一种内壁不规则敞口管桩及其制备方法与流程

技术领域：

本发明属于建筑施工构件技术领域，涉及一种在地基基础工程中采用的内壁不规则敞口管桩及其制备方法。

背景技术：
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管桩因其承载能力高、稳定性好、挤土有限、施工快等优点在港口工程、道路工程及桥梁工程中得到广泛应用，并发挥巨大作用。据2014年国家统计局统计数据表明，管桩的使用达200亿米。开口管桩的特殊之处是在桩体贯入地基土或海床的过程中，部分土体挤入桩孔内形成土塞，使得管桩的竖向抗压承载力不仅包含桩内外侧摩阻力和桩端阻力，而且还包括土塞的承载力。土塞的形成对桩外壁和桩侧土的荷载传递也会产生很大的影响。管桩在施工过程中减少了施工的地基阻力，施工负荷降低，因此能通过较小型的机械进行施工，这样不仅易于沉桩、减少挤土效应、也大大的缩短了工期。

但是，目前在提高管桩承载力和加速沉桩的研究中，大多是考虑桩端阻力和桩周面阻力，而对土塞的研究甚少，桩前端阻力随着打桩长度变长，土体进入到管桩内部，管桩的内周面与地基的摩擦力增加，最终可能会达到土体闭塞在管桩内壁的状态。现有的敞口管桩多为两端内径相同且壁厚一致，土塞的形成形式单一，不能应用不同的地质条件。因此，有必要发明一种新型的敞口管桩用以改善土塞形成的路径，从而深入研究沉桩过程中土塞对管桩的影响。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计提供一种在管桩施工中抑制闭塞利于沉桩而使施工负荷减少、减少挤土效应或易于闭塞提高承载力的内壁不规则敞口管桩及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明所述内壁不规则敞口管桩为圆筒形状的基准管桩，其内部为中空结构，外径相同，内径相异，具体结构包括a端、b端和预应力钢筋骨架，其中a端为基准管桩壁厚的一端，b端为基准管桩壁薄的一端，为使管桩在施工过程中抑制桩前端闭塞的发生而使施工负荷减少、易于沉桩、减少挤土效应，采用用下端为a端上端为b端的敞口管桩来进行沉桩；为提高管桩承载力，采用下端为b端上端为a端的敞口管桩来进行沉桩，在不同的地质条件下选用不同的形式，使其能够发挥更大的用途；a端的壁厚为80-140mm，b端的壁厚为40-60mm，敞口管桩的长度为6-15m，敞口管桩内壁形成的锥度为1.2：100-3.3:100，敞口管桩内设有预应力钢筋骨架，预应力钢筋骨架采用c40-c60的混凝土制成或采用钢板桩；网状式结构的预应力钢筋骨架由钢冒、预应力钢筋、钢筋网组成，圆槽型结构的钢冒设置在预应力钢筋的两端，钢冒的圆槽型向内侧设置，预应力钢筋成弧形排列，钢筋网倾斜式环绕在预应力钢筋外侧。

本发明所述内壁不规则敞口管桩制备时，将预应力钢筋骨架放入现有的混凝土管桩模中，通过现有高速离心技术运动成型，控制管桩a、b端的混凝土投放量为1：2-1：2.5，a、b端之间的部分均匀增加投放量，如a端投放量为1那么b端投放量为2，中间部分从1到2均匀的增加，使敞口管桩形成上下壁厚不同的管桩，或采用新型混凝土管桩模制备管桩，所述新型混凝土管桩模包括管桩芯、模具、震动台，模具由两个半圆管合并形成管体结构，模具的一端敞口，一端密封，管桩芯为上下两端直径不同的柱状结构，管桩芯的柱面上带有螺纹，管桩芯的敞口处沿模具轴线伸入并旋转固定在模体的密封面上，震动台为圆管状结构，震动台与模具的尺寸相对应并固定套在模具密封端位置，模具的开口端朝上竖直安装在外接的旋转平台上，从上端注入混凝土，同时启动震动台和旋转平台，直到管桩成型。

本发明采用下端为a端上端为b端形式的管桩，管桩在施工时，土体进入管桩内部由于下端内径小于上端刚形成的土塞会变得松散，使管桩内侧阻力明显减小，无论静压、锤击、振动沉桩时，都可通过减少施工中地基阻力，使施工负荷减小、易于沉桩、减少挤土效应，从而能够由较小的施工机械进行施工，从而大大的缩短工期，降低施工成本；采用上述下端为b端上端为a端形式的管桩，由于管桩下端内径大于上端内径，随着土体进入管桩内，会加速土体的压缩，快速的形成土塞，能够较大的提高承载力，这种形式的管桩完全符合管桩的受力特性，能够减少管桩的材料和在施工中的尺寸和根数，降低建设成本。

本发明与现有技术相比，其结构新颖，采用预应力钢筋骨架使结构稳定牢固，提高管桩强度，管桩更易入地，不易破坏，而且制备时使用新型装置结构简单，操作简单，不仅增加管桩的强度，还能更好控制管桩的内壁厚度，避免管桩内部出现裂纹或者空隙，提高生产出的管桩的质量。

附图说明：

图1为本发明所述内壁不规则管桩的主体结构剖面视图。

图2为本发明所述内壁不规则管桩的a端断截面。

图3为本发明所述内壁不规则管桩的b端断截面。

图4为本发明所述网状式预应力钢筋骨架结构图。

图5为本发明所述新型混凝土管桩模结构图。

具体实施方式：

下面通过实施例并结合附图对本发明作进一步说明。

实施例：

本实施例所述内壁不规则敞口管桩为圆筒形状的基准管桩，其内部为中空结构，外径相同，内径相异，具体结构包括a端1、b端3和预应力钢筋骨架2，其中a端为基准管桩壁厚的一端，b端为基准管桩壁薄的一端，为使管桩在施工过程中抑制桩前端闭塞的发生而使施工负荷减少、易于沉桩、减少挤土效应，采用用下端为a端上端为b端的敞口管桩来进行沉桩；为提高管桩承载力，采用下端为b端上端为a端的敞口管桩来进行沉桩，在不同的地质条件下选用不同的形式，使其能够发挥更大的用途；a端的壁厚为80-140mm，b端的壁厚为40-60mm，敞口管桩的长度为6-15m，敞口管桩内壁形成的锥度为1.2：100-3.3:100，敞口管桩内设有预应力钢筋骨架2，预应力钢筋骨架2采用c40-c60的混凝土制成或采用钢板桩；网状式结构的预应力钢筋骨架2由钢冒4、预应力钢筋5、钢筋网6组成，圆槽型结构的钢冒4设置在预应力钢筋5的两端，钢冒4的圆槽型向内侧设置，预应力钢筋5成弧形排列，钢筋网6倾斜式环绕在预应力钢筋5外侧。

本实施例所述内壁不规则敞口管桩制备时，将预应力钢筋骨架2放入现有的混凝土管桩模中，通过现有高速离心技术运动成型，控制管桩a、b端的混凝土投放量为1：2-1：2.5，a、b端之间的部分均匀增加投放量，如a端投放量为1那么b端投放量为2，中间部分从1到2均匀的增加，使敞口管桩形成上下壁厚不同的管桩，或采用新型混凝土管桩模制备管桩，所述新型混凝土管桩模包括管桩芯7、模具8、震动台9，模具8由两个半圆管合并形成管体结构，模具8的一端敞口，一端密封，管桩芯7为上下两端直径不同的柱状结构，管桩芯7的柱面上带有螺纹，管桩芯7的敞口处沿模具8轴线伸入并旋转固定在模体的密封面上，震动台9为圆管状结构，震动台9与模具8的尺寸相对应并固定套在模体密封端位置，模具8的开口端朝上竖直安装在外接的旋转平台上，从上端注入混凝土，同时启动震动台9和旋转平台，直到管桩成型。

本实施例采用下端为a端上端为b端形式的管桩，管桩在施工时，土体进入管桩内部由于下端内径小于上端刚形成的土塞会变得松散，使管桩内侧阻力明显减小，无论静压、锤击、振动沉桩时，都可通过减少施工中地基阻力，使施工负荷减小、易于沉桩、减少挤土效应，从而能够由较小的施工机械进行施工，从而大大的缩短工期，降低施工成本；采用上述下端为b端上端为a端形式的管桩，由于管桩下端内径大于上端内径，随着土体进入管桩内，会加速土体的压缩，快速的形成土塞，能够较大的提高承载力，这种形式的管桩完全符合管桩的受力特性，能够减少管桩的材料和在施工中的尺寸和根数，降低建设成本。

本实施例的管桩能够和现有的等内径管桩的生产线、产品及使用设备、环境进行平稳过渡和替换，便于制作运用，本实施例以预应力钢筋骨架的形式，设置上下预应力钢筋骨架厚度不一致，浇注混凝土时适当改变两端的用量，制备成内壁不规则敞口管桩。

本实施例所述内壁不规则敞口管桩内壁上下端之间设置为直线型结构，或根据实际需要设置为阶梯状，以改变土塞的形成路径，从而大大的影响管桩的承载力性能、沉桩效果、挤土效应等。

本实施例所述内壁不规则敞口管桩的下端为a端上端为b端时适合运用在砂性土或带有夹层等的地基条件复杂的工况中，这样易于沉桩、减少挤土效应，随着进入管桩的内部土体增多，桩周挤土减少，大大降低对周围建筑的影响，利于施工，减少对周围建筑物发生倾斜、塌陷等地基不均匀沉降引起的破坏；内壁不规则敞口管桩下端为b端上端为a端形式时，完全符合管桩受力上大下小的特性，多使用在软土地基中，土塞可以加快压缩形成，更大的提高管桩的承载力。