一种刚性桩复合地基装配式桩帽及其组装方法与流程

本发明属于土木工程技术领域，涉及一种刚性桩复合地基装配式桩帽及其组装方法。

背景技术：

路基中的软土地基处理常采用刚性桩复合地基方式进行加固，与传统的垫层换填、水泥注浆、堆载预压等地基加固处理方式相比具有效率高、效果好、综合性价比高等优点，在刚性桩桩顶位置设置一定尺寸桩帽可以将帽面范围内的路堤荷载从桩间土转移到桩体，从而提高刚性桩承载效率，更好的发挥复合地基荷载效应。

传统的桩帽与桩体连接处理方式是通过破碎桩头露出主受力筋，并与预先制作的方形钢筋笼搭接，在围护模具条件下现场灌注规格配比或商用混凝土成帽，待规定龄期后检查成帽质量。这样的成帽方式主要存在如下几点缺陷：（1）施工工序繁琐复杂，需要大量人工、机械设备配合，施工成本高且进度慢；（2）成桩质量易受现场作业环境和施工人员影响且质量难以得到保证，返修更换难度大；（3）与桩体为刚性连接，虽然一体性较好但在桩与帽连接部位容易发生拉裂破坏从而影响整个复合地基的承载性能。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供一种刚性桩复合地基装配式桩帽，采用常规工程构件和材料，结构简单，耐用性强，安装方便，缩减桩帽的组装工序，提高构件成型质量，成本低，便于推广使用，解决了现有技术中存在的问题。

本发明的另一目的是，提供一种刚性桩复合地基装配式桩帽的组装方法。

本发明所采用的技术方案是，一种刚性桩复合地基装配式桩帽，刚性桩体的顶端设有桩顶套筒，桩顶套筒连接桩帽板的一端为弧形，桩顶套筒的弧形端与桩帽板之间设有圆弧衬垫，桩帽板底部中心设有与圆弧衬垫形状匹配的凹槽，圆弧衬垫分别与桩顶套筒、凹槽紧密接触，圆弧衬垫分别与凹槽、桩顶套筒能够相对滑动。

进一步的，所述桩顶套筒为一端开口的中空套筒结构，桩顶套筒的开口端设有内嵌环片，内嵌环片为圆环体，内嵌环片内壁与刚性桩体外壁相搭接；桩顶套筒的内壁设有用于连接刚性桩体的加强螺纹，桩顶套筒的外壁设有波纹加强环，加强螺纹的高度小于波纹加强环的高度。

进一步的，所述桩顶套筒与圆弧衬垫之间设有半刚性的穹顶垫，穹顶垫与桩顶套筒弧形端的弧度相同，穹顶垫的上端与圆弧衬垫紧密接触并能相对滑动；穹顶垫为三层复合结构，内层与外层为金属层，两层金属层之间设有橡胶层。

进一步的，所述圆弧衬垫包括衬垫主体，衬垫主体靠近穹顶垫的弧面均匀涂抹有润滑油脂层，该润滑油脂层内均匀分布有第一滑动滚球；所述凹槽的弧面均匀涂抹有润滑油脂层，该润滑油脂层内均匀分布有第二滑动滚球。

进一步的，所述桩帽板为钢筋混凝土结构，桩帽板的桩帽配筋网由桩帽受力筋和辅助加强筋相互焊接构成，辅助加强筋与桩帽受力筋相互垂直。

进一步的，所述刚性桩体内设有轴向的主受力筋，主受力筋与螺旋箍筋焊接，螺旋箍筋沿刚性桩体的轴向螺旋环绕。

一种刚性桩复合地基装配式桩帽的组装方法，具体按照以下步骤进行：

s1：在标定点位设置刚性桩体，在刚性桩体的顶部安装桩顶套筒；

s2：以桩轴为中心围绕刚性桩体开挖地基土层形成预埋沟，于沟底均匀铺设一层细砂；

s3：将圆弧衬垫紧密贴合于桩顶套筒的弧形端，且圆弧衬垫与桩顶套筒同轴线，将桩帽板安装于圆弧衬垫上，使得圆弧衬垫与凹槽紧密接触，在圆弧衬垫与桩帽板的接触部位留有焊接口；

s4：桩帽板安放在细砂上，保证桩帽板水平放置，桩帽板的底部与地基土层完好接触，从焊接口焊接固定桩帽板，完成组装。

进一步的，所述刚性桩体为预制管桩压入式成桩，桩顶套筒与刚性桩体焊接一体或者桩顶套筒与刚性桩体可拆卸连接。

进一步的，所述桩顶套筒与刚性桩体可拆卸连接具体为：桩顶套筒开口端的内嵌环片与刚性桩体外壁相搭接，桩顶套筒通过加强螺纹与刚性桩体旋钮连接，然后在桩顶套筒的外壁安装波纹加强环。

进一步的，所述刚性桩体采用现场钻孔灌注桩，桩顶套筒安装在刚性桩体顶端，混凝土凝结时一体成型。

本发明的有益效果是，桩顶套筒连接桩帽板的一端为弧形，桩顶套筒的弧形端与桩帽板之间设有圆弧衬垫，桩帽板底部中心设有与圆弧衬垫形状匹配的凹槽，圆弧衬垫与凹槽能相对滑动，使得桩帽板与刚性桩体的协同工作机制更加协调，能更好的发挥桩帽板与刚性桩体的承载作用。桩帽板能够预制加工，省去了现场立模、绑扎钢筋笼和浇灌混凝土的复杂工序，无需等待混凝土规定龄期以形成强度，提高了工作效率，减少了对人工、机械的额外要求；桩帽板与桩顶套筒能够装配式组装，其形成过程不受施工场地、季节气候环境的影响，与其它方法相比对技术人员的技术要求较低，具有更强的适用性和推广价值。

本发明刚性桩复合地基装配式桩帽的组装方法无需破碎原桩体的顶端部位以裸露出受力钢筋与后浇筑桩帽体的连接，不会对原桩身造成二次损伤，提高整个复合地基的承载能力，如有部分构件被损坏，可以实现局部构建的更换，易操作，施工周期短，更换简单快捷，无特殊需求且安全可靠，具有较高的应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中复合地基装配式桩帽结构示意图。

图2为本发明中桩帽板内部结构示意图。

图3为本发明中刚性桩体的结构示意图。

图4为本发明中桩顶套筒的结构示意图。

图5为本发明中圆弧衬垫的结构示意图。

图6为本发明中的凹槽结构示意图。

图中，1.桩帽板，2.刚性桩体，3.桩顶套筒，4.地基土层，5.凹槽，6.桩帽受力筋，7.圆弧衬垫，8.辅助加强筋，9.混凝土层，10.波纹加强环，11.穹顶垫，12.内嵌环片，13.螺旋箍筋，14.主受力筋，15.衬垫主体，16.第一滑动滚球，17.第二滑动滚球。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明刚性桩复合地基装配式桩帽为组合式结构，如图1所示，刚性桩体2的下端埋设于地基土层4内，刚性桩体2的顶端设有桩顶套筒3，桩顶套筒3连接桩帽板1的一端为弧形，桩顶套筒3的弧形端与桩帽板1之间设有圆弧衬垫7，桩帽板1底部中心设有与圆弧衬垫7形状匹配的凹槽5，圆弧衬垫7分别与桩顶套筒3、凹槽5紧密接触，圆弧衬垫7分别与凹槽5、桩顶套筒3能够相对滑动。

在回填路堤填料时，将桩帽板1的帽面范围内地基土层4承担的上部覆路堤荷载集中转移至刚性桩体2承受，发挥刚性桩体2、地基土层4联合作用的复合地基承载作用；桩帽板1能够采用预制件，有利于缩减传统现浇桩帽施工工序和工期，提高刚性桩体2与桩帽板1间协同承载作用效果，减少对桩顶部位的特殊处理与强度要求，结构简单，成本低，且易于更换维修。

如图2所示，桩帽板1为钢筋混凝土结构，将桩帽配筋网放于标准模具中浇灌混凝土层9成型，受荷时发挥钢筋混凝土的抗弯、抗拉与抗压作用承受上部路堤填筑荷载。桩帽配筋网由桩帽受力筋6和辅助加强筋8相互焊接构成，辅助加强筋8与桩帽受力筋6相互垂直。

如图3所示，刚性桩2内按设计荷载配置轴向的主受力筋14，主受力筋14与螺旋箍筋13焊接，螺旋箍筋13沿刚性桩体2的轴向螺旋环绕，通过桩侧摩阻力与桩端反力将上覆荷载向桩间的地基土层4和下卧持力层扩散传递。螺旋箍筋13起到固定主受力筋14的作用，促进桩体的成型与整体性，并提升刚性桩体2的强度。

刚性桩体2采用现场钻孔灌注桩或预制管桩压入式成桩，刚性桩体2采用现场钻孔灌注桩时，现场钻孔灌注刚性桩体2完成前，将桩顶套筒3安装在刚性桩体2的顶部，混凝土凝结时一体成型，保持桩顶套筒3弧形顶面与圆弧衬垫7内弧面紧密接触。

刚性桩体2采用预制管桩，桩顶套筒3为厂内预制构件，桩顶套筒3与刚性桩体2一体成型或者桩顶套筒3与刚性桩体2可拆卸连接，可拆卸连接能够降低运输成本，便于更换维修，延长使用寿命。桩顶套筒3与刚性桩体2可拆卸连接具体为：如图4所示，桩顶套筒3为一端开口的中空套筒结构，采用钢材质，桩顶套筒3的开口端设有内嵌环片12，在刚性桩体2预制时与内嵌环片12一体浇筑成型，内嵌环片12为高度8-12cm的圆环体，内嵌环片12内壁与刚性桩体2外壁相搭接；便于刚性桩体2与桩顶套筒3旋钮连接，提高安装效率。桩顶套筒3的内壁设有加强螺纹，用于与刚性桩体2旋钮连接，桩顶套筒3的外壁设有波纹加强环10，加强螺纹的高度小于波纹加强环10的高度；防止桩顶套筒3发生开裂，起到保护并辅助固定的作用。桩顶套筒3开口端的内嵌环片12与刚性桩体2外壁相搭接，桩顶套筒3通过加强螺纹与刚性桩体2旋钮连接，然后在桩顶套筒3的外壁安装波纹加强环10。

桩顶套筒3与圆弧衬垫7之间设有半刚性的穹顶垫11，穹顶垫11与桩顶套筒3弧形端的弧度相同，穹顶垫11的上端与圆弧衬垫7紧密接触并能相对滑动；穹顶垫11为三层复合结构，外层为金属层，两层金属层之间设有橡胶层，穹顶垫11的厚度为3-4cm。穹顶垫11采用模具预压成型，将上部荷载向刚性桩体2传递，起到缓冲连接并保护桩顶套筒3的作用。改变传统桩帽与桩顶位置的刚性连接方式，在上覆路堤荷载作用下不易造成桩帽板1与刚性桩体2结构的损坏，更安全、更可靠。

如图5-6所示，圆弧衬垫7为高强合金钢预压加工构件，在圆弧衬垫7的弧背面与桩帽板1的钢筋笼接触部位留有焊接口；圆弧衬垫7包括衬垫主体15，衬垫主体15采用高强合金钢材质，衬垫主体15靠近桩顶套筒3的弧面均匀涂抹有润滑油脂层，该润滑油脂层内均匀分布有第一滑动滚球16，使得圆弧衬垫7与桩顶套筒3能够无阻尼滚动；或者衬垫主体15靠近穹顶垫11的弧面均匀涂抹有润滑油脂层，该润滑油脂层内均匀分布有第一滑动滚球16，使得圆弧衬垫7与穹顶垫11能够无阻尼滚动；凹槽5的弧面均匀涂抹有润滑油脂层，润滑油脂层内均匀分布有第二滑动滚球17，使得圆弧衬垫7与凹槽5能够无阻尼滚动，圆弧衬垫7与凹槽5、桩顶套筒3之间无阻尼滚动的幅度通过圆弧弧度控制，以实现桩帽板1承载非均匀时调整姿态达到与刚性桩体2的协同，促进整个桩承体系的功能发挥。圆弧衬垫7在本发明中是发挥连接上部桩帽版1与下部刚性桩体2的关键组件，起到协调上下荷载的传递功能，对本发明装配式桩帽的功能实现具有重要作用，具有足够的刚度与耐久性。圆弧衬垫7与桩顶套筒3的顶部通过弧度嵌合，在定制生产时已做好精准标定，实施过程中仅需常规手段安装即可。

本发明刚性桩复合地基装配式桩帽的组装方法，具体按照以下步骤进行：

s1：在标定点位设置刚性桩体2，在刚性桩体2的顶部安装桩顶套筒3；

s2：以桩轴为中心围绕刚性桩体2开挖地基土层4形成预埋沟，于沟底均匀铺设一层厚度为3-8cm的细砂；

s3：将圆弧衬垫7紧密贴合于桩顶套筒3的弧形端，且圆弧衬垫7与桩顶套筒3同轴线，将桩帽板1安装于圆弧衬垫7上，使得圆弧衬垫7与凹槽5紧密接触，在圆弧衬垫7与桩帽板1的接触部位留有焊接口；桩帽板1为厂内模具定型加工，内放桩帽配筋网，底部中心设有凹槽5，按规定配比浇筑混凝土，置保温箱中规定时间蒸汽养护至设计强度出厂；将预制的经过质量检验合格的桩帽板1运输至现场施工场地，由汽吊机将桩帽板1吊至安装桩位点，安装工人对准桩位下放桩帽板1，待其中心位置的凹槽5与圆弧衬垫7紧密贴合后松开吊索；

s4：桩帽板1安放在细砂上，保证桩帽板1水平放置，采用水准仪检查桩帽板1的水平度，桩帽板1的底部与地基土层4完好接触，从焊接口焊接固定桩帽板1，完成组装。对传统式桩帽的实施额外增加了搭接的工艺与工序处理，更有利于发挥本发明刚性桩复合地基装配式桩帽的技术效果，提升经济性与安全性。

重复上述s1～s3步骤，直至完成所有标定桩位，回填路堤填料并摊平，对路堤填料进行分层碾压，形成路堤。

本发明刚性桩复合地基装配式桩帽的组装方法，能够适用于采用土工加筋方法加固处理软土地基，采用上述s1-s4步骤，完成桩帽组装后，进行加筋层的施工，可参考传统工法，此不赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明保护范围。