CN113585239A - 一种预应力锚桩 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种预应力锚桩，包括预制管桩和锥形桩头，预制管桩为具有内腔的预制混凝土筒形体，预先制备已经凝固的混凝土筒体，预制管桩的内腔中设置提拉钢绞线，提拉钢绞线的延伸方向与预制管桩的延伸方向同向；提拉钢绞线的内伸端固定于预埋锚板，提拉钢绞线从预制管桩的外伸端伸出，提拉钢绞线从外伸端伸出的部分用于锚固；预先浇筑成型预制管桩，成型后的预制管桩和锥形桩头形成一个整体，锥形桩头位于预制管桩的内伸端，将锥形桩头的一端插入地层中开设的孔洞，插入地层后即可发挥作用，省去了混凝土凝固的过程，加速了施工效率。预制管桩的外表面周向布置多个凸起的凸点，可以提升与地层孔洞之间的摩擦力，整个预应力锚桩不易反向被拔出。

Description

一种预应力锚桩

技术领域

本发明涉及基坑支护技术领域，更进一步涉及一种预应力锚桩。

背景技术

锚杆(索)是一种锚固在围岩(土)内部的杆状体。采用锚杆(索)支护基坑，向围岩(土)中钻眼，然后将锚杆安设在锚杆(索)眼内，对巷道围岩进行加固。锚杆(索)具有节约坑木和钢材、掘进断面小、巷道的变形小、维修费用低等诸多优点。锚杆(索)支护可以实现悬吊作用、组合梁作用、围岩补强作用、挤压联结作用、挤压加固拱作用。锚杆(索)在使用过程中，被发现锚固力损失大、锚固端位移大。

目前常用于基坑锚杆(索)施工方案主要施工步骤为：

(1)锚孔测放。按照设计要求将锚孔位置测放在坡面上。

(2)钻孔。结合围岩(土)性质，选择合理钻孔设备，按照设计钻孔深度、直径要求钻进成孔。

(3)锚孔清理。钻进达到设计深度后，使用高压空气将孔内松散材料、水体全部清除出孔外，对锚孔孔位、倾角、方位、孔道清理等验收。

(4)锚杆(索)体制作和安装。锚杆(索)体在作业平台组装完成后，搭建安装平台，人工缓缓将其推入至设计位置。

(5)注浆。采用挤压式或活塞式注浆机向孔道内锚固段注入砂浆，注浆时要边注边向外拔注浆管，拔管时要有一定阻力，使注浆管的前端始终埋在砂浆里，直至全孔注满，并在孔口部稳压，保证全孔注浆饱满。

(6)张拉预应。当锚固段砂浆强度达到设计强度的70％时即可对钢绞线施加预应力。分三级进行张拉，并在每一级荷载下稳压5min以上，最后一级荷载要大于锁定张力值，确保锁定张力值满足设计要求。在设计张拉完成6～10d后再进行一次补偿张拉，然后加以锁定。

上述的传统的施工方法，存在的问题如下：

(1)围岩(土)体钻孔过程中，孔道成孔质量不易保证，锚孔清理作业易造成孔道局部坍塌，容易致使锚固段锚固质量不合格，锚固力无法保证；

(2)锚杆(索)体系安装过程中，极易对孔道造成破坏，影响锚固段注浆质量，容易致使锚固力无法满足设计要求，造成此锚杆(索)失效；

(3)孔道内注浆后，需带强度达到70％后方可进行张拉作业，施工周期长，容易致使围岩(土)长时间处于无锚固状态下，出现坍塌事故。

对于本领域的技术人员来说，如何提升锚杆支护效率、质量，是目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种预应力锚桩，预先浇筑成型预制管桩和锥形桩头，插入地层中即可发挥作用，保证了围岩(土)体中锚固质量，不需要等待凝固，提升了施工效率，具体方案如下：

一种预应力锚桩，包括预制管桩和锥形桩头，所述预制管桩为具有内腔的预制混凝土筒形体，所述预制管桩的内腔中设置提拉钢绞线，所述预制管桩的内伸端固定设置预埋锚板，所述提拉钢绞线的内伸端固定于所述预埋锚板，所述提拉钢绞线从所述预制管桩的外伸端伸出；

所述预制管桩的外表面周向布置多个凸起的凸点；

所述锥形桩头的外表面呈锥状，相对固定在所述预埋锚板上。

可选地，所述锥形桩头固定焊接在柱状的桩端扩大柱上，所述桩端扩大柱相对于所述预埋锚板固定；所述桩端扩大柱为圆柱形或锥台形，其外径小于所述预制管桩的外径。

可选地，桩端扩大柱焊接固定在所述预埋锚板的表面，所述提拉钢绞线穿过所述预埋锚板伸入所述桩端扩大柱，并通过挤压套41锚固。

可选地，所述桩端扩大柱的外侧壁上凸出设置多个固定挡块，所述固定挡块的厚度从内伸端向外伸端逐渐增大。

可选地，所述固定挡块上铰接设置活动挡块，所述活动挡块的转轴垂直于所述桩端扩大柱的轴线，所述活动挡块的外伸端能够朝向背离所述桩端扩大柱表面的方向翻转。

可选地，所述固定挡块包括两块梯形的固定竖板，所述固定竖板的边缘固定在所述桩端扩大柱的表面，所述固定竖板的另一边缘固定连接定位板；

所述定位板的外伸侧边缘设置定位缺口，所述定位缺口用于限定所述活动挡块翻转的最大角度。

可选地，所述预制管桩的外表面设置的凸点为固定楔块，所述固定楔块的厚度从内伸端向外伸端逐渐增大。

可选地，所述预制管桩包括应力钢筋和注浆空心筒，所述注浆空心筒为具有空腔的筒形，所述应力钢筋预埋设置在所述注浆空心筒筒壁当中。

可选地，所述预制管桩的外伸端设置封堵塞；

所述预制管桩的内腔中设置多个定位环，所述定位环间隔设置在所述预制管桩中，用于定位所述应力钢筋和所述提拉钢绞线的周向位置。

可选地，所述预制管桩由若干段短桩相互嵌套拼接形成，各段短桩之间的接缝处通过环形的连接箍环绕，所述连接箍与短桩之间通过周向设置的若干个螺栓固定连接。

本发明提供一种预应力锚桩，包括预制管桩和锥形桩头，预制管桩为具有内腔的预制混凝土筒形体，预先制备已经凝固的混凝土筒体，预制管桩的内腔中设置提拉钢绞线，提拉钢绞线的延伸方向与预制管桩的延伸方向同向；提拉钢绞线的内伸端固定于预埋锚板，提拉钢绞线从预制管桩的外伸端伸出，提拉钢绞线从外伸端伸出的部分用于锚固；预先浇筑成型预制管桩，成型后的预制管桩和锥形桩头形成一个整体，锥形桩头位于预制管桩的内伸端，将锥形桩头的一端插入地层中开设的孔洞，插入地层后即可发挥作用，省去了混凝土凝固的过程，加速了施工效率。预制管桩的外表面周向布置多个凸起的凸点，可以提升与地层孔洞之间的摩擦力，整个预应力锚桩不易反向被拔出。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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1A为本发明提供的预应力锚桩一种具体实施例的剖面图；

图1B为多根预应力锚桩插入地层的示意图；

图2A为锥形桩头和预制管桩相互装配部分的局部剖面示意图；

图2B为本发明的预应力锚桩在仰视方向的外形示意图；

图3为预制管桩的横截面示意图；

图4A为本发明预应力锚桩内伸端的局部结构示意图；

图4B为活动挡块背离桩端扩大柱表面翻转的结构示意图

图5为固定挡块和活动挡块相互配合的示意图；

图6为本发明的预应力锚桩内伸端的局部剖面图；

图7为定位环的结构示意图；

图8A为本由多段短柱构成的预应力锚桩整体结构剖面图；

图8B为两段短柱接缝处的结构示意图。

图中包括：

预制管桩1、应力钢筋11、注浆空心筒12、预埋锚板13、固定楔块14、定位环15、锥形桩头2、桩端扩大柱3、固定挡块31、固定竖板311、定位板312、定位缺口313、活动挡块32、提拉钢绞线4、挤压套41、连接箍5。

具体实施方式

本发明提供一种预应力锚桩，预先浇筑成型预制管桩和锥形桩头，插入地层中即可发挥作用，保证了围岩(土)体中锚固质量，不需要等待凝固，提升了施工效率。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图及具体的实施方式，对本发明的预应力锚桩进行详细的介绍说明。

结合图1A，本发明所提供的预应力锚桩包括预制管桩1和锥形桩头2，预制管桩1为具有内腔的预制混凝土筒形体，预制管桩1为细长的结构，内部为空腔结构，内部的空腔沿轴向延伸，整个空腔由预制的混凝土侧壁围成。

预制管桩1的内腔中设置提拉钢绞线4，提拉钢绞线4的延伸方向与预制管桩1的延伸方向保持平行；预制管桩1的内伸端固定设置预埋锚板13，内伸端指使用时插入地层中的一端，图1B表示使用时插入地层的一种具体方式，外伸端为靠近地表的一端；预埋锚板13的板面与预制管桩1的延伸方向保持垂直，提拉钢绞线4的内伸端固定于预埋锚板13，提拉钢绞线4的外伸端从预制管桩1的外伸端伸出，提拉钢绞线4从预制管桩1伸出的部分锚固在地层表面的围檩上，通过提拉钢绞线4对预应力锚桩的内伸端施加张拉作用力，提拉钢绞线4承担一部分张拉作用力，减小预制管桩1自身承受的拉力。

预制管桩1的外表面周向布置多个凸起的凸点，凸点沿预制管桩1的外表面均匀间隔分布，每个凸点都凸出于沿预制管桩1的表面，预制管桩1设有很多个凸点结构，使预制管桩1的外表面形成凹凸不平的外形。

锥形桩头2的外表面呈锥状，锥形桩头2的内伸端横截面积小于外伸端的横截面积；锥形桩头2最好采用圆锥形的外形，表面平滑，在插入地层的过程起到引导的作用；锥形桩头2相对固定在应力钢筋11的内伸端，锥形桩头2外露于注浆空心筒12的内伸端，也即锥形桩头2位于整个预制管桩1的内伸端，在使用时，锥形桩头2最先伸入地层，锥形桩头2端部的尖角减小伸入地层中所受的阻力。

本发明提供的预应力锚桩包括预制管桩1和锥形桩头2，预制管桩1为预先制备已经凝固的混凝土筒体，预制管桩的内腔中设置提拉钢绞线4，提拉钢绞线4的延伸方向与预制管桩1的延伸方向同向，由于提拉钢绞线4具有一定的柔性，因此两者并不完全保持平行；提拉钢绞线4的内伸端固定于预埋锚板13，提拉钢绞线4从预制管桩的外伸端伸出，提拉钢绞线从预制管桩1外伸端伸出的部分用于锚固在地层表面的围檩上，通过提拉钢绞线4对预应力锚桩的内伸端施加张拉作用力。

加工时，预先浇筑成型预制管桩1，浇筑成型的过程无需在地层中完成，待混凝土凝固后，成型的预制管桩1和锥形桩头2形成一个整体，锥形桩头2位于预制管桩1的内伸端，将锥形桩头2的一端插入地层中开设的孔洞，插入地层后即可发挥作用，省去了混凝土在地层中凝固的过程，加速了施工效率。预制管桩的外表面周向布置多个凸起的凸点，可以提升与地层孔洞之间的摩擦力，整个预应力锚桩不易反向被拔出。

在上述方案的基础上，本发明的锥形桩头2固定焊接在柱状的桩端扩大柱3上，桩端扩大柱3相对于应力钢筋11固定；桩端扩大柱3由钢材制成，桩端扩大柱3的外形为圆柱形或锥台形，其外径最大处小于预制管桩1的外径，结合图2A和图2B所示，桩端扩大柱3的底端焊接固定连接锥形桩头2，桩端扩大柱3的顶端固定于预制管桩1，桩端扩大柱3充当转接结构，在锥形桩头2和预制管桩1之间形成过渡。使用时，该预应力锚桩可按图2A所示的方向朝下钻入地层，或者横向钻入基坑的侧壁。

具体地，本发明在此提供一种提拉钢绞线4和预埋锚板13之间的相对固定方式，预埋锚板13为钢板，在其板面上贯穿设置若干个开孔，每个开孔对应插入一根提拉钢绞线4，提拉钢绞线4贯穿预埋锚板13，结合图6和图2A，在提拉钢绞线4上铆接挤压套41，挤压套41位于提拉钢绞线4的内伸端，挤压套41的外径大于预埋锚板13上的开孔孔径，当向对提拉钢绞线4施加拉力时，挤压套41可以顶在预埋锚板13上，承受拉力。优选地，本发明在桩端扩大柱3的外侧壁上凸出设置多个固定挡块31，固定挡块31的厚度从内伸端向外伸端逐渐增大，结合图4A所示，为本发明预应力锚桩内伸端的局部结构示意图，固定挡块31的左侧厚度较小，右侧厚度较大，沿轴向的断面呈直角梯形。

更进一步，本发明在固定挡块31上铰接设置活动挡块32，活动挡块32位于固定挡块31的外伸端，活动挡块32的转轴垂直于桩端扩大柱3的轴线，活动挡块32的外伸端能够朝向背离桩端扩大柱3表面的方向翻转。

结合图4B所示，当预应力锚桩向内伸入孔洞时，活动挡块32被紧压在桩端扩大柱3的表面；当预应力锚桩内外移动时，活动挡块32受土层的阻挡，向四周翻转张开，增大阻力，避免预应力锚桩向外移动。

结合图5所示，固定挡块31包括两块梯形的固定竖板311，固定竖板311的一条边缘固定在桩端扩大柱3的表面，固定竖板311的另一相对的边缘固定连接定位板312，定位板312呈倾斜设置。

在定位板312的外伸侧边缘设置定位缺口313，在固定竖板311靠近外伸侧的位置设置转轴，活动挡块32安装在此转轴上，活动挡块32可以在定位缺口313之内翻转，当活动挡块32与定位板312的边缘接触后无法继续转动，通过定位缺口313限定活动挡块32翻转的最大角度。活动挡块32的具体结构不作限制。

在上述任一技术方案及其相互组合的基础上，结合图3，本发明在预制管桩1的外表面设置的凸点为固定楔块14，固定楔块14的厚度从内伸端向外伸端逐渐增大，固定楔块14的结构类似于固定挡块31。

具体地，本发明的预制管桩1包括应力钢筋11和注浆空心筒12，注浆空心筒12为具有空腔的筒形，由混凝土浇筑成型，应力钢筋11预埋设置在注浆空心筒12筒壁当中，应力钢筋11和注浆空心筒12形成钢筋混凝土结构，共同作为预制管桩1的主体结构。应力钢筋11为细钢缆或钢筋，注浆空心筒12为混凝土凝固形成的固体结构，应力钢筋11被注浆空心筒12包围在内，预制管桩1的外周为等径的柱状体。

预制管桩1的外伸端设置封堵塞，封堵塞可为橡胶块，将预制管桩1开口端堵塞，以免预制管桩1的内腔中流入水等杂质。

预制管桩1的内腔中设置多个定位环15，多个定位环15间隔设置在预制管桩1中，结合图7所示，定位环15为板块结构，在定位环15上设置有多个封闭的通孔或者不封闭的缺口，尺寸略大于应力钢筋11和提拉钢绞线4的横截面面积，通过定位环15定位应力钢筋11和提拉钢绞线4的周向位置，防止应力钢筋11和提拉钢绞线4出现偏移。

预制管桩1由若干段短桩拼接形成，各段短桩的端部设置可以嵌套插装的定位柱和定位槽，各段短桩之间的接缝处通过环形的连接箍5环绕，结合图8A和图8B所示，连接箍5与短桩之间通过周向设置的若干个螺栓固定连接，当两根短桩相互插装后，螺栓同时插入两根短桩的嵌套部分，通过若干个螺栓将连接箍5固定在预制管桩1的表面，使两段短柱实现拼接。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理，可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种预应力锚桩，其特征在于，包括预制管桩(1)和锥形桩头(2)，所述预制管桩(1)为具有内腔的预制混凝土筒形体，所述预制管桩(1)的内腔中设置提拉钢绞线(4)，所述预制管桩(1)的内伸端固定设置预埋锚板(13)，所述提拉钢绞线(4)的内伸端固定于所述预埋锚板(13)，所述提拉钢绞线(4)从所述预制管桩(1)的外伸端伸出；

所述预制管桩(1)的外表面周向布置多个凸起的凸点；

所述锥形桩头(2)的外表面呈锥状，相对固定在所述预埋锚板(13)上。

2.根据权利要求1所述的预应力锚桩，其特征在于，所述锥形桩头(2)固定焊接在柱状的桩端扩大柱(3)上，所述桩端扩大柱(3)相对于所述预埋锚板(13)固定；所述桩端扩大柱(3)为圆柱形或锥台形，其外径小于所述预制管桩(1)的外径。

3.根据权利要求2所述的预应力锚桩，其特征在于，桩端扩大柱(3)焊接固定在所述预埋锚板(13)的表面，所述提拉钢绞线(4)穿过所述预埋锚板(13)伸入所述桩端扩大柱(3)，并通过挤压套41锚固。

4.根据权利要求2所述的预应力锚桩，其特征在于，所述桩端扩大柱(3)的外侧壁上凸出设置多个固定挡块(31)，所述固定挡块(31)的厚度从内伸端向外伸端逐渐增大。

5.根据权利要求4所述的预应力锚桩，其特征在于，所述固定挡块(31)上铰接设置活动挡块(32)，所述活动挡块(32)的转轴垂直于所述桩端扩大柱(3)的轴线，所述活动挡块(32)的外伸端能够朝向背离所述桩端扩大柱(3)表面的方向翻转。

6.根据权利要求5所述的预应力锚桩，其特征在于，所述固定挡块(31)包括两块梯形的固定竖板(311)，所述固定竖板(311)的边缘固定在所述桩端扩大柱(3)的表面，所述固定竖板(311)的另一边缘固定连接定位板(312)；

所述定位板(312)的外伸侧边缘设置定位缺口(313)，所述定位缺口(313)用于限定所述活动挡块(32)翻转的最大角度。

7.根据权利要求1至6任一项所述的预应力锚桩，其特征在于，所述预制管桩(1)的外表面设置的凸点为固定楔块(14)，所述固定楔块(14)的厚度从内伸端向外伸端逐渐增大。

8.根据权利要求7所述的预应力锚桩，其特征在于，所述预制管桩(1)包括应力钢筋(11)和注浆空心筒(12)，所述注浆空心筒(12)为具有空腔的筒形，所述应力钢筋(11)预埋设置在所述注浆空心筒(12)筒壁当中。

9.根据权利要求8所述的预应力锚桩，其特征在于，所述预制管桩(1)的外伸端设置封堵塞；

所述预制管桩(1)的内腔中设置多个定位环(15)，所述定位环(15)间隔设置在所述预制管桩(1)中，用于定位所述应力钢筋(11)和所述提拉钢绞线(4)的周向位置。

10.根据权利要求7所述的预应力锚桩，其特征在于，所述预制管桩(1)由若干段短桩相互嵌套拼接形成，各段短桩之间的接缝处通过环形的连接箍(5)环绕，所述连接箍(5)与短桩之间通过周向设置的若干个螺栓固定连接。

Images