一种预制混凝土管桩-说明书

一种预制混凝土管桩设计说明书

作品内容简介

随着我国城市化建设快速发展，硬黏土地区桩基础应用领域不断扩大，桩基承载力越来越高，传统的灌注桩基础造价高、施工周期长、施工易造成环境污染，不符合绿色桩基的发展要求。预应力混凝土管桩具有工厂化生产、机械化施工、承载力高、造价低、工期短、施工环保等优势，符合绿色桩基的发展方向。但在硬黏土地区的应用管桩仍存在以下两个突出问题：一方面，管桩施工过程中挤土效应显著，容易出现桩身上浮、接头松脱、沉桩深度达不到设计要求、竖向承载力和水平承载力不足等问题;另一方面，现有管桩质量检测技术存在局限，不能准确查明管桩的施工质量。

预制混凝土管桩与其它桩相比，具有制作工艺简单、质量容易保证、耐打性好、造价便宜、检测方便及施工速度快等优点，近年来在我国发展迅猛，逐渐成为一种重要的桩基材料，其先进性在工程中已得到证实。随着预制混凝土管桩的广泛应用，其理论得到了初步的研究。然而，超长预制混凝土管桩的荷载传递、侧摩阻力及桩端阻力发挥不仅受上部结构特征和工程地质条件的影响，同时受沉桩时间效应、沉桩孔隙水压力及复杂的土体力学特性的影响。

一种预制混凝土管桩，由侧板、桩尖端板和桩身等几部分组成，侧板一端与桩尖钢靴相焊接，侧板的另一端通过螺钉与桩尖端板固定连接，桩尖端板一侧通过螺钉与桩身固定连接，桩身外表面与箍筋相卡钩连接，桩身一侧通过混凝土与桩节相胶合，桩节一侧通过铰链与封盖固定连接，桩身内表面通过混凝土与土浆柱体相胶合，土浆柱体内表面通过混凝土与桩管相胶合，本实用新型采用桩管与转轴位于同一轴线上，同时桩管与转轴的连接方式为转动连接，并且锁紧导杆一端与履带相转动连接，使得本实用新型在转轴的带动下，通过履带与下一节桩身的一端转动连接，解决了预制桩体在安装的过程中，结构复杂，不便于桩体与连接端的连接，传统的混凝土管桩连接方式采用焊接，消耗了能源，污染了空气的问题。

一种预制混凝土管桩解决了现有的预制混凝土桩桩体的承载能力有限，而且桩体的抗拔力不强，预制桩体在安装的过程中，结构复杂，不便于桩体与连接端的连接，传统的混凝土管桩连接方式采用焊接，消耗了能源，污染了空气，桩体内部容易出现裂缝，施工人员无法及时检测到的问题。

1 研制背景及意义

预制桩，就是指在打桩现场或者附近就地预制，较短的桩也可以在预制厂生产。特点是能承受较大的荷载、坚固耐久、施工速度快，对周围环境影响较大。施工程序为预制、运输、堆放、沉桩。预制桩，是在工厂或施工现场制成的各种材料、各种形式的桩（如木桩、混凝土方桩、预应力混凝土管桩、钢桩等），用沉桩设备将桩打入、压入或振入土中。中国建筑施工领域采用较多的预制桩主要是混凝土预制桩和钢桩两大类，而钢筋混凝土实心桩，断面一般呈方形。桩身截面一般沿桩长不变。实心方桩截面尺寸一般为200×200mm~600×600mm。钢筋混凝土实心桩桩身长度：限于桩架高度，现场预制桩的长度一般在25~30m以内。限于运输条件，工厂预制桩，桩长一般不超过12m，否则应分节预制，然后在打桩过程中予以接长。

随着预制混凝土管桩不断应用于建筑工地，现有的预制混凝土管桩存在桩体的承载能力有限，而且桩体的抗拔力不强，预制桩体在安装的过程中，结构复杂，不便于桩体与连接端的连接，桩体内部容易出现裂缝，施工人员无法及时检测到，并且传统的混凝土管桩连接方式采用焊接，消耗了能源，污染了空气的问题，为此，本实用新型提出一种预制混凝土管桩用于解决上述问题。

图1 传统混凝土管桩结构示意图图2传统混凝土管桩三维模型

2 设计方案

2.1 原理控制

在原理控制上，操作人员通过悬吊桩体将本实用新型的履带13与基座转动连接，再通过锁紧装置使得转轴22锁死，安装前还可将封盖6打开，通过检缝装置伸入检缝槽10进行检

测，再通过环状凸缘8通过混凝土与防水层9相胶合，通时桩身4一侧通过混凝土与桩节5相胶合，使得桩体的表面积增大，解决了桩体的承载能力有限，而且桩体的抗拔力不强的问题，采用桩管11与转轴22位于同一轴线上，同时桩管11与转轴22的连接方式为转动连接，并且锁紧导杆18一端与履带13相转动连接，使得本实用新型在转轴22的带动下，通过履带13与下一节桩身的一端转动连接，解决了预制桩体在安装的过程中，结构复杂，不便于桩体与连接端的连接，传统的混凝土管桩连接方式采用焊接，消耗了能源，污染了空气的问题，再由桩节5一侧镂空设置有检缝槽10，并且检缝槽10贯穿环形凸缘8与桩管11相连接，使得本实用新型便于检测，解决了桩体内部容易出现裂缝，施工人员无法及时检测到的问题。

图3 新型预制混凝土管桩三维示意图

图4 新型预制混凝土管桩连接处三维示意图

2.2 机械结构

请参阅图1至图4，本实用新型提供一种技术方案：一种预制混凝土管桩，包括侧板2、桩尖端板3和桩身4，侧板2一端与桩尖钢靴1相焊接，侧板2的另一端通过螺钉与桩尖端板3固定连接，桩尖端板3一侧通过螺钉与桩身4固定连接，桩身4外表面与箍筋7相卡钩连接，桩身4一侧通过混凝土与桩节5相胶合，桩节5一侧通过铰链与封盖6固定连接，桩身4内表面通过混凝土与土浆柱体12相胶合，土浆柱体12内表面通过混凝土与桩管11相胶合，桩管11一端与定位套15相转动连接，定位套15外表面与固筋套14相胶合，桩管11一端与限位端16相焊接，限位端16一侧与卡槽17卡钩连接，固筋套14一侧与锁紧导杆18相转动连接，锁紧导杆18一端与履带13相转动连接，履带13内表面与平面下降面20相胶合，平面下降面20内表面通过螺钉与端头板19固定连接，端头板19内表面通过螺钉与转轴22可拆卸连接，通过环状凸缘8通过混凝土与防水层9相胶合，通时桩身4一侧通过混凝土与桩节5相胶合，使得桩体的表面积增大，解决了桩体的承载能力有限，而且桩体的抗拔力不强的问题。

进一步地，桩管11还包括环状凸缘8和防水层9，桩管11外表面与防水层9相胶合，环状凸缘8通过混凝土与防水层9相胶合，延长了本实用新型的正常使用寿命。

进一步地，桩节5一侧镂空设置有检缝槽10，并且桩节5共有四个，通时桩身4一侧通过混凝土与桩节5相胶合，使得桩体的表面积增大，解决了桩体的承载能力有限，而且桩体的抗拔力不强的问题，。

进一步地，定位套15采用PU材料制成，并且定位套15与卡槽17的连接方式为胶合，使得本实用新型防水性能得以提高。

进一步地，桩管11与转轴22位于同一轴线上，并且桩管11与转轴22的连接方式为转动连接，使得本实用新型便于安装，并且本实用新型可直接通过履带13与安装基座固定连接，解决了预制桩体在安装的过程中，结构复杂，不便于桩体与连接端的连接的问题。

进一步地，端头板19通过张拉螺丝孔21与锁紧导杆18固定连接，并且张拉螺丝孔21共镂空设有六个。

图5 实用新型结构示意图

图6 实用新型桩体内部剖视图

图7 图5中A 处放大结构图

图8 实用新型连接机构结构示意图

图中：桩尖钢靴1、侧板2、桩尖端板3、桩身4、桩节5、封盖6、箍筋7、环状凸缘8、防水层9、检缝槽10、桩管11、土浆柱体12、履带13、固筋套14、定位套15、限位端16、卡槽17、锁紧导杆18、端头板19、平面下降面20、张拉螺丝孔21、转轴22。

3 工作原理及性能分析

管桩接桩方法有端板焊接法和机械连接法两种，在管桩图集上有具体的介绍和图纸尺寸。接桩是指由于一根桩的长度达不到设计规定的深度，所以需要将预制桩一根一根的连接起来继续向下打，直至打入设计的深度为止。

A

传统的混凝土管桩焊接工艺如下：

1）检查工件与地线，焊枪，送丝，气瓶，气压表，气管等的连接是否正确、可靠，如果面板上有大(小)电流档，电压5档以下用小电流档。

2）将绕有焊丝的焊丝盘装到送丝盘轴上，根据焊丝直径调节送丝轮和导电嘴，并将焊丝手动送入送丝软管，压好送丝轮。

3）打开焊机电源，将“电压调节“开关打到所须档位，电流调节大概合适位置(精确位置要在焊接时调整);对于0.8~1.0mm焊丝，送丝速度大致在3~18米/分钟。

4）根据实际需要选择焊接方式：焊接连续的长缝时，将“点焊“、“断续焊“两旋钮逆时针旋至最底;自动短焊缝(焊接一段时间后自动停止)，将“断续焊“旋钮打开，并按需要调节焊接时间;自动断续焊，打开“点焊“、“断续焊“旋钮，匹配调节相应的焊接循环时间和焊接时间。

5）打开气瓶阀门，调节气体流量，一般选择3-15升/分钟的范围，同时检查气路是否漏气;按下枪开关，观察送丝、送气是否正常。

6）手持焊枪使喷嘴离工件高出8-12mm，与焊缝垂直方向成10-20度左右，可以先用焊丝对准焊缝。

7）按下枪开关，电弧引燃后，沿焊缝方向均匀移动焊枪(尽量保持焊丝的伸出长度不变)，并根据实际情况调整焊接规范匹配，得到精美的焊缝。松开枪开关即完成一个焊接循环。

8）焊接操作结束后，关上气瓶阀门，松开送丝机的压丝手柄，按下枪开关放掉气压表中的余气，最后关断焊机电源和总电源。

图9 传统混凝土管桩端板焊接法

新型的预制混凝土管桩事先通过将桩体的一端悬吊，再将另一端的履带与打入土地的混凝土管桩凸起的履带，在转轴的带动下，相转动连接，从而减少了对保护气体的利用，同时节省了人力，减少了大气污染。

图10 新型预制混凝土管桩转动连接法

新型的预制混凝土管桩与传统混凝土管桩相比具有以下优点:

1）节省时间，传统的的混凝土管桩焊接工艺过于繁琐；

2）节约成本，新型的预制混凝土管桩不需要焊接所需要的保护气体，以及电焊所需的电能；

3）便于更换，若是工程出现意外差错，可以及时更换混凝土管桩，进行矫正错误。

4 创新点

1）新型的预制混凝土桩通过环状凸缘通过混凝土与防水层相胶合，通时桩身一侧通过混凝土与桩节相胶合，通过增加桩节使得桩体的表面积增大，解决了桩体的承载能力有限，而且桩体的抗拔力不强的问题；

2）新型的预制混凝土桩采用桩管与转轴位于同一轴线上，同时桩管与转轴的连接方式为转动连接，并且锁紧导杆一端与履带相转动连接，使得本实用新型在转轴的带动下，通过履带与下一节桩身的一端转动连接，解决了预制桩体在安装的过程中，结构复杂，不便于桩体与连接端的连接，传统的混凝土管桩连接方式采用焊接，消耗了能源，污染了空气的问题；

3) 新型的预制混凝土桩由桩节一侧镂空设置有检缝槽，并且检缝槽贯穿环形凸缘与桩管相连接，使得操作人员通过将检缝装置插入本实用新型的检缝槽进行检测，通过声波对桩身内部的开缝情况进行检测，解决了桩体内部容易出现裂缝，施工人员无法及时检测到的问题。

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