一种结合后压浆及扩径技术的预应力混凝土管桩及其制作方法与流程

本发明涉及一种新型预应力混凝土管桩，特别涉及一种结合后压浆及扩径技术的预应力混凝土管桩及其制作方法。

背景技术：

桩基作为一种古老的基础形式，也是应用最为广泛的建筑基础形式。随着科学技术的发展，特别是机械技术，桩基础也由简单趋向复杂，各种桩基的施工技术也应运而生，预应力混凝土管桩便是其中一个代表。预应力混凝土管桩具有桩身强度高，抗压抗裂能力强、工厂化预制施工，保证了桩体质量、相较于实心预制桩而言具有更低的造价、且施工工期短，可明显降低时间成本，因此被广泛应用于桩基工程。但其属于传统的开口管桩，压桩过程中会产生土塞效应，影响桩的承载力，此外，挤土效应严重，对邻近建筑物影响较大等问题，当预应力混凝土管桩作用于深厚软土地基时，压桩至基岩层不现实也相对于不经济，此时摩阻力的发挥水平极大的影响了其承载力水平。

为了更好的发挥桩侧摩阻力以及桩端端承力，产生了后压浆工艺，后压浆的工艺是指利用高压注浆泵通过在钢筋笼加工时预埋的注浆管按设计的压力将水泥浆液压入预留注浆孔的桩端土层或桩侧土层中，压入的水泥浆液会对钻孔灌注的固有缺陷桩端沉渣、桩周泥皮以及桩端持力层发生渗透作用、填充作用、压密作用、劈裂和固结作用，通过以上作用会达到增强桩侧土或桩端土强度的效果，从而提高桩侧摩阻力或桩端端承力。

综上所述，虽然当前对后压浆桩技术和扩径技术的研究已十分普遍，但对于预制桩的扩径技术以及两种技术相结合的文献并未有报道，故针对此情况，综合考虑当前管桩施工存在的缺陷，寻求一种新型、避免土塞效应，利于桩侧摩阻力发挥，结合后压浆及扩径技术的预应力混凝土管桩及其制作方法显得十分重要。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种结合后压浆及扩径技术的预应力混凝土管桩的制作方法。

本发明的另一个目的是提供一种结合后压浆及扩径技术的预应力混凝土管桩。本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

这种结合后压浆及扩径技术的预应力混凝土管桩，包括：预应力混凝土管桩、半球形桩头、压浆孔、瓣膜、铰链、压浆管、线喷管、液压千斤顶、高强度合金刀片、刀片固定板、立方体厚钢垫块、刀片出缝和喷浆口；所述预应力混凝土管桩内设有压浆装置，压浆装置包括压浆管和压浆孔，所述压浆管出口端设有压浆孔；所述预应力混凝土管桩两侧设有线喷管，所述线喷管上设有喷浆口，所述喷浆口处焊有瓣膜和铰链，所述瓣膜通过铰链连接至压浆孔上；所述预应力混凝土管桩底端设有半球形桩头，所述半球形桩头内部设有扩径设备，扩径设备包括液压千斤顶、高强度合金刀片、刀片固定板和立方体厚钢垫块，所述半球形桩头的底部支撑上设有立方体厚钢垫块，所述立方体厚钢垫块横向两面设有液压千斤顶，所述液压千斤顶两侧端部设有刀片固定板，所述刀片固定板上设有高强度合金刀片；所述半球形桩头上预留了刀片出缝。

作为优选：所述压浆管的连接通过压浆管连接套和螺栓连接，所述压浆管连接套之间垫有橡胶片。

作为优选：所述线喷管为半圆柱体结构，线喷管以压浆孔为中心设置，线喷管的矩形截面侧预留了对接压浆孔的小孔；所述瓣膜为三角截面式对半开结构。

作为优选：所述预应力混凝土管桩顶部预埋了螺纹端盘，底部预埋了带螺母的连接端盘。

作为优选：所述预应力混凝土管桩中心处设有液压千斤顶控制导线，所述液压千斤顶控制导线外面包有控制导线保护管，所述控制导线保护管顶端设有导线卡具；所述液压千斤顶控制导线一端连接液压千斤顶，液压千斤顶控制导线另一端连接外部的控制器。

作为优选：所述预应力混凝土管桩中部设有控制导线保护管固定构件。

作为优选：所述高强度合金刀片的长度抵到半球形桩头的内壁。

作为优选：所述半球形桩头上缘设有螺纹端盘，所述预应力混凝土管桩与半球形桩头通过带螺母的连接端盘和螺纹端盘连接。

作为优选：所述预应力混凝土管桩端部处的压浆管设有扩大段，扩大段内部垫有橡胶圈。

一种结合后压浆及扩径技术的预应力混凝土管桩的制作方法，包括以下步骤：

步骤一、在控制导线保护管内穿液压千斤顶控制导线，使液压千斤顶控制导线上下端均伸出控制导线保护管外并用导线卡具固定住；

步骤二、制备钢筋笼，并在钢筋笼上焊接压浆管、控制导线保护管、控制导线保护管固定构件和线喷管，在线喷管的喷浆口处焊接上铰链和瓣膜；

步骤三、预埋好端部的带螺母的连接端盘、螺纹端盘、预应力钢绞线和波纹管，支模板，浇筑混凝土，养护完成后张拉，完成后封锚，即制备得到预应力混凝土管桩；

步骤四、制备半球形桩头，在半球形桩头上预留好刀片出缝，并在半球形桩头内部布置好扩径设备，最后在半球形桩头上设置螺纹端盘；

步骤五、将液压千斤顶控制导线连接至液压千斤顶上，通过预应力混凝土管桩桩底的带螺母的连接端盘和半球形桩头上缘的螺纹端盘连接构成一个整体，可在此基础上进行预应力混凝土管桩的连接，即制作得到一种结合后压浆及扩径技术的预应力混凝土管桩；

步骤六、在此基础上套上桩帽后进行压桩，压桩完成后将压浆管连接至压浆设备，将液压千斤顶控制导线连接至地面控制器，随即启动压浆设备和控制器，进行压浆和扩径操作。

本发明的有益效果是：

(1)本发明采用的桩侧后压浆技术，可以较大限度的提高桩侧摩阻力的发挥水平，且相较于传统的点压浆工艺，线压浆更容易提升桩侧摩阻力，从而提升桩身承载能力。

(2)本发明采用的桩头扩径设备，通过扩径，可以有效提升桩端阻力，最终达到提升桩身承载能力的目的。

(3)本发明通过半球形桩头的连接，避免了预应力混凝土管桩在压桩过程中产生土塞效应，从而减小土塞效应对桩承载力的削弱。

(4)本发明采用的控制导线保护管，是为了避免液压千斤顶控制导线与混凝土管桩内壁摩擦受损。

附图说明

图1是结合后压浆及扩径技术的预应力混凝土管桩的结构示意图；

图2是半球形桩头的结构示意图；

图3是半球形桩头的俯视图；

图4是半球形桩头扩径完成后的俯视图；

图5是预应力混凝土管桩的俯视图；

图6是喷浆口处的结构示意图；

图7是导线卡具的结构示意图；

附图标记说明：1——预应力混凝土管桩；2——半球形桩头；5——控制导线保护管固定构件；6——液压千斤顶控制导线；7——压浆孔；8——瓣膜；9——铰链；10——带螺母的连接端盘；11——压浆管；12——线喷管；13——控制导线保护管；14——螺栓；15——液压千斤顶；16——高强度合金刀片；17——刀片固定板；18——立方体厚钢垫块；19——刀片出缝；20——压浆管连接套；21——喷浆口；22——螺纹端盘；23——导线卡具。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

如图1至图7所示，所述结合后压浆及扩径技术的预应力混凝土管桩包括：预应力混凝土管桩1、半球形桩头2、控制导线保护管固定构件5、液压千斤顶控制导线6、压浆孔7、瓣膜8、铰链9、带螺母的连接端盘10、压浆管11、线喷管12、控制导线保护管13、螺栓14、液压千斤顶15、高强度合金刀片16、刀片固定板17、立方体厚钢垫块18、刀片出缝19、压浆管连接套20、喷浆口21、螺纹端盘22、导线卡具23、压浆装置和扩径设备。

如图1所示，所述预应力混凝土管桩1直径为500mm，壁厚为300mm，内设有压浆装置，压浆装置包括压浆管11和压浆孔7，所述压浆管11内径为68mm，压浆管11出口端位置设有压浆孔7，每3m设置一个压浆孔7，所述压浆孔7的截面尺寸约为58mm，所述压浆管11的连接通过压浆管连接套20和螺栓14连接，在压浆管连接套20之间垫橡胶片以保障密封性。

所述预应力混凝土管桩1两侧设有线喷管12，所述线喷管12为半圆柱体结构，并以压浆孔7为中心设置，线喷管12的矩形截面侧预留了对接压浆孔7的小孔。所述线喷管12长1420mm，内径52mm，线喷管12上每间隔40mm设置一个喷浆口21，所述喷浆口21截面宽为3mm，高为200mm，截面面积远小于压浆孔7。所述喷浆口21处焊有瓣膜8和铰链9，所述瓣膜8通过铰链9连接至压浆孔7上，所述瓣膜8为三角截面式对半开结构，该结构保证了压桩过程中桩外土体无法进入桩内，而浆液可以顺利压出桩外，喷浆口21处的结构示意图如图6所示。

所述预应力混凝土管桩1顶部预埋了螺纹端盘22，底部预埋了带螺母的连接端盘10，所述带螺母的连接端盘10和螺纹端盘22外径均为500mm，内径均为200mm。所述预应力混凝土管桩1中心处设有液压千斤顶控制导线6，所述液压千斤顶控制导线6外面包有控制导线保护管13，所述控制导线保护管13顶端设有导线卡具23，以便液压千斤顶控制导线6能够固定且伸出控制导线保护管13，便于管桩连接时液压千斤顶控制导线6的连接。所述导线卡具23直径略小于液压千斤顶控制导线6，液压千斤顶控制导线6可以按压入导线卡具23中固定。所述预应力混凝土管桩1中部设有控制导线保护管固定构件5。

所述预应力混凝土管桩1底端设有半球形桩头2，所述半球形桩头2直径为500mm，内部设有扩径设备，如图2所示，扩径设备包括液压千斤顶15、高强度合金刀片16、刀片固定板17和立方体厚钢垫块18，所述半球形桩头2的底部支撑上设有立方体厚钢垫块18，所述立方体厚钢垫块18横向两面设有液压千斤顶15，所述液压千斤顶15两侧端部设有刀片固定板17，所述刀片固定板17上设有高强度合金刀片16，所述高强度合金刀片16的长度刚好抵到半球形桩头2的内壁，其俯视图如图3所示。所述半球形桩头2上预留了刀片出缝19，所述刀片出缝19宽度略大于高强度合金刀片16，这样压桩过程中进入半球形桩头2中的土会被高强度合金刀片16挡住。所述半球形桩头2上缘设有螺纹端盘22，所述预应力混凝土管桩1与半球形桩头2通过带螺母的连接端盘10和螺纹端盘22连接。所述液压千斤顶控制导线6一端连接液压千斤顶15，一端连接外部的控制器，通过控制液压千斤顶15的伸长，顶出高强度合金刀片16，从而达到扩径的目的，扩径效果如图4所示。

所述预应力混凝土管桩1端部处的压浆管11做了扩大处理，底部处的压浆管扩大段突出桩底平面，长度等于顶部扩大段深度，当预应力混凝土管桩1连接时，可以轻松地连接压浆管11，扩大段内部垫有橡胶圈，以保证压浆管11的密封性。

所述结合后压浆及扩径技术的预应力混凝土管桩的制作方法，包括以下步骤：

1)首先在控制导线保护管13内穿液压千斤顶控制导线6，使液压千斤顶控制导线6上下端均伸出控制导线保护管13外并用导线卡具23固定住；

2)随后制备钢筋笼，并在钢筋笼上焊接压浆管11、控制导线保护管13、控制导线保护管固定构件5和线喷管12，紧接着在线喷管12的喷浆口21处焊接上铰链9和瓣膜8；

3)接下去便是预应力混凝土管桩1制作的正常工艺流程，预埋好端部的带螺母的连接端盘10、螺纹端盘22、预应力钢绞线和波纹管，支模板，浇筑混凝土，养护完成后张拉，完成后封锚，即制备得到预应力混凝土管桩1；

4)制备半球形桩头2，预留好刀片出缝19，并在半球形桩头2内部布置好扩径设备，最后在半球形桩头2上设置螺纹端盘22；

5)将液压千斤顶控制导线6连接至液压千斤顶15上，通过预应力混凝土管桩1桩底的带螺母的连接端盘10和半球形桩头2上缘的螺纹端盘22连接构成一个整体，可在此基础上进行预应力混凝土管桩1的连接，即制作得到一种结合后压浆及扩径技术的预应力混凝土管桩；

6)在此基础上套上桩帽后进行压桩，压桩完成后将压浆管11连接至压浆设备，将液压千斤顶控制导线6连接至地面控制器，随即启动压浆设备和控制器，进行压浆和扩径操作。