预制楔形管壁开口空心桩及其接桩方法与流程

本发明涉及基础工程中的桩技术领域，尤其涉及预制楔形管壁开口空心桩及其接桩方法，可用于交通及建筑业的桩基础，并提高其承载力及稳定性，特别涉及应用于交通中桩基础的技术与施工方法，其也可应用于其他建筑物的基础建造。

背景技术：

随着城市化和现代化进程的不断推进，交通运输工程在生活中扮演着越来越重要的角色。我国交通运输基础设施累计完成投资13.4万亿元，交通运输发展处于优化网络布局的关键期、提质增效升级的转型期，将进入现代化建设新阶段。

在四通八达的公路建设给人类生活带来一系列便利的同时，各种类型桩基础应运而生，不同地质地貌对桩的要求各不相同，其中对桩基工程各种承载力要求最高最复杂的便是漫滩地区。

漫滩地区的公路桩需要承担竖向承载力、竖向抗拔力、水平荷载等多种力作用，同时土质松软含水量高。现有的公路开口管桩缺乏承担横向作用力的特点。此外在搭接过程中，传统焊接方法耗时长，易造成打桩过程中停留时间较长土体回缩；法兰连接钢筋暴露在土、水、空气中易腐蚀，影响结构整体性完整性。

针对上述漫滩地区受力复杂、桩与桩搭接困难的问题，已研究出了很多新的桩型，主要有以下几个：比如专利号为cn102587364，名称为“桩与桩之间的连接方法及其纯机械连接结构”的中国专利，是利用纯机械连接结构使连接更方便并增强桩与桩之间连接的质量；又比如专利号为cn103103981，名称为“一种预应力楔形管桩接头的施工方法”的中国专利，在工厂生产带螺纹、销钉孔、注浆管和注浆孔的预应力楔形管桩，以提高整体基桩的抗弯、抗剪强度。

上述专利涉及的桩型存在以下缺陷，首先，上述专利都需在混凝土内预装内螺纹、销钉孔，预制工艺复杂；其次，上述专利的连接构件暴露在土体中，易被腐蚀锈化、容易产生挤土效应，使得桩的垂直度和稳定性受到影响。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述缺陷，提供了一种预制楔形管壁开口空心桩及其接桩方法。

本发明另外一个目的是提供一种搭接迅速方便的预制楔形管壁开口空心桩。本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明涉及的一种预制楔形管壁开口空心桩，包括多个首尾相连的径向横面为对称的楔形结构的预应力楔形管桩管节，预应力楔形管桩管节的外径从上到下逐渐减小，内径从上到下逐渐变大；所述的预应力楔形管桩管节的顶部位于管壁中心位置设有插槽，插槽的宽度为预应力楔形管桩管节底部厚度的1.05～1.1倍，预应力楔形管桩管节顶部位于插槽外侧设有贯通的焊口，插槽的内外壁上均设有防水密封圈，插槽的底面设有顶部连接钢环，预应力楔形管桩管节的底部设有底部连接钢环，底部连接钢环的位置和尺寸分别与顶部连接钢环的位置和尺寸对应，预应力楔形管桩管节内部还通长布设有竖向钢筋，竖向钢筋的上下端分别与顶部连接钢环和底部连接钢环连接。

优选地，所述的顶部连接钢环和底部连接钢环均水平设置，顶部连接钢环嵌固在插槽的底面的中心位置，底部连接钢环嵌固在预应力楔形管桩管节底面的中心位置，且顶部连接钢环和底部连接钢环部分嵌入预应力楔形管桩管节内，部分凸出。

优选地，所述的插槽为截面为矩形的圆环结构，插槽的高度为15～25cm。

优选地，所述的焊口的高度与插槽的高度一致。

优选地，所述的预应力楔形管桩管节上部铺设有清洁薄膜和环状保护垫。

一种上述预制楔形管壁开口空心桩的接桩方法，包括以下步骤：

s1：工厂制作预应力楔形管桩管节的模具，采用预应力法生产预应力楔形管桩管节，并预先设置好插槽、顶部连接钢环、防水密封圈、底部连接钢环和焊口；

s2：平整场地，测量放线，确定沉桩位置，将预应力楔形管桩管节运输到工程现场，完成第一根预应力楔形管桩管节沉桩施工；

s3：当第一根预应力楔形管桩管节最上端离地面标高1m时，吊装第二根预应力楔形管桩管节，将第二根预应力楔形管桩管节底部插入第一根预应力楔形管桩管节顶部的插槽内，使两根预应力楔形管桩管节底部连接钢环与顶部连接钢环紧密接触；

s4：焊接连接底部连接钢环和顶部连接钢环；

s5：用防水密封材料制作的填筑塞填充焊口，完成上下两根预应力楔形管桩管节的接桩；

s6：第二根预应力楔形管桩管节沉桩，重复步骤s3～s5完成后续几根预应力楔形管桩管节的接桩和沉桩施工。

优选地，所述s2和s6中沉桩采用静压或锤击打桩的方式。

优选地，所述s2和s6中沉桩之前，在预应力楔形管桩管节的上表面铺设清洁薄膜和环状保护垫，沉桩完成后去掉清洁薄膜和环状保护垫。

优选地，所述s4中焊接连接底部连接钢环和顶部连接钢环时，将底部连接钢环和顶部连接钢环分别与正、负电极连接并固定，防止短路，通过导线将正、负电极连接在电力装置上，对上方的预应力楔形管桩管节施加稳定的压力，在高温和压力共同作用下，将底部连接钢环和顶部连接钢环完成焊接。

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

1、桩身管壁设为楔形后，即可提高外壁摩阻力，又可充分利用与开发内壁摩阻力，进一步地提高了桩体的承载力；

2、本发明接桩后的密封性好，受力筋和连接钢环不会浸水锈蚀，提高了桩身的耐久性；

3、相比传统的螺栓接桩、点焊接桩、法兰接桩等方式，本发明通过对电阻焊的改进，提升了接桩的自动化程度，进而加快了接桩速度，降低了施工周期，节省了造价。

附图说明

图1为一种预制楔形管壁开口空心桩剖面图

图2为预制楔形管壁开口空心桩管节的结构示意总图

图3为预制楔形管壁开口空心桩管节连接示意图

图4为预制楔形管壁开口空心桩连接密封示意图

图5为图3中焊口的细部构造图

图6为预制楔形管壁开口空心桩接桩完成图

图7为预制楔形管壁开口空心桩接桩完整过程图

附图标注：1-预应力楔形管桩管节；2-顶部连接钢环；3-底部连接钢环；4-焊口；5-电力装置；6-导线；7-插槽；8-防水密封圈；9-填筑塞；10-竖向钢筋；11-清洁薄膜；12-环状保护垫。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合实施例对本发明作详细描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

结合附图1和2所示，本发明涉及的一种预制楔形管壁开口空心桩，包括径向横截面为对称的楔形结构的预应力楔形管桩管节1，预应力楔形管桩管节1的外径从上到下逐渐减小，内径从上到下逐渐变大，与传统的管桩相比，预应力楔形管桩管节1打入土内，其内外壁与土体的接触面积均变大，增大预应力楔形管桩管节1与土体的摩阻力，本发明涉及的预制楔形管壁开口空心桩是由多个预应力楔形管桩管节1上下首尾相连而形成的。

所述的预应力楔形管桩管节1的顶部位于管壁中心位置设有插槽7，插槽7为截面为矩形的圆环结构，插槽7的高度为20cm，插槽7的宽度为预应力楔形管桩管节1底部厚度的1.05倍，预应力楔形管桩管节1顶部位于插槽7外侧设有贯通的焊口4，焊口4的高度与插槽7的保持高度一致，插槽7的内外壁上均设有防水密封圈8，插槽7的底面中心位置设有水平设置的顶部连接钢环2，预应力楔形管桩管节1的底部设有水平设置的底部连接钢环3，底部连接钢环3的位置和尺寸分别与顶部连接钢环2的位置和尺寸对应，顶部连接钢环2嵌固在插槽7的底面的中心位置，底部连接钢环3嵌固在预应力楔形管桩管节1底面的中心位置，且顶部连接钢环2和底部连接钢环3部分嵌入预应力楔形管桩管节1内，部分凸出，以便于焊接。预应力楔形管桩管节1内部还通长布设有竖向钢筋10，竖向钢筋10的上下端分别与顶部连接钢环2和底部连接钢环3连接。

结合附图2所示，沉桩前，所述的预应力楔形管桩管节1上部铺设有清洁薄膜11和环状保护垫12，保护预应力楔形管桩管节1顶部不受损失并保持插槽7清洁；接桩时，去除清洁薄膜11和环状保护垫12。

本发明涉及的预应力楔形管桩管节1的接桩方法包括以下步骤：

步骤一：如图1、7所示，首先在工厂制作生产预应力楔形管桩管节1的模具，采用预应力法生产设计要求的预应力楔形管桩管节1，兼顾考虑施工和运输方便，各管节长度根据设计需要确定，一般在8-12m之间，预应力楔形管桩管节1呈对称的楔形结构，上部外壁直径约为1000mm，上部内壁直径约为700mm，下部外壁直径约为900mm，下部内壁直径约为800mm；预制预应力楔形管桩管节1的同时，在预应力楔形管桩管节1顶部中心处设置插槽7，插槽7的宽度是预应力楔形管桩管节1底部壁厚的1.05倍，插槽7的高度约为20cm，并在插槽7外壁设置贯通的焊口4，插槽7的高度与周边焊口4的高度保持一致；

步骤二：如图2、7所示，施工时，平整场地，测量放线，确定静压桩打桩机施工位置，并将预应力楔形管桩管节1运输到工程现场，采用静压或锤击施工第一根预应力管桩管1，打桩过程中在预应力楔形管桩管节1上部铺设清洁薄膜11和环状保护垫12，清洁薄膜11可防止内部上涌的土污染预应力楔形管桩管节1上部插槽7、顶部连接钢环2，影响其使用效果，环状保护垫12可保护预应力楔形管桩管节1顶部混凝土，防止其在打桩过程中破坏。

步骤三：如图2、3、7所示，下沉施工完成第一根预应力楔形管桩管节1后，吊装第二根预应力楔形管桩管节1，撤去第一根预应力楔形管桩管节1表面的清洁薄膜11和环状保护垫12并将第二根预应力楔形管桩管节1底部插入第一根预应力楔形管桩管节1顶部的插槽7内，使第一根预应力楔形管桩管节1的顶部连接钢环2与第二根管节的底部连接钢环3紧贴，并保证垂直度不大于0.5％；

步骤四：如图3、5、7所示，将顶部连接钢环2和底部连接钢环3分别与正、负电极连接并固定，防止短路，电极与电力装置5之间用导线6连接，打开电源开关，同时对第二根预应力楔形管桩管节1施加稳定的压力，在高温和压力的共同作用下，将第一根预应力楔形管桩管节1的顶部连接钢环2与第二根预应力楔形管桩管节1的底部连接钢环3紧密的焊接在一起，焊接完成后关闭电源，取下电极，该焊接方法是利用打桩时的竖向压力，结合电阻焊的工作原理，焊接时不需要填充金属，焊件变形小，焊接时不需要停桩，可实现边施工边接桩，提高了生产效率，实现了自动化；使用机械接桩的方式，搭接迅速，避免了因接桩时间较长，桩周摩阻力得到恢复而导致进一步锤击或静压发生困难的问题；

步骤五：如图4、7所示，将焊口4用防水密封材料制作的填筑塞9进行填充，将顶部连接钢环2和底部连接钢环3与土体隔离，避免两者与土体中的物质发生反应，影响搭接完整性，导致接口的损坏，即完成第一根预应力楔形管桩管节1与第二根预应力楔形管桩管节1的连接；

步骤六：如图7所示，同样采用静压或锤击施工沉入第二根预应力楔形管桩管节1，重复上述施工步骤，完成后续几根管节的连接和沉桩施工；

最终形成如图6所示的预制楔形管壁开口空心桩。

以上结合实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍属于本发明的专利涵盖范围之内。