一种钢混组合式空心螺钉桩及其制备方法

本发明涉及螺钉桩，尤其涉及一种钢混组合式空心螺钉桩及其制备方法。

背景技术：

1、随着城市化和基础设施建设的不断扩大，桩基技术快速发展，在高铁、高速公路、城市轨道交通、桥梁、机场、高层建筑等土木工程项目中得到了广泛应用。桩基础作为一种应用广泛的基础形式，能够有效地提高地基的承载能力，减小变形，确保建筑物的稳定性。现有的桩基建设中，常见的是直径较大的实心桩或深基坑，这种实心桩用料较多，修建中施工周期也较长，这增加了其工程成本。

2、因此，现有技术中出现了各种新型桩基，包含pcc桩、现浇x形混凝土桩、y形桩、螺纹桩、螺旋桩等。虽然这些桩型有着各自独特的工程优势，但往往需要复杂的工序和较高的制造和施工成本。考虑经济成本，大直径的空心螺钉桩和预应力螺钉桩两种桩型经济合理、性价比优越。其中大直径空心螺钉桩由于其较大的直径和复杂的结构，施工工艺复杂，后期维护难度较大；预应力螺钉桩的预制过程较为复杂，包括张拉预应力钢筋的工序，需要高水平的技术和严格的施工控制。此外，二者均需要内置钢筋笼来提高其旋压过程中的抗扭性能，这在一定程度上增加了制作成本。

3、因此，发明一种在节约成本的同时具备更高承载能力的新型螺钉桩。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的不足，本发明提供一种钢混组合式空心螺钉桩及其制备方法，以解决现有技术中螺钉桩制作成本高、承载能力低的问题。

2、第一方面，为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种钢混组合式空心螺钉桩，包括桩帽、桩身、螺牙和桩尖；桩帽为实心圆盘结构，桩帽下方连接桩身，桩身为直径上大下小的锥形柱体结构，锥形柱体结构内部中空；螺牙盘旋缠绕桩身设置；桩身下方设有桩尖，桩尖为圆锥体结构，圆锥体结构的锥尖朝下设置。

4、在本方案中，桩身内部中空设计，减少了桩身制备用料，降低了制备成本；且在桩身顶部和底部分别设置桩帽和桩尖，增加了螺钉桩的封闭性；螺牙缠绕设置在桩身周围，使螺钉桩在土体中更稳定，增加了其稳定性和承载能力。

5、进一步地，桩身包括钢构桩身和混凝土桩身，钢构桩身和混凝土桩身均为空心结构；混凝土桩身顶部连接桩帽，钢构桩身套设于混凝土桩身外侧，混凝土桩身内部形成桩身内腔。

6、在本方案中，钢构桩身和混凝土桩身组合形成钢混组合式空心螺钉桩，结合了混凝土和钢材的优势，极大地提升了螺钉桩的承载能力；使其能够应用于各种工程、各种地质环境中，扩大了螺钉桩的适用范围。

7、进一步地，螺牙包括钢构螺牙和混凝土螺牙，混凝土螺牙均匀地缠绕盘旋混凝土桩身设置，钢构螺牙包裹混凝土螺牙设置，钢构螺牙与钢构桩身连接。

8、在本方案中，钢构螺牙包裹混凝土螺牙形成的钢混组合式实心结构的螺牙，增加了钢构桩身和混凝土桩身的接触面积，且混凝土螺牙镶嵌在钢构螺牙内部，使钢构桩身和混凝土桩身之间连接的更牢固，提高了螺钉桩的整体稳定性。

9、进一步地，螺牙的横截面呈梯形结构，螺牙缠绕桩身分布的轨迹为阿基米德螺线。

10、在本方案中，螺牙按照阿基米德螺线轨迹缠绕在桩身周围，螺牙分布均匀，在工程应用中可均匀承受负载，避免应力集中损坏桩体。

11、进一步地，桩尖包括钢构桩尖和混凝土桩尖，混凝土桩尖顶部连接混凝土桩身，钢构桩尖套设于混凝土桩尖外侧，钢构桩尖顶部连接钢构桩身；混凝土桩身内部形成桩尖内腔。

12、在本方案中，底部设置桩尖，增加了螺钉桩整体的密闭性，同时有利于螺钉桩桩体深入土体。

13、第二方面，本发明基于第一方面提供的钢混组合式空心螺钉桩，提供一种制备钢混组合式空心螺钉桩的制备方法，包括以下步骤：

14、s1：制作钢构模具；

15、s2：使用钢构模具浇筑钢构外层；

16、s3：制作混凝土模具；

17、s4：使用混凝土模具在钢构外层内部浇筑混凝土内层，得到螺钉桩。

18、在本方案中，通过钢构模具浇筑螺钉桩的钢构外层，钢构外层一次成型，强度较高；浇筑好后直接在钢构外层内部直接浇筑混凝土内层，使混凝土内层和钢构外层浇筑为一个整体，制得的螺钉桩钢材部分和混凝土部分连接牢固，承载能力更强。

19、进一步地，s1包括：

20、s101：制作钢构外模和钢构内模；钢构外模和钢构内模均为中空的回转体结构；钢构外模底部设有钢构模具转轴；

21、s102：在钢构外模内表面涂抹隔离剂；并将钢构外模吊装固定于离心槽内部，使钢构模具转轴与离心槽下端对接；

22、s103：在钢构内模外表面涂抹隔离剂；并将钢构内模吊装固定于钢构外模内部，钢构外模和钢构内模之间形成钢构模具内腔。

23、在本方案中，制作钢构外模和钢构内模进行钢构外层浇筑，设计钢构模具转轴便于通过离心槽进行振动，保证制得的钢构外层密实度高；涂抹隔离剂，有利于后续脱模。

24、进一步地，s2包括：

25、s201：在钢构模具内腔注入钢水；钢构模具内腔的厚度即为钢构外层厚度；

26、s202：待钢水冷凝成型后依次拆除钢构内模、钢构外模，得到钢构外层；

27、s203：对钢构外层进行养护修整。

28、在本方案中，钢构外模和钢构内模之间形成钢构模具内腔，在成钢构模具内腔内部浇筑钢水制得一体式结构的钢构外层，制得的钢构外层强度大，承载力强。

29、进一步地，s3包括：

30、s301：制备桩帽模型和桩身内腔模型；桩帽模型为中空回转体结构，中空回转体结构内部尺寸与桩帽尺寸相同，桩帽模型底部开口，顶部设有半封闭的卷边；

31、s302：桩身内腔模型内部竖直设置混凝土模具转轴，并将混凝土模具转轴与桩帽模型顶部通过杆件连接；完成混凝土模具的制备。

32、在本方案中，设计桩帽模型和桩身内腔模型，一次性的浇筑完成桩帽和混凝土桩身，无需分次浇筑桩帽和混凝土桩身，能效提升施工效率并减少施工时间；且浇筑后的桩帽和混凝土桩身为一体式结构，强度较高，承载力较强。

33、进一步地，s4包括：

34、s401：将钢构外层吊装至钢构外模内部并固定；

35、s402：将混凝土模具吊装至钢构外层内部；使混凝土模具转轴与离心槽上端对接；

36、s403：通过螺栓将桩帽模型固定至钢构外模顶部；

37、s404：从卷边的半封闭开口处注入混凝土，并使混凝土流进混凝土模具和钢构外层之间的空隙；在灌注混凝土过程中间歇启动离心槽；

38、s405：混凝土灌注完成，再次启动离心槽，对混凝土进行振捣；

39、s406：待混凝土凝固成型后，依次拆除混凝土主体模具和钢构外模，得到完整的螺钉桩；

40、s407：对螺钉桩进行养护修整，并在钢构外层外边面涂覆防锈蚀保护层。

41、在本方案中，混凝土模具设置在钢构外层内部，在钢构外层和混凝土模具之间灌注混凝土，灌注后的混凝土内层直接连接在钢构外层上，且该种灌注方式能使混凝土内层和钢构外层之间的贴合的更加紧密，增加了二者之间的连接强度，提高了钢混组合式螺钉桩整体性。

42、本发明的有益效果是：

43、本发明提供的钢混组合式空心螺钉桩采用新型的钢混组合式空心结构，这种新型结构不仅能承受更大的荷载，使得桩基支撑更加可靠，同使还能减少用料，降低桩基施工成本；且在螺钉桩周围设置螺牙，螺牙可使螺钉桩的钢材部分和混凝土部分连接的更加紧密，且螺牙环绕设置还可提高螺钉桩桩体在承受旋压过程中抗扭性能，增加了螺钉桩桩体的承载能力。同时设计空心螺钉桩结构能减少混凝土的使用量，减少资源消耗和碳排放，在节约制造成本的同时能够保护环境，这符合绿色可持续发展的国家战略目标。

44、本发明提供的钢混组合式空心螺钉桩的制备方法使用模具浇筑一体式钢构外层，并在钢构外层内直接浇筑混凝土内层，该种制备方法制得螺钉桩的钢构外层和混凝土内层贴合度更高，使螺钉桩的整体性连接性更强；通过模具浇筑制备，制备和安装方法更加简易高效，能够有效提升效率并减少施工时间，有助于降低项目的总体成本，并提高工程的竞争力。