CN109898542A - 一种变直径桩柱一体式结构及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变直径桩柱一体式结构及其制备方法，属于建筑施工技术领域，解决了现有变直径桩柱采用变截面连接的连接方式将预制桩和墩柱连接，连接处的弯矩大，容易发生损伤，且工艺复杂、施工效率低的问题。本发明的变直径桩柱一体式结构，包括一体结构的预制段和第二桩段，预制段包括顺次连接的柱段、桩柱连接段和第一桩段，第一桩段与第二桩段通过桩连接段固定连接；桩连接段所处位置为反弯点所处的位置，反弯点的位置由变直径桩柱一体式结构的弯矩图确定。本发明结构简单，安全可靠，简化了施工工艺，提高了施工效率，降低了生产成本，具有重要的工程意义，工程应用前景广阔。

Description

一种变直径桩柱一体式结构及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑施工技术领域，尤其涉及一种变直径桩柱一体式结构及其制备方法。

背景技术

在桥梁基础工程中，桩柱式预制拼装桥墩应用越来越广泛。对于桩基础等隐蔽部位，如果发生损伤，难以检查和修复，故通常从能力保护构件的思想出发，使桩基设计强度大于墩柱设计强度，因此，对于圆形的桩柱式基础，一般桩的直径可能大于墩柱的直径。

传统变直径桩柱的设计施工方案是分别预制桩和墩柱，然后将预制桩和墩柱采用变截面连接的方式连接，此设计繁琐，施工工作量大，变直径对中精度控制要求高，施工工期长，施工工艺较为繁琐。此外，由于连接部分所处位置弯矩大，属于薄弱环节，发生损伤的可能性也较大。因此，研究设计一种一体式变直径桩柱连接方式具有重要的工程意义，其工程应用前景广阔。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种变直径桩柱一体式结构及其制备方法，用以解决现有变直径桩柱采用变截面连接的连接方式将预制桩和墩柱连接，连接处的弯矩大，容易发生损伤，且工艺复杂、施工效率低的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一方面，提供一种变直径桩柱一体式结构，包括一体结构的预制段和第二桩段，预制段包括顺次连接的柱段、桩柱连接段和第一桩段，第一桩段与第二桩段通过桩连接段固定连接；桩连接段所处位置为反弯点所处的位置，反弯点的位置由变直径桩柱一体式结构的弯矩图确定。

进一步地，柱段的直径小于第一桩段的直径且柱段与第一桩段通过桩柱连接段过渡连接；桩柱连接段与柱段、第一桩段的连接均为弧形过渡连接。

进一步地，第一桩段与第二桩段采用连接件固定连接。

进一步地，连接件为法兰盘。

进一步地，第一桩段的下端和第二桩段的上端设有相互配合的咬合结构。

进一步地，咬合结构包括第一咬齿和第二咬齿，第一咬齿设置于第一桩段下端的外圆周，第二咬齿设置于第二桩段上端的外圆周。

进一步地，咬合结构包括第一桩段下端设置的凸起和第二桩段上端设置的凹槽；或者，咬合结构包括第一桩段下端设置的凹槽和第二桩段上端设置的凸起。

进一步地，第一桩段与第二桩段的直径相同。

另一方面，还提供一种制备上述变直径桩柱一体式结构的方法，包括如下步骤：

步骤一：计算得到变直径桩柱一体式结构的弯矩图，确定反弯点所处位置；

步骤二：根据反弯点所处位置数据制备所需长度和数量的预制段和第二桩段；

步骤三：连接第一桩段和第二桩段。

进一步地，步骤二中，根据柱段与第一桩段的直径差值，确定桩柱连接段的长度；采用离心法制备预制段和第二桩段，具体步骤如下：

①制作预制段或第二桩段的钢筋笼；

②钢筋笼制作完成后，将钢筋笼装入下模中；

③在安装好钢筋笼的下模内采用布料装置进行混凝土的布料；

④将模具的上模与下模进行合模，并用螺栓固定上、下模；

⑤合模后，用张拉设备对钢筋笼进行张拉，张拉到设定强度后，将张拉螺母锁紧；

⑥将模具移放到离心机上，进行离心；

⑦将模具移放到养护池中进行养护；

⑧养护完成后，进行脱模，得到预制段或第二桩段。

与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果之一：

a)本发明提供的变直径桩柱一体式结构，预先制备一定数量及所需规格的预制段和第二桩段，预制段的第一桩段与第二桩段在反弯点处采用连接件固定连接，将薄弱环节设置于弯矩小、受力较小的位置，大大降低了发生损伤的可能性，因而保证了结构安全可靠性，而且大大简化了施工工艺，提高了施工效率，降低了生产成本，具有重要的工程意义，工程应用前景广阔。

b)本发明提供的制备变直径桩柱一体式结构的方法，通过预制桩柱连接变直径段，即预先制备预制段，并在预制段的第一桩段与第二桩段在反弯点处设置桩连接段来实现，此方法将薄弱环节设置于弯矩较小的位置，大大降低了发生损伤的可能性，保证了结构安全可靠性，克服了传统变直径桩柱采用变截面连接的连接方式将预制桩和墩柱连接，连接处的弯矩较大，容易发生损伤，且工艺复杂、施工工作量大、施工效率低的缺陷。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为实施例中变直径桩柱一体式结构的示意图；

图2为实施例中多个变直径桩柱一体式结构连接示意图；

图3为实施例中具有第一种咬合结构的变直径桩柱一体式结构示意图。

附图标记：

1-柱段；2-桩柱连接段；3-第一桩段；4-桩连接段；5-第二桩段；6-连接件；7-第一咬齿；8-第二咬齿；9-系梁。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。需要说明的是，本发明中“上端”、“下端”表示变直径桩柱一体式结构直立状态时，各部件的相对位置关系。

本发明的一个具体实施例，公开了一种变直径桩柱一体式结构，如图1所示，包括一体结构的预制段和第二桩段5，预制段包括顺次连接的柱段1、桩柱连接段2和第一桩段3，第一桩段3与第二桩段5通过桩连接段4固定连接。

本实施例中，桩连接段4所处位置为反弯点所处的位置，反弯点的位置由变直径桩柱一体式结构计算确定。当变直径桩柱一体式结构受到的荷载以水平荷载为主时，分析得到变直径桩柱一体式结构的弯矩图，变直径桩柱一体式结构的上部弯矩和下部弯矩的方向是相反的，弯矩图中存在一正一负经过零的点，即变直径桩柱一体式结构的弯矩为零的位置，即为反弯点。反弯点处的弯矩小，承载力强，发生损伤的可能性较小，属于相对安全环节，因此本实施例中的变直径桩柱一体式结构将预制段的第一桩段3与第二桩段5在反弯点处固定连接，结构的整体承载力更大，显著地提高了结构的安全可靠性。

实施时，根据施工设计需要，预先制备一定数量及所需规格的预制段和第二桩段5，施工时，将预制段的第一桩段3与第二桩段5采用连接件6固定连接。

与现有技术相比，本实施例提供的变直径桩柱一体式结构，预先制备一定数量及所需规格的预制段和第二桩段5，预制段的第一桩段3与第二桩段5在反弯点处固定连接，将薄弱环节设置于弯矩小、受力较小的位置，大大降低了发生损伤的可能性，因而保证了结构安全可靠性，而且大大简化了施工工艺，提高了施工效率，降低了生产成本，具有重要的工程意义，工程应用前景广阔。

本实施例中，柱段1的直径小于第一桩段3的直径，并且柱段1与第一桩段3通过桩柱连接段2过渡连接，桩柱连接段2与柱段1、第一桩段3的连接均为弧形过渡连接，弧形过渡连接结构避免因应力集中而发生断裂，提升了变直径桩柱一体式结构的安全稳定性。第一桩段3和第二桩段5的直径相同，第一桩段3与第二桩段5采用连接件6固定连接。优选地，连接件6为法兰盘。当然，本实施例中的连接件6也可以为其他现有能够固定连接第一桩段3与第二桩段5的组件。

为了便于施工时第一桩段3与第二桩段5对接，第一桩段3的下端和第二桩段5的上端设有相互配合的咬合结构，其中，咬合结构包括但不限定于以下三种结构：第一种咬合结构，如图3所示，包括第一咬齿7和第二咬齿8，第一咬齿7设置于第一桩段3下端的外圆周，第二咬齿8设置于第二桩段5上端的外圆周。第二种咬合结构包括第一桩段3下端设置的凸起和第二桩段5上端设置的凹槽；或者，咬合结构包括第一桩段3下端设置的凹槽和第二桩段5上端设置的凸起。第三种咬合结构为第一种咬合结构和第二种咬合结构的组合。具有咬合结构的变直径桩柱一体式结构，便于施工时第一桩段3与第二桩段5对接，提高了对接精度，而且能够防止第一桩段3与第二桩段5产生相对位移，从而提高了变直径桩柱一体式结构的稳定性与安全性。

为了提升变直径桩柱一体式结构的稳定性，尤其提升桩连接段处稳定性，第一桩段3内设的钢筋伸出第一桩段3的端面，即第一桩段3内设的钢筋预留一定长度，第二桩段5的端面设有钢筋插孔；第二桩段5内设的钢筋伸出第二桩段5的端面，即第二桩段5内设的钢筋预留一定长度，第一桩段3的端面设有钢筋插孔。施工时，将预留的钢筋对准并放置在钢筋插孔内，实现第一桩段3和第二桩段5的精确对接，同时由于钢筋的存在提升了连接处的稳定性。

制备上述变直径桩柱一体式结构的方法，包括如下步骤：

步骤一：根据工程需要计算得到变直径桩柱一体式结构的弯矩图，确定反弯点所处位置。计算反弯点位置时，考虑变直径桩柱一体式结构的承载力、地基结构以及设计第二桩段5埋入地基深度等条件及参数，计算得到变直径桩柱一体式结构的弯矩图，弯矩为零的位置即为反弯点。

步骤二：根据反弯点所处位置数据制备所需长度和数量的预制段和第二桩段5，优选采用离心法制备预制段和第二桩段5，预应力混凝土预制结构的离心过程是离心力、重力与各类型振动力等综合作用的结果。根据离心原理及离心计算公式可知，在相同转速下，颗粒密度、半径、体积均与离心加速度成正比。由于本实施例中的桩柱结构横截面为圆形，离心半径相等，假设混凝土质量相同，外界一致时，混凝土中砂石、水泥等组分的分布合理，混凝土分层分布均匀，不存在盲点与死角，桩身混凝土强度高，质量稳定。因此，本实施例采用离心法制备预制段和第二桩段5，在相同的转速下，得到的混凝土密实、均匀、强度高，制备的预制段和第二桩段5等壁厚，显著提高了变直径桩柱一体式结构的质量和稳定性。制备时，根据柱段1与第一桩段3的直径差值，确定桩柱连接段2的长度，即选择合适的高度范围将柱段1与第一桩段3之间的桩柱连接段2均匀连接，更好地进行直径过渡。

步骤三：连接第一桩段3和第二桩段5。将预制段的第一桩段3与第二桩段5采用连接件6固定连接。优选地，连接件6为法兰盘。当然，本实施例中的连接件6也可以为其他现有能够固定连接第一桩段3与第二桩段5的组件。

为了提高变直径桩柱一体式结构的安全性和稳定性，步骤二中，可以在制备好的预制段和第二桩段5上设置咬合结构，如图3所示的咬齿结构。制备的咬合结构可以在制备过程中一次成型，也可以后期加工。

本实施例的步骤二中，采用离心法制备预制段和第二桩段5的具体步骤如下：

①制作预制段或第二桩段5的钢筋笼；

②钢筋笼制作完成后，在钢筋笼上安装圆形端板，使预应力主筋在端板边缘出孔并均匀分布，再安装钢筋锚固板、张拉板和张拉杆等，与钢筋笼联结，其中，张拉板、张拉杆都是张拉机具的组成部分，还包括千斤顶、张拉螺母等。然后将钢筋笼装入到下模中；

③在安装好钢筋笼的下模内采用布料装置进行混凝土的布料；

④混凝土布料完成后，将模具的上模与下模进行合模，并用螺栓固定上、下模；

⑤合模后，用张拉设备对钢筋笼进行张拉，张拉到设定强度(例如钢筋强度的70％)，将张拉螺母锁紧。优选地，张拉设备采用千斤顶式张拉机。

⑥张拉完成后，将模具移放到离心机上，进行离心；

⑦离心完成后，将模具移放到养护池中进行养护；

⑧养护完成后，移出模具，并将合模螺丝拆除，将上模移走，将预制段或第二桩段5从下模中移出，完成脱模，得到预制段或第二桩段5。

在实际施工过程中，往往需要多个变直径桩柱一体式结构，在桩柱连接段2设置系梁9，将不同的变直径桩柱一体式结构进行横向连接，如图2所示，能够帮助整体受力，提升结构的横向刚度。

与现有技术相比，本实施例提供的制备变直径桩柱一体式结构的方法，通过预制桩柱连接变直径段，即预先制备预制段，并在预制段的第一桩段3与第二桩段5在反弯点处设置桩连接段4来实现，此方法将薄弱环节设置于弯矩较小的位置，大大降低了发生损伤的可能性，保证了结构安全可靠性，克服了传统变直径桩柱采用变截面连接的连接方式将预制桩和墩柱连接，连接处的弯矩较大，容易发生损伤，且工艺复杂、施工工作量大、施工效率低的缺陷。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种变直径桩柱一体式结构，其特征在于，包括一体结构的预制段和第二桩段，所述预制段包括顺次连接的柱段、桩柱连接段和第一桩段；

所述第一桩段与所述第二桩段通过桩连接段固定连接；

所述桩连接段所处位置为反弯点所处的位置，反弯点的位置由所述变直径桩柱一体式结构的弯矩图确定。

2.根据权利要求1所述的变直径桩柱一体式结构，其特征在于，所述柱段的直径小于所述第一桩段的直径且所述柱段与所述第一桩段通过桩柱连接段过渡连接；

所述桩柱连接段与所述柱段、第一桩段的连接均为弧形过渡连接。

3.根据权利要求1所述的变直径桩柱一体式结构，其特征在于，所述第一桩段与所述第二桩段采用连接件固定连接。

4.根据权利要求3所述的变直径桩柱一体式结构，其特征在于，所述连接件为法兰盘。

5.根据权利要求1所述的变直径桩柱一体式结构，其特征在于，所述第一桩段的下端和所述第二桩段的上端设有相互配合的咬合结构。

6.根据权利要求5所述的变直径桩柱一体式结构，其特征在于，所述咬合结构包括第一咬齿和第二咬齿，所述第一咬齿设置于所述第一桩段下端的外圆周，所述第二咬齿设置于所述第二桩段上端的外圆周。

7.根据权利要求5所述的变直径桩柱一体式结构，其特征在于，所述咬合结构包括所述第一桩段下端设置的凸起和所述第二桩段上端设置的凹槽；

或者，所述咬合结构包括所述第一桩段下端设置的凹槽和所述第二桩段上端设置的凸起。

8.根据权利要求1至7所述的变直径桩柱一体式结构，其特征在于，所述第一桩段与第二桩段的直径相同。

9.一种制备权利要求1至8任一项所述的变直径桩柱一体式结构的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：计算得到变直径桩柱一体式结构的弯矩图，确定反弯点所处位置；

步骤二：根据反弯点所处位置数据制备所需长度和数量的预制段和第二桩段；

步骤三：连接第一桩段和第二桩段。

10.根据权利要求9所述的制备变直径桩柱一体式结构的方法，其特征在于，步骤二中，根据柱段与第一桩段的直径差值，确定桩柱连接段的长度；

采用离心法制备所述预制段和第二桩段，具体步骤如下：

①制作预制段或第二桩段的钢筋笼；

②钢筋笼制作完成后，将钢筋笼装入下模中；

③在安装好钢筋笼的下模内采用布料装置进行混凝土的布料；

④将模具的上模与下模进行合模，并用螺栓固定上、下模；

⑤合模后，用张拉设备对钢筋笼进行张拉，张拉到一定强度后，将张拉螺母锁紧；

⑥将模具移放到离心机上，进行离心；

⑦将模具移放到养护池中进行养护；

⑧养护完成后，进行脱模，得到预制段或第二桩段。