CN106988308A - 后注浆预应力管桩及其施工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种后注浆预应力管桩及其施工工艺，后注浆预应力管桩两端安装呈环形的管桩端板，管桩端板上沿管桩轴线对称设有两个与管桩轴线位于同一平面的穿孔，两根注浆管分别经过管桩端板上的两个穿孔插设于管桩内并与管桩内的骨架固定连接，其施工工艺为：先设计管桩和注浆量；再制作带注浆管管桩，管桩接管时管桩端板穿孔选择锥形孔，然后采用锤击法或静压法进行管桩施工，施工时需在注浆管端部安装止逆阀，桩侧注浆的止逆阀安装在注浆管下端三通的侧壁出口上，送桩结束后进行在注浆管上安装注浆头进行高压注浆，本发明提升了后注浆预应力管桩的可推广性，降低了静压法预应力管桩穿越坚硬土层的静压桩力，提升了预应力管桩的承载性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种管桩施工工艺，特别涉及一种后注浆预应力管桩及其施工工艺。
背景技术
管桩因为属于工厂制作，相对于传统的钻孔灌注桩，质量可靠，且施工速度快，无污泥污染，已被广泛使用。
现有管桩的制作工艺及施工工艺
1、制作工艺
对于现有的管桩，高强先张法预应力管桩主要是通过高速离心，使得混凝土在成型过程中非常密实，并通过高温高压进行蒸汽养护，从而确保了先张法预应力管桩的混凝土强度达到C80，甚至更高，利用张拉机在混凝土成型前进行施加预应力，从而实现了先张法预应力，并两端增设端头板，通过插筋加强了端头板与管桩的连接，也便于了后续管桩之间的连接及承台与管桩的连接，尤其是抗拔桩之间的连接。
2、施工工艺
管桩的施工目前常用的施工方法主要有锤击法、静压法两种。其中静压法又分为顶压法和抱压法两种。
锤击法通过重锤在桩顶施加冲击力，将预制桩成功打入地基中，相应的噪音和震动对外界的影响较大，在城市密集区已越来越受到应用限制，但由于施工速度快，机械设备相对较轻，故在城市郊区仍被广泛使用。
为了克服锤击法存在的缺陷，静压法相应而诞生，从早期的顶压法到现在大规模应用的抱压法，主要是通过施加静压力使桩进入地基中，顶压法就是通过在桩顶施加静压力使桩进入土层，利用桩基的自身重量作为平衡压重，而抱压法，通过液压夹具在桩身施加足够的压力而提供向下的压桩力，同样也是利用桩基的自身重量作为平衡压重。对于两种施工方法，如因管桩在某些地层区域需要穿越密实的粉砂层时，相应的施工压桩力或锤击力要求非常大，对于锤击法，可能会造成在施工过程中，产生桩体的破坏，同样对于静压法，静压桩的设备相对笨重，尤其是对高承载力的桩，其配重一般要达到预估极限承载力的1.2倍，静压桩机提供的静压桩力将无法穿越密实的土层，从而往往限制了预应力管桩的使用。当前，针对这种典型土层，过去常常采用引孔法作为辅助，然而由于引孔法，受限于引孔的长度(一般为桩长的1/3～1/2，且对于超过20m密实土层，采用引孔法往往效果并不理想，见《静压法桩基施工规范》征求意见稿)。现在，国内部分桩机单位从国外引进了一种中掘法施工工艺，即利用管桩中间的孔洞放置钻杆，采用边钻边压的方式，而有效解决了管桩穿越密实土层的问题，包括进入一定持力层的深度问题，并利用钻杆作为注浆的通道进行桩端注浆，解决了桩端因中掘而导致的持力层土层松动的问题。但该种方法施工难度较大，且需要专用的施工机械。
另外对于深厚淤泥质土层区域，或上部土层未有好的持力层，需要设置较长的管桩。但因管桩受吊装及运输的限制，桩长而常常被限制，需要进行接桩。此时的接桩质量对桩身承载力的影响极为关键，根据某检测中心对近年来的管桩小应变统计结果，管桩完整性不合格的最主要原因就是接桩部位出现问题。现在国家，包括江苏省的规范都规定管桩接头不超过3个。因此，对于在软土地区超长桩，如何提供土的承载力，从而提升桩的极限承载力来降低桩长。另外，在桩基设计过程中，由于桩的承载力主要由桩周土提供的承载力和桩身极限承载力低值控制，所以实现桩基的优化的关键就是尽可能使所选用的桩型自身承载力与桩周土提供的承载力相接近。而往往在软土地区，桩周土提供的承载力无法达到桩身极限承载力，此时需要进行对桩周土进行加固，基于此，国内有不少专家直接通过在管桩内壁设置两个管道或单根管道，利用管道作为高压注浆而对桩周土进行加固，对于设置两个管道，也可以通过一根通高压气体和另一根通高压水，用于施工过程中穿越较密实的土层，但由于管道均设置在管桩空腔内，存在较难固定的问题，同时也未提及如何解决管桩在接桩时，管道如何处理等施工难题，所以相应推广较难。部分专家提供了另一套思路，采用水泥土复合管桩基础，即通过水泥土加固周边土体，从而达到提高了桩周土体承载力的作用，也解决了在管桩范围内遇到密实土层而无法穿越的施工问题。但这个施工难度相对较大，对机械设备的要求较高，目前虽然有分离式设备，但仍然较难保证管桩插入水泥土中的垂直度，且机械在刚刚处理完的水泥搅拌桩场地上行走较为困难，施工难度相对较大，况且整体式设备相对费用较高，因此推广难度较大。
发明内容
为了弥补以上不足，本发明提供了一种后注浆预应力管桩及其施工工艺，该后注浆预应力管桩施工工艺能够适用于软土、松散土、砂土地区，解决了管桩后注浆及管桩施工过程中穿越密实土层的问题。
本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：一种后注浆预应力管桩，包括管桩、注浆管和管桩端板，所述呈环形的管桩端板固定安装于管桩两端，管桩端板上沿管桩轴线对称设有两个穿孔，且该两个穿孔轴线以及管桩轴线位于同一平面上，两根注浆管分别经过管桩端板上的两个穿孔插设于管桩内，两个注浆管外侧壁分别与管桩内的骨架固定连接。
作为本发明的进一步改进，所述注浆管为长度与管桩长度一致的无缝钢管。
作为本发明的进一步改进，所述管桩端板上的两个穿孔为圆孔。
作为本发明的进一步改进，所述管桩端板上的两个穿孔为锥形孔，且该锥形孔朝向管桩一端直径小于背向管桩一端直径，还设有锥形螺母，锥形螺母插设于管桩端板的锥形孔内，且注浆管外侧壁上设有外螺纹，注浆管与锥形螺母通过螺纹固定连接。
作为本发明的进一步改进，锥形螺母端面上设有至少两个插销孔，还设有拧紧螺母和高强插销，所述拧紧螺母端面上设有与锥形螺母端面上插销孔正对的锥形销孔，拧紧螺母紧抵锥形螺母直径大的一端端面上，高强插销能够拆卸的对应插设于锥形销孔和插销孔内，且高强插销漏出管桩端板表面的一端上还设有与插销孔轴向交叉的操作柄。
作为本发明的进一步改进，所述注浆管端部形成内径渐扩大的锥形结构，还设有注浆管连接器，注浆管连接器两端分别能够紧密插设于相邻两节管桩内的注浆管内，包括本体和密封圈，所述本体呈两端外径小于中间外径的筒体结构，本体上端和下端形成结构对称的截顶锥形结构，本体圆周外侧壁上设置设有至少两个环形凹槽，各个环形凹槽对称分布于本体上下两个截顶锥形结构表面上，密封圈分别一一对应的固定安装于各个环形凹槽内，且密封圈圆周外侧表面弹性紧抵注浆管内侧壁上。
作为本发明的进一步改进，所述注浆管连接器本体上下两个截顶锥形结构表面上分别形成三道平行间隔排列的凹槽结构，凹槽结构开口朝向本体直径大的一侧还设有一圈外凸的挡板，该挡板止挡于密封圈朝向本体直径大的一侧表面，所述密封圈与凹槽侧壁之间涂有AB结构胶。
作为本发明的进一步改进，所述管桩端板圆周外侧壁上还设有至少一条标志线。
作为本发明的进一步改进，还设有止逆阀，止逆阀固定安装于注浆管下端出口内。
作为本发明的进一步改进，还设有三通管，该三通管上端能够固定插设于注浆出口内并与之连通，三通管下端封闭，三通管侧端形成与管桩圆周外侧表面对齐的弧形端面，该三通管的侧端形成注浆管的出口。(根据设计要求，在需要进行桩侧注浆的位置，通过在注浆管位置的注浆管出口连接三通管
作为本发明的进一步改进，还设有桩尖，桩尖能够固定安装于管桩下端，且桩尖上形成有与注浆管出口位置对应的镂空避让口。
一种后注浆预应力管桩施工工艺，具体步骤如下：
步骤一：管桩设计和注浆量设计：
根据《建筑桩基技术规范》和钻孔灌注桩的经验公式进行计算对管桩和注浆量进行设计计算；
步骤二：带注浆管管桩的制作：
先将注浆管与管桩的预应力钢棒和箍筋形成的骨架固定，然后在管桩两端安装端板，施工中管桩无接管的端部，注浆管插入端板的插孔内即可，施工中管桩需接管的端部，端板选择穿孔为锥形孔的结构，将注浆管穿入端板的锥形孔内，然后通过锥形螺母内丝纹与注浆管顶部的外丝纹进行旋转连接，并将拧紧螺母套在注浆管伸出锥形螺母的外侧，通过高强插削旋转拧紧螺母带动锥形螺母旋转使注浆管位于管桩端板锥形孔的中心位置，然后在注浆管端口内设置保护塞对其进行封堵。
步骤三：管桩施工：
a.根据周边环境和土层情况选择锤击法或静压法进行施工；
b.根据施工方法选择适合锤击或适合静压的施工设备，并在场地中根据设计图纸进行桩位放线；
c.桩施工前，检查注浆管内是否被堵塞，确保注浆管通畅；
d.先在第一节管桩的注浆管出口安装止逆阀，桩端注浆直接将止逆阀安装在注浆管下端出口，桩侧注浆的，将止逆阀安装在注浆管下端三通的侧壁出口上；
e.焊接桩尖；
f.将管桩利用桩机施工机械的汽车吊具进行吊装至设计位置；
g.开始进行锤击或静压施工；
h.管桩锤击或静压施工完成后进行送桩，对于需要在管桩顶标高于地面500mm左右时，拔除注浆管的保护塞，按照设计要求进行送桩，从而完成后注浆预应力管桩锤击或静压的施工；
步骤四：后注浆的施工：
在拔除了保护塞的管桩内注浆管上安装注浆头，将注浆头连接到高压注浆设备后，启动高压注浆设备实现高压注浆。
作为本发明的进一步改进，所述在管桩施工过程中需要接桩时，在步骤g和步骤h之间增加以下步骤：
i.当第一节管桩施工至离自然地标高1.0m左右，拔除注浆管端口保护塞，开始在该节管桩内的注浆管端口安装注浆管连接器，安装注浆管连接器时先在注浆管连接器本体上安装密封圈并涂刷AB结构胶，然后再将注浆管连接器插入顶部的注浆管内”
j.在第一节管桩上端外侧安装专用桩位调整器，并保证专用桩位调整器外侧壁上的对位杆与管桩端板侧壁上的标志线重叠；
k.吊装第二节管桩，拔除第二节管桩下部的注浆管端口保护塞，在第二节管桩下端离第一节管桩上端垂直距离为10cm左右的时候，在第二节管桩下端外侧安装专用桩位调整器，并保证专用桩位调整器外侧壁上的对位杆与该管桩端板侧壁上的标志线重叠；
l.操作第二节管桩上专用桩位调整器侧壁上的对位杆，并使其与第一节管桩上的专用桩位调整器侧壁上的对位杆对齐，然后缓慢下降第二节管桩使第一节管桩内注浆管上端的注浆管连接器插入第二节管桩内的注浆管下端内，直至第一节管桩上端与第二节管庄下端的端板重叠；
m.拆除两节管桩上的专用桩位调整器，开始进行两节管桩的焊接，并做好冷却措施；
n.待焊缝冷却后，开始进行继续锤击或静压施工；
o.重复步骤i-n步骤实现多节管桩接桩。
作为本发明的进一步改进，步骤一中管桩设计参考《建筑桩基技术规范》，并采用下述公式进行参数计算：
Quk＝Qsk+Qgsk+Qgpk
＝u∑qsjklj+u∑βsiqsiklgi+βpqpkAp
其中：
Qsk——后注浆非竖向增强段的总极限侧阻力标准值；
Qgsk——后注浆竖向增强段的总极限侧阻力标准值；
Qgpk——后注浆总极限端阻力标准值；
u——桩身周长；
lj——后注浆非竖向增强段第j层土厚度；
lgi——后注浆竖向增强段内第i层土厚度：对于泥浆护壁成孔灌注桩，当为单一桩端后注浆时，竖向增强段为桩端以上12m；当为桩端、桩侧复式注浆时，竖向增强段为桩端以上12m及各桩侧注浆断面以上12m，重叠部分应扣除：对于干作业灌注桩，竖向增强段为桩端以上、桩侧注浆断面上下各6m；
qsik、qsjk、qpk——分别为后注浆竖向增强段第i土层初始极限侧阻力标准值、非竖向增强段第j土层初始极限侧阻力标准值、初始极限端阻力标准值；根据本规范第5.3.5条确定；
βsi、βp——分别为后注浆侧阻力、端阻力增强系数，无当地经验时，可按表5.3.10取值。对于桩径大于800mm的桩，应按本规范表5.3.6-2进行侧阻和端阻尺寸效应修正。
后注浆侧阻力增强系数βsi、端阻力增强系数βp
干作业钻、挖孔桩，βp按表列值乘以小于1.0的折减系数。当桩端持力层为黏性土或粉土时，折减系数取0.6；为砂土或碎石土时，取0.8。
注浆量设计的具体计算公式为：
Gc＝αpd+αind
式中αp，αi——分别为桩端、桩侧注浆量经验系数，αp＝1.5～1.8，αi＝0.5～0.7：对于卵、砾石、中粗砂取较高值；
n——桩侧注浆断面数；
d——基桩设计直径(m)；
Gc——注浆量，以水泥质量计(t)；
对独立单桩、桩距大于６d的群桩和群桩初始注浆的数根基桩的注浆量应按上述估算值乘以1.2的系数。
作为本发明的进一步改进，所述在采用锤击法进行管桩施工时，锤击前，先在管桩顶部安装桩垫。
作为本发明的进一步改进，专用桩位调整器包括第一半圆形套、第二半圆形套、连接螺栓、连接螺母和对位杆，所述第一、二半圆形套两端分别设有径向向外延伸的耳部，耳部上设有连接孔，第一、二半圆形套对接形成恰能够套设于管桩外侧的圆形套，连接螺栓穿设于第一、二半圆形套耳部上的连接孔内并最终与连接螺母螺接，对位杆固定安装于第一、二半圆形套上，对位杆沿第一、二半圆形套轴向延伸。
作为本发明的进一步改进，在采用静压法对管桩进行施工时，遇到较为难穿越的土层时，在管桩顶安装上高压水和高压气的注浆头，使其与注浆管连通，启动高压水和高压气动力装置，利用高压水和高压气对桩端进行水力破坏，降低静压过程中的桩端阻力，当穿越过坚硬土层后，水气压力根据静压的压桩力值进行动态调整，并保持水压力和气压力值大于设定值。
作为本发明的进一步改进，当桩顶标高低于自然地面标高时，将管桩的注浆管连接一辅助注浆管，并将辅助注浆管引至送桩器的顶部，并将辅助注浆管与高压注浆设备连接进行注浆。
本发明的有益技术效果是：本发明通过在管桩内对称预埋两套注浆管，并与管桩一同生产制作，在施工时，如遇管桩穿越密实土层，注浆管可兼做用于高压气与高压水的注射，从而利用高压水和高压气形成的切割作用，辅助管桩的沉桩，从而达到能够顺利穿越密实土层的作用，同时注浆管还可根据不同的施工情况进行调整，如需进行管桩的侧壁注浆，可在注浆管后设置三通，形成桩侧的注浆工艺，本发明改变了原有的预应力管桩注浆模式，并通过设计将注浆管集成到预应力管桩中，设计了专用的注浆管连接器、桩端止逆塞、辅助注浆管、专用送桩器以及专用桩位调整器，大大提升了后注浆预应力管桩的可推广性，也拓宽了预应力管桩的应用范围，降低了静压法预应力管桩穿越坚硬土层的静压桩力，大大提升了预应力管桩的承载性能。相对于传统的钻孔灌注桩，具有施工速度快、桩身质量可靠、对外界环境影响小，承载力高的特点、综合经济性能和社会性能都大大优于传统的桩基。
附图说明
图1为本发明的管桩接管原理主视图；
图2为图1中A部放大图；
图3为管桩端板主视图；
图4为管桩端板俯视图；
图5为注浆管插入管桩端板的穿孔内示意图；
图6为管桩端板穿孔内放入锥形螺母状态图；
图7为通过拧紧螺母和高强插销锁紧状态图；
图8为锥形螺母结构原理示意图；
图9为拧紧螺母主视图；
图10为拧紧螺母俯视图；
图11为高强插销主视；
图12为注浆管连接器结构原理示意图；
图13为注浆管开口示意图；
图14为注浆管连接器插图注浆管内原理图；
图15为专用桩位调整器结构原理图；
图16为专用桩位调整器的第一半圆套主视图；
图17为专用桩位调整器的第二半圆套主视图；
图18为专用桩位调整器与管桩端板位置图。
具体实施方式
一种后注浆预应力管桩，包括管桩1、注浆管2和管桩端板3，所述呈环形的管桩端板3固定安装于管桩1两端，管桩端板3上沿管桩1轴线对称设有两个穿孔4，且该两个穿孔4轴线以及管桩1轴线位于同一平面上，两根注浆管2分别经过管桩端板3上的两个穿孔4插设于管桩1内，两个注浆管2外侧壁分别与管桩1内的骨架固定连接，通过在管桩1内对称预埋两套注浆管2，并与管桩1一同生产制作，在施工时，如遇管桩1穿越密实土层，则可兼做用于高压气与高压水的注射，从而利用高压水和高压气形成的切割作用，辅助管桩1的沉桩，从而达到能够顺利穿越密实土层的作用。同时可根据不同的施工情况进行调整，如需进行管桩1的侧壁注浆，可在需要进行注浆的对应位置处的注浆管2上设置三通，形成桩侧的注浆工艺。
所述注浆管2为长度与管桩1长度一致的无缝钢管，采用Q345B直径为25mm，壁厚为3mm的无缝钢管制作，能够抵抗住管桩1制作过程中的离心和高温高压的作用，同时预埋的钢管相当于在预应力管桩1内设置直径为16的二级钢，提升了先张法预应力管桩1的延性性能。
所述管桩端板3上的两个穿孔4为圆孔，该种结构适用于不需要接桩的管桩1端面上，如一节桩结构以及多节桩桩顶和桩底不需要接桩的端面，由于一节管桩1不存在对接的问题，两个圆孔用于放置注浆管2，圆孔直径为28mm，从而确保注浆管2能够插入端板，注浆管2的长度与管桩1的长度保持一致。
所述管桩端板3上的两个穿孔4为锥形孔，且该锥形孔朝向管桩1一端直径小于背向管桩1一端直径，还设有锥形螺母5，锥形螺母5插设于管桩端板3的锥形孔内，且注浆管2外侧壁上设有外螺纹，注浆管2与锥形螺母5通过螺纹固定连接，该种管桩端板3与注浆管2连接结构适用于至少两节管桩1需要接桩的位置，尤其是对于三节及以上节桩，涉及到一节桩的两端都需要与相邻桩进行连接，此时就需要考虑一节桩两个端板连接的注浆管2端头位置必须精确定位，以便能够在施工时上下两节桩的注浆管2能够进行精确对接。具体制作如下：
对于PHC管桩1，其端板的厚度一般为25mm和28mm，通过在端板对称位置开两个锥形孔(两个锥形孔的中心连线必须通过端板的圆心)，锥形孔内部光滑，对于25mm厚的端板锥形孔尺寸为：下部为直径40mm，上部直径为50mm，对于28mm厚的端板，下部直径为40mm，上部直径为50+12mm。
注浆管2两端外侧进行套丝，按照直径为25mm的钢筋连接规范(具体要求见钢筋机械连接规范对应的套丝要求)。
锥形螺母5端面上设有至少两个插销孔6，还设有拧紧螺母7和高强插销8，所述拧紧螺母7端面上设有与锥形螺母5端面上插销孔6正对的锥形销孔9，拧紧螺母7紧抵锥形螺母5直径大的一端端面上，高强插销8能够拆卸的对应插设于锥形销孔9和插销孔6内，且高强插销8漏出管桩端板3表面的一端上还设有与插销孔6轴向交叉的操作柄(便于拆卸)，为确保注浆管2位置能够在端板内固定，且注浆管2的中心与端板开孔的中心重叠。本套技术采用了一种锥形螺母5，锥形螺母5的内套丝按照与注浆管2外丝纹相对应的进行加工制作。锥形螺母5高度为20mm，底部外径为40mm，上部外径为48mm，锥形螺母5四周留有六个直径为4mm的插削孔，拧紧螺母7采用六角螺母，拧紧螺母7的最外轮廓直径为45mm，拧紧螺母7上设置与锥形螺母5对应的设置六个对称的直径为4mm锥形孔，拧紧螺母7内径为20mm，厚度为30mm，拧紧螺母7可不制作丝纹，相当于垫块。高强插销8采用L型结构，也可以为T形结构，高强插销8长边长度为40mm，长边底部直径为3.5mm，上部直径为4mm，高强插销8短边长度为10mm，直径均为4mm,注浆管2的两端口锥形结构侧壁厚度由3mm过渡到2mm，高度20mm，注浆管2要求内壁光滑，其中锥形螺母5上的插销孔6也可以是三个、四个、八个等其他数量，均匀分布与锥形螺母5上即可。
所述注浆管2端部形成内径渐扩大的锥形结构，还设有注浆管2连接器，注浆管2连接器两端分别能够紧密插设于相邻两节管桩1内的注浆管2内，包括本体10和密封圈11，所述本体10呈两端外径小于中间外径的筒体结构，本体10上端和下端形成结构对称的截顶锥形结构，本体10圆周外侧壁上设置设有至少两个环形凹槽，各个环形凹槽对称分布于本体10上下两个截顶锥形结构表面上，密封圈11分别一一对应的固定安装于各个环形凹槽内，且密封圈11圆周外侧表面弹性紧抵注浆管2内侧壁上，为确保注浆管2能够与下节管桩1的注浆管2进行对中连接，且能够在后期抵抗住高压的影响，同时不发生漏气，采用两个倒锥形结构拼接而成注浆管2连接器，两个倒锥形连接部分的外径为18.6mm，两个端口的外径为15mm，内部下缘的壁厚为1.0mm，高度为60mm，通过密封圈11实现注浆管2与注浆管2连接器的密封。
所述注浆管2连接器本体10上下两个截顶锥形结构表面上分别形成三道平行间隔排列的凹槽结构，凹槽结构开口朝向本体10直径大的一侧还设有一圈外凸的挡板12，该挡板12止挡于密封圈11朝向本体10直径大的一侧表面，所述密封圈11与凹槽侧壁之间涂有AB结构胶，在两个倒锥形体上分别采用三道厚度达到3mm、2.5mm、2mm的密封圈11套在凹槽上，凹槽深度不超过0.5mm，并设置1mm的挡板12，确保密封圈11不上移，并采用AB结构胶进行涂抹，AB结构胶涂抹厚度不得小于3mm，AB结构胶能够抵抗焊接引起的高温影响，确保在连接部位不发生渗漏。
所述管桩端板3圆周外侧壁上还设有至少一条标志线，标志线可以为沿管桩1轴向延伸的竖直线，竖直线可以是凸出的也可以是内凹的，标志线可以对称的设于管桩1管板两个相对侧，两节管桩1对接时，只需要将两根管桩1连接的桩端板侧面标志线保持在一根直线上，从而就可以确保管桩1的两个注浆管2在连接部位保持重叠，确保了在管桩1连接时，对注浆管2的快速、准确对接。
还设有止逆阀，止逆阀固定安装于注浆管2下端出口内，止逆阀可以采用锥形橡胶进行制作，通过止逆阀可避免外围水土压力进入注浆管2内，而从注浆管2进行高压注射时，高压液体很容易冲破止逆阀，注浆液体进入桩端或桩侧土。
还设有三通管，该三通管上端能够固定插设于注浆出口内并与之连通，三通管下端封闭，三通管侧端形成与管桩1圆周外侧表面对齐的弧形端面，该三通管的侧端形成注浆管2的出口，根据设计要求，在需要进行桩侧注浆的位置，通过在注浆管2位置的注浆管2出口连接三通管(壁厚为25mm的连通三通管)，其中三通管下端出口封死，避免出液，三通管侧端出口处采用倒锥形设置，即口部壁厚仅为2mm，延伸高度为30mm，三通管侧端的长度为注浆管2到管桩1外侧壁的距离，三通管侧端外端口采用弧形，确保与管桩1的外壁一致，该结构实现了桩侧注浆，三通管出口采用倒锥形能够避免外围水土进入三通管及注浆管2内。
还设有桩尖，桩尖能够固定安装于管桩1下端，且桩尖上形成有与注浆管2出口位置对应的镂空避让口，利用桩尖作为注浆口的保护装置，从而减少对注浆口的破坏，桩尖可以为十字型开口桩尖。
一种后注浆预应力管桩施工工艺，具体步骤如下：
步骤一：管桩1设计和注浆量设计：
根据《建筑桩基技术规范》和钻孔灌注桩的经验公式进行计算对管桩1和注浆量进行设计计算；
步骤二：带注浆管2管桩1的制作：
先将注浆管2与管桩1的预应力钢棒和箍筋形成的骨架固定，然后在管桩1两端安装端板，施工中管桩1无接管的端部，注浆管2插入端板的插孔内即可，施工中管桩1需接管的端部，端板选择穿孔4为锥形孔的结构，将注浆管2穿入端板的锥形孔内，然后通过锥形螺母5内丝纹与注浆管2顶部的外丝纹进行旋转连接，并将拧紧螺母7套在注浆管2伸出锥形螺母5的外侧，通过高强插削旋转拧紧螺母7带动锥形螺母5旋转使注浆管2位于管桩端板3锥形孔的中心位置，然后在注浆管2端口内设置保护塞对其进行封堵。
锥形螺母5旋转时，由于锥形螺母5外壁是光滑的，且端板的锥形孔内壁是光滑的，两个斜率保持一致，通过拧紧螺母7带动锥形螺母5先转，使锥形螺母5外壁与端板的锥形孔紧密相贴，从而确保注浆管2位于管桩端板3锥形孔的中心位置，从而实现了精确定位，在注浆管2口部设置与之对应的保护塞封堵可防止注浆管2被堵塞，保护塞可采用木材制作。
步骤三：管桩1施工：
a.根据周边环境和土层情况选择锤击法或静压法进行施工；
b.根据施工方法选择适合锤击或适合静压的施工设备，并在场地中根据设计图纸进行桩位放线；
c.桩施工前，检查注浆管2内是否被堵塞，确保注浆管2通畅(在出厂时，两端一般给予封堵，避免杂物进入，施工前需拆除注浆管2的两端封堵)；
d.先在第一节管桩1的注浆管2出口安装止逆阀，桩端注浆直接将止逆阀安装在注浆管2下端出口，桩侧注浆的，将止逆阀安装在注浆管2下端三通的侧壁出口上(确保水土不进入注浆管2)；
e.焊接桩尖；
f.将管桩1利用桩机施工机械的汽车吊具进行吊装至设计位置；
g.开始进行锤击或静压施工；
h.管桩1锤击或静压施工完成后进行送桩，对于需要在管桩1顶标高于地面500mm左右时，拔除注浆管2的保护塞，按照设计要求进行送桩，从而完成后注浆预应力管桩锤击或静压的施工；
步骤四：后注浆的施工：
在拔除了保护塞的管桩内注浆管上安装注浆头，将注浆头连接到高压注浆设备后，启动高压注浆设备实现高压注浆，采用与钻孔灌注桩同样的设备，进行高压注浆，主要控制好注浆压力和注浆量，与钻孔灌注桩不同的是，由于钻孔灌注桩注浆管2出浆口均被混凝土包裹，所以注浆的时间在钻孔灌注桩成桩后一般1天到3天开始进行注浆，以防止混凝土硬化后，注浆压力无法冲破注浆阀而形成死管，相应地，对于桩顶标高低于自然地面的，钻孔灌注桩的注浆管2也必须引导地面上来，造成了注浆管2大量浪费，本发明的管桩1，由于外围没有混凝土体。注浆过程中仅需对土体进行劈裂破坏。因此，对于桩顶标高低于自然地面的，可在基坑开挖后进行后注浆处理，从而节省了送桩段辅助注浆管2的费用。对于试桩部分，因桩顶标高基本与自然地面标高齐平，不需要设置辅助注浆管2，故可在试桩施工完后，就可以进行后注浆施工，从而确定试桩参数和试桩承载力。
所述在管桩1施工过程中需要接桩时，在步骤g和步骤h之间增加以下步骤：
i.当第一节管桩1施工至离自然地标高1.0m左右，拔除注浆管2端口保护塞，开始在该节管桩1内的注浆管2端口安装注浆管2连接器，安装注浆管2连接器时先在注浆管2连接器本体10上安装密封圈11并涂刷AB结构胶，然后再将注浆管2连接器插入顶部的注浆管2内”
j.在第一节管桩1上端外侧安装专用桩位调整器，并保证专用桩位调整器外侧壁上的对位杆15与管桩端板3侧壁上的标志线重叠；
k.吊装第二节管桩1，拔除第二节管桩1下部的注浆管2端口保护塞，在第二节管桩1下端离第一节管桩1上端垂直距离为10cm左右的时候，在第二节管桩1下端外侧安装专用桩位调整器，并保证专用桩位调整器外侧壁上的对位杆15与该管桩端板3侧壁上的标志线重叠；
l.操作第二节管桩1上专用桩位调整器侧壁上的对位杆15，并使其与第一节管桩1上的专用桩位调整器侧壁上的对位杆15对齐，然后缓慢下降第二节管桩1使第一节管桩1内注浆管2上端的注浆管2连接器插入第二节管桩1内的注浆管2下端内，直至第一节管桩1上端与第二节管庄下端的端板重叠，通过专用桩位调整器侧壁上的对位杆15与桩端板侧壁的标志线重叠，从而确保专用桩位调整器下部的位置能够精确定位注浆管2的位置，利用两个对位杆15实现下一节管桩1与上一节管桩1的对位；
m.拆除两节管桩1上的专用桩位调整器，开始进行两节管桩1的焊接，并做好冷却措施；
n.待焊缝冷却后，开始进行继续锤击或静压施工；
o.重复步骤i-n步骤实现多节管桩1接桩。
步骤一中管桩1设计参考《建筑桩基技术规范》，并采用下述公式进行参数计算：
Quk＝Qsk+Qgsk+Qgpk
＝uΣqsjklj+u∑βsiqsiklgi+βpqpkAp
其中：
Qsk——后注浆非竖向增强段的总极限侧阻力标准值；
Qgsk——后注浆竖向增强段的总极限侧阻力标准值；
Qgpk——后注浆总极限端阻力标准值；
u——桩身周长；
lj——后注浆非竖向增强段第j层土厚度；
lgi——后注浆竖向增强段内第i层土厚度：对于泥浆护壁成孔灌注桩，当为单一桩端后注浆时，竖向增强段为桩端以上12m；当为桩端、桩侧复式注浆时，竖向增强段为桩端以上12m及各桩侧注浆断面以上12m，重叠部分应扣除；对于干作业灌注桩，竖向增强段为桩端以上、桩侧注浆断面上下各6m；
qsik、qsjk、qpk——分别为后注浆竖向增强段第i土层初始极限侧阻力标准值、非竖向增强段第j土层初始极限侧阻力标准值、初始极限端阻力标准值；根据本规范第5.3.5条确定；
βsi、βp——分别为后注浆侧阻力、端阻力增强系数，无当地经验时，可按表5.3.10取值。对于桩径大于800mm的桩，应按本规范表5.3.6-2进行侧阻和端阻尺寸效应修正。
后注浆侧阻力增强系数βsi、端阻力增强系数βp
干作业钻、挖孔桩，βp按表列值乘以小于1.0的折减系数。当桩端持力层为黏性土或粉土时，折减系数取0.6；为砂土或碎石土时，取0.8。
注浆量设计的具体计算公式为：
Gc＝αpd+αind
式中αp、αi——分别为桩端、桩侧注浆量经验系数，αp＝1.5～1.8，αi＝0.5～0.7；对于卵、砾石、中粗砂取较高值；
n——桩侧注浆断面数；
d——基桩设计直径(m)；
Gc——注浆量，以水泥质量计(t)；
对独立单桩、桩距大于6d的群桩和群桩初始注浆的数根基桩的注浆量应按上述估算值乘以1.2的系数；
所述在采用锤击法进行管桩1施工时，锤击前，先在管桩1顶部安装桩垫，避免直接重锤锤击桩顶，从而加强注浆管2的保护。
专用桩位调整器包括第一半圆形套13、第二半圆形套14、连接螺栓、连接螺母和对位杆15，所述第一、二半圆形套两端分别设有径向向外延伸的耳部16，耳部16上设有连接孔17，第一、二半圆形套对接形成恰能够套设于管桩1外侧的圆形套，连接螺栓穿设于第一、二半圆形套耳部16上的连接孔17内并最终与连接螺母螺接，对位杆15固定安装于第一、二半圆形套上，对位杆15沿第一、二半圆形套轴向延伸，为确保两节桩在施工过程中，下一节桩的注浆管2能够准确定位到已安装至施工的注浆管2连接器上，单纯靠人为的调整是比较困难的，而采用该专用桩位调整器就轻松很多，对位杆15在第一半圆形套13和第二半圆形套14上的定位可以为焊接固定。
在采用静压法对管桩1进行施工时，遇到较为难穿越的土层时，在管桩1顶安装上高压水和高压气的注浆头，使其与注浆管2连通，启动高压水和高压气动力装置，利用高压水和高压气对桩端进行水力破坏，降低静压过程中的桩端阻力，当穿越过坚硬土层后，水气压力根据静压的压桩力值进行动态调整，并保持水压力和气压力值大于设定值，需要接桩时，待管桩1压至离自然地面标高约1.0m处，进行换注浆头，将注浆头安装在另一节待施工管桩1的顶部，并与其注浆管2相连，直至最后一节管桩1。
当桩顶标高低于自然地面标高时，将管桩1的注浆管2连接一辅助注浆管2，并将辅助注浆管2引至送桩器的顶部，并将辅助注浆管2与高压注浆设备连接进行注浆，近年来，随着经济的高速发展，地下空间已被大量开发利用，相应的建筑物下的桩基础其桩顶标高也设置于地下室底板板底标高对应的位置，此时桩往往就需要送到地表以下，此时在桩基施工时，需要采用送桩器将管桩1送入到设计标高，如果需要在基坑开挖前，就进行注浆，则需要采用辅助注浆管2将注浆管2引至自然地面，即直接在送桩器对应的位置，开设相应的孔，将辅助注浆管2与注浆管2按照两根桩的连接一样采用注浆管2连接器进行连接，将注浆管2引出来即可。
Claims (18)
1.一种后注浆预应力管桩，其特征为：包括管桩(1)、注浆管(2)和管桩端板(3)，所述呈环形的管桩端板固定安装于管桩两端，管桩端板上沿管桩轴线对称设有两个穿孔(4)，且该两个穿孔轴线以及管桩轴线位于同一平面上，两根注浆管分别经过管桩端板上的两个穿孔插设于管桩内，两个注浆管外侧壁分别与管桩内的骨架固定连接。
2.根据权利要求1所述的后注浆预应力管桩，其特征为：所述注浆管为长度与管桩长度一致的无缝钢管。
3.根据权利要求1所述的后注浆预应力管桩，其特征为：所述管桩端板上的两个穿孔为圆孔。
4.根据权利要求1所述的后注浆预应力管桩，其特征为：所述管桩端板上的两个穿孔为锥形孔，且该锥形孔朝向管桩一端直径小于背向管桩一端直径，还设有锥形螺母(5)，锥形螺母插设于管桩端板的锥形孔内，且注浆管外侧壁上设有外螺纹，注浆管与锥形螺母通过螺纹固定连接。
5.根据权利要求4所述的后注浆预应力管桩，其特征为：锥形螺母端面上设有至少两个插销孔(6)，还设有拧紧螺母(7)和高强插销(8)，所述拧紧螺母端面上设有与锥形螺母端面上插销孔正对的锥形销孔(9)，拧紧螺母紧抵锥形螺母直径大的一端端面上，高强插销能够拆卸的对应插设于锥形销孔和插销孔内，且高强插销漏出管桩端板表面的一端上还设有与插销孔轴向交叉的操作柄。
6.根据权利要求1或4所述的后注浆预应力管桩，其特征为：所述注浆管端部形成内径渐扩大的锥形结构，还设有注浆管连接器，注浆管连接器两端分别能够紧密插设于相邻两节管桩内的注浆管内，包括本体(10)和密封圈(11)，所述本体呈两端外径小于中间外径的筒体结构，本体上端和下端形成结构对称的截顶锥形结构，本体圆周外侧壁上设置设有至少两个环形凹槽，各个环形凹槽对称分布于本体上下两个截顶锥形结构表面上，密封圈分别一一对应的固定安装于各个环形凹槽内，且密封圈圆周外侧表面弹性紧抵注浆管内侧壁上。
7.根据权利要求6所述的后注浆预应力管桩，其特征为：所述注浆管连接器本体上下两个截顶锥形结构表面上分别形成三道平行间隔排列的凹槽结构，凹槽结构开口朝向本体直径大的一侧还设有一圈外凸的挡板(12)，该挡板止挡于密封圈朝向本体直径大的一侧表面，所述密封圈与凹槽侧壁之间涂有AB结构胶。
8.根据权利要求1所述的后注浆预应力管桩，其特征为：所述管桩端板圆周外侧壁上还设有至少一条标志线。
9.根据权利要求1所述的后注浆预应力管桩，其特征为：还设有止逆阀，止逆阀固定安装于注浆管下端出口内。
10.根据权利要求9所述的后注浆预应力管桩，其特征为：还设有三通管，该三通管上端能够固定插设于注浆出口内并与之连通，三通管下端封闭，三通管侧端形成与管桩圆周外侧表面对齐的弧形端面，该三通管的侧端形成注浆管的出口。(根据设计要求，在需要进行桩侧注浆的位置，通过在注浆管位置的注浆管出口连接三通管。
11.根据权利要求1所述的后注浆预应力管桩，其特征为：还设有桩尖，桩尖能够固定安装于管桩下端，且桩尖上形成有与注浆管出口位置对应的镂空避让口。
12.一种权利要求1所述的后注浆预应力管桩施工工艺，其特征为：具体步骤如下：
步骤一：管桩设计和注浆量设计：
根据《建筑桩基技术规范》和钻孔灌注桩的经验公式进行计算对管桩和注浆量进行设计计算；
步骤二：带注浆管管桩的制作：
先将注浆管与管桩的预应力钢棒和箍筋形成的骨架固定，然后在管桩两端安装端板，施工中管桩无接管的端部，注浆管插入端板的插孔内即可，施工中管桩需接管的端部，端板选择穿孔为锥形孔的结构，将注浆管穿入端板的锥形孔内，然后通过锥形螺母内丝纹与注浆管顶部的外丝纹进行旋转连接，并将拧紧螺母套在注浆管伸出锥形螺母的外侧，通过高强插削旋转拧紧螺母带动锥形螺母旋转使注浆管位于管桩端板锥形孔的中心位置，然后在注浆管端口内设置保护塞对其进行封堵；
步骤三：管桩施工：
a.根据周边环境和土层情况选择锤击法或静压法进行施工；
b.根据施工方法选择适合锤击或适合静压的施工设备，并在场地中根据设计图纸进行桩位放线；
c.桩施工前，检查注浆管内是否被堵塞，确保注浆管通畅；
d.先在第一节管桩的注浆管出口安装止逆阀，桩端注浆直接将止逆阀安装在注浆管下端出口，桩侧注浆的，将止逆阀安装在注浆管下端三通的侧壁出口上；
e.焊接桩尖；
f.将管桩利用桩机施工机械的汽车吊具进行吊装至设计位置；
g.开始进行锤击或静压施工；
h.管桩锤击或静压施工完成后进行送桩，对于需要在管桩顶标高于地面500mm左右时，拔除注浆管的保护塞，按照设计要求进行送桩，从而完成后注浆预应力管桩锤击或静压的施工；
步骤四：后注浆的施工：
在拔除了保护塞的管桩内注浆管上安装注浆头，将注浆头连接到高压注浆设备后，启动高压注浆设备实现高压注浆。
13.根据权利要求12所述的后注浆预应力管桩施工工艺，其特征为：所述在管桩施工过程中需要接桩时，在步骤g和步骤h之间增加以下步骤：
i.当第一节管桩施工至离自然地标高1.0m左右，拔除注浆管端口保护塞，开始在该节管桩内的注浆管端口安装注浆管连接器，安装注浆管连接器时先在注浆管连接器本体上安装密封圈并涂刷AB结构胶，然后再将注浆管连接器插入顶部的注浆管内”
j.在第一节管桩上端外侧安装专用桩位调整器，并保证专用桩位调整器外侧壁上的对位杆与管桩端板侧壁上的标志线重叠；
k.吊装第二节管桩，拔除第二节管桩下部的注浆管端口保护塞，在第二节管桩下端离第一节管桩上端垂直距离为10cm左右的时候，在第二节管桩下端外侧安装专用桩位调整器，并保证专用桩位调整器外侧壁上的对位杆与该管桩端板侧壁上的标志线重叠；
l.操作第二节管桩上专用桩位调整器侧壁上的对位杆，并使其与第一节管桩上的专用桩位调整器侧壁上的对位杆对齐，然后缓慢下降第二节管桩使第一节管桩内注浆管上端的注浆管连接器插入第二节管桩内的注浆管下端内，直至第一节管桩上端与第二节管庄下端的端板重叠；
m.拆除两节管桩上的专用桩位调整器，开始进行两节管桩的焊接，并做好冷却措施；
n.待焊缝冷却后，开始进行继续锤击或静压施工；
o.重复步骤i-n步骤实现多节管桩接桩。
14.根据权利要求12所述的后注浆预应力管桩施工工艺，其特征为：步骤一中管桩设计参考《建筑桩基技术规范》，并采用下述公式进行参数计算：
Quk＝Qsk+Qgsk+Qgpk
＝u∑qsjklj+u∑βziqsiklgi+βpqpkAp
其中：
Qk——后注浆非竖向增强段的总极限侧阻力标准值；
Qgtk——后注浆竖向增强段的总极限侧阻力标准值；
Qgpk——后注浆总极限端阻力标准值；
u——桩身周长；
lj——后注浆非竖向增强段第j层土厚度；
lgi——后注浆竖向增强段内第i层土厚度：对于泥浆护壁成孔灌注桩，当为单一桩端后注浆时，竖向增强段为桩端以上12m：当为桩端、桩侧复式注浆时，竖向增强段为桩端以上12m及各桩侧注浆断面以上12m，重叠部分应扣除：对于干作业灌注桩，竖向增强段为桩端以上、桩侧注浆断向上下各6m：
qsik、qsjk、qpk——分别为后注浆竖向增强段第i土层初始极限侧阻力标准值、非竖向增强段第j土层初始极限侧阻力标准值、初始极限端阻力标准值：根据本规范第5.3.5条确定：
βsi、βP——分别为后注浆侧阻力、端阻力增强系数，无当地经验时，可按表5.3.10取值。对于桩径大于800mm的桩，应按本规范表5.3.6-2进行侧阻和端阻尺寸效应修正
后注浆侧阻力增强系数βsi、端阻力增强系数βp
干作业钻、挖孔桩，βp按表列值乘以小于1.0的折减系数。当桩端持力层为黏性土或粉土时，折减系数取0.6：为砂土或碎石土时，取0.8。
注浆量设计的具体计算公式为：
Gc＝αpd+αsnd
式中αp、αs——分别为桩端、桩侧注浆量经验系数，αp＝1.5～1.8，αs＝0.5～0.7；对于卵、砾石、中粗砂取较高值；
n——桩侧注浆断面数；
d——基桩设计直径(m)：
Gc——注浆量，以水泥质量计(t)：
对独立单桩、桩距大于6d的群桩和群桩初始注浆的数根基桩的注浆量应按上述估算值乘以1.2的系数。
15.根据权利要求12所述的后注浆预应力管桩施工工艺，其特征为：所述在采用锤击法进行管桩施工时，锤击前，先在管桩顶部安装桩垫。
16.根据权利要求13所述的后注浆预应力管桩施工工艺，其特征为：专用桩位调整器包括第一半圆形套(13)、第二半圆形套(14)、连接螺栓、连接螺母和对位杆(15)，所述第一、二半圆形套两端分别设有径向向外延伸的耳部(16)，耳部上设有连接孔(17)，第一、二半圆形套对接形成恰能够套设于管桩外侧的圆形套，连接螺栓穿设于第一、二半圆形套耳部上的连接孔内并最终与连接螺母螺接，对位杆固定安装于第一、二半圆形套上，对位杆沿第一、二半圆形套轴向延伸。
17.根据权利要求12所述的后注浆预应力管桩施工工艺，其特征为：在采用静压法对管桩进行施工时，遇到较为难穿越的土层时，在管桩顶安装上高压水和高压气的注浆头，使其与注浆管连通，启动高压水和高压气动力装置，利用高压水和高压气对桩端进行水力破坏，降低静压过程中的桩端阻力，当穿越过坚硬土层后，水气压力根据静压的压桩力值进行动态调整，并保持水压力和气压力值大于设定值。
18.根据权利要求12所述的后注浆预应力管桩施工工艺，其特征为：当桩顶标高低于自然地面标高时，将管桩的注浆管连接一辅助注浆管，并将辅助注浆管引至送桩器的顶部，并将辅助注浆管与高压注浆设备连接进行注浆。
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