CN110805027B - 一种管桩装配式桩帽及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种管桩装配式桩帽及其施工方法，通过自下而上依次叠合混凝土底板、贫混凝土板和水泥稳定碎石板，并用定位结构将各个板连接固定在管桩顶部形成桩帽，该桩帽结构安装时为装配式安装，省时省力，施工方便快速，此外，设置多层不同刚度的材料形成刚柔过渡，使路基土与管桩桩帽形成良好的材料过渡不至于产生较大的材料变化荷载过渡更为均匀，路基土荷载汇聚于管桩桩帽顶部并使路基土的荷载通过装配式桩帽的刚柔过渡传递至管桩桩身。

Description

一种管桩装配式桩帽及其施工方法

技术领域

本发明涉及管桩桩帽领域，尤其是涉及一种管桩装配式桩帽及其施工方法。

背景技术

水泥混凝土管桩是软基处理的一种有效形式，管桩是通过打桩机振动或者静压的形式插打进入土体内部并到达持力层，当完成插打后在桩顶处浇筑桩帽，铺筑碎石垫层3以及钢塑格栅4，形成复合地基，从而达到对软土地基加固减少路基沉降的效果，以及满足后期路基填筑的需要。现有技术水泥混凝土管桩支撑结构如图1。

现有技术在管桩插打至持力层后在管桩桩顶位置架设纵横钢筋网和模板并现浇水泥混凝土形成管桩桩帽，当水泥混凝土达到相应强度后在桩帽上铺筑40cm碎石垫层以及铺筑钢塑格栅，现有技术存在以下不足：(1)管桩插打完成后，在管桩四周布设模板和钢筋并进行水泥混凝土浇筑，该过程需要进行现浇水泥混凝土，浇筑完成后需要等待水泥混凝土达到强度后才能进行碎石垫层3、钢塑格栅4以及路基土5的填筑，现浇水泥混凝土制造桩帽的方法耗时过长，影响施工进度；(2)由于水泥混凝土硬度较大，路基土填筑时易发生刺入破坏和桩土变形不协调，即路基土与水泥混凝土刚性相差较大导致路基土不能在桩帽上均匀传递荷载，导致路基沉降较大。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术之不足，提供一种管桩装配式桩帽及其施工方法，通过该方法施工桩帽，现场施工耗时短，且该桩帽结构能够实现将路基土荷载汇聚于管桩桩帽顶部并使路基土的荷载通过装配式桩帽的刚柔过渡传递至管桩桩身，避免路基土填筑时易发生刺入破坏和桩土变形不协调，导致路基沉降较大。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

一种管桩装配式桩帽的施工方法，包括以下步骤：

S1.安装膨胀螺栓：在施工完成的管桩上端面上钻多个膨胀螺栓安装孔，在每个所述膨胀螺栓安装孔上分别安装一个膨胀螺栓；

S2.安装钢筋：在安装好的每个膨胀螺栓上端分别连接固定一根钢筋；

S3.混凝土底板安装：将混凝土底板上的第一预留孔对准所述钢筋后，将所述混凝土底板平放于所述管桩上端，其中，所述混凝土底板为预制板，其竖直方向上开有与钢筋对应的第一预留孔，安装时所述钢筋可穿过所述第一预留孔，所述混凝土底板内部在水平方向上还开设有注浆通道，所述注浆通道由所述混凝土底板的侧壁延伸至所述第一预留孔从而与所述第一预留孔连通，一个所述第一预留孔对应开设有一条所述注浆通道；

S4.套筒安装：将套筒沿预埋的钢筋套设在所述钢筋上，所述套筒下端插入所述第一预留孔内，将所述套筒下端开设的注浆孔对准相应的注浆通道，其中，所述套筒侧壁上靠近下端位置开有注浆孔，一根所述钢筋对应安装一个所述套筒；

S5.贫混凝土板安装：将贫混凝土板上的第二预留孔对准所述钢筋后，将所述贫混凝土板平放于所述混凝土底板上端，其中，所述贫混凝土板由贫混凝土预制而成，其竖直方向上开有与钢筋对应的第二预留孔，安装时所述钢筋可穿过所述第二预留孔；

S6.水泥稳定碎石板安装：在将水泥稳定碎石板上的第三预留孔对准所述钢筋后，将所述水泥稳定碎石板平放于所述贫混凝土板上端，其中，所述水泥稳定碎石板由水泥稳定碎石预制而成，其竖直方向上开有与钢筋对应的第三预留孔，安装时所述钢筋可穿过所述第三预留孔，安装后所述钢筋和所述套筒的上端面位于所述第三预留孔内；

S7.注浆：从所述混凝土底板的侧壁上向所述注浆通道内注入水泥砂浆，使得所述注浆通道和套筒内填充水泥砂浆。

进一步的，所述混凝土底板、贫混凝土板和水泥稳定碎石板的厚度均为10cm。

进一步的，所述钢筋的长度为30cm，直径为1.5cm；所述套筒的长度为30cm，直径为3cm。

进一步的，在安装完所述水泥稳定碎石板后，将所述钢筋露出所述水泥稳定碎石板上端的部分切除。

进一步的，所述混凝土底板、贫混凝土板和水泥稳定碎石板的横截面均为边长为100cm的正方形。

进一步的，所述膨胀螺栓安装孔的直径为1.5cm，深度为10cm，每一所述管桩上钻有四个所述膨胀螺栓安装孔

进一步的，所述膨胀螺栓与所述钢筋之间通过连接套筒连接，所述连接套筒开有内螺纹，所述膨胀螺栓和所述钢筋与所述连接套筒连接的一端分别开有与之配合的外螺纹。

进一步的，在注浆过程中，当注入的水泥砂浆从所述套筒顶端流出时，停止对该注浆通道的注浆，并在所述混凝土底板的侧壁上封住该注浆通道。

进一步的，所述混凝土底板由超高性能混凝土预制而成，所述混凝土底板内部有钢筋骨架。

一种由以上施工方法制备而成的管桩装配式桩帽，包括桩帽本体和定位结构，所述桩帽本体设于管桩上端，所述桩帽本体包括自下而上依次叠合而成的混凝土底板、贫混凝土板和水泥稳定碎石板，所述混凝土底板、贫混凝土板和水泥稳定碎石板均为预制板，所述混凝土底板上开有第一预留孔，所述贫混凝土板上开有第二预留孔，所述水泥稳定碎石板上开有第三预留孔，所述定位结构从下往上依次穿过所述第一预留孔和第二预留孔并延伸至第三预留孔内；所述定位结构包括膨胀螺栓、钢筋和套筒，所述钢筋下端通过所述膨胀螺栓固定在所述管桩上端，所述套筒套设于所述钢筋外，所述套筒内壁与所述钢筋之间填充有水泥砂浆，所述水泥砂浆从所述混凝土底板内延伸至所述套筒内。

本发明提供的一种管桩装配式桩帽及其施工方法具有如下有益效果：

(1)现有技术管桩插打完成后，现浇水泥混凝土制造桩帽的方法耗时过长，影响施工进度，而本发明创新性提出在管桩插打施工完成后在管桩桩顶壁钻孔，安装膨胀螺栓、钢筋、套筒等作为定位结构，利用定位结构对预制而成的混凝土底板、贫混凝土板和水泥稳定碎石板的安装进行限位固定，使管桩桩帽施工通过装配的形式进行，提高管桩施工效率，能取得有益效果。

(2)现有技术桩帽硬度较大，路基土填筑时易发生刺入破坏和桩土变形不协调，即路基土与水泥混凝土刚性相差较大导致路基土不能在桩帽上均匀传递荷载，导致路基沉降较大，而本发明创新性设置多层不同刚度的材料如钢筋混凝土、贫混凝土及水泥稳定碎石从而形成刚柔过渡，使路基土与管桩桩帽形成良好的材料过渡不至于产生较大的材料变化荷载过渡更为均匀，路基土荷载汇聚于管桩桩帽顶部并使路基土的荷载通过装配式桩帽的刚柔过渡传递至管桩桩身。

(3)现有技术在管桩桩帽施工完成后进行40cm碎石层填筑及钢塑格栅的铺设，该种施工方法消耗石料及机械设备较大以及消耗施工工期和施工成本，造成资源的浪费，而本发明创新性提出在装配式的桩帽顶部使用水泥稳定碎石材料，水泥稳定碎石材料属于半刚性材料，其作用在于使路基土与管桩桩帽形成良好的材料过渡，使路基填料的荷载均匀传递至桩帽杜绝发生路基填料侵入管桩桩体发生刺入破坏和桩土之间的变形不协调，另外通过设置水泥稳定碎石层作为管桩桩帽结构，减少了40cm碎石垫层的使用，减少了碎石材料的使用。能取得有益效果。

附图说明

图1为现有技术的管桩支撑路基的结构示意图；

图2为本发明的管桩桩帽与管桩连接的剖视示意图；

图3为本发明的混凝土底板显示内部框线的结构示意图；

图4为本发明的管桩桩帽和管桩支撑路基的结构示意图。

图中具体结构说明：1管桩、2桩帽本体、21混凝土底板、211注浆通道、212第一预留孔、22贫混凝土板、23水泥稳定碎石板、24套筒、25钢筋、26连接套筒、27膨胀螺栓、3碎石垫层、4钢塑格栅、5路基土。

具体实施方式

下面结合附图给出的实施例对本发明作进一步详细说明。

一种管桩装配式桩帽的施工方法，包括以下步骤：

S1.安装膨胀螺栓：在施工完成的管桩上端面上钻多个膨胀螺栓安装孔，在每个所述膨胀螺栓安装孔上分别安装一个膨胀螺栓27；膨胀螺栓安装孔的直径为1.5cm，深度为10cm，每一所述管桩上钻有四个所述膨胀螺栓安装孔，四个膨胀螺栓孔绕管桩的轴线均匀分布，钻孔完成后清理孔内的灰尘以保证孔内清洁。

S2.安装钢筋：在安装好的每个膨胀螺栓上端分别连接固定一根钢筋25；所述钢筋25的长度为30cm，直径为1.5cm，所述膨胀螺栓27与所述钢筋25之间通过连接套筒26连接，所述连接套筒26开有内螺纹，所述膨胀螺栓27和所述钢筋25与所述连接套筒26连接的一端分别开有与之配合的外螺纹。

S3.混凝土底板安装：将混凝土底板21上的第一预留孔212对准所述钢筋25后，将所述混凝土底板21平放于所述管桩1上端，其中，所述混凝土底板21为预制板，其竖直方向上开有与钢筋25对应的第一预留孔212，安装时所述钢筋25可穿过所述第一预留孔212，所述混凝土底板21内部在水平方向上还开设有注浆通道211，所述注浆通道211由所述混凝土底板21的侧壁延伸至所述第一预留孔从而与所述第一预留孔212连通，一个所述第一预留孔212对应开设有一条所述注浆通道211；所述混凝土底板21的横截面为边长为100cm的正方形，其厚度为10cm，所述混凝土底板21由超高性能混凝土预制而成，所述混凝土底板21内部有钢筋骨架。混凝土底板21位于管桩1顶部，混凝土底板21处于整个桩帽的底部位置，混凝土底板21抗变形能力强并且硬度大，是整个桩帽的支撑结构，其作用是使桩帽结构稳固连接于管桩并且混凝土底板21起到支撑桩帽和路基填料的作用，使路基填料荷载有效传递到管桩上，防止路基填料侵入管桩桩体发生刺入破坏。

S4.套筒安装：将套筒24沿预埋的钢筋套设在所述钢筋25上，所述套筒24下端插入所述第一预留孔212内，将所述套筒24下端开设的注浆孔对准相应的注浆通道211，其中，所述套筒24侧壁上靠近下端位置开有注浆孔，一根所述钢筋25对应安装一个所述套筒24；套筒的长度为30cm，直径为3cm。

S5.贫混凝土板安装：将贫混凝土板22上的第二预留孔对准所述钢筋25后，将所述贫混凝土板22平放于所述混凝土底板21上端，其中，所述贫混凝土板22由贫混凝土预制而成，其竖直方向上开有与钢筋25对应的第二预留孔，安装时所述钢筋25可穿过所述第二预留孔；所述贫混凝土板22的横截面为边长为100cm的正方形，其厚度为10cm，贫混凝土板22位于混凝土底板21与水泥稳定碎石板23之间，其作用是将刚性的混凝土底板21与半刚性的水泥稳定碎石板23之间的过渡，使水泥稳定碎石板23的荷载均匀过渡至混凝土底板21上，使装配式桩帽的力学过渡更为合理。

S6.水泥稳定碎石板安装：在将水泥稳定碎石板23上的第三预留孔对准所述钢筋25后，将所述水泥稳定碎石板23平放于所述贫混凝土板22上端，其中，所述水泥稳定碎石板23由水泥稳定碎石预制而成，其竖直方向上开有与钢筋25对应的第三预留孔，安装时所述钢筋25可穿过所述第三预留孔，安装后所述钢筋25和所述套筒24的上端面位于所述第三预留孔内；水泥稳定碎石板23的横截面为边长为100cm的正方形，其厚度为10cm，水泥稳定碎石板23位于贫混凝土板22上部，水泥稳定碎石板23属于半刚性材料，其抵抗变形的能力强，使路基土与管桩间的应力和变形柔和过渡，当路基土的荷载作用于桩帽时水泥稳定碎石板23使管桩与路基填料之间的变形协调起来，避免土体侵入管桩造成桩体破坏或者土体严重变形。

S7.注浆：从所述混凝土底板21的侧壁上向所述注浆通道211内注入水泥砂浆，使得所述注浆通道211和套筒24内填充水泥砂浆。由于已经进行了混凝土底板安装、贫混凝土板安装、水泥稳定碎石板安装，此时需要使桩帽结构进行稳固处理。通过将高压的水泥砂浆注入至混凝土底板21的注浆通道211，水泥砂浆在注浆通道211内向套筒24的注浆孔流入，此时水泥砂浆进入套筒24内部，自下而上地流动，水泥砂浆流至套筒24与钢筋25之间的空隙，随着高压水泥砂浆的不断注入，水泥砂浆自下而上充满了套筒24与钢筋25之间的空隙，最后从套筒24的顶端流出，当水泥砂浆从套筒24的顶端流出后停止注浆，并用螺丝紧密塞住注浆通道211防止水泥砂浆漏出，等待水泥砂浆达到相应强度。水泥砂浆注入至套筒24与钢筋25之间的空隙加强了钢筋25与套筒24、混凝土底板21的连接，同时为贫混凝土板22和水泥稳定碎石板23在水平方向上提供稳固的限位作用，使管桩桩帽结构与管桩顶部充分固定，有利于路基填料的荷载传递保证了路基的施工质量。

一种由以上施工方法制备而成的管桩装配式桩帽，包括桩帽本体2和定位结构，所述桩帽本体2设于管桩1上端，所述桩帽本体2包括自下而上依次叠合而成的混凝土底板21、贫混凝土板22和水泥稳定碎石板23，所述混凝土底板21、贫混凝土板22和水泥稳定碎石板23均为预制板，所述混凝土底板21上开有第一预留孔212，所述贫混凝土板22上开有第二预留孔，所述水泥稳定碎石板23上开有第三预留孔，所述定位结构从下往上依次穿过所述第一预留孔212和第二预留孔并延伸至第三预留孔内；所述定位结构包括膨胀螺栓27、钢筋25和套筒24，所述钢筋25下端通过所述膨胀螺栓27固定在所述管桩1上端，所述套筒24套设于所述钢筋25外，所述套筒24内壁与所述钢筋25之间填充有水泥砂浆，所述水泥砂浆从所述混凝土底板21内延伸至所述套筒24内。

以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即大凡依本发明申请专利范围及发明说明内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (10)

1.一种管桩装配式桩帽的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.安装膨胀螺栓：在施工完成的管桩上端面上钻多个膨胀螺栓安装孔，在每个所述膨胀螺栓安装孔上分别安装一个膨胀螺栓；

S2.安装钢筋：在安装好的每个膨胀螺栓上端分别连接固定一根钢筋；

S3.混凝土底板安装：将混凝土底板上的第一预留孔对准所述钢筋后，将所述混凝土底板平放于所述管桩上端，其中，所述混凝土底板为预制板，其竖直方向上开有与钢筋对应的第一预留孔，安装时所述钢筋可穿过所述第一预留孔，所述混凝土底板内部在水平方向上还开设有注浆通道，所述注浆通道由所述混凝土底板的侧壁延伸至所述第一预留孔从而与所述第一预留孔连通，一个所述第一预留孔对应开设有一条所述注浆通道；

S4.套筒安装：将套筒沿预埋的钢筋套设在所述钢筋上，所述套筒下端插入所述第一预留孔内，将所述套筒下端开设的注浆孔对准相应的注浆通道，其中，所述套筒侧壁上靠近下端位置开有注浆孔，一根所述钢筋对应安装一个所述套筒；

S5.贫混凝土板安装：将贫混凝土板上的第二预留孔对准所述钢筋后，将所述贫混凝土板平放于所述混凝土底板上端，其中，所述贫混凝土板由贫混凝土预制而成，其竖直方向上开有与钢筋对应的第二预留孔，安装时所述钢筋可穿过所述第二预留孔；

S6.水泥稳定碎石板安装：在将水泥稳定碎石板上的第三预留孔对准所述钢筋后，将所述水泥稳定碎石板平放于所述贫混凝土板上端，其中，所述水泥稳定碎石板由水泥稳定碎石预制而成，其竖直方向上开有与钢筋对应的第三预留孔，安装时所述钢筋可穿过所述第三预留孔，安装后所述钢筋和所述套筒的上端面位于所述第三预留孔内；

S7.注浆：从所述混凝土底板的侧壁上向所述注浆通道内注入水泥砂浆，使得所述注浆通道和套筒内填充水泥砂浆。

2.如权利要求1所述的一种管桩装配式桩帽的施工方法，其特征在于：所述混凝土底板、贫混凝土板和水泥稳定碎石板的厚度均为10cm。

3.如权利要求2所述的一种管桩装配式桩帽的施工方法，其特征在于：所述钢筋的长度为30cm，直径为1.5cm；所述套筒的长度为30cm，直径为3cm。

4.如权利要求3所述的一种管桩装配式桩帽的施工方法，其特征在于：在安装完所述水泥稳定碎石板后，将所述钢筋露出所述水泥稳定碎石板上端的部分切除。

5.如权利要求2所述的一种管桩装配式桩帽的施工方法，其特征在于：所述混凝土底板、贫混凝土板和水泥稳定碎石板的横截面均为边长为100cm的正方形。

6.如权利要求1所述的一种管桩装配式桩帽的施工方法，其特征在于：所述膨胀螺栓安装孔的直径为1.5cm，深度为10cm，每一所述管桩上钻有四个所述膨胀螺栓安装孔。

7.如权利要求1所述的一种管桩装配式桩帽的施工方法，其特征在于：所述膨胀螺栓与所述钢筋之间通过连接套筒连接，所述连接套筒开有内螺纹，所述膨胀螺栓和所述钢筋与所述连接套筒连接的一端分别开有与之配合的外螺纹。

8.如权利要求1所述的一种管桩装配式桩帽的施工方法，其特征在于：在注浆过程中，当注入的水泥砂浆从所述套筒顶端流出时，停止对该注浆通道的注浆，并在所述混凝土底板的侧壁上封住该注浆通道。

9.如权利要求1所述的一种管桩装配式桩帽的施工方法，其特征在于：所述混凝土底板由超高性能混凝土预制而成，所述混凝土底板内部有钢筋骨架。

10.一种由权利要求1的施工方法制备而成的管桩装配式桩帽，其特征在于：包括桩帽本体和定位结构，所述桩帽本体设于管桩上端，所述桩帽本体包括自下而上依次叠合而成的混凝土底板、贫混凝土板和水泥稳定碎石板，所述混凝土底板、贫混凝土板和水泥稳定碎石板均为预制板，所述混凝土底板上开有第一预留孔，所述贫混凝土板上开有第二预留孔，所述水泥稳定碎石板上开有第三预留孔，所述定位结构从下往上依次穿过所述第一预留孔和第二预留孔并延伸至第三预留孔内；所述定位结构包括膨胀螺栓、钢筋和套筒，所述钢筋下端通过所述膨胀螺栓固定在所述管桩上端，所述套筒套设于所述钢筋外，所述套筒内壁与所述钢筋之间填充有水泥砂浆，所述水泥砂浆从所述混凝土底板内延伸至所述套筒内。

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