CN112962590B - 一种大直径现浇薄壁预应力混凝土钢管桩及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大直径现浇薄壁预应力混凝土钢管桩的施工方法，步骤为：(1)钻设桩孔；(2)将携带有锚盘的钢结构骨架下沉到桩孔内；该钢结构骨架包括内钢套管、钢筋笼和若干钢绞线，该钢筋笼套设在该内钢套管的外侧，若干钢绞线位于内钢套管的外侧、且环绕该内钢套管布置；钢绞线的底端固定在该锚盘上；(3)向内钢套管的外侧浇注混凝土，形成环形混凝土结构；(4)施工圈梁并养护至设定强度，使钢绞线穿过圈梁后、施加预应力并锁定；(5)地下结构施工至地面正负零，拔出内钢套管。本申请还公开采用上述施工方法所形成的大直径现浇薄壁预应力混凝土钢管桩。本申请在各种土质中均具有良好的施工性能，所形成的桩身质量稳定、可靠。

Description

一种大直径现浇薄壁预应力混凝土钢管桩及其施工方法

技术领域

本发明涉及一种大直径现浇薄壁预应力混凝土钢管桩及其施工方法。

背景技术

大直径现浇凝土薄壁筒(管)桩为混凝土薄壁筒状结构，目前常用的外径在1000～1500mm之间，并正在向2000mm或更大的方向发展，壁厚在120-250mm，也可根据工程需要另行设计。成桩时利用内外两层钢管套装在预制好的钢筋混凝土环形桩靴上，通过上部特制的夹持器，在顶部中高频振动器的作用下，将钢管沉入地基土内并到达设计标高。套入内管的部分土芯可从外管的排土孔排出。移开夹持器，放入钢筋笼，在外钢管的灌入口中灌入混凝土，边振动边拨管直至钢管全部拔出地面，这样便形成中心填充有地基土的筒形桩体。

大直径现浇凝土薄壁筒(管)桩具有承载力高、无泥浆污染、节省混凝土、工程造价低、施工速度快捷、挤土效应相对较少以及工后沉降小等优点。

大直径现浇凝土薄壁筒(管)桩缺点主要有以下几点：桩架设备比较笨重、需功率较大的变电器、土芯需用挖掘机等作业设备进行清运、密实的砂层和硬塑状粘土层施工困难、拔桩容易引起桩缩颈和断桩等问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明首先提出了一种大直径现浇薄壁预应力混凝土钢管桩的施工方法，其包括如下步骤：

(1)钻设桩孔；

(2)将携带有锚盘的钢结构骨架下沉到桩孔内；

该钢结构骨架包括内钢套管、钢筋笼和若干钢绞线，该内钢套管连接在锚盘的上表面，该钢筋笼套设在该内钢套管的外侧，若干钢绞线位于内钢套管的外侧、且环绕该内钢套管布置；钢绞线的底端固定在该锚盘上；

(3)向内钢套管的外侧浇注混凝土，形成环形混凝土结构；

(4)施工圈梁并养护至设定强度，使钢绞线穿过圈梁后、施加预应力并锁定；

(5)地下结构施工至地面正负零，完成基坑侧壁回填后，拔出内钢套管。

该混凝土为自密实混凝土。

在本申请中，首先钻设桩孔，现有的钻孔设备完全能够满足本申请的要求，而且施工效率较高，避免了在下沉内、外钢套管时需要大型打桩设备的弊端，同时也消除了在密实的砂层和硬塑状粘土层区域施工的困难，使得本申请能够在各种土质中均具有良好的施工性能，所形成的桩身质量稳定、可靠。

由于采用预先成孔的方法进行施工，不存在挤土效应，不存在由于桩孔周围土体向桩孔内反弹，而对桩体造成挤压，使桩体产生缩颈和断桩等问题。而且预先施工桩孔，无挤土效应，不会对周围的建筑物及其他设备造成影响，环境友好。而且采用干法作业挖掘桩孔，且土质条件较好时，无需采用外钢套管。

由于本申请采用预先成孔的方式进行施工，可以形成直径超过1.5米的桩体，利用预应力钢绞线来进一步提高桩体的刚度以及抗弯承载力，使本申请所形成的桩体具有刚度大、抗弯承载力高的优势。施工灵活，可以根据需要，通过对钢绞线的预应力调整，来适应不同抗弯承载力的需要。

所形成的大直径现浇薄壁预应力混凝土钢管桩具有节约混凝土，造价低，工期省，渣土少，以及内钢套管在基坑支护完成后，可以拔除，循环使用，节约造价，绿色环保等优点。

进一步，该内钢套管固定连接在该锚盘的上表面上，且在第一设定外力下，该内钢套管能够脱离该锚盘。该第一设定外力≥200kN，优选为300-400kN，该设计能够在下沉钢结构骨架时，使锚盘稳定地保持地内钢套管上，且在需要拔出内钢套管时，能够顺利地将内钢套管拔出，以回收利用。在上述第一设定外力下，在保证将内钢套管从锚盘脱离的同时，且不会对桩体造成破坏，保持桩体的完整性，以便在第一设定外力下，将内钢套管拔出。

具体地，内钢套管点焊在该锚盘的上表面上。采用点焊方式将内钢套管连接在锚盘上，不但操作方便，而且其连接强度可控，能够顺利地将内钢套管与锚盘之间的连接强度控制在设定范围内。

进一步，为便于将内钢套管拔出，在内钢套管的外壁上涂刷有隔离剂、并包裹有HDPE土工膜。隔离剂的品种可以采用脱模剂等市售产品，隔离剂的厚度控制在0.5-1.5mm范围内，HDPE土工膜的厚度控制在2-5mm范围内。由于内钢套管需要在基坑支护完成后才能拔出，混凝土会与内钢套管产生较强的连接，不易拔出，采用隔离剂并包裹土工膜后，可以在混凝土与内钢套管之间形成一个分离层，隔离剂与土工膜之间的摩擦力较小，在将内钢套管拔出时，土工膜会保留在混凝土的表面，避免对混凝土钢管桩的内壁造成破坏。

进一步，钢绞线固定在钢筋笼上。利用钢筋笼的刚性，可以避免另外设置钢绞线的支撑装置。

进一步，为便于定位，在锚盘的上表面上安装有限位器，在该限位器上设置有卡槽，该内钢套管的下端插入到该卡槽内。设置限位器后，能够保持内钢套管与锚盘的相对位置，避免在混凝土的冲击下，使内钢套管偏离原设定位置，造成混凝土钢管桩管壁的厚薄不匀。

进一步，一外钢套管套设在该钢结构骨架的外侧，在完成混凝土的浇注后，将该外钢套管拔出；所述混凝土浇注在内钢套管与外钢套管之间的环形腔中。

设置外钢套管，主要应用于土质较为疏松的施工区域，利用外钢套管，可以避免桩孔侧壁由于土方塌落而影响混凝土的浇注，以及由于塌方土体的堵塞，使所形成的桩体具有孔洞等缺陷，影响混凝土钢管桩的质量。

进一步外钢套管采用点焊的方式连接在该锚盘上，在第二设定外力下，能够将该外钢套管拔出；采用玻璃胶或泡沫材料将内钢套管与锚盘之间的缝隙密封；且采用玻璃胶或泡沫材料将外钢套管与锚盘之间的缝隙密封。其中的泡沫材料可以采用发泡聚氨酯等类似的发泡材料。该第二设定外力≥200kN，优选为300-400kN，且优选第一设定外力和第二设定外力相同。

该设计主要针对采用湿法作业所形成的桩孔，采用湿法作业形成桩孔时，桩孔内的泥浆会进入到外钢套管与内钢套管之间的环形容腔中，采用点焊方式将外钢套管连接在锚盘上时，并将内钢套管、外钢套管与锚盘之间的缝隙采用玻璃胶或泡沫材料密封后，可以将外钢套管、内钢套管和锚盘三者之间形成一个底部密封的环形容腔，泥浆被保持在环形容腔的外部，不会进入到该环形容腔内，可以顺利地完成混凝土在环形容腔中的浇注。在完成浇注后，在第二设定外力下，将外钢套管拔出，回收利用。第二设定外力的设置，需要在保证将内钢套管从锚盘脱离的同时，且不会对桩体造成破坏，保持桩体的完整性。

进一步，在锚盘的中心部开设有通孔状的锚盘孔，该锚盘孔向外不超过内钢套管。当采用干法作用形成桩孔时，该锚盘孔可以作为排气孔，在下沉钢结构骨架以及浇注混凝土时，能够使桩孔内空气快速排出，保证施工效率。当采用湿法作用形成桩孔时，该锚盘孔可以作为泥浆通孔，使桩孔内的泥浆经锚盘孔进入到内钢套管的内腔中，避免泥浆向外溢出桩孔，在完成混凝土钢管桩的施工后，泥浆保留在混凝土钢管桩的内孔中，然后向混凝土钢管桩的内孔中填入土方，吸收其中的泥浆。

其次，本申请还提出了一种大直径现浇薄壁预应力混凝土钢管桩，其采用上述任一项所述的大直径现浇薄壁预应力混凝土钢管桩的施工方法形成。

该大直径现浇薄壁预应力混凝土钢管桩具有以下优点：

1、为劲性钢管混凝土组合结构，桩体刚度大，抗弯承载力高；

2、设计灵活，可根据需要，通过预应力筋调整，适应不同抗弯承载力需要；

3、原位成孔，无挤土效应，环境友好；

4、桩身质量稳定、可靠；

5、节约混凝土，造价低，工期省，渣土少；

6、内钢套管在基坑支护完成后，可以拔除，循环使用，节约造价，绿色环保。

附图说明

图1是采用本发明中的施工方法所形成的大直径现浇薄壁预应力混凝土钢管桩的结构示意图。

图2是图1的俯视图。

图3是图1中A-A向的视图。

具体实施方式

参阅图1-图3，一种大直径现浇薄壁预应力混凝土钢管桩的施工方法，其包括如下步骤：

(1)钻设桩孔90。

(2)将携带有锚盘21的钢结构骨架10下沉到桩孔90内。

该钢结构骨架10包括内钢套管11、钢筋笼14和若干钢绞线13。该钢筋笼14包括纵筋141和螺旋箍筋142，钢筋笼14套设在该内钢套管11的外侧，若干钢绞线13位于内钢套管11的外侧、且环绕该内钢套管布置。本实施例中，钢绞线13绑扎在螺旋箍筋142的内侧，即钢绞线固定在钢筋笼上。外钢套管12活动地抵压在锚盘上，外钢套管12套设在钢结构骨架10的外侧。

锚盘21为一圆形的钢板，在锚盘21上开设有下锚索孔212，钢绞线向下穿过下锚索孔212后用下锁具131锁定。为显示清楚，图3中，将部分下锚索孔212内的钢绞线被删除，以清楚显示下锚索孔212。

该内钢套管11固定连接在该锚盘21的上表面上，且在第一设定外力下，该内钢套管能够脱离该锚盘。具体在本实施例中，内钢套管点焊在该锚盘的上表面上，采用350kN外力能够将内钢套管与锚盘分离。可以理解，在其它实施例中，根据桩体不同的深度，以及其它影响因素，第一设定外力还可以为300kN或400kN，但第一设定外力不宜低于200kN，以避免在施工过程中，内钢套管与锚盘过早脱离，影响内钢套管的定位。另外，第一设定外力也不宜超过400kN，第一设定外力过大，在拔出内钢套管时，可能会对桩底的结构造成破坏。

(3)向内钢套管11与外钢套管12之间的环形腔内浇注混凝土，形成环形混凝土结构30，即向内钢套管的外侧浇注混凝土，形成环形混凝土结构，然后拔出外钢套管12。本实施例中，混凝土为自密实混凝土。为显示清楚，图1中，混凝土结构被删除。

(4)施工圈梁40，并使钢绞线13穿过圈梁40，待圈梁养护至设定强度后，施加预应力并采用上锁具32锁定。在施工圈梁40时，需要将钢绞线预先拉直，然后施工圈梁，使圈梁包裹在钢绞线周围。为了避免上锁具沉入到圈梁内，在圈梁的顶部铺设有呈扇环状的垫板31，钢绞线穿过垫板31后用上锁具32锁定。

(5)地下结构施工至地面正负零，完成基坑侧壁回填后，拔出内钢套管。

施工完成，形成大直径现浇薄壁预应力混凝土钢管桩。

在本实施例中，在锚盘的中心部开设有通孔状的锚盘孔211，锚盘孔向外不超过内钢套管。在下沉钢结构骨架10时，桩孔内的空气可以及时经锚盘孔排出，另外在浇注混凝土时，桩孔内的空气也可以绕过锚盘底部，然后经锚盘孔进入到内钢套筒内，然后向上排出。

为便于将内钢套管11顺利地拔出，本实施例中，在内钢套管的外壁上涂刷有1mm隔离剂、并包裹有2mm厚的HDPE土工膜15。在施工时，首先涂刷隔离剂，再包裹HDPE土工膜15。本实施例中，隔离剂采用商品脱模剂。

为了便于对内钢套管定位，在锚盘21的上表面上安装有限位器22，在该限位器上设置有卡槽，该内钢套管的下端插入到该卡槽内。具体在本实施例中，限位器22为两块焊接在锚盘上的钢板，两块钢板沿竖直方向延伸，且间隔设置，两块钢板之间缝隙形成为卡槽。可以理解，在其它实施例中，还可以采用一块设置有卡槽的钢板作为限位器。

本实施例中，所在的施工区域为软质土层，桩孔90存在塌方的情况，外钢套管用于防止塌方的土方将混凝土浇筑区域堵塞，造成混凝土的浇注困难。另外当采用湿法作业施工桩孔时，需要保持内钢套管和外钢套管均与锚盘密封接触，避免桩孔内的泥浆进入到内钢套管11与外钢套管12之间的环形腔内，影响混凝土的浇注。

采用湿法作业施工桩孔时，在下沉钢结构骨架10时，桩孔内的泥浆可以由锚盘上的锚盘孔进入到内钢套管的内腔中，使钢结构骨架顺利地完成下沉。

为了避免桩孔内的泥浆进入到外钢套管与内钢套管之间的环形容腔中，当采用湿法作业施工桩孔时，需要将外钢套管与内钢套管均采用点焊的方式焊接在锚盘上，并采用发泡聚氨酯等泡沫材料或者玻璃胶将锚盘与外钢套管以及内钢套管之间的缝隙进行封堵，以避免泥浆进入到外钢套管与内钢套管之间的环形容腔中。

可以理解，当施工区域为硬质土层，且采用干法作业施工桩孔时，由于桩孔的内壁不存在塌方的情况，可以取消外钢套管，在浇注混凝土时，直接浇注到内钢套管与桩孔之间所形成的环形腔内。

Claims (8)

1.一种大直径现浇薄壁预应力混凝土钢管桩的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)钻设桩孔；

(2)将携带有锚盘的钢结构骨架下沉到桩孔内；

该钢结构骨架包括内钢套管、钢筋笼和若干钢绞线，该内钢套管连接在锚盘的上表面，该钢筋笼套设在该内钢套管的外侧，若干钢绞线位于内钢套管的外侧、且环绕该内钢套管布置；钢绞线的底端固定在该锚盘上；

(3)向内钢套管的外侧浇注混凝土，形成环形混凝土结构；

(4)施工圈梁并养护至设定强度，使钢绞线穿过圈梁后、施加预应力并锁定；

(5)地下结构施工至地面正负零，完成基坑侧壁回填后，拔出内钢套管；

采用点焊将内钢套管固定连接在该锚盘的上表面上，且在第一设定外力下，该内钢套管能够脱离该锚盘。

2.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，在内钢套管的外壁上涂刷有隔离剂、并包裹有HDPE土工膜。

3.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，钢绞线固定在钢筋笼上。

4.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，在锚盘的上表面上安装有限位器，在该限位器上设置有卡槽，该内钢套管的下端插入到该卡槽内。

5.根据权利要求1-4任一项所述的施工方法，其特征在于，

一外钢套管套设在该钢结构骨架的外侧，在完成混凝土的浇注后，将该外钢套管拔出；所述混凝土浇注在内钢套管与外钢套管之间的环形腔中。

6.根据权利要求5所述的施工方法，其特征在于，

外钢套管采用点焊的方式连接在该锚盘上，在第二设定外力下，能够将该外钢套管拔出；

采用玻璃胶或泡沫材料将内钢套管与锚盘之间的缝隙密封；

且采用玻璃胶或泡沫材料将外钢套管与锚盘之间的缝隙密封。

7.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，在锚盘的中心部开设有通孔状的锚盘孔，该锚盘孔向外不超过内钢套管。

8.一种大直径现浇薄壁预应力混凝土钢管桩，其采用上述权利要求1-7任一项所述的大直径现浇薄壁预应力混凝土钢管桩的施工方法形成。

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