专利名称：一种预制钢筋混凝土管桩的结构及其制作方法
技术领或本发明涉及作为建筑物深基础的预制钢筋混凝土管桩，特别是指用于非锤击式植桩方法的非预应力、高强度混凝土桩段结构，如采用钻孔嵌岩桩及静压桩施工方法为主的高承载力桩段结构和它的制作、安装方法。
背景技术：
目前桩基础使用的锤击式预制混凝土桩绝大部分为预应力混凝土管桩，简称PHC(预制混凝土方桩，因其生产技术落后，承载力低而逐渐退出桩基础工程)，其主要结构先张预应力主钢筋、螺旋状钢筋、两端头的端头钢板及其钢裙板等，管桩壁的填充料是混凝土。图5则展示两个相邻管桩段端头的连接状况。它的优点如下1.强度高特别设计的混凝土配合比及添加剂、离心成型工艺和高压釜压蒸养护，混凝土抗压强度大于80MPa，因此管桩承载力高同时具有极强的穿透能力，适合各类相应的打桩机施打作业。
2.耐久性好由于PHC管桩混凝土采用离心成型，压蒸养护，故密实性好，强度高，从而其抗渗性和耐腐蚀性非常好。
3.质量稳定可靠生产技术成熟，锤击式打桩已经成功应用十几年。
4.经济主要材料是混凝土，货源充足，承载力与价格比值是H型钢1/2～2/3。
5.生产、施工快速机械化生产线，计算机控制，人手操作量少，生产效率高。桩段之间采用普通焊接技术，比H型钢的焊接技术要求低，不需象H型钢做大量防锈措施，施工速度快。
但是它也有以下缺点1.主要针对锤击式打桩施工方法而设计、制作的混凝土管桩，采用先张预应力结构可以有效抵抗锤击时产生的拉应力，但是预应力生产技术难度高，生产设备和测量仪器投资巨大，非一般企业可以做得到。
2.预应力钢筋也不是普通建筑钢筋，而是屈服强度大过普通建筑钢筋三倍的高拉应力钢筋，价格非常高，货源稀缺。
3.混凝土中的预应力及配备的高拉应力钢筋都只是为了锤击、运输和吊装产生的短期荷载而施加，它不但不能为建筑物提供承载力，而且还要消耗混凝土的部分承载力，建筑材料的潜力没有充分发挥出来。
4.预制预应力混凝土管桩，虽然具有较高抗弯刚度，但是其钢筋含量偏低，加上其混凝土中的预应力也受锤击、运输、吊装条件影响和切割桩头而流失，无法抵抗较大拉力和弯曲应力，导致抗压强度、抗弯强度和抗弯刚度三者匹配程度极低的缺陷。但是高层建筑的桩基础所承受的竖向荷载往往伴随着较高的水平力，这一实际情况导致某些地区的型钢桩基础不能完全由预制先张法预应力混凝土管桩所代替。
发明内容
本发明的目的是提供一种预制钢筋混凝土管桩的结构和制作方法，它利用预应力管桩的上述优点和克服其缺点，以便以较的低综合成本在非锤击式植桩方法施工领域内替代H型钢桩、预应力钢筋混凝土管桩。
本发明的目的是这样来实现的，提供一种预制钢筋混凝土管桩结构，所述管桩形成管壁的基本材料为混凝土和钢筋，此管桩结构包括以下材料和构件混凝土，混凝土添加材料，钢筋笼主钢筋，环形或螺旋形钢筋笼箍筋，桩段两头的桩头金属连接件及其它构造配件，桩段之间的连接采用桩头金属连接件之间的焊接、粘结、螺栓连接或它们的组合方法连接，其特征在于所述的桩段钢筋的种类和含量与普通非先张法予应力钢筋混凝土柱相同。
所述桩段可为各种目的而埋设预埋件，包括吊装、锚固、灌浆、防锈、荷载试验等等预埋件，也可以为桩段两头外面或内腔面或两者同时配置金属裙箍及为桩头金属连接件和金属裙箍配置附加锚固构件。所述金属裙箍若采用钢管制作且与桩段同长时则形成预制钢管混凝土桩。
所述预制钢筋混凝土管桩内外轮廓断面形状可以是圆形也可以是多边形，其断面尺寸可以渐变或突变。
所述预制钢筋混凝土管桩管壁厚度可以渐变或突变，桩段整长或局部桩段的最大管壁厚度等于管桩半径时形成实心桩或桩段。
所述预制钢筋混凝土管桩可以制成各种款式的凹凸内外表面或在内外表面涂抹各种特制涂料，或在预制钢筋混凝土管桩内外表面伸出各种抗剪构件，在预制钢筋混凝土管桩内可以后期填充各种混凝土材料。
所述预制钢筋混凝土管桩桩段两端的桩头金属连接件可以是钢板或其它成品连接钢构件，上述桩头钢板可以是开洞钢板或实心钢板，也可以为运输、吊装、预钻孔内桩段位置对中或钢板加强等目的而在其上面焊接各种钢构件。
所述的混凝土添加材料可以是各种目的特制的添加剂，如强化、早强、减水、膨胀、防腐蚀剂等等，也可以是各种材料制作的纤维制品。
所述桩头金属连接件与管壁内的主钢筋可用焊接、螺栓连接的方式或它们的组合连接，与螺旋箍筋、其它构造配件及桩头裙箍可以采用焊接、管壁内的主钢筋可以伸出金属连接件外面一定长度。
所述桩段主钢筋可以是单排布置，也可多排布置，也可使用钢筋束，主钢筋之间的驳接采用搭接、焊接、螺栓连接的方式或它们的组合连接，所述桩段主钢筋及箍筋表面可以采取包括防锈功能在内的各种表面处理措施。
所述预制钢筋混凝土管桩可为运输、吊装等对桩段产生短期、瞬时荷载的情况而配置永久或临时后张法预应力钢筋或钢丝绳及其锚固构件。
本发明预制钢筋混凝土管桩的制作方法包括如下主要步骤(个别步骤的顺序可以同时进行，也可以掉换或组合)a按照设计制作管壁内的由非先张法预应力主钢筋和箍筋组合成的钢筋笼；b钢筋笼与桩头金属连接件连接，安置各种预埋件和各种构造配筋；c混凝土、添加材料计量、混合搅拌；d钢筋笼装入钢模内，向钢模内浇筑混凝土，完成桩体雏形；e上述装有桩体雏形的钢模绕桩轴旋转，将混凝土离心挤密、成型；f采用常压蒸汽养护或高压蒸汽养护或它们的各种顺序的组合或脱模之后再次蒸汽养护；g按照运输、储藏情况决定是否需要为管桩安装永久或临时后张法预应力钢筋或钢丝绳及其锚固构件；h堆仓。
本发明的有益效果由于本发明的管桩所采用的混凝土比普通预制钢筋混凝土桩或钻孔灌注桩混凝土的强度高出2倍以上，因此可节省30％～50％的混凝土用量，其水平方向的抗弯刚度又比一般尺寸的工字钢大，而且桩段质量不会因为取消先张法予应力而有所降低，所以在非锤击式植桩方法的桩基础领域内，不论在承载力方面及造价方面都比预应力混凝土管桩有较高的优势比型钢桩就更胜一筹。其优奌为1.由于制作过程中不需要预应力钢筋，无需对钢筋加预应力的专门设备，不受该种设备能力制约，故能制作出所希望的大尺寸的管桩。
2.本发明的管桩可以按其所受荷载不同的具体情况制定钢筋笼的钢筋数量。提供更经济的基础构件。
3.本发明的管桩为工厂化生产，质量可靠，混凝土强度、弹性模量极高，轴向承载力大，承载力、价格比最高，在非锤击式植桩方法的桩基础领域内完全可以替代昂贵的型钢桩和预应力管桩。
4.本发明的管桩其管壁钢筋及混凝土可以与预应力混凝土管桩相同，也可以是普通钢筋和混凝土，丰简由人，可生产性大增。
5、由于本发明的管桩钢筋笼与普通桩、柱的样式几乎相同，制作简单，一般施工技术的厂家就可以制作.当混凝土中加入某些特制添加剂时，蒸汽养护工序可以缩短时间甚至取消。
6.由于本发明的管桩含钢量高，承载力大大提高，与提供大承载力的嵌岩钻孔桩更加匹配，所以令基础综合造价可以大幅降低。
7.由于本发明的管桩，其生产设备及工序比预应力混凝土管桩的设备及工序大为减少，生产成本大为降低，生产速度大幅提升。
8.由于本发明的管桩，其钢筋笼主钢筋可以直伸入桩承台，形成真正的固端桩头，大大提高桩基础的整体水平刚度，相同水平力作用下的水平位移大大减小。
9.由于本发明的管桩，其桩头钢板与其它结构类型的桩段的连接兼容度最高。若桩段顶段采用本发明的管桩，之下用其它结构类型的桩段，则可以充分利用本发明的管桩的抗弯刚度和强度来提高整桩的水平力抵抗能力。
10.由于本发明的管桩，在设计、施工及检验方面都比现有技术更方便、更精确、更容易满足当地规范，通过调整桩段各部分的尺寸、强度等级及数量就可以方便地改变桩的承载力及造价，以满足不同的设计要求。所以，不论工程规模大小，施工环境如何变化，在非锤击式植桩方法的桩基础领域内只要现有技术可以应用的地方，本发明几乎都可以被采用，由于它的抗腐蚀能力高于普通型钢桩，所以它比型钢桩的应用范围更加广泛。
下面结合附图介绍本发明的钢筋混凝土管桩结构。在所有附图中，相同的标注数码标示相同的构件。各附图为图1是本发明钢筋混凝土管桩段结构示意图；图2是沿图1中A-A线剖切的剖示图；图3是沿图1中B-B线剖切的剖示图；具体实施方式
图1是本发明钢筋混凝土管桩段结构示意图。管桩可以由一个或多个管桩段以公知方法连接而成。每一个管段均有以下材料和构件混凝土及混凝土添加材料3，钢筋笼主钢筋4，环形或螺旋形钢筋笼箍筋5，桩段两头的桩头金属连接件1、2及其它构造配件，钢筋笼主钢筋4不包括先张法预应力钢筋。因此，它与预应力钢管桩相比可以节省成本减少工序。图2、图3分别为图1中的A-A、B-B剖示图，它们共同展示了混凝土3，钢筋笼主钢筋4，环形或螺旋形钢筋笼箍筋5，桩段两头的桩头金属连接件1，2及其它构造配件之间的相对关系。本发明的管桩可以是仅有一个管段，也可以有多个按公知方式相接起来的管段。
所述桩段可为各种目的而埋设预埋件，包括吊装、锚固、灌浆、防锈、荷载试验等等预埋件，也可以为桩段两头外面或内腔面或两者同时配置金属裙箍及为桩头金属连接件和金属裙箍配置附加锚固构件。所述金属裙箍若采用钢管制作且与桩段同长时则形成预制钢管混凝土桩。
所述预制钢筋混凝土管桩内外轮廓断面形状可以是圆形也可以是多边形，其断面尺寸可以渐变或突变。
所述预制钢筋混凝土管桩管壁厚度可以渐变或突变，桩段整长或局部桩段的最大管壁厚度等于管桩半径时形成实心桩或桩段。
所述预制钢筋混凝土管桩可以制成各种款式的凹凸内外表面或在内外表面涂抹各种特制涂料，或在预制钢筋混凝土管桩内外表面伸出各种抗剪构件，在预制钢筋混凝土管桩内可以后期填充各种混凝土材料。
所述预制钢筋混凝土管桩桩段两端的桩头金属连接件可以是钢板或其它成品连接钢构件，上述桩头钢板可以是开洞钢板或实心钢板，也可以为运输、吊装、预钻孔内桩段位置对中或钢板加强等目的而在其上面焊接各种钢构件。
所述的混凝土添加材料可以是各种目的特制的添加剂，如强化、早强、减水、膨胀、防腐蚀剂等等，也可以是各种材料制作的纤维制品。
所述桩头金属连接件与管壁内的主钢筋可用焊接、螺栓连接的方式或它们的组合连接，与螺旋箍筋、其它构造配件及桩头裙箍可以采用焊接、管壁内的主钢筋可以伸出金属连接件外面一定长度。
所述桩段主钢筋可以是单排布置，也可多排布置，也可使用钢筋束，主钢筋之间的驳接采用搭接、焊接、螺栓连接的方式或它们的组合连接，所述桩段主钢筋及箍筋表面可以采取包括防锈功能在内的各种表面处理措施。
所述预制钢筋混凝土管桩可为运输、吊装等对桩段产生短期、瞬时荷载的情况而配置永久或临时后张法预应力钢筋或钢丝绳及其锚固构件。
本发明预制钢筋混凝土管桩的制作方法包括如下主要步骤(个别步骤的顺序可以同时进行，也可以掉换或组合)a按照设计制作管壁内的由非先张法预应力主钢筋和箍筋组合成的钢筋笼；b钢筋笼与桩头金属连接件连接，安置各种预埋件和各种构造配筋；
c混凝土、添加材料计量、混合搅拌；d钢筋笼装入钢模内，向钢模内浇筑混凝土，完成桩体雏形；e上述装有桩体雏形的钢模绕桩轴旋转，将混凝土离心挤密、成型；f采用常压蒸汽养护或高压蒸汽养护或它们的各种顺序的组合或脱模之后再次蒸汽养护；g按照运输、储藏情况决定是否需要为管桩安装永久或临时后张法预应力钢筋或钢丝绳及其锚固构件；h堆仓。
权利要求
1.一种预制钢筋混凝土管桩结构，所述管桩形成管壁的基本材料为混凝土和钢筋，此管桩结构包括以下材料和构件混凝土，钢筋笼主钢筋，环形或螺旋形钢筋笼箍筋，桩段两头的桩头金属连接件及其它构造配件，桩段之间的连接采用桩头金属连接件之间的焊接、粘结、螺栓连接或它们的组合方法连接，其特征在于所述的桩段钢筋为非先张法予应力钢筋。
2.如权利要求1所述的预制钢筋混凝土管桩，其特征在于，所述桩段可为各种目的而埋设预埋件，包括吊装、锚固、灌浆、防锈、荷载试验等等预埋件，也可以为桩段两头外面或内腔面或两者同时配置金属裙箍及为桩头金属连接件和金属裙箍配置附加锚固构件。
3.如权利要求2所述的预制钢筋混凝土管桩，其特征在于，所述金属裙箍采用钢管制作且与桩段同长时则形成预制非先张法予应力钢管混凝土桩。
4.如权利要求1所述的预制钢筋混凝土管桩，其特征在于，所述预制钢筋混凝土管桩内外轮廓断面形状可以是圆形也可以是多边形，其断面尺寸可以渐变或突变。
5.如权利要求1所述的预制钢筋混凝土管桩，其特征在于，所述预制钢筋混凝土管桩管壁厚度可以渐变或突变，桩段整长或局部桩段的最大管壁厚度等于管桩半径时形成实心桩或桩段。
6.如权利要求1或3所述的预制钢筋混凝土管桩及预制钢管混凝土桩，其特征在于，所述的管桩可以制成各种款式的凹凸内外表面或在内外表面涂抹各种特制涂料，或在预制钢筋混凝土管桩内外表面伸出各种抗剪构件。
7.如权利要求1所述的预制钢筋混凝土管桩，其特征在于，在预制钢筋混凝土管桩内可以后期填充混凝土或其它材料。
8.如权利要求1所述的预制钢筋混凝土管桩，其特征在于，所述预制钢筋混凝土管桩桩段两端的桩头金属连接件可以是钢板或其它成品连接钢构件，上述桩头钢板可以是开洞钢板或实心钢板，也可以为运输、吊装、预钻孔内桩段位置对中或钢板加强等目的而在其上面焊接各种钢构件。
9.如权利要求1所述的预制钢筋混凝土管桩，其特征在于，所述的混凝土添加材料可以是各种目的特制的添加剂，如强化、早强、减水、膨胀、防腐蚀剂等等，也可以是各种材料制作的纤维制品。
10.如权利要求1所述的预制钢筋混凝土管桩，其特征在于，所述桩头金属连接件与管壁内的主钢筋可用焊接、螺栓连接的方式或它们的组合连接，与螺旋箍筋、其它构造配件及桩头裙箍可以采用焊接，管壁内的主钢筋可以伸出金属连接件外面一定长度。
11.如权利要求1所述的预制钢筋混凝土管桩，其特征在于，所述桩段主钢筋可以是单排布置，也可多排布置，也可使用钢筋束，主钢筋之间的驳接采用搭接、焊接、螺栓连接的方式或它们的组合连接，所述桩段主钢筋及箍筋表面可以采取包括防锈功能在内的各种表面处理措施。
12.如权利要求1所述的预制钢筋混凝土管桩，其特征在于，所述预制钢筋混凝土管桩可为运输、吊装、温度变化等对桩段产生短期、瞬时荷载的情况而配置永久或临时后张法预应力钢筋或钢绞绳及其锚固构件。
13.预制钢筋混凝土管桩的制作方法，其特征在于，包括如下主要步骤(步骤c与步骤a和步骤b的工序可以同时进行，也可以掉换)a按照设计制作管壁内的主钢筋和箍筋组合成的钢筋笼；b钢筋笼与桩头金属连接件连接，安置各种预埋件和各种构造配筋；c混凝土、添加材料计量、混合搅拌；d钢筋笼装入钢模内，向钢模内浇筑混凝土，完成桩体雏形；e上述装有桩体雏形的钢模绕桩轴旋转，将混凝土离心挤密、成型；f对桩段混凝土采取养护、脱模或脱模、养护或养护、脱模、养护，直至混凝土达到该阶段的设计强度。g按照运输、储藏情况决定是否需要为管桩安装永久或临时后张法预应力钢筋或钢丝绳及其锚固构件。
14.如权利要求13所述的预制钢筋混凝土管桩的制作方法，其特征在于，步骤f所述的混凝土养护可以采用常压蒸汽养护、高压蒸汽养护或它们的组合。
全文摘要
一种预制钢筋混凝土管桩结构，所述管桩形成管壁的基本材料为混凝土和钢筋，此管桩结构包括以下材料及构件混凝土，钢筋笼主钢筋，环形或螺旋形钢筋笼箍筋，桩段两头的桩头金属连接件及其它构造配件，其钢筋笼主钢筋为非先张法预应力钢筋。其制作方法为按照设计制作管壁内的由非预应力主钢筋和箍筋组合成的钢筋笼；钢筋笼与桩头金属连接件连接，安置各种预埋件；钢筋笼装入钢模内，向钢模内浇筑混凝土，完成桩体雏形；上述装有桩体雏形的钢模绕桩轴旋转，混凝土离心挤密、成型；养护－脱模。本管桩结构和制作方法不采用先张法预应力及不限定采用专用预应力钢棒，而代之以普通钢筋及其它添加材料，生产技术要求低，原材料货源充足，造价承载力比降低。
文档编号B28B21/02GK1560380SQ20041000605
公开日2005年1月5日 申请日期2004年2月27日 优先权日2004年2月27日
发明者胡柏英 申请人:胡柏英