CN106812137A - 一种快速接桩装置、预制桩及其制备方法和接桩方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种快速接桩装置，包括设有内孔的锁紧座、设置有预留孔的上桩端头板和下桩端头板、锁紧件、挤压环、间隙消除环和单向锁定滑环，所述锁紧件和锁紧座分别套固在上桩端头板和下桩端头板的预留孔上，锁紧座的内壁和单向锁定滑环的外壁设置有相啮合的防脱倒齿结构，对接时通过单向锁定滑环与锁紧座的啮合将锁紧件锁紧在锁紧座中。本发明还公开了一种预制桩及其制备方法和接桩方法。本发明可进行工厂化简便预制加工，机加工的构件质量容易得到保证；接桩过程随压桩施工过程自动地同步完成，无需任何附加设备和工艺，实现快速、简便的接桩过程，可减少人工劳动，缩短工期，降低施工成本，具有极高的市场应用前景和推广价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于混凝土预制桩的快速连接装置，以及构成预制接口的预制件及预制件与预制件之间的连接结构和预制件的制作方法，属预制件制造和桩基础施工领域。
背景技术
现代建筑普遍向超高层和地下空间发展，对地基承载能力提出了更高的要求。混凝土预制桩以其高质量、高强度、高耐久性、施工机械化程度高、施工快捷、适应不同土层条件等良好特点，已在各类建筑工程中得到广泛使用。混凝土预制桩基础由多节桩连接而成，施工时把各节预制桩逐节压入或打入地基中，并通过某种接桩方法把各节桩连接起来形成整体。目前接桩方法大多采用焊接的接桩技术。电焊接桩方法比较费时费力，影响施工效率；同时，各节桩连接处需要承受较大的抗弯和抗剪荷载，要求高质量的焊缝工艺，在实际工程中，各节桩的连接处经常出现焊接质量问题而成为工程的安全隐患；此外，在预制桩施工过程，接桩处的焊缝通常需要承受冲击荷载和偏心压力的作用，可引起焊缝裂纹导致施工安全可靠性下降。因此，对于预制桩施工，需要研发更安全高效、经济快捷的接桩技术，以满足预制桩基础广泛应用的需求。
发明内容
本发明为解决上述混凝土预制桩施工过程的快速接桩问题，提供了一种结构简单、连接可靠、制作方便的快速接桩装置，以及工艺简单、操作简便的预制桩及其制备方法和接桩方法。
本发明所采用的技术方案如下：
一种快速接桩装置，主要由设置有预留孔的上桩端头板和下桩端头板、设有内孔的锁紧座和锁紧件、以及由上至下依次套设于所述锁紧件上的挤压环、间隙消除环和单向锁定滑环组成，其中锁紧座设置于下一节桩的桩头上，其上端面嵌固于上桩端头板的预留孔中，下端与预应力钢筋螺纹连接；所述锁紧件设置于上一节桩的桩头上，其上端嵌固在下桩端头板的预留孔中且与预应力钢筋螺纹连接，所述锁紧座的内壁和单向锁定滑环的外壁设置有相啮合的防脱倒齿结构，两桩对接时，通过单向锁定滑环与锁紧座啮合，将锁紧件锁紧在锁紧座中，同时通过挤压环挤压间隙消除环从而推动单向锁定滑环消除锁紧件与锁紧座之间的间隙，实现快速接桩目的。
进一步地，所述的锁紧座上部为圆筒形结构，筒内壁设置有内倒齿，下部设置有用于连接预制桩纵向预应力钢筋的第一内螺孔。
进一步地，所述的锁紧件呈圆柱形，其上部设置有用于连接预制桩的纵向预应力钢筋的第二内螺孔，下部通过十字形第二径向铣槽形成对称分布的片悬臂状锁紧钩，所述锁紧钩末端设置有与水平面成一定夹角的锁紧面。
进一步地，所述的单向锁定滑环为环形结构，其下部通过十字形第一径向铣槽形成对称分布的片环瓦，所述环瓦外壁设置有与锁紧座的内倒齿相匹配的外倒齿，所述的单向锁定滑环的底端设置有与所述的锁紧面相匹配的锥形锁紧面。
进一步地，所述间隙消除环为环形结构，由具有一定强度和塑性的锌铝合金加工而成。
进一步地，所述挤压环为环形结构，套紧在锁紧件上，用于压桩时推动单向锁定滑环向下滑动并挤压间隙消除环，消除锁紧座与锁紧件之间间隙。
进一步地，所述锁紧面与水平面成30°~60°夹角。
一种预制桩，包括钢筋混凝土桩体及若干快速接桩装置，所述快速接桩装置的上桩端头板和下桩端头板分别固定在所述钢筋混凝土桩体两端，所述锁紧座穿过下桩端头板埋设在所述钢筋混凝土桩的混凝土内并与钢筋混凝土桩体一端的纵向主受力钢筋螺纹连接；所述快速接桩装置的锁紧件穿过上桩端头板与钢筋混凝土桩体另一端的纵向主受力钢筋螺纹连接。
一种预制桩的制备方法，包括步骤：
（1）将若干快速接桩装置的挤压环、间隙消除环和单向锁定滑环套紧在锁紧件上，然后将各个锁紧件穿过上桩端头板的预留孔分别与对应的纵向主受力钢筋一端螺纹连接，将挤压环压紧在上桩端头板上；
（2）将各个锁紧座分别与连接各锁紧件的纵向主受力钢筋的另一端螺纹连接；并把锁紧座嵌固在下桩端头板上预留孔中；
（3）张拉纵向预应力钢筋、灌注混凝土、离心成型，进行初级养护、脱模、预应力放张和蒸压养护。
一种混凝土预制桩的接桩方法，包括如下步骤：
（1）吊起第一节混凝土预制桩，安装桩靴的一端向下，埋设有锁紧座的一端向上，把第一节混凝土预制桩垂直压入或打入地基之中；
（2）吊起第二节混凝土预制桩，设置锁紧件的一端向下，埋设锁紧座的一端向上，并把桩端上的各个锁紧件与第一节混凝土预制桩上对应的各个锁紧座进行对中；
（3）将第二节混凝土预制桩缓慢竖直放下，使其桩端上的各锁紧件压入第一节桩端的各锁紧座内；
（4）保持第二节混凝土预制桩竖直状态，静压或锤击第二节桩的上端，把桩逐步压入打入地基中，同时，各快速接桩装置的挤压环挤压间隙消除环产生挤压变形，消除锁紧座与锁紧件之间的间隙，使第一、二节混凝土预制桩的上桩端头板和下桩端头板紧密结合；
（5）重复步骤（2）~（4），完成整根桩的施工过程。
与传统焊接接桩技术相比，本发明快速接桩装置具有以下特点：
1、接桩的连接结构中的各个连接构件均为机加工预制件，可进行工厂化简便预制加工，机加工的构件质量容易得到保证；
2、接桩过程随压桩施工过程自动地同步完成，无需任何附加设备和工艺，实现快速、简便的接桩过程，可减少人工劳动，缩短工期，降低施工成本；
3、通过间隙消除环的挤压变形消除锁紧座与锁紧件之间的间隙，有利于保证各锁紧件均匀受力，还可降低对连接件制造精度要求。
附图说明
图1为本发明实施例的快速接桩装置装配示意图。
图2为锁紧座剖视示意图。
图3为锁紧座俯视示意图。
图4为单向锁定滑环主视示意图。
图5为单向锁定滑环俯视示意图。
图6为锁紧件主视示意图。
图7为锁紧件俯视示意图。
图8为间隙消除环主视示意图。
图9为间隙消除环俯视示意图。
图10为挤压环主视示意图。
图11为挤压环俯视示意图。
图12为上桩端头板示意图。
图13为下桩端头板示意图。
图14为接桩之前上下两节桩对中时的状态示意图。
图15为紧锁件插入锁紧座之中时的状态示意图。
图16为图15中的A处放大示意图。
图17为接桩完成时的状态示意图。
图中所示为：1-锁紧座，101-内倒齿，102-第一内螺孔，2-单向锁定滑环，201-外倒齿，202-第一径向铣槽，203-环瓦，204-锥形锁紧面，3-间隙消除环，4-挤压环，5-下桩端头板，6-下桩纵向主受力钢筋，7-锁紧件，701-第二内螺孔，702-第二径向铣槽，703-锁紧钩，704-锁紧面，8-上桩端头板，9-上桩纵向主受力钢筋，10-混凝土。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步的说明，需要说明的是，实施例并不对本发明要求保护的范围构成限制。
实施例一
如图1所示，一种快速接桩装置，主要由设置有预留孔的上桩端头板8和下桩端头板5、设有内孔的锁紧座1和锁紧件7、以及由上至下依次套设于所述锁紧件7上的挤压环4、间隙消除环3和单向锁定滑环2组成，其中锁紧座1设置于下一节桩的桩头上，其上端面嵌固于上桩端头板8的预留孔中，下端与预应力钢筋螺纹连接；所述锁紧件7设置于上一节桩的桩头上，其上端嵌固在下桩端头板5 的预留孔中且与预应力钢筋螺纹连接，所述锁紧座1的内壁和单向锁定滑环2的外壁设置有相啮合的防脱倒齿结构，两桩对接时，通过单向锁定滑环2与锁紧座1啮合，将锁紧件7锁紧在锁紧座1中，同时通过挤压环4挤压间隙消除环3从而推动单向锁定滑环2消除锁紧件7与锁紧座1之间的间隙，实现快速接桩目的。
具体而言，如图2和图3所示，所述的锁紧座1上部为圆筒形结构，筒内壁设置有内倒齿101，下部设置有用于连接下桩纵向主受力钢筋6的第一内螺孔102。
其中，如图6和图7所示，所述的锁紧件7呈圆柱形，其上部设置有用于连接上桩纵向主受力钢筋9的第二内螺孔701，下部通过十字形第二径向铣槽702形成对称分布的4片悬臂状锁紧钩703，所述锁紧钩703末端设置有与水平成30°~60°夹角的锁紧面704。
如图4和图5所示，所述的单向锁定滑环2为环形结构，其下部通过十字形第一径向铣槽202形成对称分布的4片环瓦203，所述环瓦203外壁设置有与内倒齿101相配合的外倒齿201，所述的单向锁定滑环2的底端设置有与所述的锁紧面704相匹配的锥形锁紧面204。
锁紧钩703的锁紧面704与单向锁定滑环2的锥形锁紧面204相匹配，防止锁紧件7松脱；锁紧钩703成悬臂状可向内弯曲，以允许单向锁定滑块2类似于棘轮向下单向滑动，牢固地锁住锁紧件7，确保锁紧的可靠性。
本实施例中，所述外倒齿201与锁紧座1的内倒齿101相匹配，压桩时受挤压环4推动环瓦203产生向内的径向位移，同时单向锁定滑环2类似于棘轮向下单向滑动，其底端的锥形锁紧面204牢固地锁住锁紧件7。
如图8和图9所示，所述间隙消除环3为环形结构，由具有一定强度和塑性的锌铝合金加工而成，受挤压变形后消除锁紧座1与锁紧件7之间的间隙，既可确保各锁紧件7均匀受力，又可降低连接件制造精度要求。
如图10和图11所示，所述挤压环4为环形结构，套紧在锁紧件7上，用于压桩时推动单向锁定滑环2向下滑动并挤压间隙消除环3，消除锁紧座1与锁紧件7之间间隙。
如图12和图13所示，所示上桩端头板8和下桩端头板5的中心均设置有一个中心预留孔，所示中心预留孔的四周沿周向均匀设置有若干小预留孔。中心预留孔分别与锁紧件7和锁紧座1相配合，设置上桩端头板8和下桩端头板5可以在一定程度上对混凝土起到保护左右，防止应力集中造成破坏。
上述的紧锁件7、锁紧座1、单向锁定滑环2、挤压环4、间隙消除环3等各构件之间形成装配关系，可以通过标准化机械加工得到各构件，标准化的构件通过简单统一的插接即可完成接桩作业，无需依赖操作人员的个人技能水平对接桩质量的影响，快捷可靠，满足上下两节桩无缝连接的装配尺寸要求、质量要求和效率经济要求。
实施例二
一种预制桩，包括钢筋混凝土桩体及若干如实施例一所述的快速接桩装置，所述快速接桩装置的上桩端头板8和下桩端头板5分别固定在所述钢筋混凝土桩体两端，所述锁紧座1穿过下桩端头板5埋设在所述钢筋混凝土桩的混凝土10内并与钢筋混凝土桩体一端的纵向主受力钢筋螺纹连接；所述快速接桩装置的锁紧件7穿过上桩端头板8与钢筋混凝土桩体另一端的纵向主受力钢筋螺纹连接。
本实施例的混凝土预制桩的一端设置有若干上桩端头板8、锁紧件7、单向锁定滑环2、挤压环4、间隙消除环3，另一端对应地设置有若干下桩端头板5和锁紧座1，可以方便的实现与相邻混凝土预制桩的快速连接，无需焊接及考虑操作者技能水平，可实现工厂标准化加工，经济快捷、安全可靠。
实施例三
一种如实施例二所述预制桩的制备方法，包括步骤：
（1）将若干快速接桩装置的挤压环4、间隙消除环3和单向锁定滑环2套紧在锁紧件7上，各个锁紧件穿过上桩端头板8的预留孔分别与对应的纵向主受力钢筋一端螺纹连接，将挤压环4压紧在上桩端头板8上；
（2）将各个锁紧座1分别与连接各锁紧件7的纵向主受力钢筋的另一端螺纹连接；并把锁紧座1嵌固在下桩端头板上5预留孔中；
（3）张拉纵向预应力钢筋、灌注混凝土、离心成型，进行初级养护、脱模、预应力放张和蒸压养护。
本实施例提供的制备方法既可以在工地现场施工，也可以实现预制件工厂规模化生产，尤其适合预制件工厂规模化生产，从而保证混凝土预制桩连接质量不受焊接时焊工技术水平、现场作业环境等因素的影响，便于满足标准化、高质量、模块化、高效率的作业需求，实现快速、安全、经济的接桩作业，所制备的混凝土预制桩可以直接运往工地进行接桩作业，加快施工进度、保证施工质量。
实施例四
如图14至17所示，一种如实施例二所述预制桩的接桩方法，包括如下步骤：
（1）吊起第一节混凝土预制桩，安装桩靴的一端向下，埋设有锁紧座1的一端向上，由压桩机或打桩机把第一节混凝土预制桩垂直压入或打入地基之中，桩头露出地面20～30cm；
（2）吊起第二节混凝土预制桩，设置锁紧件7的一端向下，埋设锁紧座1的一端向上，并把桩端上的各个锁紧件7与第一节混凝土预制桩上对应的各个锁紧座1进行对中(见图14)；
（3）将第二节混凝土预制桩缓慢竖直放下，使其桩端上的各锁紧件7压入第一节桩端的各锁紧座1内(见图15和16)，上、下两节混凝土预制桩端面之间留有大约2~3mm的间隙，此时，挤压环4依次向下推动间隙消除环3、单向锁定滑环2下移，下移过程中锁紧座1内壁的内倒齿101的齿尖与单向锁定滑环2的4片环瓦203的外倒齿201的齿尖相互挤压，挤压过程中，所述环瓦203和所述述的锁紧件7的4片悬臂状锁紧钩703产生向内的径向位移，从而允许单向锁定滑块2类似于棘轮向下单向滑动，当移动到内倒齿101和外倒齿201相啮合的位置时，4片环瓦203和4片悬臂状锁紧钩703在自身弹性作用下沿径向回弹至初始位置，使内倒齿101和外倒齿201相互啮合，由于内倒齿101和外倒齿201的单向性，能防止下移插入后的锁紧件7脱离锁紧座1，从而牢固地锁住锁紧件7，确保锁紧的可靠性；
（4）保持第二节混凝土预制桩竖直状态，静压或锤击第二节混凝土预制桩的上端，把混凝土预制桩逐步压入打入地基中，同时，各快速接桩装置的挤压环4挤压间隙消除环3产生挤压变形，消除锁紧座1与锁紧件7之间的间隙，使第一、二节混凝土预制桩的上桩端头板8和下桩端头板5紧密结合(见图17)，间隙消除环3由具有良好强度和塑性的锌铝合金加工而成，受挤压变形后消除锁紧座1与锁紧件7之间的间隙，既可确保各锁紧件7均匀受力，连接牢固，又可降低连接件制造精度要求；
（5）重复步骤（2）~（4），完成整根桩的施工过程。
可以看出，本实施例的上下两节混凝土预制桩由多个配对的锁紧座1和锁紧件7在压桩施工过程自动地同步连接起来，无需任何附加设备和工艺，实现快速接桩，相比电焊接桩方法的费时费力，本接桩方法操作方便，便于实现机械化操作，对操作者的技能水平和作业环境的要求低，能够承受较大的抗弯和抗剪荷载，保证了接桩的安全性、可靠性和快捷性及经济性，对于提高工程施工质量具有非常重大的意义，具有极高的市场应用前景和推广价值。
本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种快速接桩装置，其特征在于，主要由设置有预留孔的上桩端头板(8)和下桩端头板(5)、设有内孔的锁紧座(1)和锁紧件(7)、以及由上至下依次套设于所述锁紧件(7)上的挤压环(4)、间隙消除环(3)和单向锁定滑环(2)组成，其中锁紧座(1)设置于下一节桩的桩头上，其上端面嵌固于上桩端头板(8) 的预留孔中，下端与预应力钢筋螺纹连接；所述锁紧件(7)设置于上一节桩的桩头上，其上端嵌固在下桩端头板(5) 的预留孔中且与预应力钢筋螺纹连接，所述锁紧座(1)的内壁和单向锁定滑环(2)的外壁设置有相啮合的防脱倒齿结构，两桩对接时，通过单向锁定滑环（2）与锁紧座(1) 啮合，将锁紧件(7)锁紧在锁紧座(1)中，同时通过挤压环(4)挤压间隙消除环(3)从而推动单向锁定滑环（2）消除锁紧件(7)与锁紧座(1)之间的间隙，实现快速接桩目的。
2.根据权利要求1所述的快速接桩装置，其特征在于：所述的锁紧座(1)上部为圆筒形结构，筒内壁设置有内倒齿(101)，下部设置有用于连接预制桩纵向预应力钢筋的第一内螺孔(102)。
3.根据权利要求1所述的快速接桩装置，其特征在于：所述的锁紧件(7)呈圆柱形，其上部设置有用于连接预制桩纵向预应力钢筋的第二内螺孔(701)，下部通过十字形第二径向铣槽(702)形成对称分布的4片悬臂状锁紧钩(703)，所述锁紧钩(703)末端设置有与水平面成一定夹角的锁紧面(704)。
4.根据权利要求1所述的快速接桩装置，其特征在于：所述的单向锁定滑环(2)为环形结构，其下部通过十字形第一径向铣槽(202)形成对称分布的4片环瓦(203)，所述环瓦(203)外壁设置有与锁紧座(1)的内倒齿(101)相啮合的外倒齿(201)，所述的单向锁定滑环(2)的底端设置有与所述的锁紧面(704)相匹配的锥形锁紧面(204)。
5.根据权利要求1所述的快速接桩装置，其特征在于：所述间隙消除环(3)为环形结构，由具有一定强度和塑性的锌铝合金加工而成。
6.根据权利要求1所述的快速接桩装置，其特征在于：所述挤压环(4)为环形结构，套紧在锁紧件(7)上，用于压桩时推动单向锁定滑环(2)向下滑动并挤压间隙消除环(3)，消除锁紧座(1)与锁紧件(7)之间间隙。
7.根据权利要求4所述的快速接桩装置，其特征在于：所述锁紧面(704)与水平面成30°~60°夹角。
8.一种预制桩，其特征在于；包括钢筋混凝土桩体及若干如权利要求1至7中任一项所述的快速接桩装置，所述快速接桩装置的上桩端头板(8)和下桩端头板(5)分别固定在所述钢筋混凝土桩体两端，所述锁紧座(1)穿过下桩端头板(5)埋设在所述钢筋混凝土桩的混凝土(10)内并与钢筋混凝土桩体一端的纵向主受力钢筋螺纹连接；所述快速接桩装置的锁紧件(7)穿过上桩端头板(8)与钢筋混凝土桩体另一端的纵向主受力钢筋螺纹连接。
9.一种如权利要求8所述的预制桩的制备方法，其特征在于，包括步骤：
(1)将若干快速接桩装置的挤压环(4)、间隙消除环(3)和单向锁定滑环(2)套紧在锁紧件(7)上，然后将各个锁紧件(7)穿过上桩端头板(8)的预留孔分别与对应的纵向主受力钢筋一端螺纹连接，将挤压环(4)压紧在上桩端头板(8)上；
(2)将各个锁紧座(1)分别与连接各锁紧件(7)的纵向主受力钢筋的另一端螺纹连接；并把锁紧座(1)嵌固在下桩端头板上(5)预留孔中；
(3)张拉纵向预应力钢筋、灌注混凝土、离心成型，进行初级养护、脱模、预应力放张和蒸压养护。
10.一种如权利要求8所述的预制桩的接桩方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)吊起第一节混凝土预制桩，安装桩靴的一端向下，埋设有锁紧座(1)的一端向上，把第一节混凝土预制桩垂直压入或打入地基之中；
(2)吊起第二节混凝土预制桩，设置锁紧件(7)的一端向下，埋设锁紧座(1)的一端向上，并把桩端上的各个锁紧件(7)与第一节混凝土预制桩上对应的各个锁紧座(1)进行对中；
(3)将第二节混凝土预制桩缓慢竖直放下，使其桩端上的各锁紧件(7)压入第一节桩端的各锁紧座(1)内；
(4)保持第二节混凝土预制桩竖直状态，静压或锤击第二节桩的上端，把桩逐步压入打入地基中，同时，各快速接桩装置的挤压环(4)挤压间隙消除环(3)产生挤压变形，消除锁紧座(1)与锁紧件(7)之间的间隙，使第一、二节混凝土预制桩的上桩端头板(8)和下桩端头板(5)紧密结合；
(5)重复步骤(2)~(4)，完成整根桩的施工过程。
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