CN110616705A - 一种桩侧承力的楔式桩头及成桩施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种桩侧承力的楔式桩头及成桩施工方法，其特征是在管桩的桩头上套装有锥形外套筒，锥形外套筒的内腔为锥形腔，锥形腔的顶面直径大于底面直径；在管桩桩头与锥形外套筒之间自上而下楔入有筒形内楔块，筒形内楔块的内侧壁以与桩侧的光壁相贴合，锥形外套筒的内侧壁与筒形内楔块的外侧壁以锯齿啮合；锥形外套筒在顶面连接碗状承击板形成上部锤击钢桩帽，或连接碗状钢箍形成柔性桩帽，筒形内楔块的顶面凸出于管桩桩头的顶面。本发明利用顶面承力的筒形内楔块和锥形外套筒将受力分解至桩侧，有效地保护了预制管桩的桩端在施工中不受损，解决桩体部分与桩间土部分的变形不协调的问题，提高复合地基承载力和稳定性。

Description

一种桩侧承力的楔式桩头及成桩施工方法

技术领域

本发明涉及建筑复合地基领域，具体涉及一种锤击钢桩帽及柔性桩帽与预制桩的连接结构及其施工方法。

背景技术

我国幅员辽阔，江河纵横，地质条件复杂多变，特别是沿海、沿江地区软土等不良地质分布较广，随着我国经济的快速发展，预制管桩技术广泛应用于各类软土复合地基处理工程中。其具体的施工方法主要有锤击沉桩和静压沉桩两种，其中，锤击法是利用锤的冲击力克服土对桩的阻力，使桩沉到设计深度或达到持力层，其施工灵活，桩机对地基耐力要求较低，施工进度快，效率高，操作方便，地层穿透性良好。由于桩端承受较大的外部荷载，易出现桩顶、桩身易打坏，桩身倾斜等工程技术问题。而使用过程中，同样桩端承受较大的外部荷载作用，也会产生桩端局部应力较大而产生破坏现象。目前传统做法是在桩头0.5～1m范围内加钢筋、箍筋和钢筋网片，来增强预制桩桩端的承载力及抗破坏能力，但由于外部荷载较大，桩端承载力易产生应力集中现象，造成桩端局部破坏及桩身倾斜的事故时有发生，预制管桩报废率居高不下。

预制管桩复合地基在使用过程中一般均采用桩、桩帽、土工格栅与褥垫层，并且所采用的桩帽均为刚性较大的刚性桩帽，其作用在于对桩头进行保护以防止桩头破裂，其中所采用的土工格栅与褥垫层组成加筋垫层。由于桩的承载能力远大于桩网复合地基所承受的上部荷载，而桩间土的承载能力远小于桩的承载能力，因而桩体部分的变形量原小于桩间土体部分的变形量，并且在长期荷载作用下，二者之间的变形差距表现得更为明显。长期使用后，桩体部分与桩间土部分的变形不协调问题，将会严重影响上部结构的稳定性。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种桩侧承力的楔式桩头及成桩施工方法，将外部荷载分散传递至桩端和桩侧，从而保护预制管桩的桩端、解决桩体部分与桩间土部分的变形不协调问题，降低预制管桩的报废率，提高复合地基承载力和稳定性。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明桩侧承力的楔式桩头的特点是：在管桩的桩头上套装有锥形外套筒，锥形外套筒的内腔为锥形腔，锥形腔的顶面直径大于底面直径；在所述管桩桩头与锥形外套筒之间自上而下楔入有筒形内楔块，所述筒形内楔块的内侧壁以与桩侧的光壁相贴合，锥形外套筒的内侧壁与筒形内楔块的外侧壁以锯齿啮合；所述锥形外套筒在顶面连接碗状承击板形成上部锤击钢桩帽，或连接碗状钢箍形成柔性桩帽，所述筒形内楔块的顶面凸出于管桩桩头的顶面。

本发明桩侧承力的楔式桩头的特点也在于：所述锥形外套筒为整体式或瓦片状，瓦片状锥形外套筒是以至少两片瓦片状钢管片合抱成筒形，设置抱箍对钢管片进行固定。

本发明桩侧承力的楔式桩头的特点也在于：所述锥形外套筒在顶面连接碗状承击板的结构形式是：在所述管桩桩头的顶面放置网状钢板，在网状钢板上设置橡胶垫，利用高强螺栓在碗状承击板的碗底边贯穿橡胶垫和网状钢板与锥形外套筒的上段紧固连接，使所述碗状承击板和锥形外套筒固定连接为整体，形成上部锤击钢桩帽；所述筒形内楔块的顶面凸出于网状钢板的上平面，顶面承力的筒形内楔块和锥形外套筒将受力分解至桩侧。

本发明桩侧承力的楔式桩头的特点也在于：所述锥形外套筒在顶面连接碗状钢箍的结构形式是：在所述管桩的桩头的顶面放置网状钢板，在网状钢板上设置橡胶垫，高强螺栓利用其下部螺栓段贯穿橡胶垫和网状钢板与锥形外套筒的上段坚固连接，所述高强螺栓的上部一体化设置有向外倾斜的斜撑杆，在各道斜撑杆之间设置多道圆形箍筋，形成碗状钢箍，在所述碗状钢箍内绑扎有钢筛网，由所述钢筛网和碗状钢箍构成柔性桩帽；所述筒形内楔块的顶面凸出于网状钢板的顶面；顶面承力的筒形内楔块和锥形外套筒将受力分解至桩侧。

本发明针对桩侧承力的楔式桩头的成桩施工方法的特点是按如下步骤进行：

步骤1、将锥形外套筒与筒形内楔块组成空心圆柱体，将空心圆柱体包裹在预制管桩的桩头外围，并在顶面凸伸于设置在预制管桩顶面的网状钢板上平面；

步骤2、通过锤击将筒形内楔块向下打入锥形外套筒中，并保持筒形内楔块的顶面高于网状钢板上平面不小于1cm；

步骤3、在锥形外套筒的上部连接碗状承击板，形成预制管桩的上部锤击钢桩帽，将安装有上部锤击钢桩帽的预制管桩吊装至指定打设位置后，由打桩机将预制管桩打设至预定高度；

步骤4、将上部锤击钢桩帽更换连接为柔性桩帽，完成成桩施工。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明设置由锥形外套筒和筒形内楔块组成的楔式结构，顶面承力的筒形内楔块和锥形外套筒有效地将受力分解至桩侧，有效地保护了预制管桩的桩端在施工中不受损，降低预制管桩的报废率，并有效解决桩体部分与桩间土部分的变形不协调的问题，提高复合地基承载力和稳定性。

2、本发明中上部锤击钢桩和帽柔性桩帽的拆装过程安装方便、制作简易、速度快，且上部锤击钢桩中的碗状承击板能重复使用；

3、本发明采用碗状承击板，其碗状结构与打桩机头部相吻合，有效避免了打桩机打设时桩头着力点位置偏移，保证击打准确，避免局部承载力较大和应力集中对桩端造成破坏；

附图说明

图1为本发明中楔式桩头结构示意图；

图2为本发明中上部锤击钢桩帽结构示意图；

图3为本发明中抱箍结构示意图；

图4为本发明中柔性桩帽结构示意图；

图5为本发明中柔性桩帽俯视结构示意图；

图中标号：1锥形外套筒，2筒形内锲块，3橡胶垫，4碗状承击板，5高强螺栓，6抱箍，7钢网筛，8管桩，9网状钢板，10圆形箍筋，11斜撑杆，12螺母。

具体实施方式

参见图1，本实施例中桩侧承力的楔式桩头的结构形式是：

在管桩8的桩头上套装有锥形外套筒1，锥形外套筒1的内腔为锥形腔，锥形腔的顶面直径大于底面直径；在管桩桩头与锥形外套筒1之间自上而下楔入有筒形内楔块2，筒形内楔块2的内侧壁以与桩侧的光壁相贴合，锥形外套筒1的内侧壁与筒形内楔块2的外侧壁以锯齿啮合；利用锯齿的咬合作用，使筒形内楔块2在上部荷载作用下只能向下作相对运动，而不能向上作相对运动，使得筒形内楔块对管桩桩头的包裹更加紧实，分体设置的四块筒形内楔块共同组成具有圆柱形空腔的圆锥体。

具体实施中，锥形外套筒1在顶面连接碗状承击板4形成上部锤击钢桩帽，碗状承击板4的碗形内腔保证了桩机打设时，在桩头上的着力点位置与管桩8的中心线重合，着力准确，有效避免施工期荷载较大引起的桩端损坏。

或连接由圆形箍筋10和斜撑杆11构成的碗状钢箍形成柔性桩帽，筒形内楔块的顶面凸出于管桩桩头的顶面。

本实施例中锥形外套筒为整体式或瓦片状，瓦片状锥形外套筒是以至少两片瓦片状钢管片合抱成筒形，设置如图3所示的一对抱箍6对钢管片进行固定，在一对抱箍6之间利用螺栓12进行紧固连接；或是直接在钢管片上设置凸耳，相邻两片钢管片之间利用凸耳紧固连接。

参见图2，本实施例中锥形外套筒在顶面连接碗状承击板的结构形式是：

在管桩桩头的顶面放置网状钢板9，在网状钢板9上设置橡胶垫3，利用高强螺栓5在碗状承击板4的碗底边贯穿橡胶垫3和网状钢板9与锥形外套筒1的上段紧固连接，使碗状承击板4和锥形外套筒1固定连接为整体，形成上部锤击钢桩帽；筒形内楔块的顶面凸出于网状钢板的上平面，顶面承力的筒形内楔块和锥形外套筒将受力分解至桩侧；其中，网状钢板9中孔口位置要保证筒形内楔块2的顶面凸出于网状钢板9的上平面，橡胶垫3为环形垫，利用这一结构形式平衡桩端承载力和桩侧摩阻力，避免桩端承载力过大而受到破坏。

参见图4和图5，本实施例中锥形外套筒在顶面连接碗状钢箍的结构形式是：

在管桩8的桩头的顶面放置网状钢板9，在网状钢板9上设置橡胶垫3，高强螺栓5利用其下部螺栓段贯穿橡胶垫3和网状钢板9与锥形外套筒1的上段坚固连接，高强螺栓5在上部一体化设置有向外倾斜的斜撑杆11，在各道斜撑杆11之间设置多道圆形箍筋10，形成碗状钢箍，在碗状钢箍内绑扎有钢筛网，由钢筛网和碗状钢箍构成柔性桩帽；筒形内楔块2的顶面凸出于网状钢板9的顶面；顶面承力的筒形内楔块2和锥形外套筒1将受力分解至桩侧。

针对本发明中桩侧承力的楔式桩头的成桩施工方法是按如下步骤进行：

步骤1、将锥形外套筒1与筒形内楔块2组成空心圆柱体，将空心圆柱体包裹在预制管桩的桩头外围，并在顶面凸伸于设置在预制管桩顶面的网状钢板9上平面。

步骤2、通过锤击将筒形内楔块2向下打入锥形外套筒1中，并保持筒形内楔块2的顶面高于网状钢板上平面不小于1cm。

步骤3、在锥形外套筒1的上部连接碗状承击板4，形成预制管桩的上部锤击钢桩帽，将安装有上部锤击钢桩帽的预制管桩吊装至指定打设位置后，由打桩机将预制管桩打设至预定高度。

步骤4、将上部锤击钢桩帽更换连接为柔性桩帽，完成成桩施工。

Claims (5)

1.一种桩侧承力的楔式桩头，其特征是：在管桩(8)的桩头上套装有锥形外套筒(1)，锥形外套筒(1)的内腔为锥形腔，锥形腔的顶面直径大于底面直径；在所述管桩桩头与锥形外套筒(1)之间自上而下楔入有筒形内楔块(2)，所述筒形内楔块(2)的内侧壁以与桩侧的光壁相贴合，锥形外套筒(1)的内侧壁与筒形内楔块(2)的外侧壁以锯齿啮合；所述锥形外套筒(1)在顶面连接碗状承击板(4)形成上部锤击钢桩帽，或连接碗状钢箍形成柔性桩帽，所述筒形内楔块的顶面凸出于管桩桩头的顶面。

2.根据权利要求1所述的桩侧承力的楔式桩头，其特征是：所述锥形外套筒为整体式或瓦片状，瓦片状锥形外套筒是以至少两片瓦片状钢管片合抱成筒形，设置抱箍(6)对钢管片进行固定。

3.根据权利要求1所述的桩侧承力的楔式桩头，其特征是：所述锥形外套筒在顶面连接碗状承击板的结构形式是：在所述管桩桩头的顶面放置网状钢板(9)，在网状钢板上设置橡胶垫(3)，利用高强螺栓(5)在碗状承击板(4)的碗底边贯穿橡胶垫(3)和网状钢板(9)与锥形外套筒(1)的上段紧固连接，使所述碗状承击板(4)和锥形外套筒(1)固定连接为整体，形成上部锤击钢桩帽；所述筒形内楔块(2)的顶面凸出于网状钢板(9)的上平面，顶面承力的筒形内楔块(2)和锥形外套筒(1)将受力分解至桩侧。

4.根据权利要求1所述的桩侧承力的楔式桩头，其特征是：所述锥形外套筒在顶面连接碗状钢箍的结构形式是：在所述管桩(8)的桩头的顶面放置网状钢板(9)，在网状钢板(9)上设置橡胶垫(3)，高强螺栓(5)利用其下部螺栓段贯穿橡胶垫(3)和网状钢板(9)与锥形外套筒(1)的上段坚固连接，所述高强螺栓(5)的上部一体化设置有向外倾斜的斜撑杆(11)，在各道斜撑杆(11)之间设置多道圆形箍筋(10)，形成碗状钢箍，在所述碗状钢箍内绑扎有钢筛网，由所述钢筛网和碗状钢箍构成柔性桩帽；所述筒形内楔块(2)的顶面凸出于网状钢板的顶面；顶面承力的筒形内楔块(2)和锥形外套筒(1)将受力分解至桩侧。

5.一种针对权利要求1所述的桩侧承力的楔式桩头的成桩施工方法，其特征是按如下步骤进行：

步骤1、将锥形外套筒与筒形内楔块组成空心圆柱体，将空心圆柱体包裹在预制管桩的桩头外围，并在顶面凸伸于设置在预制管桩顶面的网状钢板上平面；

步骤2、通过锤击将筒形内楔块向下打入锥形外套筒中，并保持筒形内楔块的顶面高于网状钢板上平面不小于1cm；

步骤3、在锥形外套筒的上部连接碗状承击板，形成预制管桩的上部锤击钢桩帽，将安装有上部锤击钢桩帽的预制管桩吊装至指定打设位置后，由打桩机将预制管桩打设至预定高度；

步骤4、将上部锤击钢桩帽更换连接为柔性桩帽，完成成桩施工。