CN110206021A - 一种快速锚固应急桥拉索的预应力轻型桩及施工方法 - Google Patents

一种快速锚固应急桥拉索的预应力轻型桩及施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种快速锚固应急桥拉索的预应力轻型桩及施工方法，该轻型桩包括中空的桩身本体以及设置于桩身本体上端与桩身本体过盈配合的桩帽，桩身本体由外管、中管以及内管组成。该轻型桩的施工方法为：钻孔，将安装好夹具的外管钻入孔中，移开螺旋钻机并卸掉外螺管夹具，随后依次打入中管和内管，打入内管后复合材料中管环向膨胀，迫使外管挤压桩周岩石，产生环向预紧力，增加锚固桩抗拔承载力，最后，在内管中打入过盈配合的预制钢桩帽，在桩帽上锚固应急桥拉索。该轻型桩采用轻质铝合金和复合材料，降低运输成本；复合材料中管和外管螺纹提高了桩身与桩‑土的抗拔承载力，本发明的轻型桩现场打入，即刻使用，满足应急桥要求。

Description

一种快速锚固应急桥拉索的预应力轻型桩及施工方法
技术领域
本发明属于岩土工程领域，特别涉及一种快速锚固应急桥拉索的预应力轻型桩及施工方法。
背景技术
中国幅员辽阔，地形地貌错综复杂，地震、泥石流和滑坡等自然灾害频发，道路和桥梁方面的应急机动保障能力成为灾后抢险救灾最为关键的环节。目前，轻型化、高强化和模块化的应急桥技术可实现快速转运和架设，整个安装过程从传统的20个小时缩短到1～2小时。应急桥多采用悬索桥，架设过程中需通过锚固桩对悬索的张拉实现平衡架设。传统锚固桩多采用打入钢管桩，但是钢管桩有以下局限性：一是钢管桩打入岩石地层造成桩周岩石地层破坏，影响桩基抗拔承载力的发挥，为了满足承载力往往需要打入群桩作为锚固桩，增加了工程量，延长了施工进度；二是钢管桩自重大，群桩耗费大，对于山区工程运输成本不容忽视。因此，应急桥的悬索锚固桩卡住了应急桥梁架设的咽喉。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于克服传统应急桥拉索锚固桩自重大、承载力低的现状，提供了一种适用于应急桥拉索快速锚固的预紧力轻型桩及其施工方法。
技术方案：本发明所述的一种快速锚固应急桥拉索的预应力轻型桩，包括中空的桩身本体以及设置于所述桩身本体上端与所述桩身本体过盈配合的桩帽；所述桩身本体包括同轴设置的外管、设置于所述外管内侧的中管以及设置于所述中管内侧与所述中管过盈配合的内管，所述外管外表面设置有外螺纹；所述桩帽包括帽盖，固定于所述帽盖底部的连接棒以及设置于所述连接棒下端的棒靴，所述帽盖的外沿向下延伸有环形凸部，所述连接棒的外径大于所述内管的内径。
所述外管为铝合金外螺管，外形如自攻螺丝，所述外管下端设置有钢制桩靴。外管通过螺旋钻机钻入岩石地层，螺管中空，可分节预制、分节钻入。
所述中管的材质为碳纤维、玄武岩纤维或玻璃纤维中的任意一种；所述中管的外径与所述外管的内径相等。
所述内管底端设置有管靴，所述管靴的直径沿着轻型桩底端至顶端方向逐渐增加，所述管靴底端外径小于中管内径，所述管靴顶端外径大于中管内径，所述管靴顶端外径与内管的外径相等。
所述内管为钢制或铝合金制。
所述管靴的纵向长度与所述桩身本体外径相等。
所述棒靴的直径沿着轻型桩底端至顶端方向逐渐增加，所述棒靴底端直径小于内管内径，所述棒靴的顶端外径大于内管内径，且所述棒靴顶端的外径与所述连接棒的外径相等。
所述棒靴的纵向长度与连接棒外径相等。
所述连接棒为实心钢棒。
上述快速锚固应急桥拉索的预应力轻型桩的施工方法，包括以下步骤：
(a)采用螺旋钻机在岩石地层钻孔，旋出钻头后，将安装好夹具的外管安装在螺旋钻机上，启动螺旋钻机将外管钻入孔中；
(b)移开螺旋钻机并卸掉夹具，在外管的空心腔中打入中管，中管外径与外管内径完全吻合；
(c)向中管的空心腔内打入带管靴的内管，内管的外径大于中管的内径，管靴的直径沿着轻型桩底端至顶端方向逐渐增加，管靴底端外径小于中管内径，管靴顶端外径大于中管内径，且管靴顶端外径与内管的外径相等，内管打入中管空腔后与中管过盈配合；打入内管后使得中管环向膨胀，进而外管挤压桩周岩石，产生预紧力，增加锚固桩的抗拔承载力；
(d)在内管中打入过盈配合的预制桩帽，桩帽的帽盖卡合于外管顶端，固定于帽盖下方的连接棒直径大于内管的内径，实现帽桩与内管的过盈配合，最后，在桩帽上锚固应急桥拉索，完成轻型桩施工。
有益效果：(1)本发明锚固桩为纤维增强复合材料和铝合金管过盈配合而成的轻量化悬索锚固桩；(2)本发明采用轻质高强的纤维增强复合材料和轻质的铝合金材料代替钢材，可在山区环境实现轻量化锚固桩施工；(3)本发明通过合理设置轻型桩结构，使得该轻型桩在施工过程中，进一步通过外管挤压桩周岩石，产生环向预紧力，增加锚固桩抗拔承载力；(4)本发明中管采用复合材料纤维沿管长纵向铺设，其环向预紧力不会减弱复合材料抗拉承载力；(5)本发明轻型锚固桩采用轻质铝合金和复合材料，降低运输成本；(6)本发明复合材料中管和外管螺纹提高了桩身与桩-土的抗拔承载力。
附图说明
图1为本发明预应力轻型桩截面图；
图2为本发明预应力轻型桩剖面图；
图3为本发明中管的纤维铺设方向结构示意图；
图4为本发明管靴结构截面图；
图5为本发明桩帽俯视结构透视图；
图6为本发明桩帽截面图；
图7为本发明一种快速锚固应急桥拉索的预应力轻型桩施工流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述。
如图1和图2所示，本发明所述的一种快速锚固应急桥拉索的预应力轻型桩，包括中空的桩身本体10以及设置于桩身本体10上端与桩身本体过盈配合的桩帽20。
桩身本体10共由三层组成，由外层至内层分别为外管101、中管102以及内管103，外管101、中管102以及内管103同轴设置，中管102的外径与外管101的内径相等，内管103的外径大于中管内径，实现内管与中管的过盈配合。
外管101为中空的铝合金外螺管，外表面设置有外螺纹，铝合金外螺管的下端为桩尖结构，本实施例中，为了保证外管下端具有足够的强度，桩尖结构采用钢制桩靴。
中管102设置于外管的内侧，同样为中空结构，中管选择用碳纤维、玄武岩纤维或玻璃纤维中的任意一种，此类纤维均具有轻质高强的特性，如图3所示，组成中管的纤维沿着轻型桩底端100至顶端200方向铺设，保证其具有环向预紧力同时不会减弱复合材料抗拉承载力。
内管103设置于中管102内侧，内管为钢制或铝合金制的中空管状结构，内管的外径大于中管的内径，与中管之间过盈配合。
如图4所示，内管103底端设置有管靴104，管靴104的直径沿着轻型桩底端200至顶端300方向逐渐增加，管靴104下端外径小于中管内径，管靴顶端外径大于中管内径，管靴顶端外径与内管的外径相等。管靴104的内径与内管103的内径相同，故管靴104的壁厚自底端逐渐增加，实现管靴104外径的增加，管靴的外表面形成弧形曲面，管靴104的纵向长度与桩身本体的外径相等。
如图5及图6所示，本发明的桩帽20桩帽采用预制而成，设置于桩身本体10上端，桩帽20由与帽盖201，固定于帽盖底部的连接棒202以及设置于连接棒下端的棒靴203组成。
帽盖201可以选择棱柱体或者圆柱体，本实施例中帽盖201选择圆柱体，在帽盖的外沿向下延伸出环形凸部204，环形凸部204与帽盖201卡合于外管上端，环形凸部的内径与外管101的外径相等。
帽盖201底部中心位置向下延伸形成连接棒202，本实施例中的连接棒为实心钢棒，连接棒202置于内管103上方形成的桩帽腔内，连接棒202的直径大于内管103的内径，小于外管外径，在连接棒与环形凸部之间形成凹槽，桩身本体的管壁卡在凹槽内，实现桩帽与桩身本体安装，且由于连接棒的外径大于内管内径，故桩帽与内管103过盈配合，保证桩帽与桩身本体的牢固连接。
连接棒202底端设置有棒靴203，棒靴203的直径沿着轻型桩底端200至顶端300方向直径逐渐增加，棒靴下端直径小于内管内径，棒靴顶端外径大于内管内径，保证棒靴顶端的外径与连接棒的外径相等，棒靴203纵向长度与连接棒外径相等，打入桩帽时实心连接棒与内管过盈配合，桩头向外膨胀挤压桩帽形成整体。
如图7所示，本发明快速锚固应急桥拉索的预应力轻型桩的施工方法，主要包括：钻入空心铝合金外管、插入复合材料中管、过盈配合打入内管、过盈配合打入预制实现桩帽以及在桩帽上挂桥梁拉索，具体包括以下步骤：
(a)采用螺旋钻机在岩石地层钻孔，旋出钻头后，将安装好夹具30的外管安装在螺旋钻机上，启动螺旋钻机将带有钢制桩靴的外管钻入孔中，钻入外管时岩石碎屑被排出，减小了挤土效应，保存了桩周岩石层承载力；
(b)移开螺旋钻机并卸掉夹具，在外管的空心腔中打入中管，中管外径与外管内径完全吻合；
(c)向中管的空心腔内打入带有管靴的内管，内管的外径大于中管的内径，管靴的直径沿着轻型桩底端至顶端方向逐渐增加，管靴到管身直径逐渐过渡，内管打入中管空腔后与中管过盈配合；打入内管使得中管环向膨胀，进而铝合金空心外螺管挤压桩周岩石，产生预紧力，增加锚固桩的抗拔承载力；复合材料纤维沿管长纵向铺设，环向预紧力不会减弱复合材料抗拉承载力；
(d)在内管中打入过盈配合的预制桩帽，桩帽卡合于外管顶端，固定于帽盖下方的连接棒直径大于内管的内径，实现帽桩与内管的过盈配合，最后在桩帽上锚固应急桥拉索40，完成轻型桩施工。
本发明的轻型桩采用轻质铝合金和复合材料，降低运输成本；复合材料中管和外管螺纹提高了桩身与桩-土的抗拔承载力，现场打入，即刻使用，满足应急桥要求。

Claims (10)

1.一种快速锚固应急桥拉索的预应力轻型桩，其特征在于，所述轻型桩(1)包括中空的桩身本体(10)以及设置于所述桩身本体上端与所述桩身本体过盈配合的桩帽(20)；所述桩身本体(10)包括同轴设置的外管(101)、设置于所述外管内侧的中管(102)以及设置于所述中管内侧与所述中管过盈配合的内管(103)，所述外管(101)外表面设置有外螺纹；所述桩帽(20)包括帽盖(201)、固定于所述帽盖底部的连接棒(202)以及设置于所述连接棒下端的棒靴(203)，所述帽盖(201)的外沿向下延伸有环形凸部(204)，所述连接棒的外径大于所述内管的内径。
2.根据权利要求1所述的快速锚固应急桥拉索的预应力轻型桩，其特征在于，所述外管(101)为铝合金外螺管，所述外管下端设置有钢制桩靴。
3.根据权利要求1所述的快速锚固应急桥拉索的预应力轻型桩，其特征在于，所述中管(102)的材质为碳纤维、玄武岩纤维或玻璃纤维中的任意一种；所述中管的外径与所述外管的内径相等。
4.根据权利要求1所述的快速锚固应急桥拉索的预应力轻型桩，其特征在于，所述内管(103)底端设置有管靴(104)，所述管靴(104)的直径沿着轻型桩底端至顶端方向逐渐增加，所述管靴底端外径小于中管内径，所述管靴顶端外径大于中管内径，所述管靴顶端外径与内管的外径相等。
5.根据权利要求4所述的快速锚固应急桥拉索的预应力轻型桩，其特征在于，所述内管(103)为钢制或铝合金制。
6.根据权利要求4所述的快速锚固应急桥拉索的预应力轻型桩，其特征在于，所述管靴(104)的纵向长度与所述桩身本体外径相等。
7.根据权利要求1所述的快速锚固应急桥拉索的预应力轻型桩，其特征在于，所述棒靴(203)的直径沿着轻型桩底端至顶端方向逐渐增加，所述棒靴底端直径小于内管内径，所述棒靴的顶端外径大于内管内径，且所述棒靴顶端的外径与所述连接棒的外径相等。
8.根据权利要求1所述的快速锚固应急桥拉索的预应力轻型桩，其特征在于，所述棒靴(203)的纵向长度与连接棒外径相等。
9.根据权利要求1所述的快速锚固应急桥拉索的预应力轻型桩，其特征在于，所述连接棒(202)为实心钢棒。
10.根据权利要求1-9任一所述的快速锚固应急桥拉索的预应力轻型桩的施工方法，包括以下步骤：
(a)采用螺旋钻机在岩石地层钻孔，旋出钻头后，将安装好夹具的外管安装在螺旋钻机上，启动螺旋钻机将外管钻入孔中；
(b)移开螺旋钻机并卸掉夹具，在外管的空心腔中打入中管，中管外径与外管内径完全吻合；
(c)向中管的空心腔内打入带管靴的内管，内管的外径大于中管的内径，管靴的直径沿着轻型桩底端至顶端方向逐渐增加，管靴底端外径小于中管内径，管靴顶端外径大于中管内径，且管靴顶端外径与内管的外径相等，内管打入中管空腔后与中管过盈配合；内管打入后使得中管环向膨胀，进而外管挤压桩周岩石，产生预紧力，增加锚固桩的抗拔承载力；
(d)在内管中打入过盈配合的预制桩帽，固定于帽盖底部的连接棒直径大于内管的内径，实现帽桩与内管的过盈配合，最后，在桩帽上锚固应急桥拉索，完成轻型桩施工。
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