CN221030200U - 一种钢管柱与预制方桩的连接件及组合支撑立柱 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种钢管柱与预制方桩的连接件及组合支撑立柱，属于施工结构领域。该连接件包括桩帽、刚性连接管和桩端连接组件。钢管柱、预制方桩之间可通过连接件同轴连接；桩帽套装在预制方桩顶部，并通过桩端连接组件与预制方桩的桩顶端板连接固定，刚性连接管紧密插入钢管柱的底部中孔，且钢管柱底部与桩帽顶板的顶面焊接固定。本实用新型采用预制方桩与钢管柱组合支撑立柱代替常规的钻孔灌注桩和钢格构柱组合支撑立柱，预制方桩立柱桩施工速度快，造价低，且在工程桩为预制方桩的项目中，立柱桩可以利用临近的工程桩，减少了新打设的立柱桩数量，进一步节约立柱桩的造价。同时，预制方桩与钢管组合支撑立柱连接节点质量可靠，强度高。

Description

一种钢管柱与预制方桩的连接件及组合支撑立柱

技术领域

本实用新型属于施工结构领域，具体涉及一种钢管柱与预制方桩的连接件及组合支撑立柱。

背景技术

围护桩加水平支撑是一种常用的基坑支护形式，当支撑为钢筋混凝土支撑的时候，支撑体系的立柱常采用钢格构和钻孔灌注桩的组合形式。钻孔灌注桩施工，费用高，会产生泥浆污染，钢格构施工现场施焊工作量大，质量不可靠。预制桩具有标准化生产、质量可靠、施工速度快、造价低等优点，在工程中的应用越来越广泛。当工程桩为预制桩时，立柱桩为钻孔灌注桩，施工组织麻烦，并且立柱桩也无法利用临近的工程桩，增加了新打设立柱桩的费用。预制桩截面种类繁多，其中实心方桩抗弯、抗裂性能好，广泛运用于抗拔工程桩中，因此亟需一种采用实心方桩的支撑立柱。

在现有技术中，实用新型专利“一种装配式立柱桩”(专利号：202023337059.X)采用角钢格构立柱与预制方桩组合立柱的形式，角钢格构与预制方桩之间完全通过螺栓连接，螺栓连接工艺复杂，成本高。另外，实用新型专利“一种采用预制型钢混凝土方桩作立柱的支撑结构”(专利号：202220850802.1)采用预制型钢混凝土方桩作支撑的立柱结构，立柱与第二道支撑的连接通过立柱外包角钢，外包角钢与立柱之间不能有效连接，立柱在底板处的止水板通过凿开立柱的混凝土露出H型钢进行焊接，预制型钢混凝土方桩混凝土强度高，凿除混凝土剥出型钢施工困难。

因此，如何对钢管柱与预制方桩的连接节点进行优化设计，是目前亟待解决的技术问题。

发明内容

本实用新型的目的在于解决钢管柱与预制方桩的连接节点位置工艺复杂、施工难度和成本过高的问题，并提供一种钢管柱与预制方桩的连接件及组合支撑立柱。

本实用新型所采用的具体技术方案如下：

第一方面，本实用新型提供了一种钢管柱与预制方桩的连接件，其包括桩帽、刚性连接管和桩端连接组件；

所述桩帽为有顶无底的刚性敞口构件，所述刚性连接管垂直装配于桩帽的桩帽顶板顶面中心，且刚性连接管内壁与桩帽顶板之间设置若干加强两者连接位置强度的加劲板；其中，桩帽和刚性连接管的横截面分别与待连接的预制方桩和钢管柱的横截面相匹配，使桩帽能套装在预制方桩顶部而刚性连接管能紧密插入钢管柱的底部中孔；

所述桩帽顶板上的钢管柱支撑区域外围环绕开设有若干个安装孔，所述桩端连接组件用于与所述安装孔配合并连接固定预制方桩的桩顶端板和桩帽。

作为上述第一方面的优选，所述桩帽为由桩帽侧板和桩帽顶板组成的钢构件，其中桩帽侧板为具有方形横截面的中空钢管段，桩帽顶板为方形钢板，两者通过焊接固定或者一体加工成型。

作为上述第一方面的优选，所述桩端连接组件为螺栓螺母连接组件，所述安装孔为开设于桩帽顶板上的桩帽顶板贯通孔，所述预制方桩的桩顶端板也开设有与桩帽顶板贯通孔一一配对的端板螺栓孔，每一对桩帽顶板贯通孔和端板螺栓孔通过拧入一条螺栓并由螺母拧紧固定，使桩帽顶板和桩顶端板贴紧后相对固定。

作为上述第一方面的优选，所述桩帽和预制方桩之间构成间隙配合或过渡配合。

作为上述第一方面的优选，所述刚性连接管和钢管柱之间构成间隙配合或过渡配合。

作为上述第一方面的优选，所述刚性连接管底部与桩帽顶板顶面通过焊接进行固定。

作为上述第一方面的优选，所述钢管柱为内部浇筑有混凝土的钢管混凝土柱。

第二方面，本实用新型提供了一种钢管柱与预制方桩连接形成的组合支撑立柱，其包括钢管柱、预制方桩和上述第一方面任一方案所述的连接件；

所述钢管柱、预制方桩之间通过连接件同轴连接；其中桩帽套装在预制方桩顶部，并通过所述桩端连接组件与预制方桩的桩顶端板连接固定，

所述刚性连接管紧密插入钢管柱的底部中孔，且钢管柱底部与桩帽顶板的顶面焊接固定。

作为上述第二方面的优选，所述预制方桩为顶部设置承台的工程桩，且桩帽顶板上设置用于连接预制方桩与承台的锚固钢筋。

作为上述第二方面的优选，所述工程桩为抗拔桩，所述钢管柱的钢管外壁上设置抗拔栓钉。

本实用新型相对于现有技术而言，具有以下有益效果：

1、采用预制方桩与钢管柱组合支撑立柱，代替常规的钻孔灌注桩和钢格构柱组合支撑立柱，预制方桩立柱桩施工速度快，造价低，不会产生泥浆污染，绿色环保；

2、在工程桩为预制方桩的项目中，立柱桩可以利用临近的工程桩，减少了新打设的立柱桩数量，进一步节约立柱桩的造价；

3、预制方桩与钢管组合支撑立柱连接节点质量可靠，强度高。

连接件为工厂标准化生产，工厂内施焊，方便探伤检验焊缝质量，连接件质量可靠。连接件的上钢管插入钢管的中孔内、钢帽套在方桩顶端之后的结构，已可形成铰接节点，具有承压和一定的抗剪能力，可基本满足立柱的功能需求，可再用螺栓和焊缝连接固定，增强连接节点的抗弯和抗剪能力。现场施焊少，质量易控制，连接可靠；

4、施工组织方便。采用送桩器和夹桩装置，解决了沉桩时钢管与预制方桩截面外形和尺寸不一致时夹桩问题，进而解决了立柱桩共用工程桩时压桩力大的问题，同时方便立柱桩采用与工程桩相同的施工工艺，施工组织方便；

5、适用性强。利用了预应力施加时留下的螺栓孔，不同形式的方桩都可适用，解决了夹桩问题，适应各种预制桩沉桩方式；

6、立柱采用钢管，承载力要求高时，可以采用高强混凝土注心，充分利用混凝土的抗压强度高的特点。钢管截面小，方便地下室的底板施工、楼板施工。

附图说明

图1为钢管柱与预制方桩连接节点剖面图；

图2为连接件剖面图；

图3为连接件A-A剖面图；

图4为桩帽顶板图；

图5为定位夹块示意图；

图6为送桩装置吊起钢管柱与预制方桩连接的示意图；

图7为送桩器辅助沉桩示意图；

图8为钢管柱和预制方桩组合支撑立柱与底板的止水连接节点图；

图9为立柱桩利用抗压工程桩时，钢管柱和预制方桩组合支撑立柱与底板的连接节点图；

图10为立柱桩利用抗拔工程桩时，钢管柱和预制方桩组合支撑立柱与底板的连接节点图。

图中的标记为：钢管柱1、预制方桩2、连接件3、桩帽31、刚性连接管32、加劲板33、桩帽侧板31a、桩帽顶板31b、桩帽顶板贯通孔31c、螺栓41、连接焊缝42、送桩器51、钢丝绳52、定位夹块53、地下室底板6、底板与支撑立柱连接7、止水钢板71、抗拔栓钉72、锚固钢筋73。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型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实用新型。但是本实用新型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实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。本实用新型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。

在本实用新型的描述中，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。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于区分描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

在本实用新型的一个较佳实施例中，提供了一种新的钢管柱与预制方桩的组合支撑立柱。如图1所示，该组合支撑立柱中，钢管柱1和预制方桩2是通过一个连接件3来连接的，该连接件3可通过工厂预制，然后在施工现场进行与钢管柱1和预制方桩2组装。

如图2所示，上述用于连接钢管柱与预制方桩的连接件3，其包括桩帽31、刚性连接管32和桩端连接组件。其中，桩帽31为有顶无底的刚性敞口构件，用于套装在预制方桩2的顶部，其材质可以是任何能够满足相应施工过程中强度要求的刚性材料。刚性连接管32垂直装配于桩帽31的桩帽顶板31b顶面中心，刚性连接管32与桩帽顶板31b之间需要形成可靠的连接固定，但由于管体底部与顶板之间的连接面很小，因此为了加强刚性连接管32与桩帽顶板31b的连接节点强度，刚性连接管32内壁与桩帽顶板31b之间需要设置若干加强两者连接位置强度的加劲板33。如果刚性连接管32与桩帽顶板31b均为钢板，加劲板33可采用具有直角的钢板来实现，两个直角边分别贴合刚性连接管32的内壁与桩帽顶板31b的顶面进行焊接固定。

另外，该连接件3是通过桩帽31和刚性连接管32与预制方桩2和钢管柱1进行连接的，因此桩帽31和刚性连接管32的横截面分别与待连接的预制方桩2和钢管柱1的横截面相匹配，使桩帽31能套装在预制方桩2顶部而刚性连接管32能紧密插入钢管柱1的底部中孔。

需要注意的是，桩帽31和刚性连接管32的横截面形状和具体尺寸，需要根据待连接的预制方桩2和钢管柱1的横截面形状和尺寸进行确定，以满足相应的连接要求。在本实用新型的实施例中，有顶无底的桩帽31由桩帽侧板31a和桩帽顶板31b组成的钢构件，其中桩帽侧板31a为具有方形横截面的中空钢管段，如图3所示；桩帽顶板31b为方形钢板，如图4所示。在该实施例中，桩帽侧板31a和桩帽顶板31b两者通过焊接固定，但在其他的实施例中亦可一体加工成型，对此可不做限制。

另外，本实用新型中上述桩端连接组件的具体形式可以根据实际的需要进行调整，能够在桩帽31和预制方桩2之间形成可靠连接即可。在本实用新型的实施例中，考虑到预制方桩2的顶部一般会设置相应的桩顶端板，因此桩端连接组件可利用桩顶端板作为连接位点。由此，继续参见图1所示，桩端连接组件为螺栓螺母连接组件，而安装孔为开设于桩帽顶板31b上的桩帽顶板贯通孔31c，上述预制方桩2的桩顶端板也开设有与桩帽顶板贯通孔31c一一配对的端板螺栓孔。在桩帽顶板31b和桩顶端板贴紧时，每一对桩帽顶板贯通孔31c和端板螺栓孔都是刚好同轴重合的，这一对重合的螺栓孔中通过拧入一条螺栓，并由螺母拧紧固定，使桩帽顶板31b和桩顶端板贴紧后相对固定。当然在实际的施工时，螺栓一端可以预先拧在端板螺栓孔中，桩帽顶板31b上的桩帽顶板贯通孔31c对准各自对应的螺栓后下放，再将螺母拧入压紧桩帽顶板31b。因此桩帽顶板贯通孔31c也可以是光孔或者内径大于螺栓的螺纹孔。

在本实用新型的实施例中，桩帽31的内空间横截面应当略大于预制方桩2的横截面或者基本相同，桩帽31和预制方桩2之间构成间隙配合或过渡配合为佳。同样的，刚性连接管32的横截面外轮廓应当略小于钢管柱1的横截面内轮廓，刚性连接管32和钢管柱1之间构成间隙配合或过渡配合为佳。

需要注意的是，连接件3的刚性连接管32插入钢管柱1的中孔内、桩帽31套在预制方桩2顶端之后实际已形成了铰接节点，具有承压和一定的抗剪能力，可基本满足立柱的功能需求。但如果需要增强这个连接节点的抗弯和抗剪能力，除了钢管柱1底部与桩帽顶板31b的焊接之外，还需要采用桩端连接组件来连接固定预制方桩2的桩顶端板和桩帽31。本实用新型的具体做法是，在桩帽顶板31b上的钢管柱1支撑区域外围环绕开设有若干个安装孔，然后利用桩端连接组件通过安装孔连接固定预制方桩2的桩顶端板和桩帽31。需要说明的是，上述桩帽顶板31b上的钢管柱1支撑区域，是指钢管柱1对准刚性连接管32落位安装并支撑在桩帽顶板31b上后，钢管柱1底部端面支撑在在桩帽顶板31b上形成的圆形区域。该圆形区域内部无法进行施工操作，因此与桩端连接组件配合的安装孔需要开设在该圆形区域外围。

由此，上述钢管柱1与预制方桩2通过连接件3连接形成的组合支撑立柱，最终形式如图1所示。钢管柱1、预制方桩2之间通过连接件3同轴连接，三个结构的轴线处于同一垂线上。桩帽31套装在预制方桩2顶部，并通过桩端连接组件与预制方桩2的桩顶端板连接固定，而刚性连接管32紧密插入钢管柱1的底部中孔，且钢管柱1底部与桩帽顶板31b的顶面焊接固定。

基于上述组合支撑立柱，介绍在围护桩加水平支撑形式的基坑支护体系中此类立柱的施工步骤如下：

1、在工厂批量生产连接件3，同时预制图5所示的定位夹块53。

2、施工时，先将钢管柱1与连接件3连接，连接件3的刚性连接管32插入钢管柱1的中孔内，钢管柱1底部与连接件3的桩帽顶板31b焊接固定，形成连接焊缝42。

3、钢管柱1与预制方桩2连接前，送桩器51套在钢管柱1外侧，钢管柱1顶部用钢丝绳52吊住，钢管柱1和送桩器51底部平齐且两者之间的夹持空间对边中间位置用一组定位夹块53固定，防止施工过程中相对移动。

4、预制方桩3沉桩至接桩位置，在预制方桩2的桩顶端板上拧入螺栓42，将带有连接件3的钢管柱1与送桩器51整体吊起，各桩帽顶板贯通孔31c对准相应的螺栓42位置，如图6所示(图中螺栓42上的螺母需要事先拧下)。然后逐渐下放将连接件3的桩帽31套在预制方桩2的桩端上完成落位，将螺母拧紧固定在螺栓42上，如图7所示。

5、继续沉桩，将钢管柱1与预制方桩2压入设计位置。

6、基坑开挖后，施工支撑梁，钢管柱1与支撑梁的连接：钢管柱1伸入支撑梁中间。在支撑梁范围的钢管柱外壁设置若干抗剪栓钉，钢管柱1在支撑梁上部或下部钢筋标高位置还可以设置一个外加强环，支撑梁的下部钢筋遇钢管柱1没法穿过时，钢筋截断并焊接在加强环上，以保证传力可靠；

7、基坑开挖到坑底施工地下室底板，在底板中间位置的钢管柱外壁上焊接环形止水钢板，如图8所示。

另外，需要注意的时，若立柱桩利用了工程桩，工程桩顶部设置承台，因此如图9所示，可在连接件的桩帽顶板31b上设置锚固钢筋73，用于连接预制方桩2与承台。若工程桩为抗拔桩时，如图10所示，除了设置锚固钢筋73外，还在底板范围内的钢管柱上设置抗拔栓钉72加强预制方桩与底板直接的连接。

7、地下室施工完成后，回收基坑深度范围内的钢管。

需要注意的是，在实际施工时，若对桩的承载力要求高时，钢管柱1可采用高强混凝土灌芯，即上述钢管柱1可以是钢管混凝土柱。

综上，当工程桩为预制方桩时，采用本实用新型提供的钢管柱与预制方桩组合支撑立柱代替常规的钢格构柱与钻孔灌注桩组合支撑立柱，连接节点可靠，可以与工程桩一起施工，施工组织方便，施工速度快，造价低，没有泥浆污染，绿色环保，还能利用临近的工程桩作为立柱桩，减少新打设立柱桩的数量。

另外，本实用新型的钢管柱与预制方桩通过连接件连接，连接件在工厂标准化生产，方便焊缝用探伤检测，质量可靠，批量生产成本低。连接件桩帽套在方桩顶部、刚性连接管插入钢管柱底部以后的连接节点，已可形成铰接连接，满足立柱的承压和抗剪要求，再通过一定焊接和螺栓连接，增强连接节点的抗弯和抗剪能力。预制方桩在生产过程中会留下螺栓孔，利用此螺栓孔进行螺栓连接，现场施焊少，保证了立柱桩连接节点的质量。

在实际施工时，本实用新型可配合送桩装置，解决钢管柱与预制方桩截面形状和尺寸不一致时的施工夹桩问题，方便立柱桩采用与工程桩相同的施工工艺。压桩力大时，或者立柱桩共用工程桩时，需要采用锤击或静压等施工方式。钢管柱与预制方桩截面不一致，采用送桩器和夹桩装置解决施工时的夹桩问题，方便立柱桩与工程桩一起施工。

以上所述的实施例只是本实用新型的一种较佳的方案，然其并非用以限制本实用新型。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型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，均落在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种钢管柱与预制方桩的连接件，其特征在于，包括桩帽(31)、刚性连接管(32)和桩端连接组件；

所述桩帽(31)为有顶无底的刚性敞口构件，所述刚性连接管(32)垂直装配于桩帽(31)的桩帽顶板(31b)顶面中心，且刚性连接管(32)内壁与桩帽顶板(31b)之间设置若干加强两者连接位置强度的加劲板(33)；其中，桩帽(31)和刚性连接管(32)的横截面分别与待连接的预制方桩(2)和钢管柱(1)的横截面相匹配，使桩帽(31)能套装在预制方桩(2)顶部而刚性连接管(32)能紧密插入钢管柱(1)的底部中孔；

所述桩帽顶板(31b)上的钢管柱(1)支撑区域外围环绕开设有若干个安装孔，所述桩端连接组件用于与所述安装孔配合并连接固定预制方桩(2)的桩顶端板和桩帽(31)。

2.如权利要求1所述的钢管柱与预制方桩的连接件，其特征在于，所述桩帽(31)为由桩帽侧板(31a)和桩帽顶板(31b)组成的钢构件，其中桩帽侧板(31a)为具有方形横截面的中空钢管段，桩帽顶板(31b)为方形钢板，两者通过焊接固定或者一体加工成型。

3.如权利要求1所述的钢管柱与预制方桩的连接件，其特征在于，所述桩端连接组件为螺栓螺母连接组件，所述安装孔为开设于桩帽顶板(31b)上的桩帽顶板贯通孔(31c)，所述预制方桩(2)的桩顶端板也开设有与桩帽顶板贯通孔(31c)一一配对的端板螺栓孔，每一对桩帽顶板贯通孔(31c)和端板螺栓孔通过拧入一条螺栓并由螺母拧紧固定，使桩帽顶板(31b)和桩顶端板贴紧后相对固定。

4.如权利要求1所述的钢管柱与预制方桩的连接件，其特征在于，所述桩帽(31)和预制方桩(2)之间构成间隙配合或过渡配合。

5.如权利要求1所述的钢管柱与预制方桩的连接件，其特征在于，所述刚性连接管(32)和钢管柱(1)之间构成间隙配合或过渡配合。

6.如权利要求1所述的钢管柱与预制方桩的连接件，其特征在于，所述刚性连接管(32)底部与桩帽顶板(31b)顶面通过焊接进行固定。

7.如权利要求1所述的钢管柱与预制方桩的连接件，其特征在于，所述钢管柱(1)为内部浇筑有混凝土的钢管混凝土柱。

8.一种钢管柱与预制方桩连接形成的组合支撑立柱，其特征在于，包括钢管柱(1)、预制方桩(2)和权利要求1～7任一所述的连接件(3)；

所述钢管柱(1)、预制方桩(2)之间通过连接件(3)同轴连接；其中桩帽(31)套装在预制方桩(2)顶部，并通过所述桩端连接组件与预制方桩(2)的桩顶端板连接固定；所述刚性连接管(32)紧密插入钢管柱(1)的底部中孔，且钢管柱(1)底部与桩帽顶板(31b)的顶面焊接固定。

9.如权利要求8所述的组合支撑立柱，其特征在于，所述预制方桩(2)为顶部设置承台的工程桩，且桩帽顶板(31b)上设置用于连接预制方桩(2)与承台的锚固钢筋(73)。

10.如权利要求9所述的组合支撑立柱，其特征在于，所述工程桩为抗拔桩，所述钢管柱(1)的钢管外壁上设置抗拔栓钉(72)。