一种新型预制可排水管桩及其制备施工方法与流程

本发明属于岩土工程领域，尤其涉及到预应力混凝土管桩领域，具体说来是一种新型预制可排水管桩及其制备施工方法。

背景技术：

近年来随着我国经济的飞速发展，围海造地工程，码头堆场工程，高速公路修建工程规模数量都急剧增加，而这一类沿海、沿湖、沿江工程中遇到的软土问题成为了工程建设中不得不面对的难题。目前我国主要的软土地基处理方法有：排水固结法，强夯法，石灰桩法，振冲置换法，加筋土法，沉管碎石桩法等。然而对于一些较为深厚的软土层，以上处理方法均很难达到预期的处理效果。

预应力管桩因其工业化生产程度高，自身强度大，穿透力强，单桩承载力高，施工周期短，对环境影响小，造价低等优点被广泛运用于深厚软土地基处理中，经济社会效益显著。然而预应力管桩作为一种预制桩打入土体来处理软土地基仍然存在一些问题，具体表现为以下几个方面：(1)，预应力管桩沉桩过程中，桩身占据了其位置空间上土体的原有空间，尤其当桩周为饱和软土时，挤土效应明显，易造成其周围土体破坏，局部隆起等现象；(2)，预应力管桩沉桩过程中，桩周土体被压密挤开，造成相邻被打入桩体发生较大竖向和水平位移，严重的话甚至会导致桩身折断；(3)，预应力管桩沉桩过程中引起的超静孔隙水压力值较大，有时甚至超过了上覆应力且消散缓慢。许多学者基于此研发出了一系列新型排水管桩，如：专利号201110123235.6中梅国雄教授等研发的一种自适应减压排水管桩；专利号201020649772.5中徐小庆等研发的一种排水管桩；专利号201510150002.3中唐晓武等研发了一种能排水并增大摩阻力的预制管桩。此类新型管桩都是通过在桩身侧壁预留横向孔洞来提供排水路径，然而在现场实际的排水过程中土颗粒会进入排水通道堵塞预设的排水路径，实际地基效果并不理想。鉴于以上问题，一种减缓挤土效应，加快超静孔隙水压力消散的新型管桩亟待开发。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供了一种新型预制可排水管桩及其制备施工方法来减缓沉桩过程中的挤土效应，加快孔隙水压力消散以及桩间土体固结。为了达到上述目的，本发明包括：预制管桩桩身，桩表面纵向和横向的预留凹槽，透水混凝土层，相应的管桩端板等。

作为优选所述的新型预制可排水管桩由预制混凝土管桩桩身，桩身纵向和横向的预留凹槽，透水混凝土层，相应的管桩端板等组成，其桩身外壁相关位置预留有纵向和横向的凹槽，槽宽为50-150mm，槽深为10-20mm。

作为优选所述的纵向凹槽与桩身等长，横向凹槽为圆环形，环绕桩身外壁，横向凹槽其设计标高可根据土层实际情况定位设计，本案列中设置在桩身纵向四等分线处。

作为优选所述的预留凹槽内由透水混凝土填充塞满，透水混凝土由80％粒径为1.25-2.5mm的骨料，20％粒径为2.5-5mm的骨料拌制而成，水灰比为0.3并适量添加了早强剂和减水剂。

作为优选所述的管桩端板其与桩身凹槽对应位置留有稍大尺寸的空孔，空孔内填充有透水土工织物，管桩端板外侧设铁丝网密封固定土工布。

通过以上技术方案，本发明的有益之处有：

1，向预制管桩桩身侧壁纵向和横向相关位置预留的宽50-150mm，深10-20mm的凹槽内填充透水混凝土为桩间土体孔隙水的排出提供了通道，可加快孔隙水压力的消散以及桩间土体固结，有效减缓挤土效应。

2，本发明可避免压桩过程中孔隙水压力升高导致桩周土体隆起的现象。同时可以减小相邻桩体之间竖向和水平位移，避免因邻近桩体沉桩造成的桩端悬空，桩位偏移，桩身折断等现象。

3，本发明可有效提高桩间土体的力学性能以及桩基的承载力，减小工后沉降和负摩阻力。

4，本发明所述的横向环桩预留凹槽可根据土层实际情况定位，灵活机动，切实有效。

5，本发明设计的管桩端板通过在与桩身排水通道对应位置的空孔填入透水土工织物并用铁丝网封堵，可保证接桩后排水通道畅通，实际排水效果好。

6，本发明提供的一种新型预制可排水管桩结构简单，可工厂化生产，施工效率高，环境影响小，地基处理效果好，社会经济效益显著。

附图说明

图1是本发明一种新型预制可排水管桩的桩壁构造图。

图2时本发明一种新型预制可排水管桩a-a位置的剖面图。

图3是本发明一种新型预制可排水管桩b-b位置的剖面图。

图4是本发明设计的相应管桩端板平面图。

图5是本发明设计的管桩端板预留空孔的平面图。

图6是本发明设计的管桩端板预留空孔内塞透水土工布后的平面图。

图中：1-端板；2-桩身；3-横向凹槽内的透水混凝土；4-纵向凹槽内的透水混凝土；5-管桩内径；6-管桩外径；7-横向凹槽内壁；8-纵向凹槽内壁；9-端板面上主筋锚孔；10-桩端端板对应预留空孔；11-钢丝网；12-透水土工织物。

具体实施方式

参见图1-6所示一种新型预制可排水管桩包括：预制管桩桩身，桩表面纵向和横向的预留凹槽，透水混凝土层，相应的管桩端板等。预制可排水管桩桩身外壁预留有横向与纵向的凹槽，凹槽的槽宽为50-150mm，槽深为10-20mm，纵向凹槽为等间距对称设置，数量为偶数条，凹槽与桩身等长，横向凹槽为圆环形，环绕桩身外壁，凹槽内由透水混凝土填充塞满。所述的凹槽内填的透水混凝土由80％的粒径为1.25-2.5mm的骨料，20％的粒径为2.5-5mm的骨料拌制而成，水灰比为0.3并适量添加早强剂和减水剂。相应设计的管桩端板在其与桩身凹槽对应位置处留有稍大尺寸的空孔，空孔内填充有透水土工织物并用钢丝网片封堵。

基于一种新型预制可排水管桩，其制备施工步骤如下：

1，管桩厂家进行钢筋下料加工，预应力pc棒分别通过筋切机和墩头机进行切割，墩头，螺旋肋钢丝根据要求盘绕。并通过自动滚焊机加工钢筋笼成型。

2，制备相应规格形状的钢模。

3，制备所需的混凝土，桩身采用高强度c80混凝土，凹槽处采用透水混凝土填塞，透水混凝土由80％粒径为1.25-2.5mm的骨料，20％粒径为2.5-5mm的骨料拌制而成，水灰比为0.3并适量添加了早强剂和减水剂，搅拌时间根据搅拌机械性能而定，需满足施工规范要求。

4，将所设计的相应管桩端板定位装在滚焊好的钢筋笼两端，在清理干净并已经涂抹脱模剂的钢模内装好端板止浆条，吊钢筋笼入模并安装张拉板和张拉环。

5，喂料小车将拌制好的高强度混凝土运送至喂料区，将拌制好的透水混凝土向预制好的钢模内投放。及时清理合缝口掉落的砼等杂物，进行合模作业。

6，预应力张拉，张拉应力需达到屈服强度的70％，张拉力＝张拉应力×单根主筋截面积×主筋数×张拉系数，张拉系数一般在1.01-1.03之间。张拉采用一次张拉完成，张拉过程应均匀加载，不同张拉力时的伸长量需满足设计要求。

7，离心成型，分为四个阶段：低速，中速i，中速ii，高速。每个阶段的转速和时间根据配合比以及减水剂，掺和剂用量和生产效率而定。

8，将离心完成的phc管桩内的浆水倒出，进行蒸压养护，升温过程不宜过快，控制在35-40℃/h。

9，蒸压养护完毕后用脱模剂脱模，并对脱模后的预制管桩外壁预留的纵横向凹槽内浇筑透水混凝土，浇筑完成后连续养护3d-5d并在气温合适时喷涂保护剂。

10，向脱模后的可排水管桩桩端端板处的预留空孔内填充足够的透水土工布，并用钢丝网封封堵，预制管桩经检验合格后批量运送至施工现场准备沉桩。

11，管桩进场检验，清除施工场地范围内的杂物，平整场地，按设计图纸测量放样，用短木桩定出桩位。

12，桩机进场就位，起吊管桩，管桩桩尖对准桩位中心。插桩必须正直，控制垂直度偏差不超过0.5％。在桩顶安装桩帽，锤与桩帽，桩帽与桩顶之间有相应的弹性衬垫，锤击过程中应经常检查衬垫工作情况，及时跟换。

13，管桩桩尖插入桩位，桩沉入土一定深度后，控制桩身垂直度稳定，打桩过程中用经纬仪双向校正，保证桩身垂直度。

14，锤击沉桩，重锤低击，由中间向四周沉桩施打，根据基础设计标高先深后浅施打。锤击过程中做好相应的记录工作，主要记录每米锤击数，贯入度和总锤击数，并检查有无桩身断裂，桩顶位移，桩顶破碎等问题。

15，接桩，当桩端头离地面1m时开始接桩，接桩时需保证下节桩上部端板内塞透水土工布的预留空孔与上节桩下部端板的空孔位置相对。焊接时先在接缝四周对称焊接4-6点，待上下桩体固定后拆除挡板，正式施焊，焊接宜分层对称进行，焊后应清除焊渣，检查焊缝饱满程度，待自然冷却后，继续沉桩。无接桩要求时将桩体打设至设计高度后直接进行下一根管桩的施工。