专利名称：混凝土桩的制作方法
技术领域：
本发明涉及建筑工业中所使用的桩，特别是一种予应力混凝土桩。
桩是通过打桩机打入地里的管或棒，用以支承上层结构的基础。
在过去已经使用了四种不同类型的桩木桩，钢桩，增强型混凝土桩和予应力中空混凝土桩。每类桩各有其应用，一般而言，发展后者是为了克服前几种的缺陷。例如，钢桩在大多数场合比木桩更优越。混凝土桩既可以现场浇铸，也可以予制成。现场浇铸的方法包括使用砸进地面的中空钢筒，用混凝土填充，在混凝土凝固前抽出钢筒。有时在浇灌混凝土之前就把钢筒撤出，这样作将要有两次吊运钢筒，但比将钢筒留在地里要更便宜。
予制混凝土桩有一个铸入到桩的尖头的铸铁桩靴。然而这些桩的吊起和运输都有困难，因为它们应该是一单根长度提供足够的力量，这意味着它们通常长达30米。从而导致吊运非常困难。
予应力混凝土桩由离心浇铸的混凝土管构成，长度为12米。这种长度吊运极为便利。予应力桩在其两端形成有金属圈，它们通常是在制作管子时铸在管中的。这些圈可以通过将相邻桩段的圈焊接在一起而增加桩的长度。在这类桩中的混凝土予应力的性质是使桩段被焊接在一起的同时保持桩的强度。
予应力混凝土桩或中空混凝土桩，虽然用予应力高强度离心浇铸混凝土制成，但抗拉强度较低。因此，桩的尖头或下端采用金属堵或靴封闭住，以防土壤进入桩的中空部分。中空部分用于增加混凝土上的抗压应力。如果端头不封闭，土壤就会充满桩的下部而把桩胀裂。
二种常见的封堵类型表示在
图1和图2中。图1为剖面图，表示出一种称为圆锥形或中空形桩靴的封堵。这种圆锥形桩靴是用金属制作的并安装在桩的端头上，当打桩就位时将土层分开。
图2a和2b表示出一种称为“十字靴”的封堵，其包括横置于桩端头的一块金属板和焊接到该板表面上起加强作用的金属十字。当桩打入时，该金属十字也起一尖头作用帮助分开土层。
在软质的土壤中，例如粘土，这种设置的功效是令人满意。但在硬质的土壤或含有硬石子或圆石的土壤中，例如砾石砂或卵石，封堵经常被损坏而使土进入桩管内，由于横向胀裂或围绕金属/混凝土交界面周围的裂缝而常常导致桩的下部损坏或破坏。圆锥形桩靴的强度与混凝土桩管的强度不匹配也会被圆石、硬土层等等损坏，并会使其挤入到桩的中空内部。空心的圆锥靴也可能在上部结构已经建成后由于金属的疲劳或无论什么原因而引起基础未曾予料的沉降或上升而被损坏。
十字桩靴确定具有阻止土壤进入中空桩管内的强度，但当桩被打入时，会在紧埃金属十字各端部的混凝土中直接引起破裂应力，因为金属十字各端作用的方式与在后加张混凝土中基础板的作用相似。因此，已经发现，在冲击打桩过程中，由桩基的破裂张力引起的混凝土段的截面积减少会使混凝土桩断裂。混凝土桩在进入比桩的混凝土更硬的下层土壤时其桩尖部分会崩裂。
最近，一种“钢组合管桩”已经开发出来以克服硬土质的问题。这种结构虽然责，但并不比金属钢桩贵。这种中空混凝土桩是在一个钢套中成形的。
因此，需要一种桩靴，它能更均匀地与混凝土桩的强度相匹配，该强度能胜任在硬质土壤条件下使用并且生产经济，并需要一种可以用于硬质土条件的桩。
由此，本发明的一个方面是，提供一种用于予应力的或部分予应力混凝土桩的桩靴，其包括一个金属封堵和一个与之相连接并深入到混凝土桩内的棒。
金属封堵最好是圆锥形的，并带有一个钢筋骨架，钢筋骨架设置在桩内并且伸入到金属封堵的内部。
依据本发明的第二个方面，是提供一种混凝土桩，它包括一予应力混凝土管，一个设置在该管端部的金属圈和一个连接到该金属圈上的金属封堵，封堵大体上呈圆锥形。
最好是桩还包括一基本上设置在管内的钢筋骨架，一个棒沿管的内部伸延、大体上从封堵的尖端伸延到骨架内(如果有骨架的话)。用混凝土填充骨架和/或棒。在一个优选的实施例中，棒穿过金属封堵伸出。
依据本发明的另一个方面，提供一种部分予应力混凝土桩，它包括一个由予应力离心浇铸混凝土管形成的外壁，一个混凝土、钢筋混凝土或水泥砂浆的芯和一个桩靴。
桩靴最好是大体上呈圆锥形，并焊接到铸在管端的一个金属圈上且用芯料填满。
最好是桩靴带有一从圆锥形部分伸出并沿管内部延伸的棒。
桩最好是还包括一钢筋骨架，它位于管内与桩靴相邻，并被芯料填充。
依据本发明的再一个方面，提供一种制造部分予应力混凝土桩的方法，其包括以下步骤取一段一定长度的带有金属平圈的予应力中空离心浇铸混凝土管，将金属桩靴焊接到一个金属平圈上，用混凝土或砂浆填充桩靴和在桩靴区域的桩内腔中。
优选的是该方法还包括将一根棒焊接到金属靴的内边，以便让棒上入到管的空芯里和/或制作一个钢筋骨架，骨架的大小正适合于装在管内，并将骨架安放到管中，以便使骨架支承在紧邻桩靴的桩管端部，并且混凝土或砂浆料填充。
优选的是让有足够强度的填充料大致把管充满，并且更优选的是将钢筋棒插入到管内且大体上沿管的纵向延伸。
按照本发明的基本形式，部分予应力混凝土桩比予应力中空桩的优越之处在于桩的尖部或端部是实心的，因此较易穿过较硬土层进行打桩而出现问题较少。对桩靴的改进有效地增强了桩的尖部，可满意地使用在甚至更硬的条件下进行打桩。
当用混凝土或砂浆完全把桩填满时，该桩则兼有予应力中空桩和实心浇灌的混凝土桩两者的优点。予应力壁使桩能够按照易于吊运的长度制作，然后能焊接到一起而不损失强度。予应力壁也提供了较高的横向抗张强度，同时提供了无应力混凝土的实芯，依照应用既可是加强型的也可是非加强型的，这就极大地增加了桩的承载能力。从而，用同样数目相同尺寸的桩可以承担更大的载荷或者所用桩的数量或尺寸可以减少而节省了费用。
本发明提供一种混凝土桩，其包括一予应力混凝土管，一个封堵其一端的圆锥形金属桩靴，和一个填充在管内的水泥质的芯;从桩靴沿桩管内部延伸的一根棒;水泥质的芯是混凝土制成的;在芯中包含有钢筋;钢筋杆被设置成一种钢筋骨架;
和一种部分予应力混凝土桩的成形方法，其包括，制造一离心浇铸混凝土空心管，将一圆锥形金属桩靴安装在该管的一端，和用水泥质的混合物填充该管的内部以形成一个芯;提供一根从桩靴沿桩管内部延伸的棒;用一种混凝土混合物在一端填充其内部;在用水泥质的混合物填充一端之前将钢筋棒放置在桩的一端的内部;在其一端形成带有金属圈的离心浇铸混凝土中空管，并把圆锥形金属桩靴固定到该金属圈上;将一个或多个离心浇铸混凝土管的端部头对头地连接到第一个混凝土管的另一端上;用水泥质混合物填充某根或全部的桩管;在用水泥质的混合物填充之前将钢筋放置在管中，放置的长度为某个或全部的管长度。
下面通过实例并参照附图来描述本发明的优选实施例，其中图1表示先有技术中圆锥桩靴的截面剖视图;
图2a表示先有技术中十字桩靴的剖视图;
图2b表示图2a中的十字桩靴的平面视图;
图3是根据本发明制成的桩的剖面图;
图4是根据本发明制成的改进型桩的剖面图;
图5所示是根据本发明制成的另一种桩的局部剖开透视图;
图6是图5中桩的结构的侧剖面图;
图7是图6中沿A-A截面的剖视图;
图8表示一种可替代图6的桩靴;
图9表示图5实施例所用的钢筋骨架;
图10、11和12表示图5实施例的组装情况示意图;
图13表示根据图8实施例的桩的使用情况示意图。
图3所示的桩在结构上与图1的中空桩相似。但桩靴25和桩21至少在桩靴的那部分区域是用混凝土、钢筋混凝土或水泥砂浆填料29填充。该桩之所以称之为部分予应力混凝土桩是因为有一个予应力混凝土的外层，即予应力高强度离心浇铸的混凝土管，和一个无应力的混凝土、钢筋混凝土或砂浆的内芯。填充的作用有二个，它增强了桩靴并帮助将打桩力从桩传递到靴上，而且，与标准的同尺寸中空混凝土桩相比，增加了桩的承载能力。
一种改进型的桩靴示于图4。这里使用芯棒30来增强锥形桩靴25的尖部。这个棒有助于将在桩靴和桩的予应力壁之间的力进行传递。它帮助将力更均匀地分布在桩靴与予应力壁之间。
在图5到7所示的优选实施例中，使用了一个钢筋骨架28，用来增强填料并帮助将力在桩管和桩靴25之间均匀地传递。骨架可用来代替棒30(图5)或与棒共用，如图6所示，后者是最优选的设置。
图5所示为局部剖开的桩20的透视图，表明桩含有一段混凝土管或筒21。管21是有一定长度的予应力高强度离心浇铸混凝土管。安装在其一端的是金属平圈或箍22。这个圈22有一个平面部分23盖在桩管的端面，一个沿桩管表面延伸的裙部24把这个圈固定在其位置上。通常圈22可以在制作桩管时安装上，但也可以后安装。
从圈向下悬挂着一个前锥体或锥体形的桩靴25。在桩管内可以看到用虚线表示的一个钢筋骨架28，并且其内部用混凝土或水泥砂浆29填充。填充料浇铸覆盖在钢筋骨架28上并充满桩靴的空腔。
在图6中更清楚地表示出桩靴有一实心尖头或尖端26及一裙部27。一个棒30沿桩管的轴向从桩靴25的尖头26延伸到骨架28中。可以看出桩靴由两部分组成，裙部焊接到尖头上。裙部也焊接到圈22上。圈和桩靴都用钢制作，棒30直接焊接到尖头26上。
可以看出另一个平圈22′安装在桩管的上端。它是用来将该桩管与另一个桩管相连接(例如图13所示)，通过将两个相邻的圈焊接在一起来达到实用桩的长度。
钢筋骨架28是用钢筋杆制作，其尺寸可恰好安装在桩管21内。骨架包括垂直构件和圆周构件。图6中的圆周构件是圆环，而图9至图11所示的是螺旋形状(螺旋形捆扎)。
图7是取自图6沿A-A截面的剖面图，其表示了骨架是怎样安装入桩管内以及骨架的垂直构件是怎样的设置。垂直构件在底部弯折把骨架封闭住。可以看出，棒30沿轴向在桩管内延伸。
一种可替换的桩靴示于图8中。棒30仍然直接焊接到尖头26处，但尖头26带有一隆起部31，隆起部31形成了一个从尖头伸出的圆头轴。还可以选择，让棒穿过桩靴延伸并完全取代尖头的圆头轴部分，这样桩靴裙部27可直接与棒30焊接，如果需要可以用适当的方法加强焊缝。
图9的骨架顶部有一开口以便更易于混凝土或砂浆的浇灌。看以看出圆周构件如图所示为一个连续的螺旋形，以便于加工。
为将桩靴安装在管上，桩管的末端设置或安装有圈22。骨架如图10所示那样插入到管内。骨架的一小段从管中伸出以便更好地支承圈和管的末端，并可通过砂浆或混凝土填料使之与桩靴的接触更紧密。然后把棒穿过骨架插入到管内而将桩靴安装上。靴裙27焊接在圈上如图11所示。
然后用砂浆或混凝土填充入桩靴、骨架及桩管，如图12所示。填充料可以只浇灌覆盖住骨架和桩靴或填充整个桩管。对于某些应用场合，不仅要求用混凝土料完全填满桩管，而且还要沿着桩的全长增强。对于这种设置方式，可以让骨架有足够的纵向尺寸而伸延至桩管的全长，或使用另外的钢筋骨架。
图13表示桩的一种典型应用。桩靴有一如图8所示的隆起部伸出。通过将第二桩管40焊接到第一桩管21上而使桩加长。传力杆41从桩的顶部伸出用于连接上部结构的基础。
桩靴为适用在现场安装到桩上可以带有或不带有圈22，或者使桩带有在工厂已经安装好了的桩靴。用填料浇铸桩靴和/或桩最好也在现场进行，以便易于把桩吊运到现场。有伸出前锥体的实施例特别适用于硬的或有砾石的土层条件。
封堵或桩靴现在已成为实心，一旦就位后将不会沉陷或凹陷。桩靴的强度由于是实心的而加大了，也由于中心棒通过混凝土填料和钢筋骨架将力施加于桩靴尖头更均匀地传递到桩管上。钢筋骨架防止了水平方向的胀裂并且增大了桩的横向抗张强度。所以这种类型的桩靴安装到标准的中空混凝土桩管上后成为实心的桩靴，能均匀地将力从桩靴传递到桩上。
这种类型的桩-可以称之为部分予应力混凝土桩-与相同直径的混凝土桩相比，提高了穿过颗粒土层的能力并且具有更高承载能力和横向的抗力。如果需要，还可以在混凝土芯中加入另外的钢筋棒以提高桩的横向强度。
本发明的部分予应力混凝土桩可按合适的截面尺寸和长度制作。如前所述，桩的头一段带有一桩靴，桩具有予制混凝土的外壁和无应力的现浇铸混凝土芯。各桩段通过把相邻桩段上的平圈22焊接而连接在一起。
权利要求
1.一种混凝土桩，其特征在于，其包括一予应力混凝土管，一个封堵其一端的圆锥形金属桩靴，和一个填充在管内的水泥质的芯。
2.如权利要求1所述的一种混凝土桩，其特征在于，其包括一根从桩靴沿桩管内部延伸的棒。
3.如权利要求1或2所述的一种混凝土桩，其特征在于，水泥质的芯是混凝土制成的。
4.如权利要求1到3所述的任一种混凝土桩，其特征在于，在芯中包含有钢筋。
5.如权利要求4所述的一种混凝土桩，其特征在于，钢筋杆被设置成一种钢筋骨架。
6.一种部分予应力混凝土桩的成形方法，其特征在于，其包括，制造一离心浇铸混凝土空心管，将一圆锥形金属桩靴安装在该管的一端，和用水泥质的混合物填充该管的内部以形成一个芯。
7.如权利要求6所述的一种方法，其特征在于，其包括提供一根从桩靴沿桩管内部延伸的棒。
8.如权利要求6或7所述的一种方法，其特征在于，其包括用一种混凝土混合物在一端填充其内部。
9.如权利要求6至8中任一项中所述的方法，其特征在于，其包括在用水泥质的混合物填充一端之前将钢筋棒放置在桩的一端的内部。
10.如权利要求6至9中任一项中所述的方法，其特征在于，其包括在其一端形成带有金属圈的离心浇铸混凝土中空管，并把圆锥形金属桩靴固定到该金属圈上。
11.如权利要求6到10中任一项中所述的方法，其特征在于，其包括将一个或多个离心浇铸混凝土管的端部头对头地连接到第一个混凝土管的另一端上。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，其包括用水泥质的混合物填充某根或全部的桩管。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，其包括在用水泥质的混合物填充之前将钢筋放置在管中，放置的长度为某个或全部的管长度。
14.一种部分予应力混凝土桩，其特征在于，基本上就如本文中所参照的1至13中的任一幅或几幅附图所描述的那样。
15.制造如权利要求1到14中任一项所述的混凝土桩的一种方法，其特征在于，其实质就如文中附图所描述的那样。
全文摘要
一种混凝土桩20，其有一由预应力混凝土管21形成的主体，管上有金属桩靴25焊接到管的支承圈22上。桩靴和相邻桩靴的管的内部用混凝土或砂浆填充。在本发明一实施例中，桩靴有一中心棒30沿管的轴向延伸。在另一实施例中，管的末端设置一钢筋骨架28以支承管的端部。使用混凝土或砂浆29填充至少盖住钢筋骨架处以形成实心的桩靴。填料借助于中心棒30和骨架28帮助将桩靴上的力均匀地传递到管上。
文档编号E02D5/72GK1072231SQ9210535
公开日1993年5月19日 申请日期1992年6月30日 优先权日1991年11月12日
发明者蔡炳荣 申请人:蔡炳荣