一种预制有孔锥型‑螺纹组合管桩及其施工方法与流程

本发明涉及建筑施工领域，尤其涉及管桩及其施工方法。

背景技术：

锥型管桩，相对于传统管桩，其与土体的接触面更大，可以增大管桩侧摩阻力，同时由于土体在锥面上存在一个垂直与锥面的支撑力，使锥型管桩具有更高的单位承载力，但是因为锥度的存在也会导致桩长不足而影响对地基的处理深度。

螺纹桩在沉桩过程中无振动、施工简便快捷，单桩承载力较传统管桩大大提高，在相同承载力要求下可节材40％以上，适于传统管桩不适宜的坍塌、扩缩径、流沙等复杂地质的土层等优点，被广泛运用于工程中。

此外，现有的管桩在沉桩过程会产生明显的挤土效应，会造成邻近建筑物的不均匀沉降，且沉桩时产生过高的超孔隙水压力，会对地基的承载力产生一定的影响。理论分析与室内试验证明，通过桩身开孔，小孔处会产生一个与径向应力相反的应力，能有效减小管桩在沉桩过程中的应力增量，从而减小桩周土体的径向位移以及超孔隙水压力的最大值，最终达到加速超孔隙水压力的消散，减少由沉桩挤土效应造成的沉桩事故的发生。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种预制有孔锥型-螺纹组合管桩及其施工方法，不仅能很好的解决了锥型管桩桩长不足的缺点，还可以大大提高管桩的单桩承载力，并且可以通过圆形小孔释放沉桩时产生的超孔隙水压力，具有沉桩影响小、适用范围广的优点。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种预制有孔锥型-螺纹组合管桩，包括桩身和圆形小孔，所述桩身包括相连接的锥型管桩段与圆柱螺纹管桩段，所述圆柱螺纹管桩段设置于所述锥型管桩段位于的下方，所述锥型管桩段的上端外径大于锥型管桩段的下端外径，所述锥型管桩段的下端外径与所述圆柱螺纹管桩段的外径一致，所述桩身沿着桩身轴向间隔开设若干所述圆形小孔。

优选的，在上述的预制有孔锥型-螺纹组合管桩中，在圆柱螺纹管桩段上，所述圆形小孔为一排设置于圆柱螺纹管桩段上相邻螺牙之间的对穿孔，每组所述对穿孔包括两个圆形小孔，两个圆形小孔斜向上设置或者斜向下设置。

优选的，在上述的预制有孔锥型-螺纹组合管桩中，在锥型管桩段上，所述圆形小孔为一排设置于锥型管桩段的对穿孔，所述圆形小孔在锥型管桩段上的设置方式与圆柱螺纹管桩段上一致。

优选的，在上述的预制有孔锥型-螺纹组合管桩中，圆柱螺纹管桩段上的对穿孔与锥型管桩段上的对穿孔位于同一竖直平面上。

优选的，在上述的预制有孔锥型-螺纹组合管桩中，圆柱螺纹管桩段上的对穿孔与锥型管桩段上的对穿孔沿桩身轴向等间距设置。

优选的，在上述的预制有孔锥型-螺纹组合管桩中，所述锥型管桩段上的圆形小孔与螺纹管桩段上圆形小孔的开孔孔径一致。

优选的，在上述的预制有孔锥型-螺纹组合管桩中，所述圆柱螺纹管桩段的长度是所述锥型管桩段长度的2-5倍。

本发明还公开了一种如上所述的预制有孔锥型-螺纹组合管桩的施工方法，包括如下步骤：

根据桩基施工范围内各土层的厚度及承载力，选取合适的螺纹厚度、螺距、管径、壁厚、孔径以及桩长值，预制一个如上所述的有孔锥型-螺纹组合管桩；

通过测量仪器确定地面标高，计算出桩底标高，然后定出桩心点，标记出下端圆柱螺纹管桩段外径在地面上的投影面；

利用吊机将预制有孔锥型-螺纹组合管桩吊起，将其准确放置于地面标记位置；

操作静力压桩机，将其巨型带钩钢爪打开，放下至锥型管桩段最上面一对圆形小孔处，然后收缩将有孔锥型-螺纹组合管桩夹紧，开启静力压桩机中旋转装置的旋转功能，使整个预制有孔锥型-螺纹组合管桩转动；

采用这种旋转沉桩方式，桩身不断下沉，在此过程中，土中泥沙、水通过圆形小孔流入预制有孔锥型-螺纹组合管桩的内腔，当桩体到达一定深度时，间歇一段时间，然后使用泵将预制有孔锥型-螺纹组合管桩的内腔中的泥沙、水抽出，以降低超孔隙水压力；

当桩身压入预定深度后，停止施工，打开带钩钢爪，收起旋转装置，完成沉桩过程，施工完毕。

由以上公开的技术方案可知，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

(1)本发明提供的预制有孔锥型-螺纹组合管桩及其施工方法，在桩身开孔即所述桩身沿着桩身轴向间隔开设若干所述圆形小孔，能使管桩沉桩过程中挤土效应产生的泥沙、水主动进入管桩内腔，充分利用管桩空腔的聚水作用，然后利用水泵将空腔内的泥沙、水抽出，从而有效加速超孔隙水压力的消散，减小最大超孔隙水压力值。同时，会在桩身开孔处产生一个与土体径向应力相反的应力增量，该应力增量能够降低沉桩过程中土体的应力和径向位移，减轻静压沉桩对周边环境的不利影响，并可以有效地控制地基沉降变形。

(2)本发明提供的预制有孔锥型-螺纹组合管桩及其施工方法，桩身中采用圆柱螺纹管桩段，在沉桩过程中桩侧土体受到挤压加密作用，相邻螺牙间被土体填充，增大了螺牙与土的机械咬合作用力；沉桩完成后部分土体形成螺纹，而桩侧土体形成螺母，桩体螺纹与桩侧土紧密咬合，增大了侧向剪切应力，从而大大提高了管桩的单桩承载力，可以适于传统管桩不适宜的坍塌、扩缩径、流沙等复杂地质的土层等优点，被广泛运用于工程中。

(3)本发明提供的预制有孔锥型-螺纹组合管桩及其施工方法，桩身中采用锥型管桩段，相同的土质条件下，渐缩型的锥型管桩段增大了管桩与土体的接触面，从而增大了其侧摩阻力；同时，由于锥度的存在，使得土体在锥面上存在一个垂直与锥面的支撑力，使有孔锥型-螺纹组合管桩在承受上部荷载时能具有更高的单位承载力。

(4)本发明提供的预制有孔锥型-螺纹组合管桩及其施工方法，桩身采用上方锥型管桩段与下方螺纹管桩段相组合的形式，不会因为锥度的存在导致桩长不足而影响对地基的处理深度，能很好的解决了锥型管桩桩长不足的缺点。

附图说明

图1为发明一实施例的预制有孔锥型-螺纹组合管桩的立体结构示意图。

图2为图1的中心剖示图(箭头为本实施例中对穿孔的对穿方向)。

图3为图1的横切面a-a剖面示意图。

图4为图1的横切面b-b剖面示意图。

图5为图1的横切面c-c剖面示意图。

图6为本发明的施工示意图。

图中：1-锥型管桩段、2-圆柱螺纹管桩段、3-小孔、4-螺牙、5-静力压桩机、51-带钩钢爪。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。根据下面的说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。以下将由所列举之实施例结合附图，详细说明本发明的技术内容及特征。需另外说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。为叙述方便，下文中所述的“上”、“下”与附图的上、下的方向一致，但这不能成为本发明技术方案的限制。

请参阅图1至图6，本实施例公开了一种预制有孔锥型-螺纹组合管桩，所述桩身包括相连接的锥型管桩段1与圆柱螺纹管桩段2，所述圆柱螺纹管桩段2设置于所述锥型管桩段1位于的下方，所述锥型管桩段1的上端外径大于锥型管桩段1的下端外径，所述锥型管桩段1的下端外径与所述圆柱螺纹管桩段2的外径一致，所述桩身沿着桩身轴向间隔开设若干所述圆形小孔3。

本实施例公开的预制有孔锥型-螺纹组合管桩具有如下效果：

其一，在桩身开孔即所述桩身沿着桩身轴向间隔开设若干所述圆形小孔3，能使管桩沉桩过程中挤土效应产生的泥沙、水主动进入管桩内腔，充分利用管桩空腔的聚水作用，然后利用水泵将空腔内的泥沙、水抽出，从而有效加速超孔隙水压力的消散，减小最大超孔隙水压力值；同时，会在桩身开孔处产生一个与土体径向应力相反的应力增量，该应力增量能够降低沉桩过程中土体的应力和径向位移，减轻静压沉桩对周边环境的不利影响，并可以有效地控制地基沉降变形。

其二，桩身采用圆柱螺纹管桩段2，圆柱螺纹管桩段2运用了“螺丝钉比钉子牢固”的机理，在沉桩过程中，由于土体的挤压密实，相邻螺牙4间被土体填充，增大了螺牙与土的机械咬合作用力；沉桩完成后部分土体形成螺纹，而桩侧土体形成螺母，桩体螺纹与桩侧土紧密咬合，增大了侧向剪切应力，从而大大提高了管桩的单桩承载力，可以适于传统管桩不适宜的坍塌、扩缩径、流沙等复杂地质的土层等优点，被广泛运用于工程中。

其三，桩身中采用锥型管桩段1，相同的土质条件下，渐缩型的锥型管桩段1增大了管桩与土体的接触面，从而增大了其侧摩阻力；同时，由于锥度的存在，使得土体在锥面上存在一个垂直与锥面的支撑力，使有孔锥型-螺纹组合管桩在承受上部荷载时能具有更高的单位承载力。

其四，桩身采用上方锥型管桩段1与下方螺纹管桩段2相组合的形式，不会因为锥度的存在导致桩长不足而影响对地基的处理深度，能很好的解决了锥型管桩桩长不足的缺点。下方螺纹管桩段相组合

在图3中，δ表示螺纹厚度，m表示螺距；在图4、5中，圆孔处虚线代表截面此处未开孔，但在其上、下一定距离开孔，d表示螺纹外径，d表示圆柱螺纹管桩段2主管外径，d内表示圆柱螺纹管桩段2主管内径，d’表示锥型管桩段1外径，d内’表示锥型管桩段1内径。

为了使得管桩外的自由泥沙、水均衡的流入管桩内腔，优选的，在上述的预制有孔锥型-螺纹组合管桩中，在圆柱螺纹管桩段2上，所述小孔3为一排设置于圆柱螺纹管桩段2上相邻螺牙4之间的对穿孔，每组所述对穿孔包括两个圆形小孔，两个圆形小孔斜向上设置或者斜向下设置；在锥型管桩段1上，所述圆形小孔3为一排设置于锥型管桩段1的对穿孔，且所述圆形小孔3在锥型管桩段1上的设置方式与圆柱螺纹管桩段2上一致。

优选的，在上述的预制有孔锥型-螺纹组合管桩中，圆柱螺纹管桩段2上的对穿孔与锥型管桩段1上的对穿孔位于同一竖直平面上，以使得管桩外的自由泥沙、水均衡的流入管桩内腔内。

优选的，在上述的预制有孔锥型-螺纹组合管桩中，圆柱螺纹管桩段2上的对穿孔与锥型管桩段1上的对穿孔沿桩身轴向等间距设置，以使得管桩外的自由泥沙、水更加平稳地流入管桩内腔内。

优选的，在上述的预制有孔锥型-螺纹组合管桩中，所述锥型管桩段1上的圆形小孔3与螺纹管桩段上圆形小孔3的开孔孔径一致，以使得管桩外的自由泥沙、水更加平稳地流入管桩内腔内。

优选的，在上述的预制有孔锥型-螺纹组合管桩中，所述圆柱螺纹管桩段2的长度是所述锥型管桩段1长度的2-5倍。

请继续参阅图1至图6，本发明的预制有孔锥型-螺纹组合管桩的施工方法，包括如下步骤：

根据桩基施工范围内各土层的厚度及承载力，选取合适的螺纹厚度、螺距、管径、壁厚、孔径以及桩长值，预制一个如上所述的有孔锥型-螺纹组合管桩。其中，管径包括d表示的圆柱螺纹管桩段2主管外径、d内表示的圆柱螺纹管桩段2主管内径、d’表示的锥型管桩段1外径、以及d内’表示的锥型管桩段1内径。

通过测量仪器确定地面标高，计算出桩底标高，然后定出桩心点，标记出下端圆柱螺纹管桩段外径在地面上的投影面。

利用吊机将预制有孔锥型-螺纹组合管桩吊起，将其准确放置于地面标记位置。

操作静力压桩机5，将其巨型带钩钢爪51打开，放下至锥型管桩段最上面一对圆形小孔3处，然后收缩将有孔锥型-螺纹组合管桩夹紧，开启静力压桩机中旋转装置的旋转功能即启动静力压桩机的旋转装置，使整个预制有孔锥型-螺纹组合管桩转动。

采用这种旋转沉桩方式，桩身不断下沉，在此过程中，土中泥沙、水通过圆形小孔流入预制有孔锥型-螺纹组合管桩的内腔，当桩体到达一定深度时，间歇一段时间，然后使用泵将预制有孔锥型-螺纹组合管桩的内腔中的泥沙、水抽出，以降低超孔隙水压力。

当桩身压入预定深度后，停止施工，打开带钩钢爪51，收起旋转装置，完成沉桩过程，施工完毕。

综上所述，本发明通过在桩身开孔即所述桩身沿着桩身轴向间隔开设若干所述圆形小孔3，能使管桩挤土效应产生的泥沙、水主动进入管桩内腔，减小最大超孔隙水压力值，降低沉桩过程中土体的应力和径向位移，减轻静压沉桩对周边环境的不利影响，并可以有效地控制地基沉降变形，从而提高地基承载力。

此外，桩身采用上方锥型管桩段1与下方螺纹管桩段相组合的形式，在提高侧摩阻力和单位承载力的前提下，不会因为锥度的存在导致桩长不足而影响对地基的处理深度，很好的解决了锥型管桩桩长不足的缺点。桩身中采用圆柱螺纹管桩段2，在沉桩过程中桩侧土体受到挤压加密作用，相邻螺牙4间被土体填充，增大了螺牙4与土的机械咬合作用力；沉桩完成后部分土体形成螺纹，而桩侧土体形成螺母，桩体螺纹与桩侧土紧密咬合，增大了其侧向剪切应力，从而大大提高了管桩的单桩承载力。桩身中采用锥型管桩段1，相同的土质条件下，增大了锥型管桩与土体的接触面，从而增大了其侧摩阻力；同时，由于锥度的存在，使得土体在锥面上存在一个垂直与锥面的支撑力，使有孔锥型-螺纹组合管桩具有更高的单位承载力。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。