CN213672643U - 一种基于螺旋焊的薄壁钢管桩的加强箍及焊接支撑结构 - Google Patents

Abstract

一种基于螺旋焊的薄壁钢管桩的加强箍及焊接支撑结构，包括若干圆心半径均相同的弧形箍板；若干弧形箍板均贴附于薄壁钢管桩的端口外侧壁，并首尾拼接构成闭合的圆环将薄壁钢管桩的端口外侧壁箍紧加固；任一弧形箍板的板面中线处开设有通槽。所述支撑结构包括若干对应加强箍的安装位置支撑于薄壁钢管桩的端口内侧壁的支撑杆；任一支撑杆的中心点均在薄壁钢管桩的中轴线上；任一支撑杆的两端均与薄壁钢管桩的端口内侧壁可拆卸连接。通过在加强箍的每一个弧形箍板上开设通槽释放焊接时产生的应力，减少薄壁钢管桩端口的形变量。同时，采用支撑结构对薄壁钢管桩内侧壁进行支撑，保持薄壁钢管桩的端口形状，同样减少其在焊接过程中的形变量。

Description

一种基于螺旋焊的薄壁钢管桩的加强箍及焊接支撑结构

技术领域

本实用新型属于钢管桩制桩领域，尤其涉及一种基于螺旋焊的薄壁钢管桩的加强箍及焊接支撑结构。

背景技术

钢管桩由于具有自重轻、抗弯能力强、吊装和运输方便、抗锤击能力强、可根据需要做成不同斜率的斜桩，因此钢管桩的应用越来越广泛，国内规范《码头结构设计规范》(JTS 167-2018)规定钢管桩的外径与厚度之比不宜大于100。

当钢管桩沉桩困难时，考虑钢管桩抗锤击要求的最小壁厚可按下式估算：

t＝6.35+D/100

其中，t是钢管桩抗锤击要求的最小壁厚(mm)；D为钢管桩的外径。

例如1.2m桩径钢管桩最小壁厚为18.35mm，小于该壁厚的钢管桩，为薄壁钢管桩。

薄壁钢管桩因为壁厚较薄，能大为节省材料成本和运输成本，因此常被应用于水运工程码头项目和高层建筑桩基础中。螺旋焊因其工作效率高、焊接质量好，不容易出现焊缝瘤、未熔透、夹渣等常出现的焊缝质量通病，是钢管桩制桩常用的焊接方法。

薄壁钢管桩的沉桩方式通常包括锤击沉桩、静压沉桩和振动沉桩等，薄壁钢管桩因其穿透性能较弱，遇到硬土层会出现卷边、贯入度迅速收敛无法沉桩至设计标高的现象，因此，钢管桩制桩时，常在钢管桩的两端焊接加强箍，以增强其穿透能力。

薄壁钢管桩在外贴加强箍时，常常出现桩径变形的现象，两个方向的直径相差比较大，程鸡蛋形状，桩径往往无法满足码头结构施工规范《JTS 215-2018》对于制桩相互垂直直径的5/1000D偏差的规定，无法满足验收要求。

传统的方法是采用机械在相反方向的顶推的方式，此方式会能消除一部分的桩径偏差，但无法满足消除焊接加强箍过程中桩身的应力，因此无法完全消除制桩的桩径偏差。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，在弧形箍板的板面开设通槽，通过该通槽释放在焊接弧形箍板时产生的应力，减少薄壁钢管桩的桩身形变量。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种基于螺旋焊的薄壁钢管桩的加强箍，包括若干圆心半径均相同的弧形箍板；若干弧形箍板均贴附于薄壁钢管桩的端口外侧壁，并首尾拼接构成闭合的圆环将薄壁钢管桩的端口外侧壁箍紧加固；任一弧形箍板的板面中线处开设有通槽。

通过上述方案，本实用新型至少得到以下技术效果：

在弧形箍板的中线处开设通槽，使得弧形箍板沿其自身中线的两侧形成中部断开、边缘连接的两段式结构。使应力在弧形箍板的一段向另一段内传递时，经过通槽处的应力直接释放，经过边缘连接处的应力值被削减后对薄壁钢管桩的桩身影响相对减小，实现减少薄壁钢管桩的桩身形变量的效果。

优选的，所述通槽的长度方向与薄壁钢管桩的中轴线平行。

为避免任一弧形箍板内的应力集中于某一点而造成开裂、甚至断裂的问题，弧形箍板被通槽分隔的两段结构应互为镜像，且在焊接加强箍过程中，应力从弧形箍板的一段向另一段传递的过程中，能够与通槽的长度方向互相垂直，确保通槽构成的断层处平整无应力集中。

优选的，所述通槽的两端与弧形箍板的侧边距离为3-5cm。

为避免弧形箍板断裂，需确保通槽的端部与弧形箍板的侧边之间保留有足够的宽度，确保弧形箍板通槽两侧的两段结构连接强度足够。

优选的，所述弧形箍板为三块，且任一弧形箍板的圆心角为120°。

优选的，任一弧形箍板的内壁弧面半径大于或等于其贴附的薄壁钢管桩的外壁半径。

优选的，任一弧形箍板的厚度与薄壁钢管桩的厚度相同。

优选的，任一弧形箍板的宽度为50-100cm。

本实用新型还包括一种基于加强箍的焊接支撑结构，包括若干对应加强箍的安装位置支撑于薄壁钢管桩的端口内侧壁的支撑杆；任一支撑杆的中心点均在薄壁钢管桩的中轴线上；任一支撑杆的两端均与薄壁钢管桩的端口内侧壁可拆卸连接；所述加强箍为上述任一方案中所述的基于螺旋焊的薄壁钢管桩的加强箍。

通过上述方案，本实用新型至少得到以下技术效果：

由于在薄壁钢管桩的端口外侧壁安装加强箍时，为保障加强箍与薄壁钢管桩的端口外侧壁紧密贴合效果，需对加强箍进行按压，产生自薄壁钢管桩外侧壁表面朝向其中轴线的径向压力，易使薄壁钢管桩的桩身产生形变。因此，在对加强箍进行焊接安装时，需预先在薄壁钢管桩内侧壁对应加强箍的安装位置预设支撑结构，并在加强箍焊接安装完成后能够将支撑结构拆除。

优选的，所述支撑杆为四根，且四根支撑杆在垂直于薄壁钢管桩中轴线的平面内投影为“米”字型；在投影面内相邻两支撑杆之间的夹角为45°。

由于加强箍整体呈环状均匀包裹于薄壁钢管桩的端口外侧壁，因此支撑结构需同样均匀地支撑于薄壁钢管桩的端口内侧壁，以对薄壁钢管桩在各方向的受力均产生有效的支撑效果。本方案中根据实验论证得出采用四根支撑杆交错支撑，在投影面内形成“米”字型的支撑结构对薄壁钢管桩端口的周向进行支撑的效果最为稳定，且安装、拆卸步骤简单，便于操作。

优选的，四根所述支撑杆的中心点在薄壁钢管桩的中轴线上等距排列，且相邻两支撑杆之间的夹角为45°。

为保障在加强箍的各弧形箍板焊接安装区域内，支撑结构均能对薄壁钢管桩起到支撑效果，使各支撑杆等距排列，并在薄壁钢管桩的内侧壁形成等间距的支撑点，增强支撑稳定性。

本实用新型的有益效果为：通过在加强箍的每一个弧形箍板上开设通槽释放焊接时产生的应力，减少薄壁钢管桩端口的形变量。同时，采用支撑结构对薄壁钢管桩内侧壁进行支撑，保持薄壁钢管桩的端口形状，同样减少其在焊接过程中的形变量。两种措施互相配合同时使用可极大地避免在对薄壁钢管桩的端口焊接加强箍时，造成薄壁钢管桩的端口形变的问题。

附图说明

图1为本实用新型在一实施例中提供的薄壁钢管桩内部安装支撑结构同时外部安装加强箍的立体结构示意图。

图2为本实用新型在一实施例中提供的支撑结构在垂直于薄壁钢管桩中轴线的平面内正投影的结构示意图。

图3为本实用新型在一实施例中提供的弧形箍板立体结构示意图。

图4为本实用新型在一实施例中提供的拆除支撑结构后薄壁钢管桩的端面示意图。

图5为本实用新型在一实施例中提供的加强箍焊接完成并拆除支撑结构后的薄壁钢管桩立体结构示意图。

图例：

1 薄壁钢管桩；2 弧形箍板；3 支撑杆；

21 通槽。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

实施例1：

如图1-图5所示，一种基于螺旋焊的薄壁钢管桩的加强箍，包括三块结构完全相同的弧形箍板2；每一块弧形箍板2的内壁弧面的圆心角均为120°、半径与薄壁钢管桩1的外壁半径相等；三块弧形箍板2首尾衔接形成环状的加强箍整体，贴合于薄壁钢管桩1的端口外侧壁，并通过螺旋焊工艺进行焊接固定。将完整的环状加强箍分为三块弧形箍板2使得在对加强箍进行焊接时，可以分别将三块弧形箍板2逐个焊接在薄壁钢管桩1的端口外侧壁，并每焊接一块弧形箍板2均可对其贴合的紧密度进行单独调整。降低施工难度，同时减少由于焊接过程中产生的应力导致薄壁钢管桩1变形的情况发生。

在分步对三块弧形箍板2进行焊接的过程中，单独焊接任一块弧形箍板2时，应力会由正在焊接的一端向另一端传递，使得弧形箍板2及薄壁钢管桩1的端部受应力影响发生形变。为减少该影响并缩小弧形箍板2及薄壁钢管桩1端部的形变量，在每一块弧形箍板2的中线处开设通槽21，且通槽21的长度方向与薄壁钢管桩1的中轴线平行，将弧形箍板2沿通槽21的两侧分隔为两段。通槽21的首尾两端与弧形箍板2的边缘预留3-5cm的宽度保持两段连接。预留的宽度根据弧形箍板2的尺寸进行调整以保证两段之间的连接强度。当应力由正在焊接的一段向另一段传递时，在通槽21形成的断层处无法继续传递，只能作用在断层处的弧形箍板2的通槽21一侧壁上，该断层处受应力的变化可在焊接过程中通过锤击敲打进行校正，实现通过通槽21释放焊接内应力的效果。

每一块弧形箍板2的宽度为50-100cm，厚度与薄壁钢管桩1的厚度相同。用于增加薄壁钢管桩1端部的结构强度，以便于在沉桩、植桩时，使薄壁钢管桩1能够承受更强的锤击效果而不会因端部破损而对整体结构强度产生影响。弧形箍板2的宽度即加强箍的宽度，其宽度方向与薄壁钢管桩1的中轴线平行，以使加强箍能够包裹并保护薄壁钢管桩1的端部。弧形箍板2的宽度值和厚度值，均根据薄壁钢管桩1的总长度、沉桩时嵌入地质层的物质种类、以及沉桩机构对薄壁钢管桩1的锤击力度进行调整。以满足薄壁钢管桩1稳定沉桩不破损的需求。

任一弧形箍板2的内壁弧面的半径均大于或等于薄壁钢管桩1的外壁半径，使弧形箍板2可套扣在薄壁钢管桩1的外壁表面。若弧形箍板2的内壁弧面的半径过小则导致弧形箍板2与薄壁钢管桩1之间存在缝隙，加固效果受到严重影响。为避免因误差导致的尺寸不匹配，本实施例中采用的弧形箍板2的内壁弧面半径略大于薄壁钢管桩1的外壁半径，在焊接的过程中，通过锤击、按压的方式，实时对弧形箍板2的形态进行调整和校正，实现构成加强箍的三块弧形箍板2均能与薄壁钢管桩1的端口外侧壁紧密贴合并焊接固定的效果。

实施例2：

如图1-图5所示，对实施例1中的加强箍进行焊接时，由于需要经常对构成加强箍的弧形箍板2进行锤击和按压，导致薄壁钢管桩1端口的侧壁会受到由外至内的径向压力，易发生形变。

为配合加强箍焊接工艺，在实施例1一种基于螺旋焊的薄壁钢管桩的加强箍方案未变动的基础上，还增加了一种支撑结构方案，即：一种基于加强箍的焊接支撑结构，由若干根支撑杆3构成，且每一根支撑杆3的中心点均位于薄壁钢管桩1的中轴线上。在垂直于薄壁钢管桩1的中轴线的投影平面内，薄壁钢管桩1端口的投影为圆环，任一支撑杆3的投影均与经过圆环圆心的直径重合，起到支撑薄壁钢管桩1端口形状的效果。同时，任一支撑杆3通过点焊的方式预先焊接在薄壁钢管桩1端口的内侧壁，以便在加强箍安装的过程中起到支撑作用，避免钢管桩的端口因锤击、按压弧形箍板2而受力发生形变。在加强箍完成后，由于点焊的连接点较为脆弱，可轻松掰动取下或锤击砸下所有的支撑杆3，避免封堵薄壁钢管桩1的端口，同时所有的支撑杆3均可重复利用，减少材料损耗，节约成本。

根据有限次的施工实验论证得出，过多的支撑杆3会增加操作步骤和点焊施工难度，过少的支撑杆3则会因支撑点相距太远而减弱支撑效果。支撑杆3的数量保持在四根时，即可提供足够的支撑效果，为本实施例的优选方案。

当支撑杆3为四根时，将四根支撑杆3的中心点在薄壁钢管桩1的中轴线上等间距地排布，以保证四根支撑杆3之间的距离相等。再调整相邻两根支撑杆3之间的夹角为45°，依次单向排列试着后，四根支撑杆3在薄壁钢管桩1中轴线的垂面内投影为“米”字型，且每相邻两支撑杆3之间的夹角为45°。四根支撑杆3的两端均匀地分布在薄壁钢管桩1端口的内侧壁，构成8个间距相等的稳定的支撑点。每根支撑杆3独立点焊，互不干扰，方便拆装，且支撑结构稳定，能够承受焊接加强箍时，施加在在薄壁钢管桩1侧壁上的压力，减少甚至避免薄壁钢管桩1发生形变。

支撑杆3采用直径为25mm的螺纹钢筋构成。

实施例3：

如图1-图5所示，结合实施例2中提供的基于螺旋焊的薄壁钢管桩的加强箍、以及基于加强箍的焊接支撑结构；为提升两方案的配合效果，还提供了一种焊接加强箍的工艺方法：

S1：安装支撑结构；将四根支撑杆3由内至外地点焊于薄壁钢管桩1端口内侧壁，并保持每一根支撑杆3与薄壁钢管桩1的中轴向互相垂直，垂足位于每一根支撑杆3的中心点处；相邻两支撑杆3之间的角度为45°依次周向排列，形成正投影为“米”字型的支撑结构。

S2：安装加强箍；将三块弧形箍板2首尾衔接地逐一焊接于薄壁钢管桩1端口外侧壁，预定位时，使沿弧形箍板2中线开设的通槽21与薄壁钢管桩1的中轴线保持平行，并以点焊将弧形箍板2的一端固定，再从弧形箍板2的另一端进行锤击、按压，确保弧形箍板2与薄壁钢管桩1的外侧壁完全贴合，最后进行焊接。

S3：拆卸支撑结构；三块弧形箍板2均安装完毕形成完整的加强箍后，可通过掰动、锤击等方式将点焊在薄壁钢管桩1端口内侧壁的四根支撑杆3拆卸并取出。

该焊接加强箍的工艺方法步骤简单，原理清晰，便于培训施工人员，节省耗材，提升了薄壁钢管桩1焊接加强箍的整体质量，减少了残次品出现概率，节省了成本。

以上实施方式中的各种技术特征可以任意进行组合，只要特征之间的组合不存在冲突或矛盾即可，但是限于篇幅，未进行一一描述。

本实用新型并不局限于上述实施方式，如果对本实用新型的各种改动或变型不脱离本实用新型的精神和范围，倘若这些改动和变型属于本实用新型的权利要求和等同技术范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变动。

Claims (10)

1.一种基于螺旋焊的薄壁钢管桩的加强箍，其特征在于：包括若干圆心半径均相同的弧形箍板；若干弧形箍板均贴附于薄壁钢管桩的端口外侧壁，并首尾拼接构成闭合的圆环将薄壁钢管桩的端口外侧壁箍紧加固；任一弧形箍板的板面中线处开设有通槽。

2.根据权利要求1所述基于螺旋焊的薄壁钢管桩的加强箍，其特征在于，所述通槽的长度方向与薄壁钢管桩的中轴线平行。

3.根据权利要求1所述基于螺旋焊的薄壁钢管桩的加强箍，其特征在于，所述通槽的两端与弧形箍板的侧边距离为3-5cm。

4.根据权利要求1所述基于螺旋焊的薄壁钢管桩的加强箍，其特征在于，所述弧形箍板为三块，且任一弧形箍板的圆心角为120°。

5.根据权利要求1所述基于螺旋焊的薄壁钢管桩的加强箍，其特征在于，任一弧形箍板的内壁弧面半径大于或等于其贴附的薄壁钢管桩的外壁半径。

6.根据权利要求1所述基于螺旋焊的薄壁钢管桩的加强箍，其特征在于，任一弧形箍板的厚度与薄壁钢管桩的厚度相同。

7.根据权利要求1所述基于螺旋焊的薄壁钢管桩的加强箍，其特征在于，任一弧形箍板的宽度为50-100cm。

8.一种基于加强箍的焊接支撑结构，其特征在于：包括若干对应加强箍的安装位置支撑于薄壁钢管桩的端口内侧壁的支撑杆；任一支撑杆的中心点均在薄壁钢管桩的中轴线上；任一支撑杆的两端均与薄壁钢管桩的端口内侧壁可拆卸连接；所述加强箍为权利要求1-7任意一项所述的基于螺旋焊的薄壁钢管桩的加强箍。

9.根据权利要求8所述基于加强箍的焊接支撑结构，其特征在于，所述支撑杆为四根，且四根支撑杆在垂直于薄壁钢管桩中轴线的平面内投影为“米”字型；在投影面内相邻两支撑杆之间的夹角为45°。

10.根据权利要求9所述基于加强箍的焊接支撑结构，其特征在于，四根所述支撑杆的中心点在薄壁钢管桩的中轴线上等距排列，且相邻两支撑杆之间的夹角为45°。

Images