐、耐久、承载能力高的现浇混凝土空心管桩结构及施工方法，以满足地基加固工程，尤其是沿海地区、盐碱地区等特殊地区、特殊环境下提高混凝土耐久性、改善地基加固效果的要求。

发明内容

本发明的目的在于通过组合使用内侧钢管与外侧塑料套管，提供一种塑料套管与钢管组合现浇混凝土空心管桩，在解决混凝土、钢管的腐蚀性问题同时，提高了桩体的水平承载能力，改善了桩体的受力性能。

为了实现上述技术目的，本发明采用了以下技术方案：

一种塑料套管与钢管组合现浇混凝土空心管桩，其特征在于，所述空心管桩主要由外侧塑料套管、内侧钢管、预制隔水桩尖、混凝土填筑桩体、现浇桩顶封闭端组成；预制隔水桩尖设于空心管桩的底部，其顶面沿环向设置有外侧沉管连接槽、塑料套管连接槽和内侧钢管连接槽，分别用于限制外侧沉管、塑料套管和内侧钢管的位置。

在现浇混凝土空心管桩的外侧设塑料套管保护层，可沿纵向将桩体与外界环境隔离，解决了现有钢管混凝土桩易受腐蚀的问题，提高了钢管和混凝土的耐久性；而内侧设钢管，有助于提高桩体的强度和抵抗横向变形的能力，改善桩体的受力性能。预制隔水桩尖设置的三道凹槽可分别将外侧沉管、塑料套管和内侧钢管的位置牢牢固定，再加上现浇桩顶封闭端的全封闭作用，可从两端将桩体与外界环境隔离，进一步防止混凝土、钢管受到腐蚀。

所述预制隔水桩尖设有内侧钢管连接管，内侧钢管连接管通过焊接与内侧钢管固定连接。通过内侧钢管连接管可将预制隔水桩尖与内侧钢管连接更加固定，不易松动。

为了防止水从预制隔水桩尖与桩体的连接处渗入，在塑料套管连接槽和内侧钢管连接槽内安装有止水带。

现浇桩顶封闭端采用防腐蚀混凝土浇筑，与下部混凝土填筑桩体之间沿环形均匀布设竖向钢筋和横向钢筋，该竖向钢筋与横向钢筋之间可采用焊接连接或绑扎连接，以加强现浇桩顶封闭端与桩体之间的固定连接作用，进一步增强桩体的承载能力。

内侧钢管外壁焊接有加劲肋板，加劲肋板横向呈环形等间隔均匀布设。

外侧塑料套管优选用耐腐蚀性好的PVC、PE、HDPE、PP材质制成，塑料套管可沿纵向将桩体混凝土、内侧钢管与外界环境隔离。

内侧钢管和外侧沉管均可采用大直径直缝钢管，内侧钢管的顶部焊接有便于起吊的支撑环，外侧沉管由直径略大于塑料套管的两个半圆分离式钢管组成。

本发明的另一个目的在于提供上述塑料套管与钢管组合现浇混凝土空心管桩的施工方法。

一种塑料套管与钢管组合现浇混凝土空心管桩的施工方法，其特征在于，主要施工步骤包括：

步骤一、根据设计要求清理现场，并在指定位置布设打桩机；

步骤二、根据塑料套管与内侧钢管间的距离要求用防腐蚀混凝土预制预制隔水桩尖，先将内侧钢管插入内侧钢管连接槽，再将外侧塑料套管插入塑料套管连接槽内；

步骤三、将与预制隔水桩尖连接好的塑料套管及内侧钢管吊起后，用外侧沉管将其抱牢，并沿纵向采取辅助闭合措施；外侧沉管的底部与预制隔水桩尖的外侧沉管连接槽连接；

步骤四、采用打桩机将外侧沉管、预制隔水桩尖及内侧钢管同时打入地基中，桩尖应进入硬土层内；

步骤五、振动上拔外侧沉管，将塑料套管和内侧钢管留在地基内部；

步骤六、在导管配合下，向由外侧塑料套管和内侧钢管围合而成的环形空间内灌注混凝土，并采用小型振捣棒振捣；

步骤七、根据现浇桩顶封闭端的尺寸要求在混凝土填筑桩体的顶部支设模板，并安置桩顶封闭端竖向插筋和桩顶封闭端横向钢筋，随后用防腐蚀混凝土浇筑现浇桩顶封闭端。

本发明具有以下特点和有益效果：

（1）桩体外侧设塑料套管、桩体底部的预制隔水桩尖，以及现浇桩顶封闭端可从3个方向将桩体与外界环境隔离，提高了桩体的耐久性，在一定程度上解决了钢管、混凝土的腐蚀性问题。

（2）桩体外侧的塑料套管和内侧钢管可兼做桩体混凝土浇筑的模板，可提高混凝土的浇筑质量，节省工程造价。

（3）在桩体内侧设钢管，并辅以横向加筋肋板，有助于大幅提升桩体的强度和抵抗横向变形的能力。

（4）采用圆管形桩身，可充分利用环形结构的力学性能。

本发明通过外侧塑料套管、预制隔水桩尖和内置式顶部封闭端三个方向将桩体与外界环境隔离，克服了混凝土、钢管的腐蚀问题，同时通过在桩体内侧设置钢管，提高了桩体的强度和水平承载能力，改善了桩体的受力性能，具有经济实用的优点。

附图说明

图1是塑料套管与钢管组合现浇混凝土空心管桩结构的剖面图；

图2是图1沿A-A线的桩体未剖到加筋肋板的剖视图；

图3是图1沿B-B线的桩体顶部内置式封闭端的剖视图；

图4是图1沿C-C线的桩体剖到加筋肋板的剖视图；

图5是图1沿D-D线的桩尖顶部剖视图；

图6是塑料套管与钢管组合现浇混凝土空心管桩施工工艺图。

图中：1—塑料套管；2—混凝土填筑桩体；3—横向加筋肋板；4—内侧钢管；5—预制隔水桩尖；6—现浇桩顶封闭端；7—桩顶封闭端竖向插筋；8—桩顶封闭端横向钢筋；9—内侧钢管连接管；10—外侧沉管连接槽；11—塑料套管连接槽；12—外侧沉管；13—内侧钢管连接槽；14—止水带； 15—软弱土层；16—持力层。

具体实施例

沉管与连接管、肋板间的焊接施工技术要求，耐腐蚀混凝土的设计及施工要求，桩体混凝土施工技术要求等，本实施方式中不再累述，重点阐述本发明涉及结构的实施方式。

图1是塑料套管与钢管组合现浇混凝土空心管桩结构的剖面图，图2是图1沿A-A线的桩体未剖到加筋肋板的剖视图，图3是图1沿B-B线的桩体顶部内置式封闭端的剖视图，图4是图1沿C-C线的桩体剖到加筋肋板的剖视图，图5是图1沿D-D线的桩尖顶部剖视图。如图1-图5所示的塑料套管与钢管组合现浇混凝土空心管桩，由塑料套管1、混凝土填筑桩体2、内侧钢管4、预制隔水桩尖5、现浇桩顶封闭端6组成。

外侧塑料套管1的外径为800mm，选用壁厚10mm的PVC管，承受压力大于1.5MPa，应具有优异的耐酸、耐碱、耐腐蚀性，各项参数应满足现行相关规范之要求。

内侧钢管4的外径为600mm，采用无缝钢管。钢材的强度等级为Q345，厚度10mm，尺寸规格满足规范现行相关规范之要求。在钢管的外壁上每隔500mm设一组横向加劲肋板3，肋板长50mm，宽20mm，厚20mm，强度等级为Q235；加劲肋板3呈环形等间距布设。

外侧沉管12的外径为850mm，由两个半圆分离式钢管组成，钢材的强度等级为Q345，厚度为20mm，钢管尺寸规格满足规范现行现行规范之要求。

现浇桩顶封闭端6的直径为1000mm，呈“T”形，其中在桩体外侧部分的高度为250mm，在桩体内侧部分的高度为350mm，采用耐腐混凝土浇筑，混凝土强度等级为C30；现浇桩顶封闭端6与下部桩体混凝土之间沿环形均匀布设15根长为500mm的桩顶封闭端竖向插筋7，竖向插筋7插入桩体混凝土的深度为300mm；同时，在现浇桩顶封闭端6内沿横向设2层环形桩顶封闭端横向钢筋8，每层3根，与竖向插筋7焊接连接；桩顶封闭端竖向插筋7与桩顶封闭端横向钢筋8均采用HRB335的螺纹钢筋，钢筋直径为16mm。

预制隔水桩尖5设于空心管桩的底部，采用耐腐混凝土预制，混凝土强度等级为C40，预制隔水桩尖5底面与竖直方向的夹角为45°；在预制隔水桩尖5预埋入外径为650mm的内侧钢管连接管9，埋入深度为150mm，外露高度为100mm。

预制隔水桩尖5的顶面沿环向设置3条深30mm，宽25mm的连接凹槽，即外侧沉管连接槽10、塑料套管连接槽11和内侧钢管连接槽13，分别用于限制内侧钢管4、塑料套管1、外侧沉管12的位置；止水带14预铺于各凹槽内，尺寸与凹槽尺寸相同，物理性能满足规范现行规范之要求。

塑料套管与钢管组合现浇混凝土空心管桩结构的施工过程如图6所示，包括：

步骤一、根据设计要求清理现场，并按矩形布设桩位。

步骤二、在桩底预制隔水桩尖5顶面的塑料套管连接槽11和内侧钢管连接槽13内安装止水带14；将内侧钢管4在引绳的牵引下与底部预制隔水桩尖5的内侧钢管连接槽13连接，再采用焊接方式将内侧钢管4与内侧钢管连接管9连接牢固；将塑料套管1套于内侧钢管4的外侧，并在引绳的牵引下与底部预制隔水桩尖5的塑料套管连接槽11连接。

步骤三、将与预制隔水桩尖5连接好的塑料套管1及内侧钢管4通过预设支撑环吊起后，将分离式的外侧沉管12闭合将其抱牢，并沿纵向每隔2m设一道绑扎钢索；外侧沉管12的底部与预制隔水桩尖5顶部的外侧沉管连接槽10连接。

步骤四、采用普通打桩机，将塑料套管1、内侧钢管4、外侧沉管12连同预制隔水桩尖5同时打入地基中，桩尖进入持力层16内。

步骤五、振动上拔外侧沉管12。

步骤六、在导管配合下，向由外侧塑料套管1和内侧钢管4围合而成的环形空间内灌注混凝土，并采用小型振捣棒振捣，形成混凝土桩体2。

步骤七、根据现浇桩顶封闭端6的尺寸要求在混凝土填筑桩体2的顶部支设模板，并安置桩顶封闭端竖向插筋7和桩顶封闭端横向钢筋8，随后用防腐蚀混凝土浇筑现浇桩顶封闭端6。

Claims (8)

1.一种塑料套管与钢管组合现浇混凝土空心管桩，其特征在于，所述空心管桩主要由外侧塑料套管、内侧钢管、预制隔水桩尖、混凝土填筑桩体、现浇桩顶封闭端组成；预制隔水桩尖设于空心管桩的底部，其顶面沿环向设置有外侧沉管连接槽、塑料套管连接槽和内侧钢管连接槽，分别用于限制外侧沉管、塑料套管和内侧钢管的位置。

2.根据权利要求1所述的空心管桩，其特征在于，所述预制隔水桩尖设有内侧钢管连接管，内侧钢管连接管通过焊接与内侧钢管固定连接。

3.根据权利要求1所述的空心管桩，其特征在于，所述塑料套管连接槽和内侧钢管连接槽内安装有止水带。

4.根据权利要求1所述的空心管桩，其特征在于，所述现浇桩顶封闭端采用防腐蚀混凝土浇筑，在与下部混凝土填筑桩体的连接处沿环形均匀布设竖向钢筋和横向钢筋，该竖向钢筋与横向钢筋之间可采用焊接连接或绑扎连接。

5.根据权利要求1所述的空心管桩，其特征在于，所述内侧钢管外壁焊接有加劲肋板，加劲肋板环形等间隔均匀布设。

6.根据权利要求1所述的空心管桩，其特征在于，外侧塑料套管由耐腐蚀性的PVC、PE、HDPE、PP材质制成。

7.根据权利要求1所述的空心管桩，其特征在于，内侧钢管和外侧沉管采用大直径直缝钢管，内侧钢管的顶部焊接有便于起吊的支撑环，外侧沉管由直径略大于塑料套管的两个半圆分离式钢管组成。

8.所述空心管桩的施工方法，主要施工步骤包括：

步骤一、根据设计要求清理现场，并在指定位置布设打桩机；

步骤二、根据塑料套管与内侧钢管间的距离要求用防腐蚀混凝土预制隔水桩尖，先将内侧钢管插入内侧钢管连接槽，再将外侧塑料套管插入塑料套管连接槽内；

步骤三、将与预制隔水桩尖连接好的塑料套管及内侧钢管吊起后，用外侧沉管将其抱牢，并沿纵向采取辅助闭合措施；外侧沉管的底部与预制隔水桩尖的外侧沉管连接槽连接；

步骤四、采用打桩机将外侧沉管、预制隔水桩尖及内侧钢管同时打入地基中，桩尖应进入硬土层内；

步骤五、振动上拔外侧沉管，将塑料套管和内侧钢管留在地基内；

步骤六、在导管配合下，向由外侧塑料套管和内侧钢管围合而成的环形空间内灌注混凝土，并采用小型振捣棒振捣；

步骤七、根据现浇桩顶封闭端的尺寸要求在混凝土填筑桩体的顶部支设模板，并安置桩顶封闭端竖向插筋和桩顶封闭端横向钢筋，随后用防腐蚀混凝土浇筑现浇桩顶封闭端。

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