CN112323790B - 一种用于预应力管桩的挤扩支盘接桩结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及预应力管桩的接桩结构相关技术领域，具体是一种用于预应力管桩的挤扩支盘接桩结构，旨在解决现有预应力管桩抗压抗拔承载力差的技术问题。包括上端板和下端板，上端板的中心开设有长方形孔，上端板和下端板之间固连有圆筒，圆筒内均布有多个套管，圆筒内还沿其周向均布有多个连杆组件，每个连杆组件皆由上下对称分布的上连杆和下连杆组成，上连杆和下连杆皆倾斜布置，上连杆的上端铰接在上端板的下表面，下连杆的下端铰接在下端板的上表面，上连杆的下端和下连杆的上端共同铰接于圆筒的内壁上；还配置有承压柱，承压柱的横截面为长方形，承压柱的高度等于上端板和下端板之间的距离。

Description

一种用于预应力管桩的挤扩支盘接桩结构

技术领域

本发明涉及预应力管桩的接桩结构相关技术领域，具体是一种用于预应力管桩的挤扩支盘接桩结构。

背景技术

随着工程技术的迅猛发展和不断提升，地下空间的高效利用得到了行业的重视，桩基础顺势而生满足了超高层建筑及其他工程对地基基础承载力的要求。混凝土桩主要分为两类：预应力混凝土管桩（即预应力管桩）和混凝土灌注桩。受限于现在的技术水平与经济因素，预应力管桩成为了目前房屋建筑等工程中最优先使用的桩型，具有施工工期短、工程造价相对经济、单桩承载力大、施工现场整洁文明、标准化程度高、施工速度快、经济效益好等优势,在工程建设领域得到了越来越广泛的应用。现有预应力管桩存安装时需要解决两个问题：其一是在工厂预制生产出来的预应力管桩的桩长由于生产、运输及施工等原因，往往不能一次满足设计需要，而必须在打桩时进行现场接桩，这就涉及到管桩接头的问题；其二是需要设置类似于混凝土灌注桩扩孔支盘桩的结构，以提高埋入土体的桩基础的抗压抗拔承载力。对于第一个问题，现有一般通过焊接法、法兰螺栓连接法或硫磺胶泥锚接法等解决；对于第二个问题，现有仍缺乏比较有效的手段。

发明内容

本发明旨在解决现有预应力管桩抗压抗拔承载力差的技术问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种用于预应力管桩的挤扩支盘接桩结构，包括相互平行的上端板和下端板，上端板的中心开设有长方形孔，上端板和下端板之间固连有圆筒，圆筒的轴线与上端板垂直，圆筒内沿其周向均布有多个套管，套管的轴线与圆筒轴线平行，套管包括导向管和定位柱，定位柱滑动插装在导向管内且定位柱的外端和导向管的外端固连上端板和下端板（这里的外端是相对而言的，因为导向管和定位柱形成一个整体，那导向管和定位柱相接的端部便是内端，靠近上下端板的一端便是外端），圆筒内还沿其周向均布有多个连杆组件，每个连杆组件皆由上下对称分布的上连杆和下连杆组成，上连杆和下连杆皆倾斜布置，上连杆的上端铰接在上端板的下表面，下连杆的下端铰接在下端板的上表面，上连杆的下端和下连杆的上端共同铰接于圆筒的内壁上，圆筒的轴线位于上连杆和下连杆所形成的平面上；还配置有承压柱，承压柱的横截面为长方形，承压柱的横截面长度小于条形孔的长度且大于条形孔的宽度，承压柱的横截面宽度小于条形孔的宽度（以使承压柱能够从条形孔伸入，并且通过旋转能够支撑于上端板的下表面上），承压柱的高度等于上端板和下端板之间的距离。

进一步的，导向管的外端部径向外扩形成正棱柱状的安装腔，形成安装腔的管壁的顶部与上端板或下端板固连，安装腔的底面中心开设有与正棱柱横截面的形状和周向位置对应设置的正多边形孔，且圆筒轴线至正多边形孔边缘的最大距离小于或等于圆筒内径，安装腔的每个面皆通过径向布置的弹簧连接有啮合齿块，啮合齿块的径向内端面设有棘齿，定位柱的内端部设为与正多边形孔形状大小适配的正棱柱状，且定位柱的内端部外壁上设有与棘齿适配的锯齿，棘齿的方向保证定位柱内端部仅能靠近与安装腔管壁固连的上端板或下端板。

进一步的，正多边形孔为正方形孔。

进一步的，上端板和下端板皆为圆形且外径皆与圆筒的外径相等。

进一步的，承压柱的上端面设有吊环。

本发明的有益效果是：

1）本发明的用于预应力管桩的挤扩支盘接桩结构，设有上/下端板、圆筒、套管、连杆组件等结构，能够实现相连两段预应力管桩的接桩操作；

2) 本发明的用于预应力管桩的挤扩支盘接桩结构，在安装管桩时采用承压柱进行支撑，安装完成撤掉承压柱，在上段管桩的重力及其所受压力的共同作用下可自行发生径向变形，以达到与现有混凝土灌注桩的扩孔支盘桩相同的作用效果，能够显著增加桩土之间的侧阻力，提高抗压、抗拔的能力，使管桩的承载力增大为原来的1.5～2倍；

3）本发明的用于预应力管桩的挤扩支盘接桩结构，由于其特殊的挤压成盘工艺，使桩具有支盘的承载结构同时又挤压密实了盘周土体，将桩土刚度共同提高，从而大大减小了基础的工间和工后沉降；

4）本发明的用于预应力管桩的挤扩支盘接桩结构，抗压抗拉承载力明显增大，在所需承载力相同的情况下，可减小所需桩长及桩径，节省砼用量，并且接桩结构本身也有一定的长度，相对现有直接焊接等接桩方式，可进一步减小所需桩长，对不同土体、需求的适应性更强。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的支盘刚形成时的结构示意图；

图3是本发明的支盘填充灌浆料时的结构示意图；

图4是本发明的连杆组件和套管的位置分布图；

图5是本发明的棘齿和锯齿配合相关结构示意图；

图6是本发明的承压柱安装过程示意图；

图7是本发明的承压柱承压状态示意图。

图中：

1┄上端板；2┄下端板；3┄圆筒；4┄导向管；5┄定位柱；6┄上连杆；7┄下连杆；8┄承压柱；9┄安装腔；10┄弹簧；11┄啮合齿块；12┄吊环。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

参照图1至图7，本发明的一种用于预应力管桩的挤扩支盘接桩结构，包括相互平行的上端板1和下端板2，上端板1的中心开设有长方形孔，上端板1和下端板2之间固连有圆筒3，圆筒3的轴线与上端板1垂直，圆筒3内沿其周向均布有多个套管，“多个”即至少三个，设置越多，套管对上端板1的支撑能力越强，具体套管的数量根据实际需要而定；套管的轴线与圆筒3轴线平行，套管包括导向管4和定位柱5，定位柱5滑动插装在导向管4内且定位柱5的外端和导向管4的外端固连上端板1和下端板2，具体实施时，可以是定位柱5的外端与上端板1固连，或者是导向管4的外端部与上端板1固连；圆筒3内还沿其周向均布有多个连杆组件，每个连杆组件皆由上下对称分布的上连杆6和下连杆7组成，上连杆6和下连杆7皆倾斜布置，上连杆6的上端铰接在上端板1的下表面，下连杆7的下端铰接在下端板2的上表面，上连杆6的下端和下连杆7的上端共同铰接于圆筒3的内壁上，圆筒3的轴线位于上连杆6和下连杆7所形成的平面上；还配置有承压柱8，承压柱8的横截面为长方形，承压柱8的横截面长度小于条形孔的长度且大于条形孔的宽度，承压柱8的横截面宽度小于条形孔的宽度，承压柱8的高度等于上端板1和下端板2之间的距离。施工时，先将下端板2与下节管桩上端既有的钢端板固连，然后将承压柱8从长方形孔伸入直至完全处于上端板1和下端板2之间，这时将承压柱8旋转90°，使承压柱8支撑于上端板1的下表面，紧接着将上节管桩下端的既有钢端板与上端板1固连，再使上下两节管桩及中间部分的结构一体向桩孔下方移动，当移至合适位置时，旋转承压柱8并将承压柱8通过长方形孔取出，连杆组件在上节管桩的压力作用下会使上连杆6和下连杆7相互靠近，并使上连杆6和下连杆7的共同铰接于圆筒3内壁上的端部向外凸，驱使圆筒3轴向中部径向向外扩，形成灯笼状结构，直至定位柱5的内端也与上端板1或下端板2接触时停止，这时上下管桩支架的结构变形成支盘结构，最后采用灌浆管通过长方形孔对压曲后的圆筒3内部进行高强度混凝土灌浆料填充，最终形成混凝土支盘连接节点。

作为上述技术方案的进一步改进，导向管4的外端部径向外扩形成正棱柱状的安装腔9，形成安装腔9的管壁的顶部与上端板1或下端板2固连，安装腔9的底面中心开设有与正棱柱横截面的形状和周向位置对应设置的正多边形孔，且圆筒3轴线至正多边形孔边缘的最大距离小于或等于圆筒3内径，安装腔9的每个面皆通过径向布置的弹簧10连接有啮合齿块11，啮合齿块11的径向内端面设有棘齿，定位柱5的内端部设为与正多边形孔形状大小适配的正棱柱状，且定位柱5的内端部外壁上设有与棘齿适配的锯齿，棘齿的方向保证定位柱5内端部仅能靠近与安装腔9管壁固连的上端板1或下端板2。当锯齿与棘齿接触时，定位柱5会驱使啮合齿块11径向向外移动，在弹簧10的作用下保证啮合力。这里锯齿是与棘齿适配的，所以啮合齿块11的位置肯定需要稍微外露于正多边形孔，这样才能与定位柱5接触，但也不能外露太多，这样会卡住定位柱5使其无法上移，具体位置属于本领域人员根据其功能容易确定的。弹簧10的型号也是本领域人员容易选择的，要保证在啮合齿块11的少量位移的情况下产生较大的弹力，应选用弹性系数较大的弹簧。当混凝土支盘连接节点形成后，灌注的高强度灌浆料的成型可以使结构的抗拉能力大大提升，这里给出的安装腔9等结构，通过棘齿的单向锁紧，使得上端板1与下端板2之间的距离只能减小，不能增大，进一步提高了结构的抗拉能力。

作为正多边形孔的一种优选方案，正多边形孔为正方形孔，对应的，安装腔9也为正四棱柱状，定位柱5的内端部也设为正四棱柱形状。这样的形状设计能够很好地满足使用的需要，并且加工方便，制造成本更低。

作为端板的一种优选形状，上端板1和下端板2皆为圆形且外径皆与圆筒3的外径相等。实施时，要使端板直径、圆筒3直径及管桩既有钢端板的直径皆相等，这样既能满足使用的需要，又不会浪费额外的加工建材。

为方便承压柱8的起吊和旋转，承压柱8的上端面设有吊环12。当然，采用吊钩、吊耳等结构替代调换亦可。

细节的，下端板2是一整块板，中间并未开设孔之类的结构，因为施工的最后通过灌浆管填充高强度的灌浆料时，要保证灌浆料不下漏。

下面对本发明的创造点进行详细的论述：

首先介绍一种现有技术中在混凝土灌注桩中应用非常广泛的结构，扩孔支盘桩：是在已经开挖好的孔内放入专用挤扩支盘机设备，按照承载力要求和地层土质条件，在设计要求部位对土体进行侧向挤压，挤扩成支或盘状孔腔，提离挤扩支盘机，放入钢筋笼，灌注桩身混凝土，形成的带有支盘结构的基桩同周围部分被挤密的土体共同作用的混凝土灌注桩。这种扩孔支盘桩身上支盘结构的存在，大幅度的增加了桩基础的土侧阻力，对于桩基础的抗压和抗拔承载力的提高具有显著的效果。但是现有技术中这种结构无法应用在预应力管桩结构上，因为预应力管桩施工前即已成型，无法再与支盘一体浇筑成型。本发明正是克服了这一技术障碍，巧妙的在两个预应力管桩对接处设计支盘结构，并且特定的支盘结构既能实现等同于扩孔支盘桩的技术效果，也能实现上下两节管桩的接桩施工，一举两得。

具体实施时，圆筒的高度由管桩尺寸决定，一般情况下，为保证连接及支承的可靠性，圆筒扩张前的高度为600-900mm，受压扩张后的高度为400-600mm。

实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本申请的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于预应力管桩的挤扩支盘接桩结构，其特征在于：包括相互平行的上端板（1）和下端板（2），上端板（1）的中心开设有长方形孔，上端板（1）和下端板（2）之间固连有圆筒（3），圆筒（3）的轴线与上端板（1）垂直，圆筒（3）内沿其周向均布有多个套管，套管的轴线与圆筒（3）轴线平行，套管包括导向管（4）和定位柱（5），定位柱（5）滑动插装在导向管（4）内且定位柱（5）的外端和导向管（4）的外端固连上端板（1）和下端板（2），圆筒（3）内还沿其周向均布有多个连杆组件，每个连杆组件皆由上下对称分布的上连杆（6）和下连杆（7）组成，上连杆（6）和下连杆（7）皆倾斜布置，上连杆（6）的上端铰接在上端板（1）的下表面，下连杆（7）的下端铰接在下端板（2）的上表面，上连杆（6）的下端和下连杆（7）的上端共同铰接于圆筒（3）的内壁上，圆筒（3）的轴线位于上连杆（6）和下连杆（7）所形成的平面上；还配置有承压柱（8），承压柱（8）的横截面为长方形，承压柱（8）的横截面长度小于条形孔的长度且大于条形孔的宽度，承压柱（8）的横截面宽度小于条形孔的宽度，承压柱（8）的高度等于上端板（1）和下端板（2）之间的距离。

2.根据权利要求1所述的一种用于预应力管桩的挤扩支盘接桩结构，其特征在于：导向管（4）的外端部径向外扩形成正棱柱状的安装腔（9），形成安装腔（9）的管壁的顶部与上端板（1）或下端板（2）固连，安装腔（9）的底面中心开设有与正棱柱横截面的形状和周向位置对应的正多边形孔，且圆筒（3）轴线至正多边形孔边缘的最大距离小于或等于圆筒（3）内径，安装腔（9）的每个面皆通过径向布置的弹簧（10）连接有啮合齿块（11），啮合齿块（11）的径向内端面设有棘齿，定位柱（5）的内端部设为与正多边形孔形状大小适配的正棱柱状，且定位柱（5）的内端部外壁上设有与棘齿适配的锯齿，棘齿的方向保证定位柱（5）内端部仅能靠近与安装腔（9）管壁固连的上端板（1）或下端板（2）。

3.根据权利要求2所述的一种用于预应力管桩的挤扩支盘接桩结构，其特征在于：正多边形孔为正方形孔。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种用于预应力管桩的挤扩支盘接桩结构，其特征在于：上端板（1）和下端板（2）皆为圆形且外径皆与圆筒（3）的外径相等。

5.根据权利要求4所述的一种用于预应力管桩的挤扩支盘接桩结构，其特征在于：承压柱（8）的上端面设有吊环（12）。

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