CN108972869A - 埋入式后压浆预制管桩生产用模具和生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种埋入式后压浆预制管桩生产用模具和相应的生产方法，能够根据需要制得具有相应粗糙度的预制管桩，以满足不同桩基工程需求。本发明所提供的埋入式后压浆预制管桩生产用模具，其特征在于，管模，包含：可拆卸地固定在一起围成管腔的两块半圆柱形的半模，和分别可拆卸地盖合在管腔的上下两端口上的两个盖板，每个半模上均等间距设有多排第一安装孔；多个凸块，与半模相匹配，并且设有与第一安装孔相对应的第二安装孔；固定件，通过第二安装孔和第一安装孔将多个凸块分别可拆卸地固定贴合在半模内表面的预定位置上；以及封堵件，可拆卸地安装在半模内，对半模内、未固定安装有凸块的所有第一安装孔进行封堵。

Description

埋入式后压浆预制管桩生产用模具和生产方法

技术领域

本发明属于预制管桩技术领域，具体涉及一种适用于钻孔埋入式后压浆管桩工艺的埋入式后压浆预制管桩生产用模具和生产方法。

背景技术

预制管桩一般通过锤击法或静压法挤入地基土层中，锤击法打桩震动和噪声对邻近工程或环境有较大影响，且沉桩过程对桩体损伤较大；静压法所需的设备成本较高，对于大直径预制管桩而言，其压桩力往往难以满足要求。

鉴于锤击沉桩法和静压成桩法存在的不足，近年来出现了钻孔埋入式后压浆管桩工艺，其沉桩方法如下：

(1)施工准备，测量定位，钻孔(孔径略大于桩径)；

(2)桩底焊接注浆腔，并连接注浆管，桩节吊装、接桩、沉桩就位；

(3)通过注浆管进行桩底注浆，使浆液充满桩-土间隙，实现桩-土的黏结。

钻孔埋入式后压浆沉桩工艺不受桩径限制，在山区等复杂地形条件下依然有较好的适用性，且在有效避免挤土效应的同时可保护桩身在打入过程中不被损坏，实际工程已验证其可有效提高经济效益。

为保证预制管桩与注浆层间的黏结及摩擦性能满足承载要求，需对用于钻孔埋入式后压浆管桩工艺的管桩外壁进行粗糙度设计。

此外，预制管桩的成型模具及相关生产设备定制成本较高，且一套模具一般只能生产一种规格的预制管桩，难以满足不同桩基工程的需求。

发明内容

本发明是为了解决上述课题而进行的，目的在于提供一种埋入式后压浆预制管桩生产用模具和相应的生产方法，能够根据需要制得具有相应粗糙度的预制管桩，以满足不同桩基工程需求。

本发明为了实现上述目的，采用了以下方案。

<模具>

本发明提供一种埋入式后压浆预制管桩生产用模具，其特征在于，包括：管模，包含：可拆卸地固定在一起围成管腔的两块半圆柱形的半模，和分别可拆卸地盖合在管腔的上下两端口上的两个盖板，每个半模上均等间距设有多排第一安装孔；多个凸块，与半模相匹配，并且设有与第一安装孔相对应的第二安装孔；固定件，通过第二安装孔和第一安装孔将多个凸块分别可拆卸地固定贴合在半模内表面的预定位置上；以及封堵件，可拆卸地安装在半模内，对半模内、未固定安装有凸块的所有第一安装孔进行封堵。

本发明所涉及的埋入式后压浆预制管桩生产用模具，其特征在于：其中，凸块为长条状的橡胶凸块，每个凸块的长度与半模内表面的周长相对应，每个凸块上第二安装孔的数量和位置均与半模内的一排第一安装孔相对应。另外，凸块还采用其它兼具硬度和柔韧性，并可较好的与模具贴合的易加工材料制成。

本发明所涉及的埋入式后压浆预制管桩生产用模具，还可以具有这样的特征：固定件为多组螺栓和螺母，第一安装孔和第二安装孔均与螺栓相匹配，并且都包含：位于内侧、且与螺栓的头部相匹配的大口段，和与大口段相连、且与螺栓的杆部(螺杆)相匹配的小口段，大口段的深度等于螺栓头部的厚度，第一安装孔的深度、第二安装孔的小口段的深度、与螺栓的长度之和小于螺杆的长度。

本发明所涉及的埋入式后压浆预制管桩生产用模具，还可以具有这样的特征：封堵件为多组螺栓和螺母。

本发明所涉及的埋入式后压浆预制管桩生产用模具，还可以具有这样的特征：在半模的两侧合模边部上均沿轴向设有多个轴向连接孔，两个半模上的轴向连接孔相对应，并通过连接件可拆卸固定相连。

本发明所涉及的埋入式后压浆预制管桩生产用模具，还可以具有这样的特征：在盖板的边部外围沿周向设有多个盖板连接孔，在半模上的上下两端部上均沿周向设有多个周向连接孔，与盖板连接孔相对应，并通过连接件可拆卸固定相连。

本发明所涉及的埋入式后压浆预制管桩生产用模具，还可以具有这样的特征：盖板上设有多个预应力张拉孔。

本发明所涉及的埋入式后压浆预制管桩生产用模具中：第一安装孔的排间距不能太密，否则对模具本身强度可能会产生影响；其次不能太稀疏，否则会降低管桩外侧凹槽设置的灵活性；基于这两点考虑，第一安装孔的排间距优选为150～300mm。

<方法>

本发明还提供一种埋入式后压浆预制管桩生产方法，采用上述<模具>中所描述的埋入式后压浆预制管桩生产用模具进行生产，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1.根据管桩外径D、预应力筋分布圆直径D_p、预应力筋直径以及《先张法预应力混凝土管桩》(GB13476-2009)中规定的最小混凝土保护层厚度c，按下式确定凹槽深度t，并选定桩身外壁凹槽截面形状：

这里，凹槽深度t可在不超过该公式(1)上限值的情况下尽量取大值。

步骤2.为使破坏面位于注浆层与土体界面处或土体内部，充分发挥注浆层的“扩径”作用，桩与注浆层间摩擦力应大于注浆层与土体间摩擦力。根据下式确定桩身凹槽间距S：

式中：f_s为桩身侧摩阻力；σ_cw为注浆体单轴抗压强度(kPa)；l为桩长；D_g为注浆层外径；q_sik为注浆层与土体间的摩阻力系数，取《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)中推荐值；Δr和l_t分别为桩外壁平均凸起高度和沿轴线方向自底部到顶部的桩外壁曲线总长度，取值均与桩身凹槽间距S有关；

步骤3.根据下式确定桩身外壁凹槽宽度W(单位m)：

步骤4.根据以上步骤确定的桩身外壁凹槽的形状、深度t和宽度W，制作相应形状和尺寸的凸块，并根据凹槽间距S、通过固定件将相应数量的凸块分别固定贴合于半模内；

步骤5.用封堵件对半模内、未固定安装有凸块的所有第一安装孔进行封堵；

步骤6.将钢筋笼及混凝土放入由两块半模所围成的管腔内，并将两个盖板盖合在管腔的两端口上，合拢、固定、形成封闭的管模；

步骤7.给预应力筋施加预应力后，绕管模中轴线高速旋转管模，使预应力混凝土管桩离心成型，经高温高压养护完成后脱模，得到埋入式后压浆预制管桩。

本发明所涉及的埋入式后压浆预制管桩生产方法，还可以具有这样的特征：凹槽间距S取为半模上第一安装孔的排间距的整数倍。

本发明所涉及的埋入式后压浆预制管桩生产方法，还可以具有这样的特征：在步骤1中，凹槽形状为矩形或等腰梯形，凹槽深度为5～15mm，并且满足公式(1)要求；

当凹槽形状为矩形时，在步骤2中，l_t按下列公式(4)计算：

当凹槽形状为等腰梯形时，在步骤2中，l_t按下列公式(5)计算：

式中：为向下取整符号，θ为等腰梯形中腰与底边的夹角；

在步骤2中，桩外壁平均凸起高度Δr的计算公式如下：

发明的作用与效果

(1)桩身外壁凹槽尺寸结合实际工程背景根据理论计算得出，可在尽可能少的削弱桩身强度的同时，增强管桩与注浆层间的黏结性能，提高管桩的承载能力；

(2)将凸块通过固定件安装到两块半圆柱形的半模上，通过调整凸块的形状、大小和安装位置，可灵活调整桩身外壁凹槽的形状及尺寸，可在同一套生产模具上生产不同外壁粗糙度的管桩，提高了管桩的工程适应性；

(3)同直径不同凹槽形式的管模可通用，不仅大大减少了管桩的生产成本，同时也提高了生产的灵活性；

(4)本发明具有良好的发展前景，有利于钻孔埋入式后压浆管桩工艺的推广应用。

附图说明

图1是本发明实施例中涉及的埋入式后压浆预制管桩生产用模具(平放状态)的正视图；

图2是本发明实施例中涉及的埋入式后压浆预制管桩生产用模具的俯视图；

图3是本发明实施例中涉及的埋入式后压浆预制管桩生产用模具的侧视图；

图4是本发明实施例中涉及的安装有凸块的半模的结构示意图；

图5是本发明实施例中涉及的凸块的结构示意图；

图6(a)是本发明实施例中涉及的半模、凸块和固定件的剖视图(对应图4中A-A方向剖视)，图6(b)是图6(a)中I区域的放大图；

图7(a)是本发明实施例中涉及的半模和封堵件的剖视图(对应图4中B-B方向剖视)，图7(b)是图7(a)中II区域的放大图；

图8是本发明实施例中涉及的埋入式后压浆预制管桩的结构示意图；

图9是本发明实施例中涉及的埋入式后压浆预制管桩的剖视图(对应图8中D-D方向剖视)。

上述图1至9中，各部件标号如下：

10.埋入式后压浆预制管桩生产用模具：20.橡胶凸块、21.第二安装孔、30.固定件、31.固定螺栓、32.固定螺母、40.半模、41.第一安装孔、42.轴向连接孔、43.周向连接孔、50.封堵件、51.封堵螺栓、52.封堵螺母、60.盖板、61.盖板连接孔、62.预应力张拉孔、70.连接件；

100.埋入式后压浆预制管桩、101.凹槽。

具体实施方式

以下参照附图对本发明所涉及的埋入式后压浆预制管桩生产用模具和生产方法作详细阐述。

<实施例>

某工程中抗压桩拟采用钻孔埋入式后压浆沉桩工艺进行沉桩，拟采用管桩桩径为800mm，注浆层外径为1000mm，注浆水泥土体单轴抗压强度σ_cw＝4MPa，根据实际工程情况按《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)确定注浆层与土体间极限侧摩阻力标准值q_sik为100kPa。所采用的埋入式后压浆预制管桩生产用模具中第一安装孔的排间距为200mm。埋入式后压浆预制管桩生产方法为：

首先，设计满足要求的预制管桩：

步骤1.设定凹槽截面形状为等腰梯形，腰与底边夹角为θ＝45°，参考《先张法预应力混凝土管桩》(GB13476-2009)中800AB型桩确定凹槽深度：

取凹槽深度t＝8.7mm。

步骤2.计算桩身凹槽间距S：

解得S≤724mm，考虑生产用模具上第一安装孔的排间距，此处取桩身凹槽间距S为400mm。

步骤3.确定桩身外壁凹槽宽度W：

此处取桩身外壁凹槽宽度W为100mm。

接下来，采用如图1至7所示的埋入式后压浆预制管桩生产用模具10生产相应型号管桩：

步骤4.按照以上步骤确定的管桩外壁凹槽形状及尺寸，制作多个截面形状及尺寸相同的橡胶凸块20，并将这些橡胶凸块20通过固定件30固定于半圆柱形的半模40上，各橡胶凸块20间距与管桩外壁凹槽间距S相等。

具体地，如图1至4所示，半模40上等间距设有多排第一安装孔41。如图4和5所示，橡胶凸块20为截面呈等腰梯形的长条状结构，长度与半模40内表面的周长相对应，并且橡胶凸块20上设有多个第二安装孔21；第二安装孔21的形状、数量和位置都与第一安装孔41相对应。如图6所示，固定件30为多组螺栓和螺母，每组包含一个固定螺栓31和两个固定螺母32。

在本实施例中，如图6所示，第一安装孔41和第二安装孔21形状和结构相同，都为与固定件30相匹配的通孔，并且都包含：位于内侧、且与固定螺栓31的头部相匹配的大口段，和与大口段相连、且与固定螺栓31的杆部(螺杆)相匹配的小口段。进一步，大口段的深度等于固定螺栓31头部的厚度；第一安装孔41的深度(即半模40的壁厚)、第二安装孔21的小口段的深度、与固定螺栓31的长度之和小于螺杆的长度，使得螺杆能够由内向外伸出第一安装孔41外表面，进而与固定螺母32紧固。

基于上述结构，通过固定件30将橡胶凸块20安装至半模40上的具体操作方法为：如图6所示，先将一个固定螺母32放入第一安装孔41的大口段中，放入后固定螺母32的外表面与半模40内表面齐平，同理放置固定螺母32在该排的其余第一安装孔41中；然后将橡胶凸块20的底面(对应梯形截面的底面)贴合半模40内表面，并使该橡胶凸块20上的所有第二安装孔21都与第一安装孔41对齐形成连通孔；接着，将固定螺栓31的螺杆依次穿过第二安装孔21和第一安装孔41，并伸出第一安装孔41的外表面(即半模40的外表面)，然后将另一个固定螺母32从半模40的外部拧进螺杆，拧紧后，固定螺栓31的头部顶面与橡胶凸块20的顶面相齐平；同理，安装一排固定螺栓31，并从半模40的外部用固定螺母32进行拧紧固定，实现将一个橡胶凸块20可拆卸地固定贴合在半模内表面的预定位置上。

步骤5.用封堵件50对半模40内，未固定有橡胶凸块20的所有第一安装孔41进行封堵。

本实施例中，如图7所示，封堵件50为多组封堵螺栓51和封堵螺母52。这里，封堵螺栓51和封堵螺母52的结构分别与固定螺栓31和固定螺母32相同。封堵螺栓51穿过第一安装孔41后从半模40的外表面伸出，然后采用封堵螺母52拧进螺杆拧紧后，封堵螺栓51的头部顶面与半模40内表面相齐平。

步骤6.将钢筋笼及混凝土放入由两块半模40所围成的管腔内，并将两个盖板60盖合在所述管腔的两端口上，合拢、固定、形成封闭的管模。

具体地，如图1至4所示，在半模40的两侧合模边部上均沿轴向设有多个轴向连接孔42(轴向固定耳)，两个半模40上的轴向连接孔42相对应，并通过连接件70固定相连实现合模，合模后两个半模40围成管腔。本实施例中，所采用的连接件70也为多组螺栓和螺母。

另外，在盖板60的边部外围沿周向设有多个盖板连接孔61(盖板固定耳)，在半模40的上下两端部上均沿周向设有多个周向连接孔43(周向固定耳)，与盖板连接孔61相对应，并通过连接件70固定相连，进而封闭住管腔的两端口。

步骤7.通过盖板60上设置的多个预应力张拉孔62给预应力筋施加预应力；然后绕中轴线高速旋转管模，使预应力混凝土管桩离心成型，经高温高压蒸汽养护；养护完成后释放预应力筋张拉力并脱模，得到如图8和9所示的埋入式后压浆预制管桩100，埋入式后压浆预制管桩100上形成有多排等间距设置的环形凹槽101，凹槽101的形状和尺寸与橡胶凸块20相同，宽度为W，深度为t，并且相邻两排凹槽的间距为S。

本实施例中，在灌注混凝土前可在埋入式后压浆预制管桩生产用模具10内表面涂抹“管桩脱模剂”以避免混凝土与模具10粘结在一起。并且，在步骤7中拆模后，仅需对模具10内表面进行合理的清洁并涂抹管桩脱模剂，然后重复步骤6和7进行下一根埋入式后压浆预制管桩100的生产。

以上实施例仅仅是对本发明技术方案所做的举例说明。本发明所涉及的埋入式后压浆预制管桩生产用模具和生产方法并不仅仅限定于在以上实施例中所描述的内容，而是以权利要求所限定的范围为准。本发明所属领域技术人员在该实施例的基础上所做的任何修改或补充或等效替换，都在本发明所要求保护的范围内。

Claims (10)

1.一种埋入式后压浆预制管桩生产用模具，其特征在于，包括：

管模，包含：可拆卸地固定在一起围成管腔的两块半圆柱形的半模，和分别可拆卸地盖合在所述管腔的上下两端口上的两个盖板，每个所述半模上均等间距设有多排第一安装孔；

多个凸块，与所述半模相匹配，并且设有与所述第一安装孔相对应的第二安装孔；

固定件，通过所述第二安装孔和所述第一安装孔将多个所述凸块分别可拆卸地固定贴合在所述半模内表面的预定位置上；以及

封堵件，可拆卸地安装在所述半模内，对所述半模内、未固定安装有所述凸块的所有所述第一安装孔进行封堵。

2.根据权利要求1所述的埋入式后压浆预制管桩生产用模具，其特征在于：

其中，所述凸块为长条状的橡胶凸块，

每个所述凸块的长度与所述半模内表面的周长相对应，每个所述凸块上所述第二安装孔的数量和位置均与所述半模内的一排所述第一安装孔相对应。

3.根据权利要求1所述的埋入式后压浆预制管桩生产用模具，其特征在于：

其中，所述固定件为多组螺栓和螺母，

所述第一安装孔和所述第二安装孔均与所述螺栓相匹配，并且都包含：位于内侧、且与所述螺栓的头部相匹配的大口段，和与所述大口段相连、且与所述螺栓的杆部相匹配的小口段，

所述大口段的深度等于所述螺栓头部的厚度，

所述第一安装孔的深度、所述第二安装孔的小口段的深度、与所述螺栓的长度之和小于所述杆部的长度。

4.根据权利要求3所述的埋入式后压浆预制管桩生产用模具，其特征在于：

其中，所述封堵件为多组所述螺栓和所述螺母。

5.根据权利要求1所述的埋入式后压浆预制管桩生产用模具，其特征在于：

其中，在所述半模的两侧合模边部上均沿轴向设有多个轴向连接孔，

两个所述半模上的所述轴向连接孔相对应，并通过连接件可拆卸固定相连。

6.根据权利要求1所述的埋入式后压浆预制管桩生产用模具，其特征在于：

其中，在所述盖板的边部外围沿周向设有多个盖板连接孔，

在所述半模上的上下两端部上均沿周向设有多个周向连接孔，与所述盖板连接孔相对应，并通过连接件可拆卸固定相连。

7.根据权利要求1所述的埋入式后压浆预制管桩生产用模具，其特征在于：

其中，所述盖板上设有多个预应力张拉孔。

8.一种埋入式后压浆预制管桩生产方法，采用权利要求1至7中任意一项所述的埋入式后压浆预制管桩生产用模具进行生产，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1.根据管桩外径D、预应力筋分布圆直径D_p、预应力筋直径以及最小混凝土保护层厚度c，按下式确定凹槽深度t，并选定桩身外壁凹槽截面形状：

步骤2.根据下式确定桩身凹槽间距S：

式中：f_s为桩身侧摩阻力；σ_cw为注浆体单轴抗压强度；l为桩长；D_g为注浆层外径；q_sik为注浆层与土体间的摩阻力系数；Δr和l_t分别为桩外壁平均凸起高度和沿轴线方向自底部到顶部的桩外壁曲线总长度，取值均与桩身凹槽间距S有关；

步骤3.根据下式确定桩身外壁凹槽宽度W：

步骤4.根据以上步骤确定的桩身外壁凹槽的形状、深度t和宽度W，制作相应形状和尺寸的凸块，并根据凹槽间距S、通过固定件将相应数量的所述凸块分别固定贴合于半模内；

步骤5.用封堵件对所述半模内、未固定安装有所述凸块的所有第一安装孔进行封堵；

步骤6.将钢筋笼及混凝土放入由两块所述半模所围成的管腔内，并将两个盖板盖合在所述管腔的两端口上，合拢、固定、形成封闭的管模；

步骤7.给预应力筋施加预应力后，绕轴线高速旋转管模，使预应力混凝土管桩离心成型，经高温高压养护完成后脱模，得到埋入式后压浆预制管桩。

9.根据权利要求8所述的埋入式后压浆预制管桩生产方法，其特征在于：

其中，所述凹槽间距S取为所述半模上所述第一安装孔的排间距的整数倍。

10.根据权利要求8所述的埋入式后压浆预制管桩生产方法，其特征在于：

其中，在所述步骤1中，凹槽形状为矩形或等腰梯形，凹槽深度为5～15mm，并且满足公式(1)要求；

当凹槽形状为矩形时，在所述步骤2中，l_t按下列公式(4)计算：

当凹槽形状为等腰梯形时，在所述步骤2中，l_t按下列公式(5)计算：

式中：为向下取整符号，θ为等腰梯形中腰与底边的夹角；

在所述步骤2中，桩外壁平均凸起高度Δr的计算公式如下：