CN113585241A - 一种具有横向剪切力的预制管桩 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有横向剪切力的预制管桩，属于预制管桩技术领域，通过在管桩体外壁所开设的多个环形腔处增设多个横向破土件,在电磁柱通电时，多个磁性拉伸件向内运动被磁吸于辅助管柱外壁上，此时高弹性扣设柱被拉伸贴合于环形腔内侧，易于将管桩体吊装于桩孔内，当管桩体吊装于桩孔内后，电磁柱断电，多个磁性拉伸件脱离辅助管柱，高弹性扣设柱在其自身弹性作用下向外复位，使得其顶端部以及尖端破土锥带有一定冲击力地扣设于桩基土壤内，实现多个高弹性扣设柱与桩基土壤间的定点横向锚固，提高管桩体与桩孔之间的横向剪切力，最后再配合向浇筑腔内注入的浇筑料，实现预制管桩与桩孔之间的机械连接，提高该预制管桩的抗拔力。

Description

一种具有横向剪切力的预制管桩

技术领域

本发明涉及预制管桩技术领域，更具体地说，涉及一种具有横向剪切力的预制管桩。

背景技术

现代建筑行业，地基和桩是建筑最为重要的部分之一，混凝土桩是用混凝土(包括普通钢筋混凝土、预应力混凝土）制成的桩，具有节约木材和钢材、经久耐用、造价低廉等优点，已广泛使用于水工建筑、工业建筑、民用建筑和桥梁的基础工程，还常用于边坡及基坑支护的抗滑或隔水。

桩的截面有方形、矩形、圆形等，最常用的是方形截面桩和圆形截面桩，在建筑物打地基、建混凝土桩时，一般先打好桩孔，然后将预制好的桩放入桩基的桩孔内，再浇灌混凝土，待其凝实后形成混凝土桩。

而这种普通的方形桩以及圆柱形桩多为一个裸露的光滑桩体，当桩体的外壁较为光滑时，不易于桩体与桩基土体的嵌设连接，其抗拔力较差，这种本身机械强度差、粘结度差的混凝土桩不易于对地基土体的夯实，在长时间使用后往往便会引起桩基下沉、构件倒塌等重大安全问题。

为此，我们提出一种具有横向剪切力的预制管桩来有效解决现有技术中所存在的一些问题。

发明内容

1．要解决的技术问题

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种具有横向剪切力的预制管桩，通过在管桩体外壁所开设的多个环形腔处增设多个横向破土件,在电磁柱通电时，多个磁性拉伸件向内运动被磁吸于辅助管柱外壁上，此时高弹性扣设柱被拉伸贴合于环形腔内侧，易于将管桩体吊装于桩孔内，当管桩体吊装于桩孔内后，电磁柱断电，多个磁性拉伸件脱离辅助管柱，高弹性扣设柱在其自身弹性作用下向外复位扣设于桩基土壤内，实现多个高弹性扣设柱与桩基土壤间的定点横向锚固，提高管桩体与桩孔之间的横向剪切力，最后再配合向浇筑腔内注入的浇筑料，实现预制管桩与桩孔之间的机械连接，提高该预制管桩的抗拔力。

2．技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种具有横向剪切力的预制管桩，包括管桩体和设于其底端的入土锥体，管桩体内部开设有浇筑腔，入土锥体端壁上开设有与浇筑腔相连通的溢料口，管桩体外端壁从上至下依次开设有多个环形腔，多个环形腔的外端壁上环形分布有多个横向破土件，横向破土件包括连接于环形腔上的高弹性扣设柱和连接于高弹性扣设柱顶端的尖端破土锥，高弹性扣设柱上端壁上连接有磁性拉伸件，环形腔侧壁上开设有与浇筑腔相连通的溢料孔，磁性拉伸件的内端贯穿溢料孔并延伸至浇筑腔内侧，浇筑腔内侧插设有与磁性拉伸件内端相磁吸设置的辅助管柱，辅助管柱内安装有电磁柱，高弹性扣设柱向内呈拉伸状贴合于环形腔内壁上，辅助管柱的底端设有延伸至入土锥体内侧的密封球，密封球的外端壁与多个溢料口相抵密封设置。

进一步的，磁性拉伸件包括固定连接于高弹性扣设柱端壁上的外封片，外封片内端通过多个加强筋连接有磁性限位片，磁性限位片磁吸贴合于辅助管柱外端壁上。

进一步的，磁性限位片采用磁性材料制成，磁性限位片上开设有多个通孔，以便于向浇筑腔内导入浇筑料时，浇筑料能够通过磁性限位片、溢料孔导入环形腔处，从而提高高弹性扣设柱与桩基内壁之间的衔接力度。

进一步的，外封片以及磁性限位片均为弧形结构，且外封片以及磁性限位片的截面积远大于溢料孔，有效对高弹性扣设柱起到双向限位作用。

进一步的，辅助管柱采用导磁材料制成，辅助管柱的径深高度远大于管桩体，电磁柱的上下端分别位于上下设置的横向破土件的上下方。

进一步的，高弹性扣设柱为呈钩状结构的钢柱，钢柱与环形腔相衔接一端为弹性衔接部，弹性衔接部采用高弹性金属材料制成。

进一步的，高弹性扣设柱的上端部与尖端破土锥内部形成相互连通的注料腔，注料腔内部注入有建筑粘合剂，尖端破土锥靠近尖端的外壁上包覆有密封薄膜，尖端破土锥位于密封薄膜内侧端壁上开设有导料孔。

进一步的，辅助管柱内侧还嵌设安装有蓄电池，电磁柱通过导线与蓄电池相连接。

进一步的，密封球的外端壁上包覆有弹性囊层，弹性囊层与多个溢料口内壁相密封嵌设，以免在管桩体吊装于桩孔内时造成土壤进入至入土锥体内部。

一种具有横向剪切力的预制管桩的沉桩方法，包括以下步骤：

S1、利用外接打孔设备在桩基上预先打好桩孔，对电磁柱通电，多个磁性拉伸件向内磁吸于辅助管柱外端壁上，从而拉动多个高弹性扣设柱向内贴合于环形腔内壁处；

S2、将管桩体吊装于桩孔内，对电磁柱断电，电磁柱失去磁性后，多个磁性拉伸件在高弹性扣设柱的高弹性作用下向外复位，高弹性扣设柱顶端部以及尖端破土锥向外弹性复位后扣设插入桩基土壤内；

S3、向上拔出辅助管柱以及密封球，利用浇筑腔向管桩体、入土锥体内导入浇筑料，浇筑料通过溢料口蔓延至桩孔内，同时浇筑料还通过多个溢料孔导入环形腔处，待浇筑料凝固后，实现该预制管桩的沉桩。

3．有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

（1）本方案通过在管桩体的外端部上开设有多个环形腔，多个环形腔处均环形增设有多个横向破土件,在电磁柱通电时，多个磁性拉伸件向内运动被磁吸于辅助管柱的外端壁上，此时高弹性扣设柱被拉伸贴合于环形腔内侧，易于将管桩体吊装于桩孔内，当管桩体吊装于桩孔内后，电磁柱断电，此时，多个磁性拉伸件脱离辅助管柱，外侧的高弹性扣设柱在其自身弹性作用下向外复位，并依靠弹性作用力使得其顶端部以及尖端破土锥带有一定冲击力地扣设于桩基土壤内，实现多个高弹性扣设柱与桩基土壤间的定点横向锚固，提高管桩体与桩孔之间的横向剪切力，最后再配合向浇筑腔内注入的浇筑料，实现预制管桩与桩孔之间的机械连接，提高该预制管桩的抗拔力。

（2）本方案中的磁性拉伸件包括固定连接于高弹性扣设柱端壁上的外封片，外封片内端通过多个加强筋连接有磁性限位片，磁性限位片磁吸贴合于辅助管柱外端壁上，磁性限位片采用磁性材料制成，易于磁性限位片在电磁柱通电后向内贴合于辅助管柱上，在电磁柱断电后，磁性限位片脱离辅助管柱随同高弹性扣设柱向外运动，磁性限位片被限位于溢料孔处，当向浇筑腔内导入浇筑料时，浇筑料能够通过磁性限位片上的通孔、溢料孔导入环形腔处，实现浇筑料的多点溢出锚固。

（3）本方案中的辅助管柱采用导磁材料制成，辅助管柱的径深高度远大于管桩体，电磁柱的上下端分别位于上下设置的横向破土件的上下方，在电磁柱通电后，能够将多个磁性限位片被磁吸向内运动贴合于辅助管柱外端壁。

（4）本方案中的高弹性扣设柱为呈钩状结构的钢柱，钢柱与环形腔相衔接一端为弹性衔接部，弹性衔接部采用高弹性金属材料制成，易于在磁性限位片向辅助管柱一侧磁吸运动时，能够将高弹性扣设柱向环形腔内侧弹性拉动，而当电磁柱断电后，在弹性衔接部的反弹作用力下，能够使得高弹性扣设柱顶端以及尖端破土锥向外运动扣设于桩基土壤内，而将高弹性扣设柱设置成钩状结构，提高了高弹性扣设柱与桩基之间的衔接效果。

（5）本方案在高弹性扣设柱的上端部与尖端破土锥内部形成相互连通的注料腔，注料腔内部注入有建筑粘合剂，尖端破土锥靠近尖端的外壁上包覆有密封薄膜，尖端破土锥位于密封薄膜内侧端壁上开设有导料孔，当高弹性扣设柱向外反弹扣设于桩基的桩孔内壁上后，由于密封薄膜与桩基土壤相摩擦接触，密封薄膜被磨损裸露出导料孔，注料腔内的建筑粘合剂溢出并注入桩基土壤内部，进一步提高高弹性扣设柱、尖端破土锥与桩基内部的高强度衔接效果。

附图说明

图1为本发明的外部立体图；

图2为本发明在去除多个横向破土件的外部立体图；

图3为本发明管桩件与多个横向破土件相结合处的部分示意图；

图4为本发明的内部示意图；

图5为本发明的辅助管柱与横向破土件结合处的内部示意图；

图6为本发明的横向破土件在被向内拉伸时的部分剖视图；

图7为图3中多个横向破土件向外弹性复位后的外部示意图；

图8为本发明拆除辅助管柱、密封球后向浇筑腔内注入浇筑料时的内部示意图；

图9为本发明横向破土件向外反弹扣设于桩基内的结构示意图；

图10为本发明向浇筑腔内注入浇筑料后横向破土件与桩基结合处的结构示意图。

图中标号说明：

1管桩体、101浇筑腔、102环形腔、2入土锥体、201溢料口、3横向破土件、301高弹性扣设柱、302尖端破土锥、3021密封薄膜、303外封片、304加强筋、305磁性限位片、306建筑粘合剂、4辅助管柱、5密封球、501弹性囊层、6电磁柱。

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在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例；都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”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发明和简化描述，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，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

请参阅图1-5，一种具有横向剪切力的预制管桩，包括管桩体1和设于其底端的入土锥体2，管桩体1内部开设有浇筑腔101，入土锥体2端壁上开设有与浇筑腔101相连通的溢料口201，管桩体1外端壁从上至下依次开设有多个环形腔102，多个环形腔102的外端壁上环形分布有多个横向破土件3，横向破土件3包括连接于环形腔102上的高弹性扣设柱301和连接于高弹性扣设柱301顶端的尖端破土锥302，高弹性扣设柱301上端壁上连接有磁性拉伸件，环形腔102侧壁上开设有与浇筑腔101相连通的溢料孔，磁性拉伸件的内端贯穿溢料孔并延伸至浇筑腔101内侧，浇筑腔101内侧插设有与磁性拉伸件内端相磁吸设置的辅助管柱4，辅助管柱4内安装有电磁柱6，辅助管柱4内侧还嵌设安装有蓄电池，电磁柱6通过导线与蓄电池相连接，高弹性扣设柱301向内呈拉伸状贴合于环形腔102内壁上，辅助管柱4的底端设有延伸至入土锥体2内侧的密封球5，密封球5的外端壁与多个溢料口201相抵密封设置，密封球5的外端壁上包覆有弹性囊层501，弹性囊层501与多个溢料口201内壁相密封嵌设，以免在管桩体1吊装于桩孔内时造成土壤进入至入土锥体2内部。

请参阅图3-7，具体的，磁性拉伸件包括固定连接于高弹性扣设柱301端壁上的外封片303，外封片303内端通过多个加强筋304连接有磁性限位片305，磁性限位片305磁吸贴合于辅助管柱4外端壁上，外封片303以及磁性限位片305均为弧形结构，且外封片303以及磁性限位片305的截面积远大于溢料孔，有效对高弹性扣设柱301起到双向限位作用，外封片303以及磁性限位片305均为弧形结构，且外封片303以及磁性限位片305的截面积远大于溢料孔，有效对高弹性扣设柱301的运动起到双向限位作用。

辅助管柱4采用导磁材料制成，辅助管柱4的径深高度远大于管桩体1，且辅助管柱4的外径大小远小于浇筑腔101的内径大小，电磁柱6的上下端分别位于上下设置的横向破土件3的上下方，在电磁柱6通电后，多个磁性限位片305被磁吸向内运动贴合于辅助管柱4外端壁上，此时高弹性扣设柱301在向内被拉伸后通过外封片303贴合于环形腔102内壁上，外封片303与溢料孔位置对应，高弹性扣设柱301以及尖端破土锥302向内拉伸后收纳于环形腔102内侧，从而有利于将管桩体1放置于桩孔内，在电磁柱6断电后，高弹性扣设柱301在自身弹力作用下拉动磁性拉伸件向外复位，磁性限位片305相抵于溢料孔内端壁处，尖端破土锥302以及高弹性扣设柱301上端部在弹性复位作用下扣设于桩基内壁上，磁性限位片305被限位于溢料孔内侧，从而实现横向破土件3与管桩体1、桩孔内壁之间的高强度衔接。

请参阅图6，具体的，高弹性扣设柱301为呈钩状结构的钢柱，钢柱与环形腔102相衔接一端为弹性衔接部，弹性衔接部采用高弹性金属材料制成，易于在磁性限位片305向辅助管柱4一侧磁吸运动时，能够将高弹性扣设柱301向环形腔102内侧弹性拉动，而当电磁柱6断电后，在弹性衔接部的反弹作用力下，能够使得高弹性扣设柱301顶端以及尖端破土锥302向外运动扣设于桩基土壤内，高弹性扣设柱301的上端部与尖端破土锥302内部形成相互连通的注料腔，注料腔内部注入有建筑粘合剂306，尖端破土锥302靠近尖端的外壁上包覆有密封薄膜3021，尖端破土锥302位于密封薄膜3021内侧端壁上开设有导料孔，当高弹性扣设柱301向外反弹扣设于桩基的桩孔内壁上后，由于密封薄膜3021与桩基土壤相摩擦接触，密封薄膜3021被磨损裸露出导料孔，注料腔内的建筑粘合剂306溢出并注入桩基土壤内部，进一步提高高弹性扣设柱301、尖端破土锥302与桩基内部的高强度衔接效果。

请参阅5和图8-10，一种具有横向剪切力的预制管桩的沉桩方法，包括以下步骤：

S1、利用外接打孔设备在桩基上预先打好桩孔，对电磁柱6通电，多个磁性拉伸件向内磁吸于辅助管柱4外端壁上，从而拉动多个高弹性扣设柱301向内贴合于环形腔102内壁处；

S2、将管桩体1吊装于桩孔内，对电磁柱6断电，电磁柱6失去磁性后，多个磁性拉伸件在高弹性扣设柱301的高弹性作用下向外复位，高弹性扣设柱301顶端部以及尖端破土锥302向外弹性复位后扣设插入桩基土壤内；

S3、向上拔出辅助管柱4以及密封球5，利用浇筑腔101向管桩体1、入土锥体2内导入浇筑料，浇筑料通过溢料口201蔓延至桩孔内，同时浇筑料还通过多个溢料孔导入环形腔102处，待浇筑料凝固后，实现该预制管桩的沉桩

相对于现有技术中的预制管桩，本装置通过在管桩体1的外端部上开设有多个环形腔102，多个环形腔102处均环形增设有多个横向破土件3,横向破土件3由高弹性扣设柱301、尖端破土锥302以及连接于尖端破土锥302内侧的磁性拉伸件，磁性拉伸件内端通过开设于环形腔102内壁上的溢料孔延伸至浇筑腔101内，在浇筑腔101内侧增设安装有电磁柱6的辅助管柱4，在电磁柱6通电时，多个磁性拉伸件向内运动被磁吸于辅助管柱4的外端壁上，此时高弹性扣设柱301被拉伸贴合于环形腔102内侧，易于将管桩体1吊装于桩孔内，当管桩体1吊装于桩孔内后，电磁柱断电6，此时，多个磁性拉伸件脱离辅助管柱4，外侧的高弹性扣设柱301在其自身弹性作用下向外复位，并依靠弹性作用力使得其顶端部以及尖端破土锥302扣设于桩基土壤内，实现多个定点横向锚固，提高管桩体1与桩孔之间的横向剪切力，最后向浇筑腔101内注入浇筑料，浇筑料为混凝土填料，实现预制管桩与桩孔之间的机械连接。

本发明中的所采用的部件均为通用标准件或本领域技术人员知晓的部件，其结构和原理都为本技术人员均可通过技术手册得知或通过常规实验方法获知。

以上所述；仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此；任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内；根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变；都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种具有横向剪切力的预制管桩，包括管桩体（1）和设于其底端的入土锥体（2），其特征在于：所述管桩体（1）内部开设有浇筑腔（101），所述入土锥体（2）端壁上开设有与浇筑腔（101）相连通的溢料口（201），所述管桩体（1）外端壁从上至下依次开设有多个环形腔（102），多个所述环形腔（102）的外端壁上环形分布有多个横向破土件（3），所述横向破土件（3）包括连接于环形腔（102）上的高弹性扣设柱（301）和连接于高弹性扣设柱（301）顶端的尖端破土锥（302），所述高弹性扣设柱（301）上端壁上连接有磁性拉伸件；

所述环形腔（102）侧壁上开设有与浇筑腔（101）相连通的溢料孔，所述磁性拉伸件的内端贯穿溢料孔并延伸至浇筑腔（101）内侧，所述浇筑腔（101）内侧插设有与磁性拉伸件内端相磁吸设置的辅助管柱（4），所述辅助管柱（4）内安装有电磁柱（6），所述高弹性扣设柱（301）向内呈拉伸状贴合于环形腔（102）内壁上，所述辅助管柱（4）的底端设有延伸至入土锥体（2）内侧的密封球（5），所述密封球（5）的外端壁与多个溢料口（201）相抵密封设置；

其沉桩方法为：包括以下步骤：

S1、利用外接打孔设备在桩基上预先打好桩孔，对电磁柱（6）通电，多个磁性拉伸件向内磁吸于辅助管柱（4）外端壁上，从而拉动多个高弹性扣设柱（301）向内贴合于环形腔（102）内壁处；

S2、将管桩体（1）吊装于桩孔内，对电磁柱（6）断电，电磁柱（6）失去磁性后，多个磁性拉伸件在高弹性扣设柱（301）的高弹性作用下向外复位，高弹性扣设柱（301）顶端部以及尖端破土锥（302）向外弹性复位后扣设插入桩基土壤内；

S3、向上拔出辅助管柱（4）以及密封球（5），利用浇筑腔（101）向管桩体（1）、入土锥体（2）内导入浇筑料，浇筑料通过溢料口（201）蔓延至桩孔内，同时浇筑料还通过多个溢料孔导入环形腔（102）处，待浇筑料凝固后，实现该预制管桩的沉桩。

2.根据权利要求1所述的一种具有横向剪切力的预制管桩，其特征在于：所述磁性拉伸件包括固定连接于高弹性扣设柱（301）端壁上的外封片（303），所述外封片（303）内端通过多个加强筋（304）连接有磁性限位片（305），所述磁性限位片（305）磁吸贴合于辅助管柱（4）外端壁上。

3.根据权利要求2所述的一种具有横向剪切力的预制管桩，其特征在于：所述磁性限位片（305）采用磁性材料制成，所述磁性限位片（305）上开设有多个通孔。

4.根据权利要求2所述的一种具有横向剪切力的预制管桩，其特征在于：所述外封片（303）以及磁性限位片（305）均为弧形结构，且外封片（303）以及磁性限位片（305）的截面积远大于溢料孔。

5.根据权利要求1所述的一种具有横向剪切力的预制管桩，其特征在于：所述辅助管柱（4）采用导磁材料制成，所述辅助管柱（4）的径深高度远大于管桩体（1），所述电磁柱（6）的上下端分别位于上下设置的横向破土件（3）的上下方。

6.根据权利要求1所述的一种具有横向剪切力的预制管桩，其特征在于：所述辅助管柱（4）内侧还嵌设安装有蓄电池，所述电磁柱（6）通过导线与蓄电池相连接。

7.根据权利要求1所述的一种具有横向剪切力的预制管桩，其特征在于：所述高弹性扣设柱（301）为呈钩状结构的钢柱，所述钢柱与环形腔（102）相衔接一端为弹性衔接部，所述弹性衔接部采用高弹性金属材料制成。

8.根据权利要求1所述的一种具有横向剪切力的预制管桩，其特征在于：所述高弹性扣设柱（301）的上端部与尖端破土锥（302）内部形成相互连通的注料腔，所述注料腔内部注入有建筑粘合剂（306），所述尖端破土锥（302）靠近尖端的外壁上包覆有密封薄膜（3021）。

9.根据权利要求1所述的一种具有横向剪切力的预制管桩，其特征在于：所述密封球（5）的外端壁上包覆有弹性囊层（501），所述弹性囊层（501）与多个溢料口（201）内壁相密封嵌设。

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