CN112392034A - 一种组合式的预应力混凝土管桩 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预应力混凝土管桩，特别是一种组合式的预应力混凝土管桩，其包括第一桩、第二桩以及钢绞线套件，相邻第一桩的同侧第一端头钢板和相邻第二桩与第一桩的同侧第二端头钢板及第一端头钢板均相固定，钢绞线的一侧端部自桩顶部穿入，并与位于桩底部的钢材连接件进行永久止逆锁紧，通过张拉钢绞线的另一侧端部，即可对在管桩方向上延伸的多段第一桩及第二桩整体施加后张法预应力，进而促使多段第一桩和第二桩有效的成为一体，在其被打入地底后能够大幅度提升抗拔性能。本发明解决了“提升预应力混凝土管桩的抗拔性能”的技术问题，具备管桩施工质量好，施工效率高等优点。

Description

一种组合式的预应力混凝土管桩

技术领域

本发明涉及一种预应力混凝土管桩，特别是一种组合式的预应力混凝土管桩。

背景技术

预应力混凝土管桩是建筑工程领域的重要基础构件，可分为后张法预应力管桩和先张法预应力管桩。先张法预应力管桩是采用先张法预应力工艺和离心成型法制成的一种空心筒体细长混凝土预制构件，主要由圆筒形桩身、端头板和钢套箍等组成。而后张法则是待管桩内混凝土初凝后通过内部预留的孔洞进行预应力的施加。预应力混凝土管桩代号为PC桩，预应力高强混凝土管桩代号为PHC桩，薄壁管桩代号为PTC桩。

预应力混凝土管桩的抗拔性能一直无法得到可靠的技术保障，究其原因：现有的预应力混凝土管桩桩身连接方法是直接采用焊接桩身端板，这种连接方法的不足之处是由于造价的原因，市场上供应的端板经常采用再生钢，焊接端板后容易出现脆性断裂，同时施工过程中冷却不充分就开始压桩，结果导致该桩身连接接头成为薄弱点，多段桩身无法有效的成为一体，严重影响预应力混凝土管桩的抗拔性能。

因此，研究一种新型预应力混凝土抗拔管桩结构，以提高管桩的抗拔能力，保证施工质量就成为一项具有现实意义的行业技术问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术的不足而提供一种组合式的预应力混凝土管桩。

为了实现上述目的，本发明所设计的一种组合式的预应力混凝土管桩，其包括：

至少一个的第一桩，每个第一桩均由第一钢筋笼以及通过混凝土灌注在第一钢筋笼上所形成的筒体的第一桩身组成；

其中，所述第一钢筋笼包括多根独立在第一桩身长方向上延伸的第一主钢筋，N根在第一桩身长方向上延伸的第一钢管，N≥1，第一主钢筋和第一钢管在第一桩身的圆周方向上进行排布，且第一钢管呈均匀分布状，多根在第一桩身长方向上排布的第一箍钢筋，且每个第一箍钢筋均与所有第一主钢筋与第一钢管相固定，以及一对第一端头钢板，其位于第一桩身长方向上的两外侧，每个第一端头钢板上均设有逐一对应每根第一钢管的第一通孔，所有第一主钢筋与第一钢管的两个端部均与其对应侧的第一端头钢板相固定，且相对应的第一钢管与第一通孔相贯通以用于穿入钢绞线；

一个第二桩，其由第二钢筋笼以及通过混凝土灌注在第二钢筋笼上所形成的筒体的第二桩身组成；

其中，所述第二钢筋笼包括多根独立在第二桩身长方向上延伸的第二主钢筋，N根在第二桩身长方向上延伸的第二钢管，第二主钢筋和第二钢管在第二桩身的圆周方向上进行排布，且第二钢管呈均匀分布状，多根在第二桩身长方向上排布的第二箍钢筋，且每个第二箍钢筋均与所有第二主钢筋与第二钢管相固定，以及一对第二端头钢板，其位于第二桩身长方向上的两外侧，每个第二端头钢板上均设有逐一对应每根第二钢管的第二通孔，其中一个第二端头钢板上还形成一个开口朝向外侧的凹腔，且所述第二端头钢板上的第二通孔与凹腔腔底相贯通，所有第二主钢筋与第二钢管的两个端部均与其对应侧的第二端头钢板相固定，且相对应的第二钢管与第二通孔相贯通以用于穿入钢绞线；

N根钢绞线，每根钢绞线的一侧端部上均设有止逆卡扣部，且在钢绞线的圆周方向上进行排布；

以及，N个钢材连接件，每个钢材连接件上均设有一个卡口以用于锁紧钢绞线的止逆卡扣部；

其中，第一桩与第二桩在管桩延伸方向上排布，且第二端头钢板上的凹腔位于管桩底部，第一桩与第二桩两者的中心线相重合；

若第一桩的数量为一个，相邻第二桩与第一桩的同侧第二端头钢板及第一端头钢板相固定，且第二通孔与第一通孔相对齐；

若第一桩的数量为多个，相邻第一桩的同侧第一端头钢板和相邻第二桩与第一桩的同侧第二端头钢板及第一端头钢板均相固定，且相邻第一桩的第一通孔和相邻第二桩的第二通孔与第一桩的第一通孔均相对齐；

其中，N个钢材连接件均固定至第二桩的一侧第二端头钢板的凹腔腔底上，N个钢材连接件的N个卡口与第二通孔逐一对应且贯通；

其中，在管桩延伸方向上，第一桩的N根第一钢管及其对应的第一通孔，第二桩的N根第二钢管及其对应的第二通孔和N个钢材连接件上的卡口共同形成N个用于穿入并锁紧钢绞线的后施加预应力的预留通道；N根钢绞线分别穿入前述预留通道并与对应的卡口锁紧以用于后施加预应力。

一种技术优选方案，上述一种组合式的预应力混凝土管桩，其结构中：

所述第一桩的一侧第一端头钢板上设有第一定位凹腔，其另一侧的第一端头钢板上则设有第一定位凸起；所述第二桩的非凹腔侧的第二端头钢板上设有第二定位凹腔；

其中，若第一桩的数量为一个，相邻第二桩与第一桩的同侧第二定位凹腔与第一定位凸起相配合；若第一桩的数量为多个，相邻第一桩的同侧第一定位凹腔与第一定位凸起和相邻第二桩与第一桩的同侧第二定位凹腔与第一定位凸起均相配合。

上述优选技术方案中相邻第一桩和相邻的第一桩与第二桩在安装时，相邻第一桩的同侧第一通孔能够实现准确对齐，而相邻第二桩与第一桩的同侧第二通孔与第一通孔则也能够实现准确对齐，有利于保证管桩施工质量，提升施工效率，同时上述结构还能够提升组合式管桩整体的抗剪切力。

再进一步的，上述一种高承载及抗拔的预应力混凝土管桩，其结构中：所述第一定位凹腔与第二定位凹腔的开口口沿上均设有扩孔斜倒角。

上述再进一步的优选技术方案中相邻第一桩的同侧第一定位凹腔与第一定位凸起配合时，在第一定位凹腔的扩孔斜倒角的引导作用下，第一定位凸起能够快速且顺利的进入其对应的第一定位凹腔中；同理的，第一定位凸起也能够顺利的进入其对应的第二定位凹腔中。

相比较现有技术，本发明得到的一种组合式的预应力混凝土管桩，其具备以下的技术优点：

1、高抗拔性能，本发明结构中相邻第一桩的同侧第一端头钢板和相邻第二桩与第一桩的同侧第二端头钢板及第一端头钢板均相固定，钢绞线的一侧端部自桩顶部穿入，并与位于桩底部的钢材连接件进行永久止逆锁紧，通过张拉钢绞线的另一侧端部，即可对在管桩方向上延伸的多段第一桩及第二桩整体施加后张法预应力，进而促使多段第一桩和第二桩有效的成为一体，在其被打入地底后能够大幅度提升抗拔性能。

2、高安装精准性，本发明结构中相邻第一桩的同侧第一定位凹腔与第一定位凸起和相邻第二桩与第一桩的同侧第二定位凹腔与第一定位凸起均相配合，因此相邻第一桩和相邻的第一桩与第二桩在安装时，相邻第一桩的同侧第一通孔能够实现准确对齐，而相邻第二桩与第一桩的同侧第二通孔与第一通孔则也能够实现准确对齐，有利于保证管桩施工质量，提升施工效率。

附图说明

图1是一种组合式的预应力混凝土管桩的结构示意图；

图2是一种第一桩的轴向断面示意图；

图3是一种第二桩的轴向断面示意图；

图4是一种钢绞线的局部结构示意图；

图5是一种钢材连接件的结构示意图；

图6是一种组合式的预应力混凝土管桩的断面结构示意图；

图7是图6中A处的局部放大示意图；

图8是一种组合式管桩的施工工艺流程图；

图9是第二种预应力混凝土管桩的结构示意图；

图10是第二种第一桩的断面结构示意图；

图11是第二种第二桩的断面结构示意图；

图12是第三种第一桩的局部断面结构示意图；

图13是第三种第二桩的局部断面结构示意图。

图中：第一桩1、第一钢筋笼2、第一桩身3、第一主钢筋4、第一钢管5、第一箍钢筋6、第一端头钢板7、第一通孔8、第二桩9、第二钢筋笼10、第二桩身11、第二主钢筋12、第二钢管13、第二箍钢筋14、第二端头钢板15、第二通孔16、凹腔17、钢绞线18、止逆卡扣部19、凸起19-1、平面19-2、钢材连接件20、卡口21、扇形体22、第一定位凹腔23、第一定位凸起24、第二定位凹腔25、扩孔斜倒角26。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都应该属于本发明保护的范围。

作为本发明的一种实施方式，如图1和图6所示，本实施例中所提供的一种组合式的预应力混凝土管桩，其包括：

一个第一桩1，如图2所示，所述第一桩1由第一钢筋笼2以及通过混凝土灌注在第一钢筋笼2上所形成的筒体的第一桩身3组成；

其中，所述第一钢筋笼2包括多根独立在第一桩身3长方向上延伸的第一主钢筋4，三根在第一桩身3长方向上延伸的第一钢管5，第一主钢筋4和第一钢管5在第一桩身3的圆周方向上进行排布，且第一钢管5呈均匀分布状，多根在第一桩身3长方向上排布的第一箍钢筋6，且每个第一箍钢筋6均与所有第一主钢筋4与第一钢管5相焊接固定，以及一对第一端头钢板7，其位于第一桩身3长方向上的两外侧，每个第一端头钢板7上均设有逐一对应每根第一钢管5的第一通孔8，所有第一主钢筋4与第一钢管5的两个端部均与其对应侧的第一端头钢板7相焊接固定，且相对应的第一钢管5与第一通孔8相贯通以用于穿入钢绞线18；

一个第二桩9，如图3所示，其由第二钢筋笼10以及通过混凝土灌注在第二钢筋笼10上所形成的筒体的第二桩身11组成；

其中，所述第二钢筋笼10包括多根独立在第二桩身11长方向上延伸的第二主钢筋12，三根在第二桩身11长方向上延伸的第二钢管13，第二主钢筋12和第二钢管13在第二桩身11的圆周方向上进行排布，且第二钢管13呈均匀分布状，多根在第二桩身11长方向上排布的第二箍钢筋14，且每个第二箍钢筋14均与所有第二主钢筋12与第二钢管13相焊接固定，以及一对第二端头钢板15，其位于第二桩身11长方向上的两外侧，每个第二端头钢板15上均设有逐一对应每根第二钢管13的第二通孔16，其中一个第二端头钢板15上还形成一个开口朝向外侧的凹腔17，且所述第二端头钢板15上的第二通孔16与凹腔17腔底相贯通，所有第二主钢筋12与第二钢管13的两个端部均与其对应侧的第二端头钢板15相焊接固定，且相对应的第二钢管13与第二通孔16相贯通以用于穿入钢绞线18；

三根钢绞线18，每根钢绞线18的一侧端部上均设有止逆卡扣部19，且在钢绞线18的圆周方向上进行排布；如图4所示，本实施例中所述止逆卡扣部19为一个自接近钢绞线18的端面向该端面延伸，且高度线性减小的凸起19-1，其背离钢绞线18端面的一侧为平面19-2，且平行于钢绞线18的径向；

以及，三个钢材连接件20，每个钢材连接件20上均设有一个卡口21以用于锁紧钢绞线18的止逆卡扣部19；如图5所示，本实施例中所述卡口21由四个独立自对应钢材连接件20的表面向外延伸，且线性向该钢材连接件20的中心倾斜的扇形体22构成，四个扇形体22环状分布在远离该钢材连接件20的端部形成卡口21；

钢绞线18与钢材连接件20两者止逆互锁的原理：

钢绞线18的一侧圆周分布的凸起19-1在插入对应钢材连接件20的卡口21过程中，构成卡口21的四个扇形体22因受到挤压会同步产生弹性形变，因而出现卡口21被动扩张的现象；

钢绞线18的一侧圆周分布的凸起19-1在完全穿过对应的卡口21后，因材料自身的弹性恢复力影响，被动扩张的卡口21又会迅速收拢，此处需要说明的是后期在钢绞线18上施加预应拉力过程中，所施加的拉力值F越大，考虑到钢材连接件20上形成卡口21的四个扇形体22的远端均线性的向该钢材连接件20的中心倾斜，因此由四个扇形体22共同形成的卡口21就会收的越紧，进而实现对钢绞线18上圆周方向排布的凸起19-1进行有效锁紧的目的，如图7所示；

其中，第一桩1与第二桩9在管桩延伸方向上排布，且第二端头钢板15上的凹腔17位于管桩底部，第一桩1与第二桩9两者的中心线相重合；相邻第二桩9与第一桩1的同侧第二端头钢板15及第一端头钢板7相焊接固定，且第二通孔16与第一通孔8相对齐；

其中，三个钢材连接件20均焊接固定至第二桩9的一侧第二端头钢板15的凹腔17腔底上，三个钢材连接件20的三个卡口21与第二通孔16逐一对应且贯通；

其中，在管桩延伸方向上，第一桩1的三根第一钢管5及其对应的第一通孔8，第二桩9的三根第二钢管13及其对应的第二通孔16和三个钢材连接件20上的卡口21共同形成三个用于穿入并锁紧钢绞线18的后施加预应力的预留通道；三根钢绞线18分别穿入前述预留通道并与对应的卡口21锁紧以用于后施加预应力。

本发明所提供一种组合式管桩，其结构中第一桩1与第二桩9的制作全过程（方法），包括以下的具备步骤：

（1）钢筋笼的绑扎。

（2）入模；

当钢筋笼绑扎完成后，使用桁架吊车将其吊入预制钢模中，两端采用端头钢板与其固定。在钢模中一侧端部设有张拉空隙。当钢筋笼安装完成以后，桁架吊车将其吊入混凝土灌注区。

（3）混凝土灌注；

在混凝土灌注区，有相应的灌注车，在操作台侧导轨上运行。一根桩的混凝土用量均控制在一车，小车在中空的半开模上运行，下部露出的混凝土逐渐填筑入模型中。当混凝土灌注完成后，在钢模的周围环绕一圈棉线（防止混凝土中水在离心过程中损失）并吊来另一半的钢模，进行封闭。

（4）张拉；

将管桩张拉端送入特定的机器进行张拉，张拉的具体量根据不同的要求确定。

（5）离心成型；

将张拉好的管桩放入离心槽中进行离心，离心作用按慢速、低速、中速、高速四个阶段进行，以保证混凝土密实。离心的时间控制在15min左右，一般根据离心速率确定。端头钢板的中空部分会使用橡胶圆封堵，便于离心成型，且当成型后可拔出到处多余的浆液保证桩内部平整。

（6）蒸压养护；

经离心成型的桩身应采用高压蒸养。蒸养池为混凝土砌成的大池子，将离心成型后的管桩放入池子中，盖上混凝土盖板，即可进行蒸压养护。至此，即可得到本实施例中所提及的第一桩1与第二桩9。

本实施例所提供一种组合式管桩的施工工艺流程如图8所示，其中：

吊装、插桩工序；

第一桩1需要先插入土层，要尽量保持位置方向正确，即用两个方向（互成90°）的经纬仪使导架保持垂直。通过桩机导架的旋转、滑动及停留进行调整。经纬仪应设置在不受打桩影响处，并经常加以调平，使之保持垂直。同时再检查桩帽中心是否与中轴一致，并检查桩的方位有无移动，以便进行必要的纠偏，如一切均已稳当，方可开始打桩。

打桩（压桩）工序；

在整个打桩过程中，要使桩帽、桩身尽量保持在同一轴线上。必要时应将桩架导杆方向按桩身方向调整。要注意尽量不使管桩受到偏心受压，以免管桩受弯。每根桩宜连续一次压完，不要中断，以免难以继续压入。打桩时采用桩相适应的桩帽和硬木垫层。

接桩与焊接工序；

接桩时要注意新接第二桩9与原第一桩1的轴线一致，两施焊面上的泥土、油污、铁锈等要预先清刷干净。当第一桩1的桩头距地面1.0~1.3m时，即可进行焊接接桩。管桩焊接施工应由有经验的焊工按照《建筑钢结构焊接技术规程》的要求认真进行。

送桩工序；

为将第二桩9打到设计标高，需要采用送桩器，送桩器采用钢板或钢管制作，长度一般比原地面至桩顶设计标高的距离长50cm左右。

送桩器紧接第二桩9的桩顶部分，安放保护桩顶的硬木垫层，安放前要先将桩顶损伤部分清除并修理平整。桩与送桩器的纵轴线要尽量保持在同一直线上。将送桩器就位后，架设水准仪，根据已知点计算出仪器高，根据设计桩顶高程计算出两者之间的高差h，沿着送桩器标记出h所在的位置，送桩必须与打桩一样连续施工，不得中断，当水准仪十字丝读数对准该标记时结束压桩。

成桩后预紧工序；

三根钢绞线18的一侧端部均自桩顶部穿入，并与位于桩底部的钢材连接件20进行永久止逆锁紧，通过张拉钢绞线18的另一侧端部，即可对组合式管桩整体施加后张法预应力。

当然在实际的施工使用过程中，本发明结构中第一桩1的实际数量可根据打桩深度实时调整。例如，本发明的第二种实施方式，如图9所示，本实施例中所提供的一种组合式的预应力混凝土管桩，其包括：两个第一桩1和一个第二桩9。相邻第一桩1的同侧第一端头钢板7和相邻第二桩9与第一桩1的同侧第二端头钢板15及第一端头钢板7均相焊接固定，且相邻第一桩1的第一通孔8和相邻第二桩9的第二通孔16与第一桩1的第一通孔8均相对齐；

一种本发明的第三种实施方式，如图10和图11所示，本实施例中所提供的一种组合式的预应力混凝土管桩，其包括两个第一桩1和一个第二桩9。所述第一桩1的一侧第一端头钢板7上设有第一定位凹腔23，其另一侧的第一端头钢板7上则设有第一定位凸起24；所述第二桩9的非凹腔17侧的第二端头钢板15上设有第二定位凹腔25。相邻第二桩9与第一桩1的同侧第二定位凹腔25与第一定位凸起24相配合。

本实施方式中相邻第一桩1和相邻的第一桩1与第二桩9在安装时，相邻第一桩1的同侧第一通孔8以及相邻第二桩9与第一桩1的同侧第二通孔16与第一通孔8能够实现准确对齐，有利于保证管桩施工质量，提升施工效率，同时提升抗剪切力。

再进一步的，作为本发明的第四种实施方式，其大体结构与实施例三相一致，如图12和图13所示，但是本实施例中的一种组合式的预应力混凝土管桩，其结构中：所述第一定位凹腔23与第二定位凹腔25的开口口沿上均设有扩孔斜倒角26。

上述实施方案中相邻第一桩1的同侧第一定位凹腔23与第一定位凸起24配合时，在第一定位凹腔23的扩孔斜倒角26的引导作用下，第一定位凸起24能够快速且顺利的进入其对应的第一定位凹腔23中；同理的，第一定位凸起24也能够顺利的进入其对应的第二定位凹腔25中。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均应该落在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种组合式的预应力混凝土管桩，其特征是包括：

至少一个的第一桩，每个第一桩均由第一钢筋笼以及通过混凝土灌注在第一钢筋笼上所形成的筒体的第一桩身组成；

其中，所述第一钢筋笼包括多根独立在第一桩身长方向上延伸的第一主钢筋，N根在第一桩身长方向上延伸的第一钢管，N≥1，第一主钢筋和第一钢管在第一桩身的圆周方向上进行排布，且第一钢管呈均匀分布状，多根在第一桩身长方向上排布的第一箍钢筋，且每个第一箍钢筋均与所有第一主钢筋与第一钢管相固定，以及一对第一端头钢板，其位于第一桩身长方向上的两外侧，每个第一端头钢板上均设有逐一对应每根第一钢管的第一通孔，所有第一主钢筋与第一钢管的两个端部均与其对应侧的第一端头钢板相固定，且相对应的第一钢管与第一通孔相贯通以用于穿入钢绞线；

一个第二桩，其由第二钢筋笼以及通过混凝土灌注在第二钢筋笼上所形成的筒体的第二桩身组成；

其中，所述第二钢筋笼包括多根独立在第二桩身长方向上延伸的第二主钢筋，N根在第二桩身长方向上延伸的第二钢管，第二主钢筋和第二钢管在第二桩身的圆周方向上进行排布，且第二钢管呈均匀分布状，多根在第二桩身长方向上排布的第二箍钢筋，且每个第二箍钢筋均与所有第二主钢筋与第二钢管相固定，以及一对第二端头钢板，其位于第二桩身长方向上的两外侧，每个第二端头钢板上均设有逐一对应每根第二钢管的第二通孔，其中一个第二端头钢板上还形成一个开口朝向外侧的凹腔，且所述第二端头钢板上的第二通孔与凹腔腔底相贯通，所有第二主钢筋与第二钢管的两个端部均与其对应侧的第二端头钢板相固定，且相对应的第二钢管与第二通孔相贯通以用于穿入钢绞线；

N根钢绞线，每根钢绞线的一侧端部上均设有止逆卡扣部，且在钢绞线的圆周方向上进行排布；

以及，N个钢材连接件，每个钢材连接件上均设有一个卡口以用于锁紧钢绞线的止逆卡扣部；

其中，第一桩与第二桩在管桩延伸方向上排布，且第二端头钢板上的凹腔位于管桩底部，第一桩与第二桩两者的中心线相重合；

若第一桩的数量为一个，相邻第二桩与第一桩的同侧第二端头钢板及第一端头钢板相固定，且第二通孔与第一通孔相对齐；

若第一桩的数量为多个，相邻第一桩的同侧第一端头钢板和相邻第二桩与第一桩的同侧第二端头钢板及第一端头钢板均相固定，且相邻第一桩的第一通孔和相邻第二桩的第二通孔与第一桩的第一通孔均相对齐；

其中，N个钢材连接件均固定至第二桩的一侧第二端头钢板的凹腔腔底上，N个钢材连接件的N个卡口与第二通孔逐一对应且贯通；

其中，在管桩延伸方向上，第一桩的N根第一钢管及其对应的第一通孔，第二桩的N根第二钢管及其对应的第二通孔和N个钢材连接件上的卡口共同形成N个用于穿入并锁紧钢绞线的后施加预应力的预留通道；N根钢绞线分别穿入前述预留通道并与对应的卡口锁紧以用于后施加预应力。

2.根据权利要求1所述的一种组合式的预应力混凝土管桩，其特征在于：

所述第一桩的一侧第一端头钢板上设有第一定位凹腔，其另一侧的第一端头钢板上则设有第一定位凸起；所述第二桩的非凹腔侧的第二端头钢板上设有第二定位凹腔；

其中，

若第一桩的数量为一个，相邻第二桩与第一桩的同侧第二定位凹腔与第一定位凸起相配合；

若第一桩的数量为多个，相邻第一桩的同侧第一定位凹腔与第一定位凸起和相邻第二桩与第一桩的同侧第二定位凹腔与第一定位凸起均相配合。

3.根据权利要求2所述的一种组合式的预应力混凝土管桩，其特征在于：所述第一定位凹腔与第二定位凹腔的开口口沿上均设有扩孔斜倒角。

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