CN112482371B - 用于集成式管桩的张锚器 - Google Patents

Abstract

用于集成式管桩的张锚器，属于桩基技术领域，提供了一种用于集成式管桩的张锚器，包括一组预制混凝土构件和桩甲，预制混凝土构件构成桩体，包含桩条板、抗滑约束环、端压座，桩条板竖直环向布置在环形管桩的周边，端压座位于集成式管桩的底端，承受端阻力，在竖向和径向约束固定桩条板，抗滑约束环水平向设置在桩条板的上下拼接的位置并约束桩条板的竖向和径向位移，张锚器将各个混凝土构件张拉整合成桩体，桩甲设置在桩条板外围和桩孔壁土体内侧，传递桩孔壁土体的正压力和摩阻力。本发明降低成本、方便施工、节能环保、提升质量、减少现场人工作业，具有显著的经济效益和社会效益。

Description

用于集成式管桩的张锚器

技术领域

本发明涉及桩基技术，具体是一种用于集成式管桩的张锚器以及该管桩的施工方法。

背景技术

土木工程中的大直径桩，在建筑、桥梁、港口及大型构筑物的基础中应用广泛，迄今为止，施工方法多为现场成孔后，在桩孔内置入钢筋笼，现场浇筑混凝土。此种方法，在一些极端条件下，施工难度较大，而且混凝土的浇筑质量难以保证，施工速度也较慢，尤其在一些溶洞地区，混凝土凝固前极易流失到土（岩）洞里，造成质量事故。而对于一些大直径的抗拔桩，需要配置大量的钢筋，工程造价高。另一方面，大直径混凝土桩的芯部混凝土，却起作用很小或不是必需的，造成材料的浪费。

现有的预制管桩，一般直径较小，且属于机械置入式施工，遇到岩层或较硬的土层，也难以适用。

以上所述的种种不足，需要一些创新的技术来解决和改善，而将预制混凝土构件和现场成孔技术相结合的工艺，是解决该问题的一种办法。

本发明将提供一种新的大直径桩基技术来解决此问题。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术中的缺点，提供一种更节省成本和提高施工质量的新型桩基技术。

为达到上述目的，本发明的集成式管桩采用以下技术方案：

用于集成式管桩的张锚器，包括预制的混凝土构件和现场制作的桩甲，预制的混凝土构件构成桩体，包含桩条板和抗滑约束环和端压座，所述的桩条板为竖向设置的竖条状构件，沿环向布置在环形桩体的周边，所述的抗滑约束环设置在水平向，所述的桩条板在抗滑约束环高度范围的内侧拼接，所述的抗滑约束环外包桩条板且约束桩条板的径向外移和竖向错动，所述的桩甲设置在上下相邻的抗滑约束环之间（也可以部分包覆抗滑约束环）且在外部包覆所述的桩体并被桩孔壁土体包覆，桩甲传递所述的桩孔壁土体的正压力和摩阻力，所述的抗滑约束环阻止桩甲沿桩体的竖向滑动，所述的端压座设置在桩体的底部，且设置有底板用于承受桩端压力和桩条板的竖向压力，端压座约束桩条板的径向外移和竖向错动，所述的张锚器设置为所述的集成式管桩的张拉锚固结构，将所述的集成式管桩的各个预制混凝土构件张拉锁紧整合成整体。

所述的桩条板具有设置在竖向的内外两个板面（面积较大的面）、具有设置在水平向的上下两个端面（称为上端面和下端面）和具有设置在竖向的左右（左称第一端面、右称第二端面）两个端面，相对于板面而言，面积较小的桩条板的面称为端面，内板面朝向管桩的中心，外板面朝向桩孔壁土体，上下两个端面顶住抗滑约束环，或者上下两个端面直接顶住，内外两个板面为弧面或平面，桩条板具有设定的厚度，使得相邻的桩条板的第一端面和第二端面自动阻止桩条板的径向内移。径向是指管桩的中心向周边的辐射线方向，朝向中心移动称为内移，反之称为外移。所述的桩条板的内板面为弧面时，可以增加设置垂直于板面的肋板，肋板设置为水平向或竖向。

所述的抗滑约束环为水平向设置的环状构件，可以设置为整体，也可以设置为分段的弧段或直段拼装而成，所述的抗滑约束环的竖向断面可以为T形，也可以是矩形，当为矩形时，内侧面设置成上下两个坡面（即为五边形），与该坡面接触的桩条板的外板面也设置为坡面，抗滑约束环能有效阻止桩条板的竖向错动。所述的坡面为与竖向有一定夹角的面。

所述的抗滑约束环是一个多功能构件，可以约束桩条板的径向外移，也可以约束桩条板的竖向错动，又可以防止桩甲的竖向滑动，是整个集成式管桩安装、吊装过程中整体性的保证，也是集成式管桩可靠受力、有效工作的必不可少的构件和环节。桩孔壁土体的摩擦力传递给桩甲，桩甲传递给抗滑约束环，抗滑约束环传递给桩条板，桩条板传递给端压座。抗滑约束环也是桩体的一部分。

所述的端压座，设置为具有底板的上部有凹口的（简称上凹口）预制混凝土构件，桩条板设置在上凹口内被端压座径向约束且在底部约束，为承受桩端阻力的构件(当为受压桩时)，当为抗拔桩和水平受荷桩时，集成式管桩内部可以设置为填充物（建筑垃圾或泥土），端压座承受填充物的重力，从而增加集成式管桩抗拔或抗倾覆能力。

所述的端压座是一个多功能构件，既是特殊的抗滑约束环，约束固定桩条板和桩甲，又能承受端阻力、填充物的重力，还可以增加设置集成式管桩的张拉结构的锚固器，即张锚器。所述的张拉结构，不仅可以完成张拉锁定的功能，而且还可以检测桩体的受压承载力。

所述的桩甲，是在预制的混凝土构件组装完成置入桩孔内后，在桩体与桩孔壁土体间填充粘结性材料（混凝土或水泥浆或水泥土），必要时加膨胀剂，填充的粘结性材料凝固后形成桩甲，传递桩孔壁土体的正压力和摩阻力。可选的，在置入预制的混凝土桩体前，可以在桩体外围安装软质材料形成的囊袋，囊袋内注浆形成桩甲，在具有土（岩）洞的地层内，囊袋限制浆液流失，确保桩甲的施工质量。

由于所述的集成式管桩施工要先成孔，后置入桩体，桩体和桩孔壁土体间必然留有间隙，这使得管桩的桩侧摩阻力无法发挥，抗拔、抗压或抗水平荷载的效果大打折扣或不存在，所以本文所述的桩甲是必不可少、不可或缺的传力构件，没有桩甲，集成式管桩将无法有效发挥作用。

所述的张锚器包括置锚格和张紧杆，分为体里张锚器、体外张锚器和体内张锚器三种形式(体指桩体)，三者可以单独使用，也可至少两种组合使用。张锚器设置在桩体中，即在预制构件桩条板内部，为体里张锚器；或者设置在桩体外的桩甲内，即预制构件桩条板外围的桩甲中，为体外张锚器；或者设置在桩体内部的空腔内，即预制构件桩条板内侧的桩体的内部空腔，为体内张锚器。

所述的张锚器由设置在端压座内部的置锚格（用于搁置并阻挡施锚器的格挡，本文简称置锚格）和张紧杆组成，在张紧杆的末端（下端）设置为施锚器，施锚器用于将张紧杆固定锚固在置锚格处，即施加锚固的结构。

用于所述的体里张锚器和所述的体外张锚器的置锚格，为设置在端压座内部用于设置张紧杆的预留的竖向孔道的末端扩大为较大体积的空腔，张紧杆位于置锚格内的端部扩大部分形成施锚器，所述的施锚器位于空腔内部，空腔内注入粘结性材料（水泥浆或水泥砂浆或混凝土），置锚格阻挡施锚器移动。所述的施锚器为张紧杆末端的体积扩大构件（挤压套或锚环或钢混凝土构件）。所述的张紧杆为张拉、锁紧、锚定的杆体（钢绞线等高强钢筋）。

用于体内张锚器的置锚格，设置有与端压座连接在一起的水平柱状体，所述的水平柱状体的上表面为上凸的凸面，下表面为上凹的凹面，该水平柱状体本文称为上置格挡体，所述的上置格挡体在端压座内侧的竖向环面，间隔设置在设定的标高位置，所述的施锚器设置为环形的预制构件，所述的施锚器上连接有所述的张紧杆和下置格挡体，所述的下置格挡体的上表面为上凸的凸面，下表面为下凸的凸面，在锚固状况位于上置格挡体的下方，下置格挡体的上凸凸面与上置格挡体的上凹凹面契合，可靠传递锚固力，下置格挡体的下凸凸面与上置格挡体的上凸凸面可以自动滑动，所述的施锚器吊装至置锚格的顶标高，在施锚器的重力作用下，下置格挡体自动滑到所述的置锚格的上置格挡体的间隔空间，下落穿过间隔空间后，施锚器水平转动，下置格挡体契合到上置格挡体的上凹的凹面内，完成张锚功能。所述的上置格挡体的间隔的水平宽度大于下置格挡体的宽度。

可选的，用于体内张锚器的置锚格，设置为与所述的端压座连接的环形构件（用于格挡施锚器），所述的施锚器设置为外径不大于所述的置锚格的内径，为盘状且连接张紧杆，施锚器内部中空，设置有用于容纳囊袋注浆体的芯部空间和至少两个可以滑动的预制的格挡体（简称滑动格挡体），滑动格挡体的滑动方向由管桩中心滑向周边，在安装工况时，滑动格挡体完全位于施锚器内部，吊装施锚器，在重力作用下穿过置锚格，当施锚器顶标高低于置锚格底标高时，在芯部空间内的囊袋内注浆，囊袋外扩，挤压滑动格挡体向四周滑动，置于所述的置锚格下方，完成张锚功能。

所述的置锚格和所述的施锚器，由混凝土、钢结构或钢混凝土结构制成，所述的囊袋为软质高强材料制成。

基于上述结构的带有张锚器的管桩，其施工方法包括以下步骤：

第一步：在预定的位置，采用机械设备在场地的土体中成孔，形成桩孔；

第二步：组装端压座、桩条板和抗滑约束环，形成第一节环状桩体，第一节即最下一节，并将其置入桩孔内；

第三步：调整第一节环状桩体的竖向位置，然后组装桩条板和抗滑约束环，形成第二节环状桩体；

第四步：调整组装好的环状桩体的竖向位置，然后组装桩条板和抗滑约束环，形成第三节环状桩体，逐次重复，在完整的桩体顶标高位于自然地面以上合适位置时，安装张锚器，将管桩的各个预制构件张拉、锁定形成整体，然后将完整的环状桩体置入桩孔内的设定标高；

第五步：施工桩甲，必要时先在上述第二、第三、第四步骤安装桩甲的囊袋，囊袋内注浆形成桩甲；

第六步：土方开挖，到达设定标高后，根据需要与否，管桩内部填充土体或建筑垃圾。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、节约材料、降低成本：与现有的大直径灌注桩相比，桩体中空，节省混凝土，当为抗拔桩时，采用高强预应力钢筋，节约一半以上的钢材；相对于传统的预制管桩，构件标准化、小型化，且重复率极大提高，降低了预制制作时模具的分摊成本，比整体预制的大直径管桩更有制作、储放和运输成本的优势。

2、质量更优：与现有的大直径灌注桩相比，预制构件的制作在地面或厂内完成，质量更可靠且方便检测，带囊袋桩甲的设置，可以确保复杂地层的成桩质量，尤其避免了灌注桩混凝土流失到土（岩）洞等缺陷土体的质量事故。

3、方便施工，发挥了装配式的优势，符合建筑业的产业升级战略方向，具有广泛的社会效益：本发明所公开的集成式管桩，分构件预制，便于储放、便于运输，预制混凝土构件的使用，减少现场绑扎钢筋和混凝土湿作业的工作量，提升了建筑工业化的程度，为应对人工成本上升，以及建筑工地用工荒的困境提供了更好的选择。

4、环保节能：本发明所公开的集成式管桩，尤其对于大直径管桩，管桩内部的中空空间可以填充建筑垃圾、废弃土方等废弃物，有利于施工现场建筑垃圾减量化的推进，具备环保优势，而混凝土和钢材的节约，同时也节约了能源，具备节能优势。

因此，本发明的集成式管桩，在节能环保、工程质量、经济性、方便性等方面都比现有技术有显著进步。

附图说明

图1为本发明集成式管桩的侧立面图。

图2为本发明集成式管桩的竖向断面图。

图3为本发明具有体里张锚器的集成式管桩的水平断面图。

图4为本发明具有体外张锚器的集成式管桩的水平断面图。

图5为本发明具有体内张锚器的集成式管桩的水平断面图。

图6为本发明具有体里张锚器的集成式管桩的竖向断面图。

图7为本发明具有体外张锚器的集成式管桩的竖向断面图。

图8为本发明具有体内张锚器的集成式管桩的竖向断面图。

图9为本发明具有上下格挡体的张锚器的水平断面图。

图10为本发明具有上下格挡体的张锚器锚固前位置关系竖向内立面展开图。

图11为本发明张锚器的上下格挡体锚固后位置关系的竖向内立面展开图。

图12为本发明具有滑动格挡体的张锚器水平断面图。

图13为本发明张锚器的滑动格挡体锚固前位置关系的竖向内立面展开图。

图14为本发明张锚器的滑动格挡体锚固后位置关系的竖向内立面展开图。

1 桩条板；2 抗滑约束环；3 桩甲；4 端压座；5 张锚器；51 张紧杆；52 置锚格；53 施锚器；54 囊袋注浆体；521 上置格挡体；531 下置格挡体；532 滑动格挡体。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。

用于集成式管桩的张锚器，请参阅图1～14所示，其中，所述的桩条板1竖向设置在管桩周边，内侧板面朝向管桩的中心，相邻的左右端面相互顶紧并自动阻止内移，上下端面相互顶紧或顶紧抗滑约束环2，水平向设置的抗滑约束环2在水平向和竖向约束桩条板1的外移或竖向错动，形成环状的桩体，桩体外侧设置有桩甲3，环状桩体设置在端压座4的上表面的凹口内并被端压座4限制水平向的径向外移和竖向错动，桩甲3外侧为桩孔壁土体，桩条板1、抗滑约束环2和端压座4置入事先完成的桩孔内，在桩条板1、抗滑约束环2和桩孔壁土体之间置入流动的粘结性材料，粘结性材料凝固后形成桩甲3，传递桩孔壁土体的正压力和竖向摩阻力。

所述的张锚器5包含张紧杆51和置锚格52，所述的张紧杆51下部末端设置有施锚器53。

可选的，所述的置锚格52设置有上置格挡体521，所述的施锚器53设置有下置格挡体531，上置格挡体521之间设置有间隔，间隔宽度不小于下置格挡体531的宽度，施锚器53吊装下沉，下置格挡体531穿过上置格挡体521之间的间隔后，施锚器53水平旋转并略微上提，下置格挡体531的上凸的凸面契合到上置格挡体521的上凹的凹面内，完成张锚功能。

可选的，所述的置锚格52设置为与所述的端压座连接的环形构件，所述的施锚器53内部中空，设置有用于容纳囊袋注浆体54的芯部空间和至少两个可以滑动的预制的滑动格挡体532，在安装工况时，滑动格挡体532完全位于施锚器53内部，吊装施锚器53，在重力作用下穿过置锚格52，当施锚器53顶标高低于置锚格52底标高时，在芯部空间内的囊袋内注浆，囊袋外扩，挤压滑动格挡体532向四周滑动，置于所述的置锚格52下方，囊袋内注浆浆液凝固后形成注浆体54，限制固定滑动格挡体532，完成张锚功能。

实施例1

第一步：在预定的位置，采用机械设备在场地的土体中成孔，形成桩孔；

第二步：组装端压座、桩条板和抗滑约束环，形成第一节（最下一节）环状桩体，并将其置入桩孔内；

第三步：调整第一节环状桩体的竖向位置，然后组装桩条板和抗滑约束环，形成第二节环状桩体；

第四步：调整组装好的环状桩体的竖向位置，然后组装桩条板和抗滑约束环，形成第三节环状桩体，逐次重复，在完整的桩体顶标高位于自然地面以上合适位置时，安装张锚器，将管桩的各个预制构件张拉、锁定形成整体，然后将完整的环状桩体置入桩孔内的设定标高；

第五步：施工桩甲，必要时先在上述第二、第三、第四步骤安装桩甲的囊袋，囊袋内注浆形成桩甲；

第六步：土方开挖，到达设定标高后，根据需要与否，管桩内部填充土体或建筑垃圾。

本发明提出的用于集成式管桩的张锚器，相对于现浇灌注桩和大直径预制管桩，方便施工、节能环保、降低成本，提升施工质量，提升装配率，在经济性、方便性、社会有益性能等方面都比现有技术有明显改善，具有更加显著的社会效益和经济效益，进一步促进建筑工业化的产业升级。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (7)

1.用于集成式管桩的张锚器，其特征在于：所述的集成式管桩包括预制的混凝土构件和现场制作的桩甲，预制的混凝土构件构成桩体，包含桩条板和抗滑约束环和端压座，所述的桩条板为竖向设置的竖条状构件，沿环向布置在环形桩体的周边，所述的抗滑约束环为水平布置的环状，所述的桩条板在抗滑约束环高度范围的内侧与相邻组的桩条板的上端或下端拼接，所述的抗滑约束环外包桩条板且约束桩条板的径向外移和竖向错动，所述的桩甲设置为在所述的桩条板外部进行包覆并被桩孔壁土体包覆，桩甲传递所述的桩孔壁土体的正压力和摩阻力，所述的抗滑约束环阻止桩甲沿桩体的竖向滑动，所述的端压座设置在桩体的底部，为具有底板的且设置有上凹口的预制混凝土构件，桩条板设置在所述的上凹口内被端压座径向约束且在底部约束，所述的张锚器设置为所述的集成式管桩的张拉锚固结构，将所述的集成式管桩的各个预制混凝土构件张拉锁紧整合成整体；所述的端压座设置有与张锚器配套的置锚格；

所述的张锚器包括置锚格和张紧杆，设置为体内张锚器；所述的体内张锚器设置在桩体内部的空腔内，即预制构件桩条板内侧的桩体的内部空腔；

所述的体内张锚器设置有与端压座连接在一起的上置格挡体，张紧杆下部为施锚器，施锚器设置为环形的预制构件，连接有所述的张紧杆和下置格挡体；所述的体内张锚器的上置格挡体的上表面为上凸的凸面，下表面为上凹的凹面，所述的上置格挡体间隔设置在端压座内侧的竖向环面上，所述的施锚器连接有所述的张紧杆和下置格挡体，所述的下置格挡体的上表面为上凸的凸面，下表面为下凸的凸面，在锚固状况位于上置格挡体的下方，下置格挡体的上侧凸面与上置格挡体的下侧凹面契合，可靠传递锚固力，下置格挡体的下侧凸面与上置格挡体的上侧凸面可以自动滑动，所述的施锚器吊装至置锚格的顶标高，下置格挡体在施锚器的重力作用下自动滑到所述的置锚格的上置格挡体的间隔空间，下落穿过间隔空间后，施锚器水平转动，契合到上置格挡体的下侧凹面内，完成张锚功能。

2.根据权利要求1所述的用于集成式管桩的张锚器，其特征在于：所述的张锚器包括体里张锚器，体里张锚器设置在桩体中，即在预制构件桩条板内部，其置锚格为设置在端压座内部的预留竖向孔道末端的扩大空腔，张紧杆位于置锚格内的端部扩大部分形成施锚器，所述的施锚器位于空腔内部，置锚格阻挡施锚器移动，所述的施锚器为张紧杆末端的体积扩大构件。

3.根据权利要求1所述的用于集成式管桩的张锚器，其特征在于：所述的张锚器包括体外张锚器，体外张锚器设置在桩体外的桩甲内，其置锚格为设置在端压座内部的预留竖向孔道末端的扩大空腔，张紧杆位于置锚格内的端部扩大部分形成施锚器，所述的施锚器位于空腔内部，置锚格阻挡施锚器移动，所述的施锚器为张紧杆末端的体积扩大构件。

4.根据权利要求1所述的用于集成式管桩的张锚器，其特征在于：所述的体内张锚器设置有与所述的端压座连接的环形构件，张紧杆下端为施锚器，所述的施锚器设置为盘状，施锚器内部中空，外径不大于所述的置锚格的内径，设置有用于容纳囊袋注浆体的芯部空间和至少两个可以滑动的预制的滑动格挡体，滑动格挡体的滑动方向由管桩中心滑向周边，在安装工况时，滑动格挡体完全置于施锚器内部，吊装施锚器到设定位置，在所述的芯部空间内的囊袋内注浆，囊袋外扩，挤压滑动格挡体向四周滑动，置于所述的置锚格下方，完成张锚功能。

5.根据权利要求1所述的用于集成式管桩的张锚器，其特征在于：所述的抗滑约束环设置为整体，或者分段预制，拼装成整体。

6.根据权利要求1所述的用于集成式管桩的张锚器，其特征在于：所述的桩甲包括设置在桩体外围的软质材料的囊袋，囊袋内注浆形成桩甲，在具有土洞的地层内，囊袋限制浆液流失，确保桩甲的施工质量。

7.一种带有如权利要求1所述张锚器的管桩的施工方法，其特征在于：施工方法包括以下步骤：

第一步：在预定的位置，采用机械设备在场地的土体中成孔，形成桩孔；

第二步：组装端压座、桩条板和抗滑约束环，形成第一节环状桩体，第一节即最下一节，并将其置入桩孔内；

第三步：调整第一节环状桩体的竖向位置，然后组装桩条板和抗滑约束环，形成第二节环状桩体；

第四步：调整组装好的环状桩体的竖向位置，然后组装桩条板和抗滑约束环，形成第三节环状桩体，逐次重复，在组装好的桩体顶标高位于自然地面以上合适竖向位置时，安装张锚器，将管桩的各个预制构件张拉、锁定形成整体，再将完整的环状桩体置入桩孔内的设定标高；

第五步：施工桩甲，先在上述第二、第三、第四步骤安装桩甲的囊袋，囊袋内注浆形成桩甲；

第六步：土方开挖，到达设定标高后，根据需要与否，管桩内部填充土体或建筑垃圾。

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