CN116356808A - 活瓣式扩大桩靴、预应力管桩注浆装置及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种活瓣式扩大桩靴、预应力管桩注浆装置及施工方法，属于预应力管桩沉管施工技术领域。本发明提供的活瓣式扩大桩靴包括上部连接板、下部连接板、连接筒、活瓣和气囊。活瓣式扩大桩靴与预应力管桩的桩端固定连接。活瓣与下部连接件通过铰接连接，可相对于下部连接件发生转动。连接筒外围包裹有能够膨胀挤压活瓣展开的气囊。施工时，将预应力管桩进行沉桩到达预定深度后，通过充气泵向气囊内充气膨胀撑开活瓣形成扩大桩靴，浆液沿活瓣展开方向流动形成扩大头从而提高桩端的承载力。本发明结构设计巧妙，能够加强桩端承载力，同时操作方便，便于施工，工程造价低。

Description

活瓣式扩大桩靴、预应力管桩注浆装置及施工方法

技术领域

本发明属于预应力管桩沉管施工技术领域，具体涉及一种活瓣式扩大桩靴、预应力管桩注浆装置及施工方法。

背景技术

目前采用预应力工艺制作的预应力高强混凝土管桩(PHC桩)和预应力混凝土管桩(PC桩)及预应力混凝土薄壁管桩(PTC桩)在土木工程地基处理及桩基础应用非常广泛。预应力管桩将预应力的优点、混凝土的优点以及离心成管技术融为一体，从而得到一种承载能力高、抗弯性能好、抗裂效果佳、施工快捷方便、质量可靠的桩基形式。

通常情况下扩底桩是在原有等截面钻孔灌注桩的基础上,在桩身底部通过专用设备形成扩大头，因而称之为扩底灌注桩。但这类扩大头仅能应用于灌注桩，而且这种扩大头是预先预制好的，并不能在不同的工程中根据实际情况对直径进行调整。申请号为202210981226.9的中国发明专利公开了一种基于内置高膨胀材料自扩大桩靴结构的预制管桩施工方法，在预制管桩底部设置了自扩大桩靴，该自扩大桩靴利用高膨胀材料遇水膨胀的原理实现桩端扩径。虽然该方法能够实现桩靴扩大，但是需要额外添加膨胀材料，提高了施工成本。为了保证桩基上部建筑物和构筑物的安全，桩基必须具有足够的承载力，如何形成带有扩大头的管桩结构并实现对扩大头直径的灵活控制，是目前亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术不足，提供一种能够实现对扩大头直径灵活控制的管桩结构。具体提供一种活瓣式扩大桩靴、预应力管桩注浆装置及施工方法。本发明所采用的具体技术方案如下：

第一方面，本发明提供一种活瓣式扩大桩靴。活瓣式扩大桩靴包括若干活瓣、上部连接板、下部连接板、连接筒和气囊。连接筒垂直方向设置用于连接上部连接板和下部连接板，连接筒的上部和底部分别与上部连接板的开孔处和下部连接板固定连接。连接筒外围包裹有能够膨胀撑开活瓣的气囊。若干活瓣沿下部连接板外侧周向均匀分布。活瓣通过铰接件与下部连接板进行连接使得活瓣和下部连接板之间可相对转动。活瓣保持竖直状态时，使得上部连接板、下部连接板和活瓣之间构成用于暂存注浆浆液的空腔。

作为优选，上述连接筒与上部连接板和下部连接板固定连接的方式为焊接。

作为优选，上述活瓣式扩大桩靴采用刚性金属材质制成。

进一步的，上述活瓣式扩大桩靴中的上部连接板和下部连接板均为圆形钢板。

进一步的，上述活瓣式扩大桩靴中的连接筒为圆柱形钢板。

进一步的，上述活瓣式扩大桩靴中的活瓣的材质为钢板。

作为优选，上述活瓣的数量设置四个。

作为优选，上述铰接件为合页连接件。

第二方面，本发明提供一种预应力管桩注浆装置。预应力管桩注浆装置包括第一方面所述的活瓣式扩大桩靴和预应力管桩。活瓣式扩大桩靴通过上部连接板与预应力管桩的桩端进行固定连接。

第三方面，本发明提供一种利用第二方面所述的预应力管桩注浆装置的施工方法，具体步骤如下：

S1：将导向桩架放置于目标桩位处，利用起吊设备起吊预应力管桩，使其穿过导向桩架就位；将所述活瓣式扩大桩靴固定于预应力管桩的底部，组合形成带活瓣式扩大桩靴的预应力管桩结构。

S2：在沉桩前，将所述活瓣式扩大桩靴中的气囊通过管道与充气泵进行密闭连接。

S3：通过锤击法或者静压法将预应力管桩和活瓣式扩大桩靴一起沉至设计土层深度；在沉桩过程中，活瓣式扩大桩靴上的活瓣由于受到土的压力不发生转动保持竖直，活瓣、上部连接板和下部连接板之间构成相对密封的可用于暂存浆液的空腔。

S4：注浆前打开充气泵使气囊膨胀；气囊挤压活瓣相对于下部连接板发生转动改变桩端直径形成尺寸可调节的扩大桩靴；随后向预应力管桩1内注浆，浆液随活瓣方向向四周流动，凝固后会在桩尖会形成扩大头。

本发明相对于现有技术而言，具有以下有益效果：

(1)本发明中利用气囊膨胀来挤压活瓣形成扩大桩尖，操作方便且膨胀效果好，利于实际应用；

(2)本发明通过在桩底形成扩大桩靴，提高桩端承载力，对于保证上部结构的稳定性具有重要作用；

(3)本发明中设计的活瓣式桩尖主要通过钢板焊接和铰接连接而成，生产工艺简单，生产成本较低。

附图说明

图1为实施例提供的带活瓣式扩大桩靴的预应力管桩施工方法流程图；

图2为实施例提供的注浆装置施工状态示意图；

图3为实施例提供的活瓣式扩大桩靴中活瓣展开俯视图；

图4为实施例提供的活瓣连接示意图；

图5为实施例提供的活瓣式扩大桩靴中气囊未膨胀示意图；

图6为实施例提供的活瓣式扩大桩靴中气囊膨胀示意图；

图中：预应力管桩1、活瓣2、上部连接板3、下部连接板4、连接筒5和气囊6。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。本发明各个实施例中的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，可以是直接连接到另一个元件或者是间接连接即存在中间元件。相反，当元件为称作“直接”与另一元件连接时，不存在中间元件。

在本发明的一个较佳实施例中，提供了活瓣式扩大桩靴。图2中的活瓣式扩大桩靴是本发明中起到桩端承载能力的核心结构，具体包括若干活瓣2、上部连接板3、下部连接板4、连接筒5和气囊6。其中的活瓣和气囊作为特殊的结构设计来实现扩底桩直径的可控扩展。

考虑到实际施工情况，为了提高注浆效率，注浆过程中一般选用圆柱体的预应力管桩，因此，上部连接板3和下部连接板4均采用圆形钢板，如图3所示。

如图4所示，连接筒5用于连接上部连接板3和下部连接板4，在本实施例中采用圆柱形钢板作为连接筒5。上部连接板3中间开孔，连接筒5垂直方向设置，连接筒5的上部和底部分别与上部连接板3的开孔处和下部连接板4焊接为一个整体。需要说明的是，连接筒5的材质和形状可以根据实际施工情况进行选择，只需满足活瓣式扩大桩靴的抗压强度满足注浆施工条件即可。

下部连接板4上沿外围周向设置有若干活瓣2，每个活瓣2通过铰链与下部连接板4进行连接，使得活瓣2和下部连接板4之间可实现相对转动。各铰接位置保持缝隙尽量小即可，只要不会导致注浆浆液贯通式流失，存在一定的缝隙也是允许的。在本实施例中，活瓣2的数量设置为四个，选择的材质为钢板。但是在实际应用中，活瓣2的数量可根据施工情况选择，只需保证活瓣式扩大桩靴在沉桩过程中，活瓣2、上部连接板3和下部连接板4之间构成相对密封的用于暂存浆液的空腔即可，具体示意图如图4所示。

如图5所示，连接筒5外围包裹有气囊6。气囊6和外界的充气泵相连，当活瓣式扩大桩靴沉桩至设计地层时，打开充气泵使气囊6膨胀挤压活瓣2，使得活瓣2相对于下部连接板4发生转动形成扩大头。

在本实施例中，活瓣式扩大桩靴中的上部连接板3与预应力管桩1底部的固定连接方式为焊接，连接筒5与上部连接板3和下部连接板4固定连接的方式也可采用焊接。但在实际施工应用中，也可采用其他固定连接方式。

需要说明的是，本实施例中活瓣2、上部连接板3、下部连接板4和连接筒5均采用钢材质，但是在实际施工应用中，上述部件也可采用其他刚性金属材料，比如铁、铝等材料制作。

本发明还提供了一种将上述活瓣式扩大桩靴和预应力管桩固定连接的预应力管桩注浆装置。需要说明的是，本实施例中活瓣式扩大桩靴通过上部连接板与预应力管桩的桩端通过焊接方式进行固定连接。

在本发明的一个较佳实施例中，还提供了一种利用上述活瓣式扩大桩靴的预应力管桩注浆装置的方法，该方法利用活瓣式扩大桩靴在预应力管桩底部形成扩大头，并灌注混凝土或水泥，最终形成扩底桩。该注浆装置施工状态示意图如图1所示，具体步骤如下：

步骤1：选择两片尺寸一致的圆形钢板作为上部连接板3和下部连接板4，圆柱形钢板作为连接筒5。将上下两片圆形钢板通过焊接与圆柱形钢板进行连接为一个整体。

步骤2：将四片钢板作为活瓣2，采用铰链连接的方式固定在下部连接板4的外围。四片活瓣2能够相对于下部连接板4发生转动。

步骤3：将导向桩架放置于目标桩位处，利用起吊设备起吊预应力管桩1，使其穿过导向桩架就位。将活瓣式扩大桩靴安装在与预应力管桩1的底部桩端上，将活瓣式扩大桩靴和预应力管桩1的底部通过焊接方式连接为一个整体。

步骤4：在沉桩前，将充气泵与活瓣式扩大桩靴中的气囊6进行连接，保证两者之间密闭性。

步骤5：通过锤击法或者静压法将预应力管桩1和活瓣式扩大桩靴一起沉至设计土层深度。在沉桩过程中，活瓣式扩大桩靴上的活瓣由于受到土的压力不会发生转动而保持竖直，活瓣2、上部连接板3和下部连接板4之间构成相对密封的可用于暂存浆液的空腔。

步骤6：在需要进行注浆操作的时候，打开充气泵使气囊6膨胀。气囊6挤压活瓣2相对于下部连接板4发生转动。然后开始向预应力管桩1内注浆，活瓣2受到气囊6的挤压向四周展开，活瓣2、上部连接板3和下部连接板4之间构成相对密封的空腔打开，浆液向四周流动，凝固后会在桩尖会形成具有一定强度的扩大头。

本发明通过上述技术方案，提供了一种带活瓣式扩大桩靴的预应力管桩注浆装置，采用四片活瓣的形式，同时有效利用气囊的膨胀特性，在桩尖形成扩大头。本发明提供的注浆装置结构设计巧妙，能够有效提高桩端承载力。另外本发明提供的注浆装置所需材料简便环保，生产工艺简单且生产成本较低，同时操作简单，便于施工，具有较高的使用价值。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种活瓣式扩大桩靴，其特征在于，所述活瓣式扩大桩靴包括若干活瓣(2)、上部连接板(3)、下部连接板(4)、连接筒(5)和气囊(6)；所述连接筒(5)垂直方向设置用于连接上部连接板(3)和下部连接板(4)，连接筒(5)的上部和底部分别与上部连接板(3)的开孔处和下部连接板(4)固定连接；所述连接筒(5)外围包裹有能够膨胀撑开活瓣(2)的气囊(6)；所述若干活瓣(2)沿下部连接板(4)外侧周向均匀分布；所述活瓣(2)通过铰接件与下部连接板(4)进行连接使得活瓣(2)和下部连接板(4)之间可相对转动；所述活瓣(2)保持竖直状态时，使得上部连接板(3)、下部连接板(4)和活瓣(2)之间构成用于暂存注浆浆液的空腔。

2.根据权利要求1所述的一种活瓣式扩大桩靴，其特征在于，所述连接筒(5)与上部连接板(3)和下部连接板(4)固定连接的方式为焊接。

3.根据权利要求1所述的一种活瓣式扩大桩靴，其特征在于，所述活瓣式扩大桩靴采用刚性金属材质制成。

4.根据权利要求3所述的一种活瓣式扩大桩靴，其特征在于，所述活瓣式扩大桩靴中的上部连接板(3)和下部连接板(4)均为圆形钢板。

5.根据权利要求3所述的一种活瓣式扩大桩靴，其特征在于，所述活瓣式扩大桩靴中的连接筒(5)为圆柱形钢板。

6.根据权利要求3所述的一种活瓣式扩大桩靴，其特征在于，所述活瓣式扩大桩靴中的活瓣(2)的材质为钢板。

7.根据权利要求1所述的一种活瓣式扩大桩靴，其特征在于，所述活瓣(2)的数量设置四个。

8.根据权利要求1所述的一种活瓣式扩大桩靴，其特征在于，所述铰接件为合页连接件。

9.一种预应力管桩注浆装置，其特征在于，所述预应力管桩注浆装置包括权利要求1～8任一所述的活瓣式扩大桩靴和预应力管桩(1)；所述活瓣式扩大桩靴通过上部连接板(3)与预应力管桩(1)的桩端进行固定连接。

10.一种利用权利要求9所述的预应力管桩注浆装置的施工方法，其特征在于，具体步骤如下：

S1：将导向桩架放置于目标桩位处，利用起吊设备起吊预应力管桩(1)，使其穿过导向桩架就位；将所述活瓣式扩大桩靴固定于预应力管桩(1)的底部，组合形成带活瓣式扩大桩靴的预应力管桩结构；

S2：在沉桩前，将所述活瓣式扩大桩靴中的气囊(6)通过管道与充气泵进行密闭连接；

S3：通过锤击法或者静压法将预应力管桩(1)和活瓣式扩大桩靴一起沉至设计土层深度；在沉桩过程中，活瓣式扩大桩靴上的活瓣由于受到土的压力不发生转动保持竖直，活瓣(2)、上部连接板(3)和下部连接板(4)之间构成相对密封的可用于暂存浆液的空腔；

S4：注浆前打开充气泵使气囊(6)膨胀；气囊(6)挤压活瓣(6)相对于下部连接板(4)发生转动改变桩端直径形成尺寸可调节的扩大桩靴；随后向预应力管桩(1)内注浆，浆液随活瓣(2)方向向四周流动，凝固后会在桩尖会形成扩大头。

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