本发明涉及钢管混凝土桩浇筑，尤其涉及一种大直径自膨胀钢管混凝土桩及其制备桩模和制备方法。
背景技术：
1、传统桩基主要以实心混凝土桩为主，实心混凝土桩具有施工工艺成熟、承载力高等特点。然而，实心桩的重量较大，施工时沉桩阻力高，成本较高，尤其在软弱地基或高地下水位地区容易出现施工困难和沉桩质量问题。因此，为了克服这些问题，工程技术逐步发展出了各种新型桩基，包括空心结构的现浇大直径混凝土管桩。
2、现浇大直径混凝土管桩的优势在于，其管桩中心的土体和管桩本体共同组成桩基结构，管桩中心的土体也可以有效地参与承载，从而减轻了桩壁所需承载的荷载分量；该类桩基的结构设计不仅提高了桩基整体的承载效率，还实现了桩身材料的经济利用。但是，既有的现浇大直径混凝土管桩的桩体较薄，其承载能力相对于实心桩较差；且薄壁特性使桩体在承受水平向的弯曲、剪切荷载时可能发生弯折破坏等问题。因此，如何提升其桩身强度和刚度是该技术目前要解决的关键问题。
3、因此，本发明提供一种现浇大直径自膨胀钢管混凝土桩具有重大意义。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的不足，本发明提供一种大直径自膨胀钢管混凝土桩及其制备桩模和制备方法，解决了现有的现浇大直径混凝土管桩承载能力较差，在承受水平向的荷载时容易弯折的问题。
2、第一方面，为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
3、一种大直径自膨胀钢管混凝土桩，包括膨胀混凝土管，膨胀混凝土管的内侧设置有内管；膨胀混凝土管的顶部设置有混凝土桩帽。
4、在本方案中，在膨胀混凝土管内侧设置有内管，不同于既有现浇大直径混凝土管桩，采用钢制内管结合外部膨胀混凝土管的方式，对外部和内部的土体施加压应力，增强桩体的承载能力；同时内管对膨胀混凝土管进行支撑，提高了桩体的抗弯折、抗剪切能力。
5、第二方面，本发明基于第一方面提供的一种大直径自膨胀钢管混凝土桩，提供一种大直径自膨胀钢管混凝土桩的制备桩模，其具体包括：外管和内管，内管设置在外管内部；外管和内管之间为灌浆浇筑区；外管底部活动连接有活瓣桩靴。
6、在本方案中，将桩模沉入土体后在灌浆浇筑区内浇筑混凝土，浇筑后拔出外管，拔出过程中活瓣桩靴在混凝土的重力作用下自行打开；拔出外管后在外管留下的缝隙内继续浇筑混凝土，由于混凝土的膨胀性，会对外部土体施加较大的压应力，进而增大桩体与土体之间的摩擦力；也会促使外部土体密实度升高，进而增大桩体与土体之间的稳定性。
7、进一步地，外管和内管均为钢结构。
8、第三方面，本发明基于第二方面提供的一种大直径自膨胀钢管混凝土桩的制备桩模，提供一种大直径自膨胀钢管混凝土桩的制备方法，包括以下步骤：
9、s1：将外管和内管沉入土体；
10、s2：配制膨胀混凝土；
11、s3：将膨胀混凝土浇筑到内管和外管之间的灌浆浇筑区，并振捣密实；
12、s4：拔出外管，拔出过程中活瓣桩靴打开；
13、s5：在外管留出的空隙中继续浇筑膨胀混凝土，直至膨胀混凝土浇筑到预设高度，得到膨胀混凝土管；
14、s6：在膨胀混凝土管顶部浇筑混凝土桩帽，并施加静力荷载；
15、s7：等待膨胀混凝土管水化；在膨胀混凝土管在水化过程中，监测桩体顶部的竖向位移，并根据位移情况增减静力荷载，直至桩体顶部的竖向位移趋于稳定。
16、在本方案中，在灌浆浇筑区浇筑膨胀混凝土后，拔出外管，由于膨胀混凝土的膨胀性，会增大桩体与土体之间的摩擦力，提高桩基的稳定性。保留内管，内管对内部土体产生约束应力的同时对膨胀混凝土进行限制，避免了由于膨胀混凝土的膨胀性，导致内部土体出现明显的缩颈挤土效应，进而避免桩体上浮的问题。
17、进一步地，s1中沉入外管和内管时，若土体为黏性土，则采用静压施工；若土体为砂性土，则采用夯击或振冲施工。
18、在本方案中，根据土体的地质选取桩模沉入方式，保证内管与其内部土体紧密贴合。
19、进一步地，s2中配制膨胀混凝土时，将水泥、石子、砂、水、高性能膨胀剂和减水剂按照1∶2∶1∶0.25∶0.2∶0.01混合均匀，得到膨胀混凝土。
20、在本方案中，在膨胀混凝土中加入高性能膨胀剂，保证浇筑的膨胀混凝土与外部土体紧密接触，提高桩体的稳定性。
21、进一步地，s3中浇筑膨胀混凝土前，向灌浆浇筑区中放入钢筋笼。
22、在本方案中，对于有抗弯抗折需求的桩体，浇筑时放入钢筋笼，可增强桩体的抗弯折性能。
23、本发明的有益效果是：
24、本发明提供的大直径自膨胀钢管混凝土桩不同于传统的钢管混凝土结构采用的内部膨胀混凝土结合外部钢管的形式，而是采用钢制内管结合外部膨胀混凝土管的方式，可以同时对外部和内部的土体施加压应力；保证桩体的稳定性和承载能力，能显著提升管桩的抗弯和抗折性能。相对于现有的混凝土桩，所需的桩身尺寸和材料消耗要明显低于既有的现浇大直径混凝土管桩，且大幅低于实心单桩。
25、大直径自膨胀钢管混凝土桩的制备方法中，浇筑膨胀混凝土后拔出外管，由于膨胀混凝土的膨胀性，会对外部土体施加较大的压应力，进而增大桩体-土体摩擦力；也会促使外部土体密实度升高，进而增大桩体-土体的摩擦系数；保留内管，内管对于内部土体产生约束应力的同时，由于内管的限制也避免了膨胀混凝土膨胀后内部土体出现明显的缩颈挤土效应，进而避免桩体上浮，导致桩体不稳定。
1.一种大直径自膨胀钢管混凝土桩，其特征在于：包括膨胀混凝土管(3)，所述膨胀混凝土管(3)的内侧设置有内管(2)；所述膨胀混凝土管(3)的顶部设置有混凝土桩帽(4)。
2.一种根据权利要求1所述的大直径自膨胀钢管混凝土桩的制备桩模，其特征在于：包括外管(1)和内管(2)，所述内管(2)设置在所述外管(1)内部；所述外管(1)和所述内管(2)之间为灌浆浇筑区(7)；所述外管(1)底部活动连接有活瓣桩靴(5)。
3.根据权利要求2所述的大直径自膨胀钢管混凝土桩的制备桩模，其特征在于：所述外管(1)和所述内管(2)均为钢结构。
4.一种根据权利要求3所述的大直径自膨胀钢管混凝土桩的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的大直径自膨胀钢管混凝土桩的制备方法，其特征在于：所述s1中沉入外管(1)和内管(2)时，若土体为黏性土，则采用静压施工；若土体为砂性土，则采用夯击或振冲施工。
6.根据权利要求4所述的大直径自膨胀钢管混凝土桩的制备方法，其特征在于：所述s2中配制膨胀混凝土(6)时，将水泥、石子、砂、水、高性能膨胀剂和减水剂按照1∶2∶1∶0.25∶0.2∶0.01混合均匀，得到膨胀混凝土(6)。
7.根据权利要求4所述的大直径自膨胀钢管混凝土桩的制备方法，其特征在于：所述s3中浇筑膨胀混凝土(6)前，向灌浆浇筑区(7)中放入钢筋笼。