一種預應力混凝土鋼管疊合樁及其製作和施工方法
2023-07-13 06:07:31
專利名稱：一種預應力混凝土鋼管疊合樁及其製作和施工方法
技術領域：
本發明涉及一種預應力混凝土疊合樁的結構及其製作和施工方法，尤指一種適用於撞擊式沉樁施工方法工程中的高承載力、高抗錘擊性能、高穿透性的預應力混凝土鋼管疊合樁。
背景技術：
在現有技術中，預應力混凝土管樁，由於其原材料豐富，價格便宜，軸向承載力大，而被廣泛使用於水平力對樁身影響不大的國內樁基礎中，但因其含鋼量低，導致水平方向的承載能力較差，在承擔較大的水平荷載(如風荷載、地震荷載)時容易發生斷裂。
為了提高樁基礎水平方向承載力，近年來樁基礎工程中開始採用了一種鋼結構的工字鋼樁，其具有較強的抗彎性，可以承載較大的水平方向上的荷載，但由於所述工字鋼樁的主要原材料為鋼鐵，與混凝土管樁相比其製造成本有大幅飆升，從而無法被廣泛地運用在國內各種建築工程中。
為了提高預應力混凝土管樁豎向和水平方向的承載力，現有專利申請號200610010620.9所發明的厚壁預應力混凝土管樁，雖然在理論上可以提高對應的承載力，但是由於它是採用在「薄壁」預應力混凝土管樁內連續離心疊加混凝土的製作方法，導致整個管樁橫斷面上的混凝土外面部分預應力大，接近中心、疊加上去的混凝土預應力小甚至沒有預應力，所以在打樁過程中容易使沒有預應力的混凝土部分破裂，另外樁身重量大，造成運輸、施工困難。
發明內容
本發明要解決的問題是提供一種承載力高、造價低廉、結構性能強、施工速度快的預應力混凝土鋼管疊合樁以及所述疊合樁的製作和施工方法。
為了解決上述問題，本發明的預應力混凝土鋼管疊合樁技術方案包括成品預應力混凝土管樁、套在其外側的永久鋼管，安裝在樁段兩端的端頭封口件；所述鋼管與成品預應力混凝土管樁之間由灌漿材料進行填充；在整樁底端安裝有樁靴。
所述永久鋼管是多層。
所述永久鋼管之間的空隙填充有灌漿材料。
所述永久鋼管內面或外面或內、外雙面安裝有縱向鋼筋或鋼筋籠或沿各方向布置的加勁肋或抵抗縱向剪力的鋼構件。
所述預應力混凝土管樁內澆築有填充材料。
所述填充材料中配置有與預應力混凝土鋼管疊合樁等長或略短的縱向鋼筋、型鋼、鋼管、組合鋼構件內芯或它們的任意組合。
所述端頭封口件是實心鋼板或環狀鋼板或直徑小於永久鋼管的短鋼管或鋼箍，或是特別放大的成品預應力混凝土管樁的端頭鋼板，也可以是各種機械式快速接頭產品。
所述端頭封口件與鋼管、成品預應力混凝土管樁及樁靴之間採用焊接、粘結、螺紋連接、螺栓連接、插銷連接、鎖扣連接或由它們的任意組合連接在一起。
所述樁靴是錐形樁靴或平底樁靴或平底樁靴底面焊有豎向加勁鋼板或焊有各種豎向型鋼或鋼釺或它們的任意組合的鋼靴。
所述樁靴為鋼製或鑄鐵製。
其中，灌漿材料和填充材料為水泥漿或水泥砂漿或混凝土。
所述灌漿材料和填充材料中配入添加劑，所述添加劑是增強劑、早強劑、減水劑、膨脹劑、稀釋劑、防止收縮劑或它們的任意組合。
相應地，本發明預應力混凝土鋼管疊合樁的製造方法包括步驟1)將較大直徑的鋼管套入成品預應力混凝土管樁外，用端頭封口件與成品預應力混凝土管樁及永久鋼管採用焊接、粘結、螺紋連接、螺栓連接、插銷連接、鎖扣連接或由它們的任意組合連接在一起；2)通過在永久鋼管或端頭封口件上的預留孔洞向鋼管及成品預應力混凝土管樁之間的間隙注入灌漿材料，養護至灌漿材料達到設計強度值。
進一步地，本發明預應力混凝土鋼管疊合樁的製造方法還包括步驟按照具體設計決定，在鋼管的內面或外面或內外雙面安裝縱向鋼筋或鋼筋籠或沿各方向布置的加勁肋或抵抗縱向剪力的鋼構件。
相應地，本發明預應力混凝土鋼管疊合樁的施工方法包括步驟1)先將樁靴安裝在整支樁的底端，然後採用錘擊或靜壓或振動方法或它們的任意組合方法進行打樁；
2)當整樁為分段製作時，採用焊接、粘結、螺紋連接、螺栓連接、插銷連接、鎖扣連接或粘結或由它們的任意組合進行駁樁，直至錘擊貫入度達到設計要求為止；3)按照具體設計要求向成品預應力混凝土管樁內置入填充材料；4)待填充材料達到要求強度後，切掉樁頂設計標高之上的樁體，按照設計要求安裝樁頭與樁承臺的連接鋼筋或水平樁頭鋼板或它們的組合，形成預應力混凝土鋼管疊合樁。
本發明施工方法還包括步驟在填充材料中配置與預應力混凝土疊合樁等長或略短的縱向鋼筋、型鋼、鋼管、組合鋼構件內芯或它們的任意組合。
本發明施工方法還包括步驟打入地下的整支樁不同位置按照具體設計要求，分段採用預應力混凝土鋼管疊合樁和成品預應力混凝土管樁或工字鋼樁。
本發明施工方法還包括步驟若所述預應力混凝土鋼管疊合樁為分段打入持力層時，則每段之間採用焊接、粘結、螺紋連接或螺栓連接或插銷連接或鎖扣連接或套筒連接或由它們的任意組合連接在一起。
本發明施工方法還包括步驟在開始打樁前，按照需要決定是否採用機械預鑽孔方法，在設計樁位處預先鑽孔至樁底設計標高或以上某一位置，然後在預鑽孔內灌入填充材料，在有填充材料的鑽孔內進行打樁工序，填充材料是砂質填土、粘土、石灰砂漿、水泥漿、水泥砂漿、混凝土或它們的任意組合；或直接在予鑽孔內打樁，直到滿足設計要求的錘擊貫入度。
與現有技術相比，本發明的有益效果為首先，由於外殼鋼管通過水泥質灌漿與預製混凝土管樁緊密結合在一起，使後者的混凝土三向受壓，水平方向變形受到鋼管的約束，使其豎向抗壓強度大幅提升。
其次，由於鋼管內部被混凝土管樁充實，部分荷載由後者分擔，與工字鋼樁相比用鋼量大大減小，抗彎剛度相應得到提高，可較大幅度地降低樁基礎的建造成本。
本發明的應用範圍現有撞擊式沉樁技術可以應用的樁基工程，本發明均可應用，而且特別適用於地表附近土質鬆軟及水平力較大的高層、超高層建築的樁基礎。
圖1是本發明中分段製作的疊合樁整樁剖面圖；圖2是本發明中樁內腔有灌漿材料的疊合樁的剖面圖；圖3是本發明中樁內腔有鋼筋籠灌漿材料的疊合樁的剖面圖；
圖4是圖2中沿A-A線的截面圖；圖5是圖2中沿B-B線的截面圖；圖6是圖3中沿C-C線的截面圖。
具體實施例方式
如圖1到圖3所示，預應力混凝土鋼管疊合樁包括成品預應力混凝土管樁1、套在其外側的永久鋼管2，安裝在樁段兩端的端頭封口件6；所述鋼管與成品預應力混凝土管樁之間由灌漿材料3進行填充；在整樁底端安裝有樁靴4。
所述成品預應力混凝土管樁1為先張法或後張法預應力混凝土管樁，其預應力值的大小可以按照樁段所處整樁堅向位置或按照施工應力不同而從最小值零開始向上調整。所述成品預應力混凝土管樁1按照具體設計要求採用不同直徑、厚度和不同粗糙程度的表面、凹凸表面。
所述永久鋼管2是各種斷面形狀的無縫鋼管或焊接鋼管，由工廠整段或分段預製而成。該永久鋼管2的厚度可以分段變化，即按照鋼管生產條件及疊合樁受力需要生產成一層或多層結構。其內面或外面或內、外雙面安裝有縱向鋼筋或鋼筋籠或沿各方向布置的加勁肋或抵抗縱向剪力的鋼構件；內、外表面噴刷有防鏽或提高粘結力的塗料，而每段之間的連接則採用焊接、粘結、螺紋連接、插銷連接鎖扣連接、套筒連接或由它們的任意組合連接的方式連接在一起。對於多層永久鋼管(2)，層與層之間的空隙填充有灌漿材料(3)所述灌漿材料3，被澆灌在永久鋼管2和成品預應力混凝土管樁1之間，該灌漿材料3可為水泥漿、水泥砂漿或混凝土等。進一步地，所述灌漿材料3中配有添加劑，所述添加劑可以是增強劑、早強劑、減水劑、膨脹劑、稀釋劑、防收縮劑等或是它們的任意組合。
在沉樁後向預應力混凝土管樁1內現場澆築填充材料5，所述填充材料5可以為水泥漿、水泥砂漿或混凝土。所述填充材料5中配有添加劑，該添加劑可以是增強劑、早強劑、減水劑、膨脹劑、稀釋劑、防收縮劑等或是它們的任意組合。
所述填充材料5中配置有與預應力混凝土鋼管疊合樁等長或略短的縱向鋼筋、型鋼、鋼管、組合鋼構件內芯或它們的任意組合。
永久鋼管2的兩端安裝有埠封口件6。所述埠封口件6可為實心鋼板、環狀鋼板、直徑小於永久鋼管的短鋼管或鋼箍。其與永久鋼管2及成品預應力混凝土管樁1之間採用焊接、粘結、螺紋連接、插銷連接、鎖扣連接或由它們的任意組合連接在一起。
疊合樁底部端頭安裝有樁靴4。所述樁靴4為鋼製或鑄鐵製。該樁靴4可以是現有技術的定型產品或根據實際工程需要特別設計的任何樁靴，如錐形樁靴4a或平底樁靴或平底樁靴底面焊有豎向加勁鋼板或焊有各種豎向型鋼或鋼釺或它們的任意組合的鋼靴。所述樁靴4與永久鋼管2及成品預應力混凝土管樁1或封口件6之間的連接採用焊接、螺紋連接、螺栓連接、插銷連接、鎖扣連接、套筒連接或由它們的任意組合連接在一起。
相應地，本發明預應力混凝土鋼管疊合樁的製造方法包括步驟1)將較大直徑的鋼管2套入成品預應力混凝土管樁1；2)將埠封口件6安裝在永久鋼管2的兩端。
3)向鋼管2與成品預應力混凝土管樁1之間的間隙注入灌漿材料3。至灌漿材料3達到設計強度值；4)可以事先在鋼管的內面、外面或內、外兩面安裝縱向鋼筋或鋼筋籠或沿各方向布置的加勁肋或抵抗縱向剪力的鋼構件；相應地，本發明預應力混凝土鋼管疊合樁的施工方法包括步驟1)將樁靴4安裝在整支樁底端；2)將底端帶有樁靴4的預應力混凝土鋼管疊合樁段對準樁位，採用錘擊、靜壓、振動方法或它們的任意組合方法進行打樁；3)當整樁為分段製作時，採用焊接、螺紋連接、螺栓連接、插銷連接、鎖扣連接、粘結等方法進行駁樁，直至錘擊貫入度達到設計要求；4)按照具體設計要求向成品預應力混凝土管樁1內澆築填充材料5，所述填充材料5採用常壓灌注方法或高壓灌注方法灌注在管樁內，灌注結束時填充材料頂面一般要求超過樁頂臨時或永久設計標高一定高度，以保證樁頭的填充材料質量符合設計要求；5)在填充材料5中置入與預應力混凝土鋼管疊合樁等長或略短的縱向鋼筋、型鋼、組合鋼構件內芯或它們的任意組合；6)待填充材料5達到一定強度後，切掉樁頂設計標高之上的樁體，在整樁的上端安裝樁頭與樁承臺的連接鋼筋、水平樁頭鋼板或它們的組合，形成預應力混凝土鋼管疊合樁。
根據打入地下的整支樁的位置的具體設計要求，可以分段採用預應力混凝土鋼管疊合樁和成品預應力混凝土管樁或工字鋼樁。
在開始打樁前，可按照需要決定是否採用機械預鑽孔方法。如果需要預鑽孔，則在設計樁位處預先鑽孔至樁底設計標高或以上的某一位置，再直接在預鑽孔內打樁。
可以在預鑽孔內灌入填充材料，所述填充材料可以是砂質填土、粘土、水泥、水泥砂漿或混凝土或它們的任意組合，並在所述填充材料完全硬化前再進行打樁工序。
如圖1所示，該圖為本發明預應力混凝土鋼管疊合樁的一個具體實施例分段製作的疊合樁，該實施例中，永久鋼管2與預應力混凝土管樁1均由工廠分段預製而成，所述永久鋼管2的直徑略大於預應力混凝土管樁1的直徑，故其套在預應力混凝土管樁1的外側；所述永久鋼管2與混凝土管樁1之間澆灌有灌漿材料3；每段疊合樁的兩端安裝有埠封口件6，所述埠封口件6與永久鋼管2及成品預應力混凝土管樁1之間採用焊接的方式連接在一起，而分段疊合樁封口件6之間則採用焊接的方式進行駁樁；整支樁底部端頭安裝有錐形樁靴4a；預應力混凝土管樁內置有沉樁後在現場澆築的填充材料5水泥漿或水泥砂漿或混凝土。
如圖2所示，該圖為本發明預應力混凝土鋼管疊合樁的又一個具體實施例腔內有填充材料的疊合樁。該實施例中，永久鋼管2與預應力混凝土管樁1均由工廠整段預製而成，直徑較大的永久鋼管2套在預應力混凝土管樁1外側，所述永久鋼管2與混凝土管樁1之間澆灌有灌漿材料3；疊合樁底部埠安裝有平底樁靴4b，所述平底樁靴4b的底面焊有兩塊豎向加勁鋼板9，所述加勁鋼板9交叉呈十字形；根據具體的設計需要，沉樁後在疊合樁的內腔中澆築填充材料5；疊合樁頂部埠安裝有樁頭連接件7。圖4為圖2中沿A-A線的斷面圖，如圖4所示，從外向內依次為永久鋼管2、灌漿材料3、預應力混凝土管樁1以及現場澆築的填充材料5。圖5為圖2中沿B-B線的斷面圖，如圖5所示，該施實例樁靴為一個平底樁靴4b，所述平底樁靴4b通過埠封口件6與永久鋼管2連接，平底樁靴4b的底面焊有豎向加勁鋼板9。
如圖3所示，該圖為本發明預應力混凝土鋼管疊合樁的另一個具體實施例腔內有鋼筋籠填充材料的疊合樁。該實施例中，永久鋼管2與預應力混凝土管樁1均由工廠整段預製而成，直徑較大的永久鋼管2套在預應力混凝土管樁1外側，所述永久鋼管2與混凝土管樁1之間澆灌有灌漿材料3；疊合樁底部埠安裝有錐形樁靴4a，沉樁後在疊合樁的內腔中澆築填充材料5，然後繼續在內腔澆築填充材料5中置入鋼筋8。圖6為圖3中沿C-C線的斷面圖，如圖6所示，從外向內依次為永久鋼管2、灌漿材料3、預應力混凝土管樁1以及現場澆築的填充材料5，而在填充材料5中置入鋼筋8。
綜上所述，本發明預應力混凝土鋼管疊合樁的主要貢獻在於將直徑較大的永久鋼管2套入成品預應力混凝土管樁1，大幅提升了其沿樁軸方向的抗壓強度和垂直樁軸方向的抗彎強度和剛度，並在較大程度上降低了樁頭打樁破損率，相應地降低了基礎的總體建造成本和縮短建造工期。
權利要求
1.一種預應力混凝土鋼管疊合樁，其特徵在於，包括成品預應力混凝土管樁(1)、套在其外側的永久鋼管(2)，安裝在樁段兩端的端頭封口件(6)；所述鋼管(2)與成品預應力混凝土管樁(1)之間由灌漿材料(3)進行填充；在整樁底端安裝有樁靴(4)。
2.如權利要求1所述的預應力混凝土鋼管疊合樁，其特徵在於，所述永久鋼管(2)是多層。
3.如權利要求2所述的預應力混凝土鋼管疊合樁，其特徵在於，所述永久鋼管(2)之間的空隙填充有灌漿材料(3)。
4.如權利要求1至3所述的任意一種預應力混凝土鋼管疊合樁，其特徵在於，所述永久鋼管(2)內面或外面或內、外雙面安裝有縱向鋼筋或鋼筋籠或沿各方向布置的加勁肋或抵抗縱向剪力的鋼構件。
5.如權利要求4所述的預應力混凝土鋼管疊合樁，其特徵在於，所述預應力混凝土管樁(1)內澆築有填充材料(5)。
6.如權利要求5所述的預應力混凝土鋼管疊合樁，其特徵在於，所述填充材料(5)中配置有與預應力混凝土鋼管疊合樁等長或略短的縱向鋼筋、型鋼、鋼管、組合鋼構件內芯或它們的任意組合。
7.如權利要求6所述的預應力混凝土鋼管疊合樁，其特徵在於，所述端頭封口件(6)是實心鋼板或環狀鋼板或直徑小於永久鋼管的短鋼管或鋼箍，或是特別放大的成品預應力混凝土管樁(1)的端頭鋼板，或是是各種機械式快速接頭產品。
8.如權利要求7所述的預應力混凝土鋼管疊合樁，其特徵在於，所述端頭封口件(6)與鋼管(2)、成品預應力混凝土管樁(1)及樁靴(4)之間採用焊接、粘結、螺紋連接、螺栓連接、插銷連接、鎖扣連接或由它們的任意組合連接在一起。
9.如權利要求8所述的預應力混凝土鋼管疊合樁，其特徵在於，所述樁靴(4)是錐形樁靴(4a)或平底樁靴或平底樁靴底面焊有豎向加勁鋼板或焊有各種豎向型鋼或鋼釺或它們的任意組合的鋼靴。
10.如權利要求9所述的預應力混凝土鋼管疊合樁，其特徵在於，所述樁靴(4)為鋼製或鑄鐵製。
11.如權利要求10所述的預應力混凝土鋼管疊合樁，其特徵在於，灌漿材料(3)和填充材料(5)為水泥漿或水泥砂漿或水泥石灰砂漿或混凝土。
12.如權利要求11所述的預應力混凝土鋼管疊合樁，其特徵在於，所述灌漿材料(3)和填充材料(5)中配入添加劑，所述添加劑是增強劑、早強劑、減水劑、膨脹劑、稀釋劑、防止收縮劑或它們的任意組合。
13.一種預應力混凝土鋼管疊合樁的製造方法，其特徵在於，包括如下步驟1)將較大直徑的鋼管(2)套入成品預應力混凝土管樁(1)外，用端頭封口件(6)與成品預應力混凝土管樁(1)及永久鋼管(2)採用焊接、粘結、螺紋連接、螺栓連接、插銷連接、鎖扣連接或由它們的任意組合連接在一起；2)通過在永久鋼管(2)或端頭封口件(6)上的預留孔洞向鋼管(2)及成品預應力混凝土管樁(1)之間的間隙注入灌漿材料(3)，養護至灌漿材料(3)達到設計強度值。
14.如權利要求13所述的製造方法，其特徵在於，還包括步驟按照具體設計決定，在鋼管(2)的內面或外面或內外雙面安裝縱向鋼筋或鋼筋籠或沿各方向布置的加勁肋或抵抗縱向剪力的鋼構件。
15.一種預應力混凝土鋼管疊合樁的施工方法，其特徵在於，包括如下步驟1)先將樁靴(4)安裝在整支樁的底端，然後採用錘擊或靜壓或振動方法或它們的任意組合方法進行打樁；2)當整樁為分段製作時，則在上下樁段的對接的端頭封口件(6)之間採用焊接、粘結、螺紋連接、螺栓連接、插銷連接、鎖扣連接或粘結或由它們的任意組合進行駁樁，直至錘擊貫入度達到設計要求為止；3)按照具體設計要求向成品預應力混凝土管樁(1)內置入填充材料(5)；4)待填充材料(5)達到要求強度後，切掉樁頂設計標高之上的樁體，按照設計要求安裝樁頭與樁承臺的連接鋼筋或水平樁頭鋼板或它們的組合，形成預應力混凝土鋼管疊合樁。
16.如權利要求15所述的施工方法，其特徵在於，還包括步驟在填充材料(5)中配置與預應力混凝土疊合樁等長或略短的縱向鋼筋、型鋼、鋼管、組合鋼構件內芯或它們的任意組合。
17.如權利要求16所述的施工方法，其特徵在於，還包括步驟打入地下的整支樁不同位置按照具體設計要求，分段採用預應力混凝土鋼管疊合樁和成品預應力混凝土管樁或工字鋼樁。
18.如權利要求15所述的施工方法，其特徵在於，還包括步驟若所述預應力混凝土鋼管疊合樁為分段打入持力層時，則每段之間採用焊接、粘結、螺紋連接或螺栓連接或插銷連接或鎖扣連接或套筒連接或由它們的任意組合連接在一起。
19.如權利要求15所述的施工方法，其特徵在於，還包括步驟在開始打樁前，按照需要決定是否採用機械預鑽孔方法，在設計樁位處預先鑽孔至樁底設計標高或以上某一位置，然後在預鑽孔內灌入填充材料，在有填充材料的鑽孔內進行打樁工序，填充材料是砂質填土、粘土、石灰砂漿、水泥漿、水泥砂漿、混凝土或它們的任意組合；或直接在予鑽孔內打樁，直到滿足設計要求的錘擊貫入度。
全文摘要
本發明公開一種適用於撞擊式沉樁方法的預應力混凝土鋼管疊合樁及其製作方法。所述疊合樁包括成品預應力混凝土管樁(1)、套在其外側的永久鋼管(2)，鋼管(2)與成品預應力混凝土管樁(1)之間由灌漿材料(3)進行填充，鋼管(2)與成品預應力混凝土管樁(1)之間由端頭封口件(6)連接在一起。相應地，其製作方法包括將較大直徑的鋼管(2)套入成品預應力混凝土管樁(1)外；用端頭封口件(6)把鋼管與成品預應力混凝土管樁連接在一起；向鋼管(2)與成品預應力混凝土管樁(1)之間的間隙注入灌漿材料(3)；整樁底端安裝樁靴；沉樁。採用本發明的技術方案可有效地提升樁柱在水平方向的抗彎強度和剛度，降低樁基礎總體建造成本。
文檔編號E02D7/02GK1912254SQ20061011214
公開日2007年2月14日 申請日期2006年8月11日 優先權日2006年8月11日
發明者胡柏英 申請人:胡柏英