CN110091431B - 一种钢管混凝土桩及制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢管混凝土桩，包括多节钢管，每节钢管内部灌注有混凝土，多节钢管首尾之间通过连接件相连形成桩体，桩体的顶端通过连接件与加载装置连接，加载装置驱动桩体压进土体，桩体的底端固接锥形桩头以固定桩体，每节钢管外壁沿周向从一端至另一端固接有螺旋加劲肋，多节钢管形成的桩体上的螺旋加劲肋沿一个旋向连续。本发明另一个方案提供了一种钢管混凝土桩的制造方法。本发明解决了现有钢管混凝土桩桩侧摩阻力较小导致桩身承载力不够、传统焊接连接速度慢、易受天气影响、质量不易保证的问题。

Description

一种钢管混凝土桩及制造方法

技术领域

本发明属于土木工程技术领域，具体涉及一种钢管混凝土桩，涉及一种钢管混凝土桩的制造方法。

背景技术

桩作为一种杆状构件，将上部结构的重量通过桩身传递到土层或岩层当中，保持整体建筑较少的沉降，进而确保建筑的安全，对于建筑物来说至关重要。实际工程中，桩的种类繁多，按荷载传递形式进行划分，基本可分为摩擦桩、端承摩擦桩、端承桩和摩擦端承桩。摩擦桩是指桩处于较软的土层中，竖向荷载主要由桩的侧摩擦阻力承担，桩端阻力基本可忽略；端承摩擦桩是指竖向荷载主要由桩的侧摩擦阻力和桩端阻力共同承担，其中以侧摩擦阻力为主；端承桩是指桩端处于坚硬的岩层等持力层中，竖向荷载主要由桩端阻力承担，桩的侧摩擦阻力基本可忽略；摩擦端承桩是指竖向荷载主要由桩的侧摩擦阻力和桩端阻力共同承担，其中以桩端阻力为主。

由于建筑物所处的地质条件不同，当持力层较深时，如果采用端承桩或摩擦端承桩设计，需要的桩身长度较大，给工程施工及造价带来非常大的影响。因此，摩擦桩和端承摩擦桩在一定的地质条件下，具有良好的施工性及经济性，具有广阔的应用空间。

常规的摩擦桩和端承摩擦桩包括钢管混凝土桩、钢筋混凝土桩、型钢桩等。其中钢管混凝土桩是把混凝土灌入钢管中并捣实，钢管与核心混凝土共同作用的一种桩。钢管约束核心混凝土，其受力性能得到提升；混凝土同时给予钢管以支撑，稳定性能提高，钢管厚度可大幅度降低，以实现其经济性。同时，钢管作为模具，可免除支模工序，方便施工。然而，普通钢管混凝土桩虽然自身承载力较高，但桩身表面光滑，桩侧摩阻力较小，导致桩身承载力不够，难以发挥出摩擦桩和端承摩擦桩的优势，同时普通钢管混凝土桩通常由多节桩身组成，相邻桩身多采用焊接方式连接，焊接操作简单，但存在施工效率低，用时长，易受到天气影响等问题，不利于工程应用，同时现场焊接残余变形较大，连接质量不易得到保证。

发明内容

本发明的目的是提供一种钢管混凝土桩，解决了现有钢管混凝土桩桩侧摩阻力较小导致桩身承载力不够、连接速度慢、质量不易得到保证的问题。

本发明的另一个目的是提供一种钢管混凝土桩的制造方法。

本发明所采用的技术方案是，一种钢管混凝土桩，包括多节钢管，每节钢管内部灌注有混凝土，多节钢管首尾之间通过连接件相连形成桩体，桩体的顶端通过连接件与加载装置连接，加载装置驱动桩体压进土体，桩体的底端固接锥形桩头以固定桩体，每节钢管外壁沿周向从一端至另一端固接有螺旋加劲肋，多节钢管形成的桩体上的螺旋加劲肋沿一个旋向连续。

本发明的特点还在于，

钢管两端分别固接有圆形的第一端板，第一端板中心开有混凝土灌注孔以使混凝土灌入钢管内部，第一端板上开有螺栓孔，第一端板通过螺栓与连接件连接。

连接件包括连接钢管，连接钢管的两端分别固接有圆形的第二端板，第二端板中心开有与连接钢管同轴的通孔，通孔小于连接钢管的直径，方便混凝土通过连接件灌注进钢管内部，第二端板上开有螺栓孔，第二端板通过螺栓与第一端板正对连接。

第一端板外表面上开设有凹槽，第二端板上与第一端板相对的一面上设有凸肋，第一端板与第二端板通过凹槽与凸肋的嵌合加强连接。

螺旋加劲肋上开有等间距的通孔，增大螺旋加劲肋与土体的咬合摩擦。

本发明的另一种技术方案是采用如上述的一种钢管混凝土桩的制造方法，具体按照如下步骤操作：

步骤1、取一节钢管作为待加工钢管，选用厚度为待加工钢管厚度1.2～1.5倍的带钢进行裁剪制作条形加劲肋；

步骤2、在条形加劲肋上均匀打孔；

步骤3、在待加工钢管内部套设刚性衬管以固定待加工钢管，并采用定位辊对待加工钢管进行轴向定位；

步骤4、将已打孔的条形加劲肋的一端焊接固定在待加工钢管上，根据要制作的螺旋加劲肋的螺旋角调整条形加劲肋的偏斜角度，并沿着条形加劲肋依次固定加热装置、螺旋肋加工成型装置，使得条形依次穿过加热装置、螺旋肋加工成型装置；

步骤5、使用夹具将待加工钢管一端与旋转牵引装置连接，启动旋转牵引装置带动待加工钢管旋转，开启加热装置对条形加劲肋进行加热，加热后借助螺旋肋加工成型装置将条形加劲肋顺着待加工钢管旋转而环绕钢管表面弯曲，并同时运用焊枪将弯曲的条形加劲肋连续焊接在待加工钢管表面上，待条形加劲肋在待加工钢管表面上形成螺旋状加劲肋，则制成带有螺旋加劲肋的钢管；

步骤6、取两片直径与待加工钢管直径等大的圆形钢片作为第一端板，在两片第一端板中心处开设混凝土灌注孔，并围绕混凝土灌注孔开设多个螺栓孔，分别在两片第一端板的一表面上加工凹槽，再分别将两片第一端板上有凹槽的一面朝外与带有螺旋加劲肋的钢管的两端焊接，得到待灌注的钢管混凝土桩；

步骤7、制作连接件：取两片直径与待加工钢管直径等大的圆形钢片作为第二端板，再取一小节钢管作为连接钢管，将两片第二端板分别焊接在连接钢管两端，在两片第二端板中心处开设直径较连接钢管直径小的通孔，围绕混凝土灌注孔开设多个螺栓孔，并分别在两片第二端板表面上加工与第一端板上凹槽相适应的凸肋；

步骤8、重复步骤1至步骤6制作多个待灌注的钢管混凝土桩和多个连接件，任意选定一个待灌注的钢管混凝土桩，在其一端焊接空心锥形桩头，再分别向所有待灌注的钢管混凝土桩内注入混凝土，再对注入混凝土的钢管混凝土桩进行养护，待养护至规定龄期28天后，得到多个钢管混凝土桩；

步骤9、将所有钢管混凝土桩依次首尾之间通过连接件连接，第一端板与第二端板之间凹槽与凸肋嵌合并采用高强度螺栓连接，最终得到钢管混凝土桩。

步骤1中带钢的宽厚比为

f_y为材料屈服极限。

步骤8中养护的温度：(20±3)℃，养护的相对湿度：(65±5)％。

本发明的有益效果是，一种钢管混凝土桩，在钢管外表面分布有螺旋加劲肋，通过螺旋加劲肋与土体的咬合，大大提高钢管混凝土桩的桩侧摩阻力；通过在螺旋加劲肋均匀分布有圆孔，加大土体与螺旋加劲肋之间的咬合摩擦，进一步提高钢管混凝土桩的桩侧摩阻力；通过连接件，可实现快速施工，避免现场焊接连接带来的质量难以保证、缺陷多及施工效率低等问题。

附图说明

图1是本发明一种钢管混凝土桩的结构示意图；

图2是本发明一种钢管混凝土桩的钢管结构图；

图3是本发明一种钢管混凝土桩的连接件结构图；

图4是本发明一种钢管混凝土桩的制造方法加工示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种钢管混凝土桩，结构如图1所示，包括多节钢管，每节钢管内部灌注有混凝土，多节钢管首尾之间通过连接件相连形成桩体，桩体的顶端通过连接件与加载装置连接，加载装置驱动桩体压进土体，桩体的底端固接锥形桩头以固定桩体，每节钢管外壁沿周向从一端至另一端固接有螺旋加劲肋，多节钢管形成的桩体上的螺旋加劲肋沿一个旋向连续。

如图2所示，钢管两端分别固接有圆形的第一端板，第一端板中心开有混凝土灌注孔以使混凝土灌入钢管内部，第一端板上开有螺栓孔，第一端板通过螺栓与连接件连接。

如图3所示，连接件包括连接钢管，连接钢管的两端分别固接有圆形的第二端板，第二端板中心开有与连接钢管同轴的通孔，通孔小于连接钢管的直径，方便混凝土通过连接件灌注进钢管内部，第二端板上开有螺栓孔，第二端板通过螺栓与第一端板正对连接。

第一端板外表面上开设有凹槽，第二端板上与第一端板相对的一面上设有凸肋，第一端板与第二端板通过凹槽与凸肋的嵌合加强连接。

螺旋加劲肋上开有等间距的通孔，增大螺旋加劲肋与土体的咬合摩擦。

本发明的一种采用如上述的一种钢管混凝土桩的制造方法，具体按照如下步骤操作：

步骤1、取一节钢管作为待加工钢管，选用厚度为待加工钢管厚度1.2～1.5倍的带钢进行裁剪制作条形加劲肋；

步骤2、在条形加劲肋上均匀打孔；

步骤3、如图4所示，在待加工钢管内部套设刚性衬管以固定待加工钢管，并采用定位辊对待加工钢管进行轴向定位；

步骤4、将已打孔的条形加劲肋的一端焊接固定在待加工钢管上，根据要制作的螺旋加劲肋的螺旋角调整条形加劲肋的偏斜角度，并沿着条形加劲肋依次固定加热装置、螺旋肋加工成型装置，使得条形依次穿过加热装置、螺旋肋加工成型装置；

步骤5、使用夹具将待加工钢管一端与旋转牵引装置连接，启动旋转牵引装置带动待加工钢管旋转，开启加热装置对条形加劲肋进行加热，加热后借助螺旋肋加工成型装置将条形加劲肋顺着待加工钢管旋转而环绕钢管表面弯曲，并同时运用焊枪将弯曲的条形加劲肋连续焊接在待加工钢管表面上，待条形加劲肋在待加工钢管表面上形成螺旋状加劲肋，则制成带有螺旋加劲肋的钢管；

步骤6、取两片直径与待加工钢管直径等大的圆形钢片作为第一端板，在两片第一端板中心处开设混凝土灌注孔，并围绕混凝土灌注孔开设多个螺栓孔，分别在两片第一端板的一表面上加工凹槽，再分别将两片第一端板上有凹槽的一面朝外与带有螺旋加劲肋的钢管的两端焊接，得到待灌注的钢管混凝土桩；

步骤7、制作连接件：取两片直径与待加工钢管直径等大的圆形钢片作为第二端板，再取一小节钢管作为连接钢管，将两片第二端板分别焊接在连接钢管两端，在两片第二端板中心处开设直径较连接钢管直径小的通孔，围绕混凝土灌注孔开设多个螺栓孔，并分别在两片第二端板表面上加工与第一端板上凹槽相适应的凸肋；

步骤8、重复步骤1至步骤6制作多个待灌注的钢管混凝土桩和多个连接件，任意选定一个待灌注的钢管混凝土桩，在其一端焊接空心锥形桩头，再分别向所有待灌注的钢管混凝土桩内注入混凝土，再对注入混凝土的钢管混凝土桩进行养护，待养护至规定龄期28天后，得到多个钢管混凝土桩；

步骤9、将所有钢管混凝土桩依次首尾之间通过连接件连接，第一端板与第二端板之间凹槽与凸肋嵌合并采用高强度螺栓连接，最终得到钢管混凝土桩。

步骤1中带钢的宽厚比为

f_y为材料屈服极限。

步骤8中养护的温度：(20±3)℃，养护的相对湿度：(65±5)％。

本发明一种钢管混凝土桩，原理说明：在钢管外表面分布有螺旋加劲肋一方面提高钢管自身的抗屈曲能力，另一方面可大大提高整个桩的侧向阻力，大大提高摩擦桩承载力；螺旋加劲肋开孔，通过开孔，土体在孔洞处形成咬合，进一步提升桩的侧向摩阻力；该钢管混凝土桩通过螺旋加劲肋与土体嵌固紧密，承载力大，可大大减少桩体长度，经济优势巨大；该钢管混凝土桩由于螺旋加劲肋而自身承载力较大，可适用于荷载较大的工程，应用范围广；在施工时，该钢管混凝土桩上的螺旋加劲肋沿一个旋向连续旋进，对土体的破坏较小；通过桩体两端的第一端板，预先埋设螺栓，再通过连接件将多节钢管混凝土桩连接形成一个桩体，可实现快速施工，同时，第一端板上带有凹槽，连接件上带有凸肋，通过两者的咬合，增大抗扭强度，保证施工质量；在施工时，桩体顶部与加载装置连接，加载形式采用静压-旋转法，桩体下沉的同时旋转，且两者速度比为一个下沉的螺距距离，旋转360度，施工无噪音，速度快，环境污染小。

本发明一种钢管混凝土桩，施工过程：先进行第一节桩施工，锥形桩头竖直插入土体，第一节桩钢管上的第一端板通过螺栓及凹槽与连接件连接，连接件上第二端板与加载装置连接，加载装置为液压回转装置，启动加载装置，第一节桩竖向施压的同时进行旋转，将桩旋压进土体。当第一节桩钢管上的第一端板距地面1m左右时，停止加载，将预埋的高强螺栓上部螺帽松开，通过连接件，进行拧紧，安装第二节桩，依次类推，直至全部桩身施工结束。本发明一种钢管混凝土桩，施工构造要求：

1、钢管径厚比不大于

f_y为材料屈服极限；

2、锥形桩头的锥尖角度为30～60度；

3、螺旋加劲肋的宽度不大于

f_y为材料屈服极限，螺旋加劲肋的螺距不小于钢管直径的0.5倍，不大于4倍的钢管直径；

4、凹槽深度是第一端板厚度的0.15～3倍，长度通长；

5、通孔直径为20～40mm，通孔之间间距为1～2倍通孔直径；

6、螺栓孔均匀分布，螺栓数量及直径根据螺旋加劲肋钢管混凝土桩设计承载力及施工荷载确定。

7、钢管及螺旋加劲肋材料可以采用普通钢材，可以采用低合金钢，也可以采用不锈钢等金属材料。

8、连接所用的螺栓均为高强度螺栓。

Claims (1)

1.一种钢管混凝土桩的制造方法，其特征在于，具体按照如下步骤操作：

步骤1、取一节钢管作为待加工钢管，选用厚度为待加工钢管厚度1.2~1.5倍的带钢进行裁剪制作条形加劲肋；带钢的宽厚比为

，

为材料屈服极限；

步骤2、在条形加劲肋上均匀打孔；

步骤3、在待加工钢管内部套设刚性衬管以固定待加工钢管，并采用定位辊对待加工钢管进行轴向定位；

步骤4、将已打孔的条形加劲肋的一端焊接固定在待加工钢管上，根据要制作的螺旋加劲肋的螺旋角调整条形加劲肋的偏斜角度，并沿着条形加劲肋依次固定加热装置、螺旋肋加工成型装置，使得条形依次穿过加热装置、螺旋肋加工成型装置；

步骤5、使用夹具将待加工钢管一端与旋转牵引装置连接，启动旋转牵引装置带动待加工钢管旋转，开启加热装置对条形加劲肋进行加热，加热后借助螺旋肋加工成型装置将条形加劲肋顺着待加工钢管旋转而环绕钢管表面弯曲，并同时运用焊枪将弯曲的条形加劲肋连续焊接在待加工钢管表面上，待条形加劲肋在待加工钢管表面上形成螺旋状加劲肋，则制成带有螺旋加劲肋的钢管；

步骤6、取两片直径与待加工钢管直径等大的圆形钢片作为第一端板，在两片第一端板中心处开设混凝土灌注孔，并围绕混凝土灌注孔开设多个螺栓孔，分别在两片第一端板的一表面上加工凹槽，再分别将两片第一端板上有凹槽的一面朝外与带有螺旋加劲肋的钢管的两端焊接，得到待灌注的钢管混凝土桩；

步骤7、制作连接件：取两片直径与待加工钢管直径等大的圆形钢片作为第二端板，再取一小节钢管作为连接钢管，将两片第二端板分别焊接在连接钢管两端，在两片第二端板中心处开设直径较连接钢管直径小的通孔，围绕混凝土灌注孔开设多个螺栓孔，并分别在两片第二端板表面上加工与第一端板上凹槽相适应的凸肋；

步骤8、重复步骤1至步骤7制作多个待灌注的钢管混凝土桩和多个连接件，任意选定一个待灌注的钢管混凝土桩，在其一端焊接空心锥形桩头，再分别向所有待灌注的钢管混凝土桩内注入混凝土，再对注入混凝土的钢管混凝土桩进行养护，待养护至规定龄期28天后，养护的温度：（20

3）°C，养护的相对湿度：（65

5）%，得到多个钢管混凝土桩；

步骤9、将所有钢管混凝土桩依次首尾之间通过连接件连接，第一端板与第二端板之间凹槽与凸肋嵌合并采用高强度螺栓连接，最终得到钢管混凝土桩。

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