专利名称：一种开口高强混凝土预制桩及其桩模的制作方法
技术领域：
本发明涉及桩基工程领域。
背景技术：
混凝土预制桩是一种重要的桩基形式，因混凝土预制桩施工速度快、造价低、质量 易于控制等优点而被广泛应用，现有的混凝土预制桩主要包括混凝土预制方桩、先张法预 应力混凝土管桩、预应力混凝土空心方桩等预制桩形式。其中的先张法预应力混凝土管桩、 预应力混凝土空心方桩因桩身混凝土强度高，制造快捷，便于自动化生产等优点，近年来得 到了广泛应用。这两种桩型均采用了离心成型工艺，通过离心使混凝土密实，并在桩截面中 心位置形成圆孔，经养护后可形成高强空心混凝土桩身，因此具有节材效果。但该两种桩型 均为闭口桩型，即桩截面中的空隙位置位于桩截面内部，在沉桩施工过程中，土体进入中空 位置后形成土塞，难以利用桩体上部中空管道减小压桩挤土效应，土塞形成后，桩身入土的 沉桩阻力及沉桩挤土效应等同于实心桩，因此具有挤土效应铰明显的缺点，加之桩身抗弯 能力较差，目前高强混凝土预制桩很少在基坑围护中使用，未充分利用桩身截面中空部分 减小沉桩阻力及沉桩挤土效应。
发明的内容本发明的第一个目的在于提供一种开口高强混凝土预制桩，该开口高强混凝土预 制桩可增加桩身与土体的摩擦侧面积，增加桩身侧阻力，降低沉桩阻力与沉桩挤土效应，并 可提高桩身抗弯能力，可用作基坑围护桩，拓展了高强混凝土预制桩的应用范围。节约工程 造价，环保效果好，施工方便，质量可靠。该开口高强混凝土预制桩包括预应力钢绞线、握裹在预应力钢绞线外侧的高强混 凝土预制桩体，且在高强混凝土预制桩体侧面中有一个侧面带有离心成型的截面为圆弧形 的凹曲面。在上述的开口高强混凝土预制桩中，上述的高强混凝土预制桩体两端设置可张 拉预应力钢绞线且与高强混凝土预制桩体截面形状一致的端板，端板上设置端板孔，端板 孔包括相通的穿进孔与锚定孔两部分组成，其中锚定孔由相互贯通的外孔与内孔两部分组 成，外孔的直径大于内孔，穿进孔的直径大于锚定孔的内孔直径。在上述的开口高强混凝土预制桩中，上述的高强混凝土预制桩体侧面包括四个侧 面，其中两个侧面为平面且相对平行布置，另外两个侧面为凹槽形的侧面且相对平行布置， 两个凹槽形的侧面中有一个凹槽形的侧面带有离心成型的截面为圆弧形的凹曲面，高强混 凝土预制桩体截面形状近似H字形，形成高强混凝土 H型桩。在上述的开口高强混凝土预制桩中，上述的高强混凝土预制桩体侧面包括四个侧 面，其中两个侧面为平面且相对平行布置，另外两个相对平行布置侧面中有一侧面的截面 包含一个离心成型的截面为圆弧形的凹曲面，高强混凝土预制桩体截面形状近似槽形，形 成高强混凝土槽桩。[0008]在上述的开口高强混凝土预制桩中，上述的高强混凝土预制桩体为半圆筒形，形 成高强混凝土开口筒桩。在上述的开口高强混凝土预制桩中，上述的预制桩体包括多个侧表面，且每个侧 表面中包含一个有截面为圆弧形的凹面，且有一个侧表面中包含一个离心成型的截面为圆 弧形的凹曲面，形成高强混凝土星型桩。在上述的开口高强混凝土预制桩中，上述的高强混凝土预制桩体包括三个侧表 面，其中两个侧表面为平面，第三个侧表面中部包含一个离心成型的截面为圆弧形的凹曲 面，形成高强混凝土角桩。本发明的第二个目的在于提供一种开口高强混凝土预制桩离心法制桩用桩模，该 开口高强混凝土预制桩离心法制桩用桩模可顺利实现开口高强混凝土预制桩的制造，使制 桩方便，桩模造价低，质量可靠。该开口高强混凝土预制桩离心法制桩用桩模包括单桩侧模与离心连接器两部分 组成，其中单桩侧模包括侧模板与侧模板连接器两部分组成，侧模板为可通过侧模板连接 器相互连接为一个侧表面封闭的构件，侧模板连接器为紧固或松开各侧模板以实现预制桩 体制模与拆模的连接器件，离心连接器为与单个或多个单桩侧模连接并可进行绕其离心中 轴线旋转且外表面带有圆环状装置的构件，离心连接器的离心中轴线位于经离心成型后的 开口高强混凝土预制桩体的外部。在上述的开口高强混凝土预制桩离心法制桩用桩模中，上述的单桩侧模可以是包 括两块平行放置且为平板的翼缘模板与两块且相对平行放置且其中一块带有开口向外凹 曲面的腹板模板组成，形成H型桩桩模。在上述的开口高强混凝土预制桩离心法制桩用桩模中，上述的单桩侧模可以是三 块可以拼接为三棱柱侧面的平板组成，形成角桩桩模。在上述的开口高强混凝土预制桩离心法制桩用桩模中，上述的单桩侧模可以是四 块可以拼接为长方体侧面的平板组成，形成槽桩桩模。在上述的开口高强混凝土预制桩离心法制桩用桩模中，上述的单桩侧模可以是多 块可以拼接为封闭侧面且带有凹曲面的侧模板组成，形成星型桩桩模。在上述的开口高强混凝土预制桩离心法制桩用桩模中，上述的单桩侧模可以是两 块及其两块以上可以拼接为封闭圆柱面的圆弧面组成，形成开口筒桩桩模。本发明的第三个目的是提供一种开口高强混凝土预制桩一转多桩离心成型方法， 该离心成型方法可以方便快捷低成本地完成开口高强混凝土预制桩成型。该开口高强混凝土预制桩一转多桩离心成型方法包括以下步骤a)安装预应力钢绞线，在单桩侧模内填入高强混凝土拌和料，封闭单桩侧模，并将 两套或两套以上单桩侧模与离心连接器相连，完成开口高强混凝土预制桩一转多桩离心成 型方法制模工序。b)将上述步骤a)制模完成后的桩模及桩模内的高强混凝土拌和料及时放置于离 心机上进行离心成型。c)对成型后的开口高强混凝土预制桩进行养护、脱模。离心成型后每个单桩侧模 内的桩体在近离心中轴线一侧均带有截面为圆弧形的凹曲面，成为一节开口高强混凝土预 制桩，从而同时完成两节或多节开口高强混凝土预制桩的制造。
5[0023]本发明的第四个目的在于提供一种带开口桩靴的开口高强混凝土预制桩，该带开 口桩靴的开口高强混凝土预制桩有助于开口高强混凝土预制桩的沉桩施工，可减小沉桩阻 力，可大幅度减小沉桩挤土效应。该带开口桩靴的开口高强混凝土预制桩包括开口桩靴与开口高强混凝土预制桩 两部分组成，其中开口桩靴为连接于开口高强混凝土预制桩桩端位置的构件，截面形状类 似于开口高强混凝土预制桩的桩身截面形状，开口桩靴壁厚显著小于相应位置开口高强混 凝土预制桩壁厚。本发明的第五个目的在于提供一种PMW挡土止水桩，可充分利用开口高强混凝土 预制桩的抗弯性能好，挤土效应小且易于质量控制的优点，可将开口高强混凝土预制桩用 于基坑围护，可大幅度节约基坑围护工程造价，同时扩大了开口高强混凝土预制桩的应用 范围，节能环保。该PMW挡土止水桩包括多个开口高强混凝土预制桩，且每相邻两根开口高强混凝 土预制桩之间均采用水泥土桩连接。本发明的第六个目的在于提供一种PMW挡土止水桩先沉桩施工方法，该PMW挡土 止水桩先沉桩施工方法可顺利完成PMW挡土止水桩的施工，施工工艺简单，质量可靠，造价 低。该PMW挡土止水桩先沉桩施工方法包括以下步骤a)进行开口高强混凝土预制桩沉桩施工。b)在已施工的相邻的开口高强混凝土预制桩之间进行高压旋喷桩施工，并使得高 压旋喷桩将相邻的开口高强混凝土预制桩紧密连接，从而完成PMW挡土止水桩的施工。本发明的第七个目的在于提供一种PMW挡土止水桩后沉桩施工方法，该PMW挡土 止水桩后沉桩施工方法可顺利完成PMW挡土止水桩的施工，施工工艺简单，质量可靠，造价 低，且沉桩施工阻力小，可消除沉桩挤土效应，环保效益好。该PMW挡土止水桩后沉桩施工方法包括以下步骤a)进行水泥土桩施工。b)在水泥土桩施工后硬化前，在水泥土桩中进行开口高强混凝土预制桩沉桩施 工，从而完成PMW挡土止水桩施工。本发明的第八个目的在于提供一种开口高强混凝土预制桩抗弯接头，该抗弯接头 可顺利实现上下两节开口高强混凝土预制桩的牢固连接，还可以实现开口高强混凝土预制 桩在垂直桩身方向与其他构件牢固连接，且连接后能提供很大的抗弯承载力，质量可靠，造 价低。该抗弯接头包括端板、翼缘板、预应力钢绞线三部分组成，预应力钢绞线穿过端板 并与端板连接，翼缘板与端板连接且与端板垂直。开口高强混凝土预制桩及其桩模、离心成型方法较现有的预制混凝土构件相比， 采用离心法成型，可通过高温、高压养护达到C60至C80的高强度，制桩速度快，制桩占地面 积小，采用高强钢绞线节约钢材，桩身承载力高，桩体截面积小，与现有高强混凝土预应力 管桩或方桩相比，桩体截面属开口构件，沉桩施工挤土效应小，且桩截面模量大，抗弯性能 好，能实现一次离心成型多节桩体，成型速度快。
图1为本发明的一种开口高强混凝土预制桩及其桩模、离心制造方法第一个至第 六个实施例所用的开口高强混凝土预制桩形状结构示意图；图2为本发明的一种开口高强混凝土预制桩及其桩模、离心制造方法第一个实施 例与第二个实施例所用的开口高强混凝土预制桩端板结构示意图；图3为本发明的一种开口高强混凝土预制桩及其桩模、离心制造方法第一个实施 例所用的高强混凝土槽桩截面形状示意图；图4为本发明的一种开口高强混凝土预制桩及其桩模、离心制造方法第一个实施 例所用的高强混凝土角桩截面形状示意图；图5为本发明的一种开口高强混凝土预制桩及其桩模、离心制造方法第一个实施 例所用的高强混凝土星型桩截面形状示意图；图6为本发明的一种开口高强混凝土预制桩及其桩模、离心制造方法第二个实施 例所用的开口高强混凝土预制桩离心法制桩用桩模结构构造示意图；图7为本发明的一种开口高强混凝土预制桩及其桩模、离心制造方法第三个实施 例所用的带开口桩靴的开口高强混凝土预制桩桩尖结构构造示意图；图8为本发明的一种开口高强混凝土预制桩及其桩模、离心制造方法第四个实施 例所用的第一种PMW挡土止水桩构造示意图；图9为本发明的一种开口高强混凝土预制桩及其桩模、离心制造方法第五个实施 例所用的第二种PMW挡土止水桩构造示意图；图10为本发明的一种开口高强混凝土预制桩及其桩模、离心制造方法第六个实 施例所用的抗弯接头构造示意图。
具体实施方式
作为本发明的如图1至图5所示的第一个实施例，主要目的在于介绍开口高强混 凝土预制桩的形状构造。如图1所示，本发明的开口高强混凝土预制桩包括预应力钢绞线 (1)、握裹在预应力钢绞线(1)外侧的高强混凝土预制桩体(2)，在本实施例中，在高强混凝 土预制桩体(2)的侧表面中存在如图1所示的侧面带有离心成型的截面为圆弧形的凹曲面 (3)。图1所示的开口高强混凝土预制桩截面形状为近似H形，为高强混凝土 H型桩。在本 实施例中介绍的高强混凝土 H型桩的两端可设置如图2所示的端板(4)，端板(4)可为厚 20mm的钢板制造而成，在端板(4)上设置端板孔，端板孔包括如图2所示的穿进孔(6)与锚 定孔两部分组成，其中锚定孔包括如图2所示的外孔(5)与内孔(7)两部分组成，外孔(5) 的直径大于内孔⑵，外孔(5)套在内孔(7)的外侧且外孔(5)深度较浅，不穿透端板(4)， 穿进孔(6)与内孔(7)穿越端板(4)，穿进孔(6)的直径大于内孔(7)直径，在安装预应力 钢绞线(1)时，首先将预应力钢绞线(1)的两端进行墩头，在预应力钢绞线(1)的两端形成 端部大的圆台形，然后将预应力钢绞线(1)的两端分别穿进两块端板(4)的穿进孔(6)，然 后将预应力钢绞线⑴滑进内孔(7)，设计时使内孔(7)的直径略大于预应力钢绞线⑴的 直径且小于预应力钢绞线(1)端部墩头处直径，因此内孔(7)可卡住预应力钢绞线(1)，在 如图1所示的预应力钢绞线(1)的两端穿进如图2所示的端板(4)，可通过张拉端板(4)对 预应力钢绞线(1)施加预应力，完成预应力钢绞线(1)的安装。当高强混凝土预制桩体(2)的截面形状如图2时为高强混凝土 H型桩，如高强混凝土预制桩体(2)的截面形状如图3 所示，则为本发明的高强混凝土槽桩，如高强混凝土预制桩体(2)的截面形状如图4所示， 则为本发明的高强混凝土角桩，如高强混凝土预制桩体(2)的截面形状如图5所示，则为本 发明的高强混凝土星型桩，如高强混凝土预制桩体(2)为半圆筒形，则为高强混凝土开口 筒桩。作为本发明的如图1、图2与图6所示的第二个实施例，主要目的在于介绍开口高 强混凝土预制桩离心法制桩用桩模的结构构造及开口高强混凝土预制桩一转多桩离心成 型方法。如图6所示，本发明的开口高强混凝土预制桩离心法制桩用桩模包括单桩侧模与 离心连接器(10)两部分组成。其中单桩侧模包括侧模板(8)及侧模板连接器(9)两部分组 成，侧模板(8)为可通过侧模板连接器(9)相互连接为如图6所示一个侧表面封闭的构件， 在图6中包含了左右两个单桩侧模。在本实施例中每个单桩侧模包括上下左右四块侧模板 (8)，其中上下两块侧模版(8)的内侧为平面，左右两块侧模板(8)中的一块侧模板(8)内 侧为平面，另一块侧模板(8)的内侧为如图6所示的向单桩侧模内侧凹陷的圆弧面形状，侧 模板(8)可采用钢板或带肋钢板制作。在本实施例中，提供了如图6所示的两种侧模板连 接器(9)，一种为活动铰连接，另一种为螺栓连接。可按照图6所示的形式使用侧模板连接 器(9)实现预制桩体制模与拆模的操作。在本实施例中，离心连接器(10)与两个单桩侧模 连接并可进行绕其离心中轴线(11)旋转，离心连接器(10)的外表面带有如图6所示的圆 环状装置，离心连接器(10)的离心中轴线(11)的位置如图6所示，位于两单桩侧模之间。 在单桩侧模内填入高强混凝土拌和料前，将带有如图2所示的端板(4)的钢绞线张拉后放 入单桩侧模内，并利用端板(4)封堵单桩侧模的两端。然后将桩模置于离心机上进行离心 成型，在单桩侧模内填装的高强混凝土拌和料离心成型后，在离心作用下，在两单桩侧模之 间可形成以离心中轴线(11)为中心轴的圆弧形的凹曲面(3)，在每块单桩侧模内便成型了 一节如图1所示的开口高强混凝土预制桩。成型后通过养护、拆模便完成开口高强混凝土 预制桩的制造。作为本发明的如图1、图7所示的第三个实施例，主要目的在于介绍带开口桩靴的 开口高强混凝土预制桩结构构造。在本实施例中以图1所示的开口高强混凝土预制桩为 例，介绍带开口桩靴的开口高强混凝土预制桩结构构造。带开口桩靴的开口高强混凝土预 制桩包括如图1所示的开口高强混凝土预制桩与如图7所示的开口桩靴(12)两部分组成， 开口桩靴(12)可焊接于端板(4)上，在本实施例中可采用如图7所示的H型钢作为开口桩 靴(12)，如需控制压桩挤土效应，则可将开口桩靴(12)的上下两翼缘靠近端板⑷的上下 两表面放置，开口桩靴(12)的长度可取为端板(4)的高度或与之接近的数值。在沉桩施工 时，由于开口桩靴(12)在桩体底部，因此开口桩靴(12)先切入土体，在沉桩过程中，挤土可 从开口桩靴(12)两翼缘板(14)之间挤出，因而可控制挤土方向，有效减小沉桩挤土效应， 并可减小沉桩阻力。对于其他截面形状的开口高强混凝土预制桩，可采用类似形状的型钢 制作开口桩靴(12)。作为本发明的如图1、图8所示的第四个实施例，主要目的在于介绍PMW挡土止水 桩构造及其先沉桩施工方法。在本实施例中PMW挡土止水桩采用如图1所示的开口高强混 凝土预制桩体(2)与如图8所示的水泥土桩(13)按照图8所示进行平面布置，在相邻的开 口高强混凝土预制桩体(2)之间用水泥土桩(13)连接，从而达到挡土止水目的。在本实施例中，采用PMW挡土止水桩先沉桩施工方法完成施工，即先进行开口高强混凝土预制桩体 (2)的压桩施工，然后在相邻两根开口高强混凝土预制桩体(2)之间施工高压旋喷桩作为 止水连接的水泥土桩(13)。作为本发明的如图1、图9所示的第五个实施例，主要目的在于介绍PMW挡土止水 桩后沉桩施工方法。在本实施例中PMW挡土止水桩采用如图1所示的开口高强混凝土预制 桩体(2)与如图9所示的水泥土桩(13)按照图9所示进行平面布置，采用相互搭接的深层 搅拌桩作为水泥土桩(13)。在本实施例中，采用PMW挡土止水桩后沉桩施工方法完成施工， 即先进行深层搅拌桩施工，形成如图9所示的水泥土桩(13)，在水泥土桩(13)施工后凝固 前在水泥土桩(13)中进行开口高强混凝土预制桩体(2)的压桩施工，从而完成本实施例的 PMW挡土止水桩施工。作为本发明的如图1、图10所示的第六个实施例，主要目的在于介绍开口高强混 凝土预制桩抗弯接头的结构构造。在本实施例中以图1所示的开口高强混凝土预制桩为 例，介绍抗弯接头的结构构造。如图10所示，抗弯接头包括端板(4)、翼缘板(14)、预应力 钢绞线(1)三部分组成，其中预应力钢绞线(1)穿过端板(4)与端板(4)连接，翼缘板(14) 与端板(4)连接且与端板(4)垂直，在接桩时，通过将上下两节桩抗弯接头的端板(4)及翼 缘板(14)牢固连接，便可大幅度提高接头位置的抗弯承载力。也可在桩段中设置如上的抗 弯接头，便于其他构件与开口高强混凝土预制桩牢固连接。本专利包括但不限于本领域内专业人士可替代使用的其他施工方法。
权利要求一种开口高强混凝土预制桩，其特征是该开口高强混凝土预制桩包括预应力钢绞线(1)、握裹在预应力钢绞线(1)外侧的高强混凝土预制桩体(2)，且在高强混凝土预制桩体(2)侧面中有一个侧面带有离心成型的截面为圆弧形的凹曲面(3)。
2.根据权利要求1所述的开口高强混凝土预制桩，其特征在于可在上述的高强混凝土 预制桩体(2)两端设置可张拉预应力钢绞线(1)且与高强混凝土预制桩体(2)截面形状一 致的端板(4)，端板(4)上设置端板孔，端板孔包括相通的穿进孔(6)与锚定孔两部分组成， 其中锚定孔由相互贯通的外孔(5)与内孔(7)两部分组成，外孔(5)的直径大于内孔(7)， 穿进孔(6)的直径大于锚定孔的内孔(7)直径。
3.根据权利要求1所述的开口高强混凝土预制桩，其特征在于上述的高强混凝土预制 桩体(2)侧面包括四个侧面，其中两个侧面为平面且相对平行布置，另外两个侧面为凹槽 形的侧面且相对平行布置，两个凹槽形的侧面中有一个凹槽形的侧面带有离心成型的截面 为圆弧形的凹曲面(3)，高强混凝土预制桩体(2)截面形状近似H字形。
4.根据权利要求1所述的开口高强混凝土预制桩，其特征在于上述的高强混凝土预制 桩体(2)侧面包括四个侧面，其中两个侧面为平面且相对平行布置，另外两个相对平行布 置侧面中有一个侧面的截面包含一个离心成型的截面为圆弧形的凹曲面(3)，高强混凝土 预制桩体(2)截面形状近似槽形。
5.根据权利要求1所述的开口高强混凝土预制桩，其特征在于上述的高强混凝土预制 桩体(2)为半圆筒形。
6.根据权利要求1所述的开口高强混凝土预制桩，其特征在于上述的高强混凝土预制 桩体包括多个侧表面，每个侧表面中包含一个有截面为圆弧形的凹面，且有一个侧表面中 包含一个离心成型的截面为圆弧形的凹曲面(3)。
7.根据权利要求1所述的开口高强混凝土预制桩，其特征在于上述的高强混凝土预制 桩体(2)包括三个侧表面，其中两个侧表面为平面，第三个侧表面中部包含一个离心成型 的截面为圆弧形的凹曲面(3)。
8.一种开口高强混凝土预制桩离心法制桩用桩模，其特征是该开口高强混凝土预制桩 离心法制桩用桩模包括单桩侧模与离心连接器(10)两部分组成，其中单桩侧模包括侧模 板(8)与侧模板连接器(9)两部分组成，侧模板(8)为可通过侧模板连接器(9)相互连接 为一个侧表面封闭的构件，侧模板连接器(9)为紧固或松开各侧模板(8)以实现高强混凝 土预制桩体(2)制模与拆模的连接器件，离心连接器(10)为与单个或多个单桩侧模连接并 可进行绕其离心中轴线(11)旋转且外表面带有圆环状装置的构件，离心连接器(10)的离 心中轴线(U)位于经离心成型后的高强混凝土预制桩体(2)的外部。
9.一种带开口桩靴的开口高强混凝土预制桩，其特征是该带开口桩靴的开口高强混凝 土预制桩包括开口桩靴(12)与开口高强混凝土预制桩两部分组成，其中开口桩靴(12)为 连接于开口高强混凝土预制桩桩端位置的构件，截面形状类似于开口高强混凝土预制桩的 桩身截面形状，开口桩靴(12)壁厚显著小于相应位置开口高强混凝土预制桩壁厚。
10.一种PMW挡土止水桩，其特征是该PMW挡土止水桩包括多个开口高强混凝土预制 桩，且每相邻两根开口高强混凝土预制桩之间均采用水泥土桩(13)连接。
11.一种开口高强混凝土预制桩抗弯接头，其特征是该抗弯接头包括端板(4)、翼缘板 (14)、预应力钢绞线(1)三部分组成，预应力钢绞线(1)穿过端板(4)并与端板(4)连接，翼缘板(14)与端板(4)连接且与端板(4)垂直。
专利摘要本实用新型涉及桩基工程领域中的一种开口高强混凝土预制桩及其桩模、离心制造方法，该开口高强混凝土预制桩包括预应力钢绞线(1)、握裹在预应力钢绞线(1)外侧的高强混凝土预制桩体(2)，且在高强混凝土预制桩体(2)侧面中有一个侧面带有离心成型的截面为圆弧形的凹曲面(3)，根据截面形状的不同，提出了H型桩、槽桩、角桩、开口筒桩、星型桩等桩型，进而提出了一次离心成型多节桩的桩模及成型方法，并提出了开口高强混凝土预制桩与水泥土桩相结合的PMW挡土止水桩构造组成及其施工方法，本实用新型的开口高强混凝土预制桩材料强度高，抗弯性能好，沉桩挤土效应小，可大幅度节省桩基工程造价，环保效益突出。
文档编号E02D5/52GK201770978SQ20102020471
公开日2011年3月23日 申请日期2010年5月25日 优先权日2010年5月25日
发明者张继红 申请人:张继红