一种超大直径拼装式空心桩及其拼接方法与流程

本发明属于桩基施工技术的领域，具体涉及一种超大直径拼装式空心桩及其拼接方法。

背景技术：

目前，桩基础在我国公路桥梁中的应用以大直径桩为主，基础的发展趋势为：在桩径上由传统意义上的大于0.8m的大直径桩向2.5m以上的超大直径桩发展；在结构上由有承台向无承台发展；在截面上由实心桩向空心桩发展；在桩数上由多排单根或单排桩发展。超大直径空心桩由于结构特殊，其施工技术受其尺寸的影响非常大。目前超大直径空心桩的施工包括预制桩节拼装下放、成孔现浇两种技术，其缺陷有：

(1)预制桩节拼装技术有桩节尺寸太大而难以运输、难以拼装等问题；

(2)成孔现浇技术有难以支模、桩底难以浇筑、混凝土水化热过高等问题。

技术实现要素：

为了解决传统的超大直径空心桩存在的缺陷，本发明的目的是提供超大直径拼装式空心桩及其拼接方法，将超大直径空心桩沿轴向和环向分成多个桩片在工厂预制，在施工现场连接拼装成整个桩身。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种超大直径拼装式空心桩，包括多个桩片，所述的桩片为弧形，所述的多个桩片沿环向拼接形成封闭的环形拼接桩节，多个环形拼接桩节沿其轴向拼接形成拼装式空心桩；所述的相邻环形拼接桩节中的拼接缝隙相互错开；

所述的每个相邻桩片之间通过凸榫和凹槽配合连接；所述的桩片沿轴向通过预应力锚索串接，桩片沿环形通过预应力锚索串接，沿环形分布的相邻桩片之间还通过高强度弯螺栓连接。

进一步的，所述的环形拼接桩节包括多个普通桩片和一个封闭桩片；

所述的普通桩片和封闭桩片上均设有轴向定位凸榫、环向定位凸榫、轴向定位槽、环向定位槽、轴向贯通孔道和环向拼接孔道；所述的轴向定位凸榫和轴向定位槽分别设于桩片的两个对应端面上，所述的环向定位凸榫和环向定位槽分别设于桩片的两个对应侧面上；所述的环向拼接孔道从桩片的一侧面贯通至其相邻侧面；所述的轴向贯通孔道沿空心桩的轴向贯通；

所述的普通桩片上还设有环向贯通孔道，所述的环向贯通孔道沿空心桩的环向贯通；

所述的预应力锚索贯穿于轴向贯通孔道和环形贯通孔道中，所述的高强度弯螺栓通过环形拼接孔道将相邻桩片串接。

进一步的，每个所述桩片上的轴向贯通孔道有两个，相邻普通桩片间距离最近的两个轴向贯通孔道之间的距离与每个桩片上的两个轴向贯通孔道之间的距离相同。

进一步的，所述的最底层环形拼接桩节中的每个桩片的内侧面上设有凸缘，所述的凸缘贴合桩片内侧面环向分布；所述的凸缘有多个，多个凸缘沿空心桩轴向分布；所述的最底层环形拼接桩节中设有钢筋笼和混凝土，混凝土终凝后将钢筋笼和该层拼接单元中的桩片固结呈一体。

进一步的，所述的预应力锚索包括钢绞线、垫板、锚板、匝箍、导向头和保护罩，所述的多个钢绞线通过匝箍固定成一束，钢绞线的一端连接有导向头，所述的导向头可拆卸，钢绞线的另一端连接有垫板和锚板，所述的锚板上设有小孔。

进一步的，所述的轴向贯通孔道和预应力锚索之间的缝隙中、环向贯通孔道和预应力锚索之间的缝隙中均填充有水泥砂浆。

进一步的，所述的高强度弯螺栓包括弯曲的螺杆和设于螺杆两端的螺母；所述高强度弯螺栓与环向拼接孔道的缝隙间压注有水泥砂浆。

进一步的，所述的每个桩片内均设有钢筋网。

本发明的空心桩的拼接方法，其特征在于，包括：

步骤1：在既定桩位处成孔并清理平整后，将桩片逐次吊入孔底，预先在每个桩片上布置轴向的预应力锚索，利用凸榫和凹槽使环向相邻桩片相接，多个桩片拼接形成底层环形拼接桩节；每个相邻桩片之间通过高强度弯螺栓进一步固定；再沿环向穿入预应力锚索并张拉预应力；

步骤2：在底层环形拼接桩节中吊放钢筋笼，浇筑桩底混凝土，形成完整的超大直径空心桩桩底；

步骤3：依次吊装下一节桩身的桩片，利用凸榫和凹槽使上下节桩片相接，桩节轴向连接时需错开接桩，不能出现通缝；

步骤4：重复上述步骤，桩片全部拼接完成后，对轴向预应力锚索张拉预应力，由此完成超大直径空心桩的拼装。。

进一步的，在所述的桩片断面用丙酮洗净，涂刷环氧树脂胶砂。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明的超大直径空心桩有多个桩片拼接而成，桩片可在工厂预制，在施工现场通过预应力锚索连接拼装成整个桩身，相对于传统的预制桩节整体下放和成孔现浇，很大的方便了存放和运输的问题。而且，每个桩片可根据桩径大小需求预制为不同高度、宽度，灵活性高。

(2)每个桩片与其相邻桩片之间通过凸榫和定位槽连接，每一环形拼接桩节(即每一节桩身)沿环向设置预应力锚索，张拉环形预应力，提升环向桩片之间的拉紧力；沿环向的相邻桩片之间还通过高强度弯螺栓连接；沿空心桩桩身轴向设置预应力锚索，增加环形拼接桩节沿轴向的拉紧力。

(3)每个环形拼接桩节包括多个普通桩片和一个封闭桩片，其中封闭桩片上没有环向贯通孔道，全部设置为环向拼接孔道，将桩片拼接成环形后，预应力锚索从封闭桩片一侧的环向拼接孔道进入依次穿过多个普通桩片的环向贯通孔道后，从该封闭桩片另一侧的环向拼接孔道穿出，可以快速的实现零碎桩片的拼装；而且由于采用预应力锚索和高强度螺栓的多重固定，使得拼装后的超大直径空心桩的强度也得以保证。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图，(a)为空心桩桩身轴测图，(b)为桩身俯视图。

图2是本发明普通桩片的结构图，(a)为轴测图，(b)为桩片构造图，(c)为俯视图，(d)为图(c)的i-i剖面图。

图3是本发明封闭桩片的结构图，(a)为轴测图，(b)为桩片构造图，(c)为俯视图，(d)为图(c)的i-i剖面图。

图4是最底层桩片的结构示意图，(a)为普通桩片轴测图，(b)为封闭桩片轴测图。

图5是高强螺栓的结构示意图。

图6是预应力锚索的结构示意图。

图7是本发明的超大直径空心桩拼装过程示意图，(a)底节桩片就位，(b)底节桩片拼装，(c)底节封闭桩片拼装，(d)张拉环向预应力，(e)吊放桩底钢筋笼，(f)浇筑桩底混凝土，(g)安装下一节桩片，(h)张拉轴向预应力。

附图中各标号的含义：1-桩片，2-预应力锚索，3-高强度弯螺栓，4-钢筋笼，5-混凝土，6-钢筋网，

(1-1)-普通桩片，(1-2)-封闭桩片，(1-3)-轴向定位凸榫，(1-4)-环向定位凸榫，(1-5)-轴向定位槽，(1-6)-环向定位槽，(1-7)-轴向贯通孔道，(1-8)-环向拼接孔道，(1-9)-环向贯通孔道，(1-10)-凸缘；

(2-1)-钢绞线，(2-2)-垫板，(2-3)-锚板，(2-4)-匝箍、(2-5)-导向头，(2-6)-保护罩；

(3-1)-螺杆，(3-2)-螺母。

以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例中，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

如图1所示，本发明公开了一种超大直径拼装式空心桩，包括多个桩片1，该桩片为弧形，多个桩片1沿环向拼接形成封闭的环形拼接桩节，多个环形拼接桩节沿其轴向拼接形成拼装式空心桩；相邻环形拼接桩节中的拼接缝隙相互错开；避免连接后的桩节之间出现轴向通缝，提高连接强度。

每个相邻桩片之间通过凸榫和凹槽配合连接，保证桩片与桩片之间的无缝隙连接；桩片沿轴向通过预应力锚索2串接，桩片沿环形通过预应力锚索2串接，沿环形分布的相邻桩片1之间还通过高强度弯螺栓3连接。通过多重固定，使得拼装后的超大直径空心桩的强度得以保证。

具体的，环形拼接桩节包括多个普通桩片1-1和一个封闭桩片1-2；如图2所示，普通桩片上均设有轴向定位凸榫1-3、环向定位凸榫1-4、轴向定位槽1-5、环向定位槽1-6、轴向贯通孔道1-7、环向拼接孔道1-8和环向贯通孔道1-9。

轴向定位凸榫1-3和轴向定位槽1-5分别设于桩片的两个对应端面上，轴向定位槽1-5与轴向定位凸榫1-3对接，轴向拼接桩片时定位辅助，便于桩片固定与拼接；环向定位凸榫1-4和环向定位槽1-6分别设于桩片的两个对应侧面上；环向定位槽1-6与环向定位凸榫1-4对接，环向拼接桩片时定位辅助，便于桩片固定与拼接；

轴向贯通孔道1-7沿空心桩的轴向贯通，用于穿插轴向预应力钢束，拼接桩片轴向接高；环向拼接孔道1-8从桩片的一侧面贯通至其相邻侧面，用于穿插环向高强弯螺栓3，环向拼接桩片；环向贯通孔道1-9沿空心桩的环向贯通；在环向桩片拼接完成后穿插环向预应力锚索2，提高环向桩片的整体受力性能。

如图3所示，封闭桩片也设有轴向定位凸榫1-3、环向定位凸榫1-4、轴向定位槽1-5、环向定位槽1-6、轴向贯通孔道1-7和环向拼接孔道1-8，封闭桩片的各个结构的作用与普通桩片的作用相同。仅是在封闭桩片上没有环向贯通孔道1-9，在封闭桩片的两侧均设置环向拼接孔道1-8，作为环向预应力锚索的穿入孔和穿出孔，用于对环向预应力锚索张拉预应力并提供预应锚索束端的锚固。

进一步的，每个桩片上的轴向贯通孔道1-7有两个，相邻普通桩片间距离最近的两个轴向贯通孔道1-7之间的距离与每个桩片上的两个轴向贯通孔道之间的距离相同。这样可保证沿轴向的桩节之间形成的缝隙错开，以不至形成通缝。

进一步的，如图4所示，最底层环形拼接桩节中的每个桩片的内侧面上还设有凸缘1-10，凸缘1-10贴合桩片1内侧面环向分布；凸缘有多个，多个凸缘沿空心桩轴向分布；最底层环形拼接桩节中设有钢筋笼4，钢筋笼的直径小于凸缘的内径，在空心桩受力过程中承受拉力。最底层环形拼接桩节中填充有混凝土5，水泥砂浆在空心桩受力过程中承受压力。其中，凸缘1-10与混凝土5紧密咬合，增加了水泥砂浆与该层桩节内壁的接触面积。水泥砂浆5将钢筋笼4和该层拼接桩节中的桩片固结呈一体，形成完整受力的桩底混凝土底板。

具体的，如图5所示，本发明的高强度弯螺栓3包括弯曲的螺杆3-1和设于螺杆两端的螺母3-2，用于穿过桩片的环向拼接孔道1-8连接相邻桩片，并向螺栓和孔道的缝隙之间压注水泥砂浆；该做法有两个作用：一是加强弯螺栓与连接孔道之间的粘结，使螺栓在孔道内不移动；二是使螺杆与空气隔开，防止螺栓杆腐蚀。

具体的，如图6所示，本发明的预应力锚索包括钢绞线2-1、垫板2-2、锚板2-3、匝箍2-4、导向头2-5和保护罩2-6，多个钢绞线2-1通过匝箍2-4固定成一束，钢绞线2-1的一端连接有导向头2-5，导向头2-5可拆卸，钢绞线2-1的另一端连接有垫板2-2和锚板2-3，锚板2-3上设有小孔，用于向孔道内压注水泥砂浆封闭预应力锚索与孔道之间的孔隙；预应力锚索穿过环向贯通孔道和轴向贯通孔道并张拉预应力，使桩片整体性能更高；保护罩2-6内设有防腐油脂，防止锚头腐蚀。

进一步的，如图7所示，每个桩片1内均设有钢筋网6，作为桩片构造钢筋，提高桩片受力性能。

本发明还公开了上述超大直径空心桩的拼接方法，如图7所示为超大直径空心桩拼装过程示意图，具体包括以下步骤：

步骤1：在既定桩位处成孔并清理平整，每个桩片的断面用丙酮洗净，涂刷环氧树脂胶砂，将如图4所示的底层普通桩片1逐次吊入孔底进行拼接，最后用封闭桩片1-2进行封闭，形成底层环形拼接桩节；

预先在每个桩片上布置轴向的预应力锚索2，再从封闭桩片的环向拼接孔道1-8穿入预应力锚索，依次经过普通桩片的环向贯通孔道1-9之后从封闭桩片的环向拼接孔道1-8穿出，卸掉导向头2-5，进行锚固；通过锚板2-3中间的小孔向环向贯通孔道1-9和预应力锚索2之间的缝隙压注水泥砂浆，使完全填充环向贯通孔道1-9，安装保护罩2-6并向其中注入防腐油脂；

每个相邻桩片之间通过高强度弯螺栓3进一步固定；

步骤2：在底层环形拼接桩节中吊放钢筋笼5，浇筑桩底混凝土，形成完整的超大直径空心桩桩底；

步骤3：依次吊装下一节桩身的普通桩片1-1和封闭桩片1-2，使普通桩片1-1和封闭桩片1-2穿过已经固定好的轴向预应力锚索；利用桩片上的凸榫和定位槽使上下节桩片相接，桩节轴向连接时需错开接桩，不能出现通缝；然后同步骤1一样使用高强弯螺栓(3)和预应力锚索(2)连接环向相邻桩片；

步骤4：重复上述步骤，桩片全部拼接完成后，对轴向预应力锚索2张拉预应力，卸掉预应力锚索2的导向头，进行锚固，由此完成超大直径空心桩的拼装。