一种三角梅花形混凝土管桩的制作方法

本实用新型涉及建筑领域中基桩形状和构造的改进，具体涉及一种三角梅花形混凝土管桩及其制作方法。

背景技术：

预制混凝土管桩是一种在工厂制成的用沉桩设备将桩打入土中的桩型，因为其具有制作方便，承载力大的优点近年来在许多工程上得到了广泛的运用，根据所运用的地层条件不同，管桩既可用作端承桩，又可用作摩擦桩。端承桩是指桩的下部有相当一段长度位于坚硬岩层中的桩，对于穿过均匀软土层嵌入硬质基岩中的嵌岩桩，由于桩底基岩强度很高，桩底位移很小，桩身位移也不大，此时，桩周土体发挥极限侧阻所需相对位移尚未达到，桩侧阻力无法充分发挥，而硬质基岩所需极限位移能够达到，使桩端阻力得到充分发挥，这种嵌岩桩称为端承桩。由于当管桩作为端承桩时，桩的承载主要依靠桩底部分嵌入岩中产生承载力，此时，桩底部需要更牢固，且还需有对抗扭要求比较大的承受水平力。摩擦桩是指运用于岩层埋置很深的地基，在极限承载力状态下，桩顶荷载由桩侧阻力承受的桩，对于摩擦桩来说，桩的承载力主要取决于桩与土的接触面积，桩与土的接触面积越大，桩侧摩阻力越大，因此摩擦桩的承载力也越大。

管桩运用于基岩埋藏较浅且基岩风化严重、强风化岩层较厚、其上还有一层全风化岩层和风化残积土的地质条件，管桩基础的持力层选在较厚的强风化或全风化、坚硬的粘性土层、密实的碎石土层中。管桩运用到方方面面，包括公路、港口、桥梁、码头、工业与民用建筑等的基础建设当中，因此管桩主要受到来自外部荷载的沿管桩方向的轴向作用(竖向力)、来自风荷载、波浪荷载、以及地震荷载等水平横向作用以及来自轴向或者水平向受到的偏心力所引起的偏心弯矩，这样难免会出现应力集中的情形，容易造成桩身材料的变形，同时导致管桩的耐久性变差，因此需要一种既能防止应力集中，又能提高桩的抗扭稳定性，还能提高桩的承载力的管桩来解决上述问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的公开了一种三角梅花形混凝土管桩，可实现较大的对抗扭要求，保证底部更加的牢固。

第一方面：

本实用新型的公开了一种三角梅花形混凝土管桩，包括桩身、桩顶、桩底和桩尖，所述桩身连接桩顶和桩底，所述桩顶置于桩身一端，所述桩底和桩尖连接置于桩身的另外一端，所述桩身的外横截面包括三凸翼和三凹翼，三所述凸翼均为边缘平滑且大小相同的凸弧，三所述凹翼均为边缘平滑且大小相同的凹弧，三所述凸翼和三所述凹翼交错排列，且相邻的凸翼和凹翼流线型连接，桩身中部设有一贯通的圆形通孔，所述桩身由钢筋笼和混凝土浇筑制成；

所述钢筋笼由螺旋箍筋、三对主筋和三加固板组成，所述桩身凹弧段上等角度地设有三对所述主筋，所述桩身凸弧段上等角度地设有三个贯通桩身的加固板，三对凹弧段的所述主筋和三块凸弧段的所述加固板内侧与所述螺旋箍筋对应焊接来连接构成整体的钢筋笼，所述钢筋笼中螺旋箍筋在两端的间距小于在中间的间距，有利于管桩两端的加固；

所述桩身三角梅花形外壁的内切圆和外切圆中间位置设为大平分圆，内切圆与通孔内壁的内圆中间位置设为小平分圆，所述螺旋箍筋位置与小平分圆位置重合，所述内切圆与三角梅花形外壁依次切于三个内切点，三个内切点与通孔中心处形成三个短轴，三个所述短轴与小平分圆交于三个内切小平分圆交点，所述外切圆与三角梅花形外壁依次切于三个外切点，三个外切点与通孔中心形成三个长轴，三个所述长轴与大平分圆交于三个大平分圆交点，三个所述长轴与小平分圆交于三个外切小平分圆交点，三对所述主筋位于内切小平分圆交点处的螺旋箍筋内外两侧，三所述加固板一侧位于外切小平分圆交点处的螺旋箍筋外侧，另一侧位于大平分圆交点处的桩身凸弧段内；

所述桩顶和桩底均为与所述桩身横截面形状且尺寸大小相同的金属板，两个所述金属板上均设有与钢筋笼横截面布置相同的孔，所述桩尖与桩底连接安装在桩身底部，用于封闭桩身和挤土。

进一步地，所述加固板为钢板或钢筋网片。

进一步地，所述钢筋网片由两根长度规格相同的竖筋间隔分布，两所述竖筋间间隔分布若干短筋，三对凹弧段的所述主筋和三块凸弧段的所述钢筋网片内侧与所述螺旋箍筋对应焊接来连接构成整体的钢筋笼。

进一步地，所述金属板的三个凹弧方向上等角度间隔设有三对与三对主筋位置对应的主筋孔，金属板的三个凸弧方向上等角度间隔设有与钢板位置对应的钢板孔。

进一步地，所述金属板的三个凹弧方向上等角度间隔设有三对与主筋位置对应的主筋孔，金属板的三个凸弧方向上等角度间隔设有三对与钢筋网片上竖筋位置对应的竖筋孔。

进一步地，所述桩尖为闭口桩尖，闭口桩尖由桩尖顶部和桩尖头部组成，桩尖顶部的横截面形状为圆环，桩尖顶部圆环的外径与所述通孔内壁圆半径相同，桩尖头部为锥形，且所述桩尖头部设有三条加固条，三条加固条等角度分布在桩尖头部的三个凸弧方向上。

进一步地，所述桩尖为开口桩尖，开口桩尖一部分为包围并连接桩身底部的桩尖包围部分，所述桩尖包围部分由三块相同的凹弧形钢板和凸弧形钢板焊接而成，桩尖包围部分的内壁与桩身外壁形状尺寸相同，另一部分桩尖挤土部分，桩尖挤土部分为六块大小相同的挤土板，所述挤土板外部设有便于挤土的棱角，六块所述挤土板均匀安装在桩尖包围部分中凹弧形钢板和凸弧形钢板的弧顶外侧。

第二方面：

本实用新型公开了一种三角梅花形混凝土管桩的制作方法，该方法具有以下步骤：

1)根据桩身界面的形状及尺寸制作模具，模具的高度为桩身高度和两块金属板的高度之和；

2)将三对主筋等角度地分布在桩身的三个凹弧段，在桩身的三个凸弧段上设置一块贯通桩身的钢板，三对凹弧段的所述主筋和螺旋箍筋焊接，三块凸弧段的钢板内侧与螺旋箍筋对应焊接，来连接构成桩身整体的钢筋笼；

3)根据桩身横截面形状尺寸制作金属板，在金属板上三个凹弧方向上等角度间隔设有三对与六主筋位置对应的主筋孔，金属板的凸弧方向上还设有与钢板位置对应的钢板孔，将步骤2中的制作的钢筋笼底部插入金属板预留的孔洞内，然后在金属板的外部进行焊接，得到带底座的制作完整的钢筋笼；

4)将步骤3中的带金属板底座的钢筋笼按照对应的方向垂直竖直放入模具中，将离心处理后的混凝土通过上部的桩身横截面孔进行浇筑，并在浇筑时顶部预留金属板高度的位置用于金属板的焊接，边浇筑边搅拌，浇筑完成后进行主筋的张拉，张拉完成后进行离心，等待混凝土离心成型后拆模，得到成型的钢筋混凝土桩；

5)将步骤4中制成的钢筋混凝土桩进行蒸汽养护，随后在钢筋混凝土桩的顶部焊接金属板，得到整体的桩身；

6)将桩尖与桩身底部穿插安装，并在连接处进行焊接固定，得到整体的三角梅花形混凝土管桩。

进一步地，两个所述金属板的厚度相同。

进一步地，所述桩尖为开口桩尖或闭口桩尖。

本实用新型提供的技术方案带来的有益效果是：

1、三角梅花形的截面整体作为一个三角形，抗扭性比较强，且桩底部更加的牢固，桩底部分嵌入岩中可接受的承载力也较大；

2、三角梅花横截面的桩身为流线型，不容易产生应力集中，增加了桩身的耐久性；

3、凸弧方向上布置的钢板，一方面增加了配筋的面积，提高了混凝土的抗剪性能，另一方面，混凝土主要受压力，钢板受拉力，混凝土和钢筋的搭配既提高了钢筋混凝土的抗拉性能，又提高了钢筋凝土的抗压性能，使钢筋混凝土的受力比较均匀，并且三个凸弧方向上钢板的布置连通整个桩身，与桩顶桩底焊接为一个整体，提高了桩的整体性，还提高了管桩的抗弯性能。

附图说明

图1是本实用新型一种三角梅花形混凝土管桩的立体图；

图2是本实用新型中钢筋笼的俯视图；

图3是本实用新型中钢筋笼的剖视图；

图4是中三角梅花形混凝土管桩的水平横截面箍筋配筋位置确定图；

图5是实施例一中的金属板结构图；

图6是实施例一中闭口桩尖的俯视图；

图7是实施例一中闭口桩尖的正视图；

图8是实施例一中闭口桩尖的仰视图；

图9是实施例二中开口桩尖的结构图；

图10是实施例三中钢筋笼的俯视图；

图11是实施例三中金属板的结构图。

图中：

1、桩身 101、通孔 2、金属板 21、主筋孔 22、钢板孔 23、竖筋孔 3、钢筋笼 31、箍筋 32、主筋 33、钢板 4、钢筋网片 41、竖筋 5、闭口桩尖 51、桩尖顶部 52、桩尖头部 521、加固条 6、开口桩尖 61、桩尖包围部分 62、桩尖挤土部分 7、外切圆 71、外切点 8、内切圆 81、内切点 9、大平分圆 10、小平分圆 11、内圆 12、大平分圆交点 13、外切小平分圆交点 14、内切小平分圆交点 15、长轴 16、短轴。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地描述。

本实用新型的实施例公开了一种三角梅花形混凝土管桩，包括桩身1、桩顶、桩底和桩尖，桩身1连接所述桩顶和桩底，且桩尖和桩底连接从而形成一个整体的混凝土管桩；

请参考图1，所述桩身1的外横截面包括三凸翼和三凹翼，三个所述凸翼均为边缘平滑且大小相同的凸弧，三个所述凹翼均为边缘平滑且大小相同的凹弧，三个凸翼和三个凹翼间隔交错排列且相邻的凸翼和凹翼为流线型连接，保证了本实用新型所述的三角梅花形混凝土管桩的外表面线条流畅，不会出现明显的棱角，有助于防止应力集中，从而提高三角梅花形混凝土管桩的承载能力。桩身1的内横截面为圆形，且外截面三角梅花形的中心和内截面圆形的圆心重合。

本实施方式中的混凝土为等级较高的混凝土，至少为C60以上，混凝土等级越高，管桩的承载力越大。

请参考图3，所述桩身1由钢筋笼3和混凝土浇筑制成，所述钢筋笼3由螺旋箍筋31、三对主筋32和三块加固板组成，钢筋笼3的箍筋31采用螺旋箍筋，所述三对主筋32等角度地分布在桩身1的三个凹弧段，在桩身1的三个凸弧段上均设置一块贯通桩身1的加固板，三对凹弧段的所述主筋32和螺旋箍筋31 焊接，三块凸弧段的加固板内侧与螺旋箍筋31对应焊接，来连接构成桩身1整体的钢筋笼3，所述钢筋笼3中螺旋箍筋31在两端的间距小于在中间的间距，有利于对管桩的两端进行加固。在本实施例中，加固板采用矩形的钢板33。

请参考图2，本实施例三角梅花形混凝土管桩的水平横截面箍筋配筋位置确定方法为：选取桩身1横截面内圆11，再选取三角梅花形的外切圆7，三角梅花形的桩身1与外切圆7依次切于三个外切点71，依次连接三个外切点71与外切圆8圆心并延长，可得到三条外切圆射线，设为长轴15，同理，选取三角梅花形的内切圆8，三角梅花形的桩身1与内切圆8依次切于三个内切点81，依次连接三个内切点81与内切圆8圆心并延长，可得到三条内切圆射线，设为短轴16，三条长轴15之间的夹角互为120°，三条短轴16之间的夹角互为120°，相邻件的长轴15和短轴16之前的夹角为60°。然后以横截面的中心点为圆心，三角梅花形外切圆7半径与内切圆8半径之和的一半为半径做大平分圆9，同时以横截面中心点为圆心，三角梅花形内切圆8半径与内圆11半径之和的一半为半径做小平分圆10，上述三条长轴15和三条短轴16依次与小平分圆10相交于三个内切小平分圆交点14和三个外切小平分圆交点13，三条长轴15依次与大平分圆9相交于三个大平分圆交点12，所述箍筋31的位置设于小平分圆10处，即箍筋31的位置与小平分圆10的位置重合。

请继续参考图3，桩身1内主筋32和钢板33的位置安装方法为：因为桩身 1的凹弧段厚度较小，所述三对主筋32依次安装在内切小平分圆交点14处的箍筋31的内侧与外侧，三根主筋32等角度安装在位于内切小平分圆交点14处的箍筋31内侧，三根主筋32等角度安装在内切小平分圆交点14的外侧，构成三对凹弧段的主筋组，使凹弧段主筋32分布均匀，增加凹弧段管桩桩身1的平衡性与强度；与凹弧段桩身1厚度较小不同，桩身1的凸弧段的厚度较大，为了增加桩身1凸弧段的承载力，选取三块连通的钢板33，钢板33横截面为一矩形，其中矩形的一端中点位于外切小平分圆交点13，矩形另一端中点位于对应的大平分圆交点12，最后，三组凹弧段主筋32与箍筋31焊接，三块钢板33的内侧与箍筋31焊接，连接形成整体桩身1的钢筋笼3。

请参考图4，在桩身1的竖直方向上，箍筋31配筋主要为桩身1横截面三个凸弧段方向上的设置的贯通桩身的钢板33、在桩身1截面三个凹弧段方向上三对等角度间隔的三对主筋32以及在桩身1截面竖直分布的箍筋31焊接而成，其中，桩身1两头的箍筋31间距小于桩身1中间的箍筋31间距，具体间距需满足桩基设计规范。

请参考图5，在桩身1的桩顶和桩底两端均焊接有与桩身横截面形状尺寸完全相同的金属板2，桩顶和桩底两端的金属板2上有与钢筋笼3横截面布置相同的孔，所述金属板2的三个凹弧方向上等角度间隔设有三对与六主筋32位置对应的主筋孔21，金属板2的三个凸弧方向上还设有与钢板33位置对应的钢板孔 22，所述金属板3固定在桩身1顶部和底部时均采用焊接固定，且金属板2与桩身1焊接时均为钢筋笼3与金属板2的焊接，具体地为主筋32插入至金属板 2的主筋孔21内，随后在金属板2的外部进行焊接。

在实际的制作过程中，钢筋笼3制作完成之后，将钢筋笼3的底部插入金属板2预留的孔内，主筋置于主筋孔21，钢板33置于钢板孔22内，然后在金属板2的外部进行焊接，从而得到带金属板2底座的制作完整的钢筋笼3，随后将带金属板2底座的钢筋笼3放入至与桩身1形状和尺寸大小相同的模具中，特别地，模具的高度为桩身1高度、桩顶金属板2和桩底部金属板2的厚度之和，这样带金属板2底座的钢筋笼3放入模具之后就会预留出一个桩顶金属板2 的厚度，用于对桩顶金属板2的焊接，随后加入混凝土进行浇筑，边浇筑边搅拌，等待混凝土成型后拆模，可得到成型的钢筋混凝土桩体，最后同样再将桩顶的金属板2放置上去并焊接，得到整体的桩身。

请参考图6、图7和图8，三角梅花形混凝土管桩桩尖为闭口桩尖6，所述闭口桩尖5由桩尖顶部51和桩尖头部52组成，桩尖顶部51用于连接桩身1，桩尖顶部51的横截面形状为圆环，圆环的外径与所述三角梅花形混凝土管桩的截面内圆半径相同，桩尖头部52为锥形，桩尖头部52设有三条锋利的加固条 521，三条锋利的加固条521等角度分布在桩身1横截面的三个凸弧方向上，锋利的加固条521在管桩打桩时起到挤土的作用，桩尖与桩底连接形成一个完整的桩，闭口桩尖5可以起到封闭桩身和挤土的作用，也可以在打桩时防止桩身破坏、引导桩身的作用。

当制作出闭口桩尖5时，将闭口桩尖5的顶部安放在桩底金属板2的通孔中，对齐之后在闭口桩尖5与桩底金属板2连接处进行焊接得，到带闭口桩尖5 的完整三角梅花形混凝土管桩。

一种三角梅花形混凝土管桩的制作方法，具有以下步骤，

1)根据桩身界面的形状及尺寸制作模具，模具的高度为桩身高度和两块金属板的高度之和；

2)将三对主筋32等角度地分布在桩身1的三个凹弧段，在桩身1的三个凸弧段上设置一块贯通桩身的钢板33，三对凹弧段的所述主筋32和螺旋箍筋 31焊接，三块凸弧段的钢板33内侧与螺旋箍筋31对应焊接，来连接构成桩身 1整体的钢筋笼3；

3)根据桩身1横截面形状尺寸制作金属板，在金属板2上三个凹弧方向上等角度间隔设有三对与主筋32位置对应的主筋孔21，金属板2的凸弧方向上还设有与钢板33位置对应的钢板孔22，将步骤2中的制作的钢筋笼3底部插入金属板2预留的孔洞内，然后在金属板2的外部进行焊接，得到带底座的制作完整的钢筋笼3；

4)将步骤3中的带金属板2底座的钢筋笼3按照对应的方向垂直竖直放入模具中，将离心处理后的混凝土通过上部的桩身1横截面孔进行浇筑，并在浇筑时顶部预留金属板2高度的位置用于金属板2的焊接，边浇筑边搅拌，浇筑完成后进行主筋的张拉，张拉完成后进行离心，等待混凝土离心成型后拆模，得到成型的钢筋混凝土桩。

5)将步骤4中制成的钢筋混凝土桩进行蒸汽养护，随后在钢筋混凝土桩的顶部焊接金属板2，得到整体的桩身1；

6)将桩尖与桩身1底部穿插安装，并在连接处进行焊接固定，得到整体的三角梅花形混凝土管桩。

实施例二

请参考图9，本实用新型公开了一种三角梅花形混凝土管桩，与实施例一公开的三角梅花形混凝土管桩的结构区别在于，桩尖的结构不同，三角梅花形混凝土管桩桩尖为开口桩尖6，所述开口桩尖6由两部分组成，一部分是包围桩底部并且连接桩底部的桩尖包围部分61，另一部分为桩尖挤土部分62，其中桩尖包围部分61由三块相同的凹弧形钢板和三块相同的凸弧形钢板焊接而成，焊接成一个内部横截面与桩身外部横截面尺寸相同的整体桩尖包围部分，而桩尖挤土部分62由桩尖包围部分上的三个凹弧与三个凸弧共六个方向上焊接的六块等大小相同的钢板构成，所述挤土板外部设有便于挤土的棱角，整个开口桩尖6 在打桩时起到引导桩身、挤土的作用。

当制作出开口桩尖6时，将开口桩尖6的桩尖包围部分61按对应位置套入桩身1底部，使桩尖包围部分61的下边缘与桩身1底部的下边缘对齐，然后分别在桩尖包围部分61的上边缘和下边缘分别与桩身1进行焊接，得到带开口桩尖6的完整三角梅花形混凝土管桩。

实施例三

请参考图10和图11，本实用新型公开了一种三角梅花形混凝土管桩，与实施例一公开的三角梅花形混凝土管桩的结构区别在于，凸弧段的桩身1内的钢筋笼3结构不同，所述钢筋笼3内设有钢筋网片4，所述钢筋网片4由两根长度规格相同的竖筋41间隔分布，然后在两根受力竖筋41竖直方向上的间隔分布短筋，两根竖筋41与竖直方向上短筋通过焊接点焊接便制成了竖向的钢筋网片 4，从而实现在桩身1的凸弧段进行加固，同时在桩顶和桩底的金属板2上，设有与钢筋笼3横截面布置相同的孔，所述金属板2的三个凹弧方向上等角度间隔设有三对与主筋32位置对应的主筋孔21，所述金属板2的三个凸弧方向上等角度间隔设有三对与钢筋网片4上竖筋位置对应的竖筋孔23。

本实用新型中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。