一种扩底预应力锥形管桩及其施工方法.pdf

本发明属于建筑桩基础技术领域，尤其涉及一种扩底预应力锥形管桩。其特征是包括预应力锥形管桩桩身和扩大头两部分，桩身采用对多节同一倾角的截顶倒锥形体管节的拼接或者不同倾角的截顶倒锥形体管节的拼接形成的预应力锥形管桩；扩大头中的钢筋笼采用变径放射状形式。桩身横截面为圆环形、空心四边形、空心六边形或空心三角形。本发明的效果和益处是提高桩侧正摩阻力和桩端阻力，并同时能有效降低负摩阻力对桩身的影响，保证桩身强度和施工压入效率。扩底预应力锥形管桩能同时发挥预应力管桩、锥形桩和扩底桩的优点并避免其各自的不足：提高单位材料强度利用率，提高桩侧正摩阻力和桩端阻力且同时能有效降低桩侧负摩阻力对桩体的影响，从而提高基桩整体承载力。

1.  一种扩底预应力锥形管桩，包括预应力锥形管桩桩身和扩大头两部分，其特征在于：桩身采用对多节同一倾角的截顶倒锥形体管节的拼接或者不同倾角的截顶倒锥形体管节的拼接形成的预应力锥形管桩；扩大头中的钢筋笼采用变径放射状形式。

2.  根据权利要求1所述的一种扩底预应力锥形管桩，其特征在于：桩身横截面为圆环形、空心四边形、空心六边形或空心三角形。

3.  权利要求1所述的一种扩底预应力锥形管桩的施工方法，其特征在于以下步骤：
(1)采用静压法、锤击法、震动法、射水法、预钻孔法及中掘法等方法将带有桩尖(靴)的第一节预应力锥形管桩管节沉入土中；
(2)采用端头板电焊联结法连接第二节预应力锥形管桩管节并使之沉入土中，依次完成后面几节管桩使桩底沉到设计标高处、桩长达到设计要求；
(3)取出桩尖(靴)，利用取土设备取出管桩内位于桩身下部的土塞；
(4)利用扩底设备对桩底进行扩底，使桩端底部形成一个大于下部桩径的底座空腔、用空气吸土设备取出空腔内土；
(5)下沉处于收缩状的变径放射状钢筋笼，当钢筋笼下沉至设计标高时，在钢筋笼上端施加一个荷载使其展开成放射状，完成钢筋笼的下放过程；
(6)现浇混凝土在桩底形成桩大头并确保桩大头规则成型和现浇桩大头与预制预应力管桩相连良好，成桩完成。

一种扩底预应力锥形管桩及其施工方法
技术领域
本发明属于建筑桩基础技术领域，尤其涉及一种扩底预应力锥形管桩及其施工方法。
背景技术
桩基础竖向承载力由桩侧摩阻力和桩端阻力两部分组成。传统的等截面桩存在单位材料强度利用率低、桩体受桩侧负摩阻力影响显著等不足；预应力混凝土管桩具有桩身强度高(C60～C80)、沉桩能力强、单桩承载力高、施工周期短、造价低等优点。目前常用的锥形桩利用倒锥形体斜面，将部分垂直向下的力转化为水平力，充分发挥桩侧土体承载能力，从而提高桩侧摩阻力，预应力锥形管桩(如：ZL200420063381.x等)较等直径预应力管桩，有更好的土层穿透力、更高的桩体单位承载力等方面的优势，但是由于桩底截面积较小，导致桩端阻力发挥受到限制；目前常用的扩底桩(如：ZL200410102711.6、ZL200510009681.9等)是在传统等截面桩的基础上，对桩底进行扩大头以增大桩端截面积，从而提高桩端阻力值，但是该法对桩侧摩阻力的提高并无改进，且容易受到桩侧负摩阻力的影响而削落桩基础整体承载能力。
先张法预应力混凝土(或高强混凝土)管桩是采用先张法预应力工艺和离心成型法制成的一种空心筒体细长混凝土预制构件，主要由圆筒形桩身、端头板和钢套箍等组成；该桩型具有桩身强度高、沉桩能力强、单桩承载力高、施工周期短、造价低等优点且易于批量生产，因而在实际工程中得到了广泛的应用；针对预应力管桩的原材料选择，管节制造、管桩拼接、质量控制、产品检验、储存、运输等相关细节制定了相应的技术规范(如：产品国家标准《先张法预应力混凝土管桩》GB13476-1999，《先张法预应力混凝土薄壁管桩》JC888-2001，《先张法预应力管桩生产工艺技术规程》(FS/QW01-2002)，预应力混凝土管桩(图集)03SG409，广东标准《预应力管桩基础技术规程》DBJ15-22-98等)，属于相对成熟的技术。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种可以同时提高桩侧正摩阻力和桩端阻力值，且能有效降低桩侧负摩阻力对桩体影响的扩底预应力锥形管桩。
本发明的技术解决方案如下：
本发明对传统的等直径预应力管桩生产设备进行改进以适应对预应力锥形管桩生产的需要，根据实际工程设计所得的锥形角θ、桩长L以及上下桩径Di的大小调整锥形筒桩身、端头板和钢套箍的大小尺寸，采用先张法预应力工艺和离心成型法制成预应力锥形管桩管节。根据锥形筒桩身的不同可以制作管节桩身横截面为圆环形、空心四边形、空心六边形或空心三角形形状的预应力锥形管桩。通过对多节同一倾角的截顶倒锥形体管节的拼接或者不同倾角的截顶倒锥形体管节的拼接形成预应力锥形管桩。
为使桩端扩大头有较好的力学性能，本发明设计一种变径放射状钢筋笼：用一种可以活动的铰接体连接主筋与箍筋，和休止板一起形成一种可以变径的放射状钢筋笼体系。在钢筋笼下放过程中，由于钢筋笼上端受力，钢筋笼处于收缩状态使其能顺利穿过管桩下沉至扩底空洞；当钢筋笼下端下沉至设计高度并接触土体时，钢筋笼随着钢筋本身自重或者上端箍筋施加的荷载而逐渐向外侧展开成放射状；最后达到休止板位置而停止进一步发展使钢筋笼处于较合理的放射状。
本发明的效果和益处是预应力锥形管桩桩身能提高桩侧正摩阻力，并同时能有效降低负摩阻力对桩身的影响，且预制的预应力锥形管桩桩身容易保证桩身强度和施工压入效率；桩端扩大头可以有效提高桩端阻力，变径放射状钢筋笼能改善桩端扩大头的力学性能以确保强度。扩底预应力锥形管桩能同时发挥预应力管桩、锥形桩和扩底桩的优点并避免其各自的不足：提高单位材料强度利用率，提高桩侧正摩阻力和桩端阻力且同时能有效降低桩侧负摩阻力对桩体的影响，从而提高基桩整体承载力。该桩型桩身斜面的倾角不易太大，对于中短桩效果更好些。
附图说明
图1为本发明的一种结构示意图。
图2(a)为本发明的预应力锥形管桩端头板截面示意图。
图2(b)为本发明的预应力锥形管桩管节布置示意图。
图2(c)为本发明的预应力锥形管桩管节截面示意图。
图3(a)为本发明的变径放射状钢筋笼收缩状示意图。
图3(b)为本发明的变径放射状钢筋笼展开状示意图。
图4为本发明的施工过程示意图。
图中：1为外形呈截顶倒锥形的预制预应力锥形管桩，水平截面为上大下小的圆环形；2为现浇桩端扩大头；3为锥形筒桩身；4为端头板；5为钢套箍；6为螺栓孔；7为预应力筋锚孔；8为预应力筋；9为螺旋箍筋；10为箍筋；11为主筋；12为可活动铰接体；13为休止板；图4(a)沉桩前(实线箭头表示沉桩荷载方向)；图4(b)一个管节沉桩完成；图4(c)电焊联结法连接两管节接头；图4(d)沉桩完成；图4(e)取管桩内浮土和桩靴及扩底成空腔(虚线箭头表示取浮土方向)；图4(f)下钢筋笼(虚线箭头表示下钢筋笼方向)；图4(g)现浇桩端扩大头(虚线箭头表示浇筑混凝土方向)；图4(h)成桩。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施例。
首先采用静压法、锤击法、震动法、射水法、预钻孔法及中掘法等方法将带有桩尖(靴)的第一节预应力锥形管桩管节(也称底桩，如图2所示)沉入土中(如图4(a)(b)所示)；其次采用端头板电焊联结法连接第二节预应力锥形管桩管节并使之沉入土中(如图4(c)所示)，依次完成后面几节管桩使桩底沉到设计标高处、桩长达到设计要求(如图4(d)所示)；接着取出桩尖(靴)，利用取土设备(如空气吸土设备等)取出管桩内位于桩身下部的土塞(采用开口型桩尖(靴)时，土塞高度约为1/3桩长，采用闭口型桩尖(靴)时，土塞高度相对小些)，检验管桩桩身质量以及复测沉桩长度等情况；然后利用扩底设备对桩底进行扩底，使桩端底部形成一个大于下部桩径的底座空腔、用空气吸土设备取出空腔内土(如图4(e)所示)；再接着下沉处于收缩状的变径放射状钢筋笼(如图3(a)所示)，当钢筋笼下沉至设计标高时，在钢筋笼上端施加一个荷载使其展开成放射状(如图3(b)所示)，完成钢筋笼的下放过程(如图4(f)所示)；再然后现浇混凝土在桩底形成桩大头并确保桩大头规则成型和现浇桩大头与预制预应力管桩相连良好(如图4(g)所示)；最后成桩完成(如图4(h)所示)。