一种竖向预应力钢管桩结构及其施工方法与流程

本发明涉及岩土工程，尤其是涉及一种竖向预应力钢管桩及其施工方法。

背景技术：

1、目前，随着小工程项目的逐步增多，永久性结构加固、新建防护堤等工程项目对抗滑桩、抗拔桩的需求也是越来越多。传统抗滑桩和抗拔桩均采用钢筋混凝土灌注桩。传统工艺施工机具庞大，施工占地范围大，不适用于小尺径的钢管桩施工，而且承载力也得不到有效保证。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种竖向预应力钢管桩及其施工方法，以解决现有技术中存在的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供的一种竖向预应力钢管桩，包括钻杆、钢管桩、竖向预应力锚杆；

3、所述钻杆，垂直地面向下钻出锚杆孔；

4、所述钢管桩，沿轴向方向插入锚杆孔内；用于为土体提供承载作用；

5、所述竖向预应力锚杆的下端由轴向方向置入通过泥浆加固形成锚固端，所述竖向预应力锚杆的上端延伸至地面上侧形成自由端，通过制作现浇梁对竖向预应力锚杆张拉最后封锚处理；

6、还包括设置于钢管桩上的钢管，所述钢管下端设置为嵌入式结构，用于增加钢管桩的侧向摩阻力；

7、还包括贯穿设置于竖向预应力锚杆上的扩称体，所述扩称体施加侧向挤压力将嵌入式结构嵌入土体内。

8、进一步地，所述钢管桩为φ270mm的无缝钢管。

9、进一步地，所述钢管桩沿周向方向设置有若干个花孔，用于形成钢管桩内外的注浆通道。

10、进一步地，还包括设置于钢管桩内的居中环，用于竖向预应力锚杆的对中处理。

11、进一步地，所述钢管沿轴向方向插入钢管桩底部，所述钢管的下端设置有若干个缺口，形成若干个嵌入片。

12、进一步地，所述扩称体深入钢管内将嵌入片沿径向向外嵌入土体内。

13、进一步地，所述扩称体的外径大于钢管的内径尺寸。

14、进一步地，随着扩称体沿轴向移动对钢管内壁施加正压力，所述钢管外壁贴紧锚杆孔壁，所述嵌入片受挤压力弯曲变形向外插入土体内。

15、其中，随着扩称体的不断深入，在钢管外壁形成较大的正压力，从而使得土体、钢管与扩称体之间形成摩擦自锁，进而达到固定作用，这样设置增加了钢管桩的侧向摩阻力。

16、进一步地，所述竖向预应力锚杆沿轴向方向贯穿设置于扩称体上，所述钻杆可拆卸地设置于扩称体上，所述钻杆驱动扩称体深入钢管内实现土体加固。

17、进一步地，处于所述扩称体下端的竖向预应力锚杆采用加固件锁定。

18、进一步地，所述扩称体与钢管还可以采用先组装后安装的方式；所述钢管套装在扩称体外侧。

19、进一步地，所述扩称体的两端包括固定端和扩大端；所述扩大端设置在固定端的下方，所述扩大端的尺寸大于固定端的尺寸。

20、进一步地，所述扩大端优选为楔形块或梯形块。

21、进一步地，所述钢管置于钢管桩底部，所述钻杆驱动扩称体上移，所述扩大端将嵌入片挤压变形向外涨开插入土体内，从而增加竖向预应力锚杆的抗拔力。

22、进一步地，还包括设置于扩称体上的螺纹管，所述扩称体顶部设置有安装孔，所述螺纹管固定设置于该安装孔内，所述钻杆通过螺纹连接设置在扩称体上。

23、进一步地，还包括设置于钢管桩上的支撑块，所述竖向预应力锚杆设置在支撑块内。

24、进一步地，还包括销杆件，所述销杆件平行设置于支撑块上，用于钢管桩与孔隙间的嵌固。

25、进一步地，还包括驱动杆，所述驱动杆沿轴向方向可滑动设置于支撑块的外壁上，用于带动销杆件向外移动。

26、进一步地，还包括压缩弹簧，所述销杆件可沿横向移动设置于支撑块上；所述压缩弹簧设置在驱动杆与销杆件之间，所述压缩弹簧趋向于迫使销杆件穿过花孔延伸至土体内。

27、其中，在支撑块采用若干组向外设置的销杆件，沿花孔进入孔壁与钢管桩之间，增加了钢管桩与孔隙的嵌固，保证桩身稳定。

28、进一步地，所述驱动杆通过推杆连接在销杆件上。

29、进一步地，还包括触发件，用于驱动杆与销杆件的触发连接。

30、进一步地，所述触发件包括锁片和拨片；

31、所述锁片设置在推杆靠近驱动杆的一端；

32、所述拨片设置在驱动杆上；

33、所述拨片与锁片连接。

34、其中，所述触发件优选为磁性件，所述拨片通过磁性与锁片锁定，通过推杆传力激发压缩弹簧，沿着花孔弹出销杆件进入孔壁和钢管桩之间，保持桩身稳定。

35、进一步地，所述支撑块的中心设置有居中孔，所述竖向预应力锚杆贯穿该居中孔延伸至孔底。

36、其中，中心设置的居中孔保证竖向预应力锚杆完全保持居中状态，可沿支撑块的居中孔下放竖向预应力锚杆完成注浆和张拉。

37、进一步地，还包括限位件，用于孔隙内销杆件的限位。

38、进一步地，还包括预制桩身构件，沿轴向方向设置于钢管桩内，所述桩身构件两端的竖向预应力锚杆向两端延伸，所述桩身构件的上下两端以及桩端底部设置锚具，所述锚具内部通过楔形夹片加固竖向预应力锚杆，所述桩身构件上下两端设置有若干个第一齿牙，桩端底部设置有若干个第二齿牙，所述第二齿牙与第一齿牙啮合，实现桩身构件与桩端底部的锁定。

39、本发明还公开了一种钢管桩的施工方法，包括如下步骤：

40、s10、采用旋挖钻进的方式，沿基坑或地面轴向方向向下钻进至设计的钢管桩下放长度后，形成锚杆孔；钻杆自锚杆孔底部继续钻进，使用扩孔钻头在桩底钻出比锚杆孔孔径更大的桩端扩大体，直至到达桩端扩大体的设定底部位置。

41、s20、将带有花孔的钢管桩自锚杆孔顶端置入，钢管桩顶部设置钢管卡座，防止钢管桩下坠，并下放设计要求的预应力钢绞线，钢绞线设置居中环，保证钢管桩居中。

42、s30、将注浆机的注浆管自钢管桩顶部置入，直至锚杆孔底部(即桩端扩大部的上方)；通过注浆管向钢管桩中注入调配好的水泥浆，水泥浆与沉渣形成水泥搅拌土，为保证注浆量分两次向孔内注浆，确保桩端扩大体注浆饱和将竖向预应力锚杆底端加固更加牢固，随着孔内不断注浆，水泥浆由花孔流向锚杆孔与钢管桩外壁之间进行加固。

43、s40、如图4所示，移除钢管卡座，制作混凝土现浇梁，并做好养护工作，为后续张拉做准备。

44、s50、待水泥浆达到设定强度后，按照规范要求，对钢管桩内的预应力钢绞线进行张拉，达到设计值后进行锁定。

45、s60、钢管桩钢绞线张拉锁定后，进行封锚处理，上部可进行施工作业。

46、进一步地，s20包括：

47、s20-1、将钻杆组装到扩称体上，钢绞线通过钻杆由居中孔贯穿设置；

48、s20-2、将嵌入片朝下放置，自锚杆孔顶部置入，直到到达孔底，钻杆驱动带有钢绞线的扩称体下放至钢管内，随着扩称体沿轴向移动对钢管内壁施加正压力，钢管外壁贴紧锚杆孔壁，嵌入片受挤压力弯曲变形呈伞状向外插入土体内；

49、或，s20-2还包括：将钢管套装于扩称体的固定端外侧，将组装好的扩称体与钢管向孔内置入，直到到达孔底，钻杆驱动扩称体上移，扩大端挤压钢管内壁，嵌入片受挤压力弯曲变形呈伞状向外插入土体内；

50、s20-3、反向驱动钻杆，通过反向的螺纹旋转由扩称体21上拆除。

51、进一步地，s20还包括：

52、s20还包括：

53、s20-1、拎住驱动杆将支撑块下放至孔内，直至支撑块与凸台贴合，将驱动杆向靠近销杆件的方向转动，拨片与锁片接触，通过推杆激发压缩弹簧将销杆件移动至孔壁与钢管桩之间；

54、s20-2、将钢绞线下端沿着支撑块的居中孔传输至桩底。

55、进一步地，上述的施工方法，还包括：成孔后下放钢管桩，待预制的桩身构件达到放张强度后，钢管桩内下放桩身构件，桩身构件与孔底通过第一齿牙和第二齿牙啮合锁定，回转桩身构件进行构件底部预应力放张，完成后通过齿牙工具进行构件顶部放张，桩身构件完全放张后撑挤钢管桩，钢管桩挤压周围土体，增大桩身侧向摩阻力；

56、利用注浆管对钢管桩与土体件的缝隙进行补浆。

57、本发明具有如下有益效果：

58、本发明提供的一种竖向预应力钢管桩及其施工方法，采用钢管桩结合预应力竖向预应力锚杆，既钢管桩承受剪切力，也通过钢管桩下部扩大体注浆，增加锚索锚固力，从而提高桩身得抗拔、抗滑能力，是近年来在微小型工程项目的有效处理方法，并且施工机械小，占地范围小，从工程造价上也能得到很大的节约。