一种预应力混凝土管桩结构及施工方法与流程

1.本发明涉及建筑施工技术领域，尤其涉及一种预应力混凝土管桩结构及施工方法。


背景技术：

2.预应力混凝土管桩由于其抗裂性强、刚度大等优点被广泛应用于现代建筑结构中，能够承受较大的载荷而不出现裂缝或者使裂缝推迟出现，增加建筑结构的耐久性。而且，由于其管腔内无需浇筑混凝土结构，能够节省施工用料，降低自重，便于运输。施工时，需将预应力混凝土管桩打入地下的持力层(直接承受基础荷载的土层)，保证地基结构的强度和稳定性。
3.然而，现有技术中，采用打桩设备对预应力混凝土管桩捶打或者静压过程中，由于阻力较大，管桩难以达到设计要求的持力层，在打桩过程中，管桩的桩头被打裂或者打爆的现象时常发生，导致管桩不能达到有效埋设深度、以及单个管桩的竖向抗压承载能力、抗水平载荷能力和单桩抗拔承载力均难以达到设计要求。尤其对于由多根桩段拼接形成的管桩来说，由于上述情况的存在，导致其沉桩后的稳定性和承载能力较差。


技术实现要素：

4.本发明的一个目的在于提供一种预应力混凝土管桩结构，能够顺利将其捶打至符合施工要求的持力层，且沉桩后的稳定性和承载能力得到有效提高。
5.本发明的另一个目的在于提供一种预应力混凝土管桩施工方法，能够提高多个管桩段拼接成的预应力混凝土管桩结构沉桩后的稳定性和承载能力。
6.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
7.一方面，提供一种预应力混凝土管桩结构，包括自下而上依次连接的桩端组件、第一管桩段、第二管桩段以及第三管桩段，所述第一管桩段和所述第二管桩段之间、以及所述第二管桩段和所述第三管桩段之间均设置有桩侧注浆连通环；
8.所述桩端组件包括相连的桩端注浆管和桩尖端，所述桩尖端设置于所述桩端注浆管远离所述第一管桩段的一端，所述桩端注浆管的管壁设置有多个沿径向贯通的桩端溢浆孔；
9.所述第一管桩段的管壁内预埋有沿其长度方向设置的第一注浆管，所述第二管桩段的管壁内预埋有沿其长度方向设置的第二注浆管，所述第三管桩段的管壁内预埋有沿其长度方向设置的第三注浆管，所述第一注浆管的下端伸出所述第一管桩段，并连接有注浆喷嘴，所述注浆喷嘴伸入所述桩端注浆管的管腔内，所述第一注浆管的上端通过对应的所述桩侧注浆连通环与所述第二注浆管连通，所述第二注浆管通过对应的所述桩侧注浆连通环与所述第三注浆管连通，所述桩侧注浆连通环上沿周向间隔设置有多个桩侧溢浆孔；
10.注浆设备的注浆端与所述第三注浆管连通，以使所述注浆设备输出的浆料能够通过所述桩端溢浆孔和所述桩侧溢浆孔流出。
11.作为本发明提供的预应力混凝土管桩结构的优选方案，所述第三管桩段上依次连接有第四管桩段和第五管桩段，所述第三管桩段远离所述第二管桩段的一端与所述第四管桩段之间、以及所述第四管桩段远离所述第三管桩段的一端与所述第五管桩段之间均通过所述桩侧注浆连通环连接。
12.作为本发明提供的预应力混凝土管桩结构的优选方案，所述第一管桩段的两端、所述第二管桩段的两端以及所述第三管桩段的两端均设置有预埋端板，所述桩侧注浆连通环的两端、以及所述桩端注浆管远离所述桩尖端的一端均与对应的所述预埋端板连接。
13.作为本发明提供的预应力混凝土管桩结构的优选方案，所述桩端注浆管的高度大于所述桩侧注浆连通环的高度，所述桩端注浆管上的桩端溢浆孔的数量大于所述桩侧注浆连通环上的桩侧溢浆孔的数量。
14.作为本发明提供的预应力混凝土管桩结构的优选方案，所述桩侧溢浆孔的孔口处罩设有保护膜，所述保护膜用于防止沉桩过程中泥土堵塞所述桩侧溢浆孔。
15.作为本发明提供的预应力混凝土管桩结构的优选方案，所述第一注浆管、所述第二注浆管以及所述第三注浆管均间隔均布有多个，多个所述第一注浆管、多个所述第二注浆管以及多个所述第三注浆管一一对应设置，多个所述桩端溢浆孔和多个所述桩侧溢浆孔均呈圆周均匀分布。
16.作为本发明提供的预应力混凝土管桩结构的优选方案，每个所述桩端溢浆孔的孔口处均罩设有保护盒，所述保护盒的上端设置有开口，下端密封连接于所述桩端注浆管的外壁，以防止沉桩过程中泥土堵塞所述桩端溢浆孔。
17.作为本发明提供的预应力混凝土管桩结构的优选方案，所述桩端注浆管的外壁沿周向间隔设置有多个加强板，所述加强板沿所述桩端注浆管的轴向延伸。
18.作为本发明提供的预应力混凝土管桩结构的优选方案，所述加强板远离所述第一管桩段的一端设置有导向尖端。
19.另一方面，提供一种预应力混凝土管桩结构施工方法，采用上述的预应力混凝土管桩结构进行施工，包括以下步骤：
20.s1、预制第一管桩段、第二管桩段、第三管桩段以及桩端组件，并运至施工现场；
21.s2、依次连接桩端组件、第一管桩段、第二管桩段以及第三管桩段，第一管桩段和第二管桩段之间、以及第二管桩段和第三管桩段之间均通过桩侧注浆连通环连接；
22.s3、起吊预应力混凝土管桩结构并使桩尖端朝下，进行沉桩；
23.s4、沉桩到位后，通过第三注浆管的管口注水并进行压水实验；
24.s5、将注浆设备的注浆端与第三注浆管连通进行注浆，以使浆料进入桩端注浆管并通过桩端溢浆孔流出、以及进入桩侧注浆连通环并通过桩侧溢浆孔流出；
25.s6、流出的浆料凝固后与土体粘接。
26.本发明的有益效果：
27.本发明提供的预应力混凝土管桩结构，其在沉桩时桩尖端朝下，以使整个管桩结构能够顺利插入土层，捶打沉桩时更为方便省力，能够保证将该管桩结构捶打至符合施工要求的持力层。该管桩结构顶面开口(即第三注浆管的上管口)与注浆设备的注浆端连通，注浆设备输出的浆料的一部分能够依次经由第三注浆管、第二注浆管、第一注浆管进入桩端注浆管中，待桩端注浆管中的浆料逐渐累积至桩端溢浆孔位置时，浆料通过桩端溢浆孔
泄漏出，并逐渐填充于桩端注浆管的外壁与桩端土体形成的环形间隙内，以使浆料对该管桩结构的桩端及其周向的土层起到渗透、填充、压密和固结的作用，从而提高承载力，减小沉降量。由于第三注浆管通过相应的桩侧注浆连通环与第二注浆管连通、第二注浆管通过相应的桩侧注浆连通环与第一注浆管连通，因此注浆设备输出的浆料的另一部分能够通过两个桩侧注浆连通环上的桩侧溢浆孔流出，进而填充于第一管桩段、第二管桩段以及第三管桩段各自的外壁与桩侧土体形成的环形间隙内，以使这部分浆料对该管桩结构的桩侧及其周向的土层起到渗透、填充、压密和固结的作用，从而提高整个管桩结构的竖向抗压承载能力、抗水平载荷能力和抗拔承载力。
28.本发明提供的预应力混凝土管桩施工方法，连接几个管桩段时，将第一注浆管和第二注浆管之间、以及第二注浆管和第三注浆管之间均通过相应的桩侧注浆连通环连通，第一注浆管与桩端组件的桩端注浆管连通，可使注浆设备从第三注浆管的上管口注入的浆料进入桩端注浆管并通过桩端溢浆孔流出、以及进入桩侧注浆连通环并通过桩侧溢浆孔流出，以巩固预应力混凝土管桩的桩端与周向土层之间的连接稳固性，防止下沉、以及巩固桩侧与周向土层之间的连接稳固性，从而达到提高多个管桩段拼接成的预应力混凝土管桩结构沉桩后稳定性和承载能力的目的。
附图说明
29.图1是本发明具体实施方式提供的预应力混凝土管桩结构的正视图；
30.图2是图1中a处的局部放大图；
31.图3是本发明具体实施方式提供的桩侧注浆连通环的俯视图；
32.图4是本发明具体实施方式提供的预应力混凝土管桩结构的仰视图；
33.图5是本发明具体实施方式提供的预应力混凝土管桩施工方法的流程图。
34.图中：
[0035]1‑
桩端组件；2
‑
第一管桩段；3
‑
第二管桩段；4
‑
第三管桩段；5
‑
桩侧注浆连通环；6
‑
预埋端板；
[0036]
11
‑
桩端注浆管； 12
‑
桩尖端； 13
‑
加强板；
[0037]
111
‑
桩端溢浆孔； 131
‑
导向尖端；
[0038]
21
‑
第一注浆管；211
‑
注浆喷嘴；
[0039]
31
‑
第二注浆管；
[0040]
41
‑
第三注浆管；
[0041]
51
‑
桩侧溢浆孔；52
‑
过浆孔。
具体实施方式
[0042]
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
[0043]
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连
通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0044]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0045]
在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
[0046]
如图1和图3所示，本实施例提供一种预应力混凝土管桩结构，包括自下而上依次连接的桩端组件1、第一管桩段2、第二管桩段3以及第三管桩段4，所述第一管桩段2和所述第二管桩段3之间、以及所述第二管桩段3和所述第三管桩段4之间均设置有桩侧注浆连通环5。
[0047]
参见图1，桩端组件1包括相连的桩端注浆管11和桩尖端12，桩尖端12设置于桩端注浆管11远离第一管桩段2的一端。桩端注浆管11的管壁设置有多个沿径向贯通的桩端溢浆孔111。第一管桩段2的管壁内预埋有沿其长度方向设置的第一注浆管21，第二管桩段3的管壁内预埋有沿其长度方向设置的第二注浆管31，第三管桩段4的管壁内预埋有沿其长度方向设置的第三注浆管41。参见图2，第一注浆管21的下端伸出第一管桩段2，并连接有注浆喷嘴211，注浆喷嘴211远离第一注浆管21的一端伸入桩端注浆管11的管腔内。即，第一注浆管21通过注浆喷嘴211与桩端注浆管11的内腔连通，当桩端注浆管11的内腔不断注入浆料时，浆料能够通过上述的桩端溢浆孔111不断溢出。
[0048]
第一注浆管21的上端通过对应的桩侧注浆连通环5与第二注浆管31连通，第二注浆管31通过对应的桩侧注浆连通环5与第三注浆管41连通，桩侧注浆连通环5上沿周向间隔设置有多个桩侧溢浆孔51。参见图1，上方的桩侧注浆连通环5的两端分别连接于第三管桩段4和第二管桩段3。参见图3，该桩侧注浆连通环5的上下表面均设置有过浆孔52，其上表面的过浆孔52、下表面的过浆孔52与第三注浆管41的管口、以及第二注浆管31的管口正对设置。第三注浆管41内的浆料进入上方的桩侧注浆连通环5的内腔中后，一部分能够流入第二注浆管31内，另一部分能够从对应的桩侧溢浆孔51中流出。下方的桩侧注浆连通环5的两端分别连接于第二管桩段3远离第三注浆管41的一端和第一管桩段2。同样地，该桩侧注浆连通环5的上下表面也均设置有过浆孔52，其上表面的过浆孔52、下表面的过浆孔52与第二注浆管31的管口、以及第一注浆管21的管口正对设置。第二注浆管31内的浆料进入下方的桩侧注浆连通环5的内腔中后，一部分能够流入第一注浆管21内，另一部分能够从对应的桩侧溢浆孔51中流出。
[0049]
本实施例提供的预应力混凝土管桩结构，其在沉桩时桩尖端12朝下，以使整个管桩结构能够顺利插入土层，捶打沉桩时更为方便省力，能够保证将该管桩结构捶打至符合施工要求的持力层。该管桩结构顶面开口(即第三注浆管41的上管口)与注浆设备的注浆端
连通，注浆设备输出的浆料的一部分能够依次经由第三注浆管41、第二注浆管31、第一注浆管21进入桩端注浆管11中。待桩端注浆管11中的浆料逐渐累积至桩端溢浆孔111位置时，浆料通过桩端溢浆孔111泄漏出，并逐渐填充于桩端注浆管11的外壁与桩端土体形成的环形间隙内，以使浆料对该管桩结构的桩端及其周向的土层起到渗透、填充、压密和固结的作用，从而提高承载力，减小沉降量。由于第三注浆管41通过相应的桩侧注浆连通环5与第二注浆管31连通、第二注浆管31通过相应的桩侧注浆连通环5与第一注浆管21连通，因此注浆设备输出的浆料的另一部分能够通过两个桩侧注浆连通环5上的桩侧溢浆孔51流出，进而填充于第一管桩段2、第二管桩段3以及第三管桩段4各自的外壁与桩侧土体形成的环形间隙内，以使这部分浆料对该管桩结构的桩侧及其周向的土层起到渗透、填充、压密和固结的作用，从而提高整个管桩结构的竖向抗压承载能力、抗水平载荷能力和抗拔承载力。
[0050]
需要说明的是，本实施例中注浆设备输出的浆料为水泥浆，水泥浆的流动性好，能够顺利流入桩端与桩端土体之间的环形间隙、以及桩侧与桩侧土体之间的环形间隙。且水泥浆凝固后具有一定的强度，能够固结该管桩结构的桩端与桩侧分别与其周向的土层。
[0051]
本实施例中，可选地，第三管桩段4上依次连接有第四管桩段和第五管桩段，第三管桩段4远离第二管桩段3的一端与第四管桩段之间、以及第四管桩段远离第三管桩段4的一端与第五管桩段之间均通过桩侧注浆连通环5连接。也就是说，形成整个预应力混凝土管桩结构的管桩段不仅限于三个，还可以是四个、五个等，或者也可以只有一个或两个管桩段，这里不做特殊限定。
[0052]
可选地，第一管桩段2的两端、第二管桩段3的两端以及第三管桩段4的两端均设置有预埋端板6。桩侧注浆连通环5的两端、以及桩端注浆管11远离桩尖端12的一端均与对应的预埋端板6连接。预埋端板6上设置有通孔，该通孔与第一注浆管21的管口、第二注浆管31的管口以及第三注浆管41的管口正对，以保证第三注浆管41与桩端注浆管11之间的连通。
[0053]
可选地，桩侧注浆连通环5的上端面和下端面与对应的预埋端板6焊接连接，牢固可靠，不易变形。
[0054]
可选地，由于管桩结构的桩端位置的水泥浆的需求量较大，包括注入桩端注浆管11内的水泥浆、以及填充于桩端注浆管11与桩端土体之间的水泥浆。因此，桩端注浆管11的高度大于桩侧注浆连通环5的高度，以保证桩端注浆管11内能够容纳水泥浆的空间较大。进一步地，桩端注浆管11上的桩端溢浆孔111的数量大于桩侧注浆连通环5上的桩侧溢浆孔51的数量，能够保证桩端注浆管11与桩端土体之间能够快速注满水泥浆，提高注浆效率。
[0055]
示例性地，每个桩侧注浆连通环5上的桩侧溢浆孔51沿轴向间隔设置有两行，每一行中的多个桩侧溢浆孔51沿周向均匀分布。每个桩端注浆管11上的桩端溢浆孔111沿轴向间隔设置有四行，每一行中的多个桩端溢浆孔111沿周向均匀分布。
[0056]
参见图4，在本实施例中，第一注浆管21、第二注浆管31以及第三注浆管41均设置有四个，且沿对应的管桩段的周向均匀分布。四个第一注浆管21、四个第二注浆管31以及四个第三注浆管41一一对应设置，相应地，参见图3，桩侧注浆连通环5的上端面和下端面上也各自开设有四个过浆孔52。进一步地，多个桩端溢浆孔111沿桩端注浆管11的周向呈圆周均匀分布，多个桩侧溢浆孔51沿桩侧注浆连通环5的周向呈圆周均匀分布，以保证桩端注浆管11与桩端土体之间的环形间隙内、以及几个管桩段与桩侧土体之间的环形间隙内的水泥浆能够均匀填充。
[0057]
当然，在本发明的其他实施例中，第一注浆管21、第二注浆管31以及第三注浆管41的数量以及分布方式可根据具体施工要求而定，可以均设置一个、两个、三个或者其他数量，这里对几个注浆管的数量和分布方式不做特殊限定。
[0058]
可选地，桩侧溢浆孔51的孔口处罩设有保护膜。沉桩时，若桩侧溢浆孔51的孔口位置未做保护措施，则下入地层与土体摩擦过程中，泥土极易通过桩侧溢浆孔51的孔口进入桩侧注浆连通环5内，进而将桩侧溢浆孔51的孔口堵塞，从而导致注入的水泥浆无法顺利通过桩侧溢浆孔51的孔口流出以填充桩侧与其周向土层之间的环形间隙。本实施例中，在沉桩前便将桩侧溢浆孔51的孔口包覆上保护膜，可以有效防止沉桩过程中泥土堵塞桩侧溢浆孔51，保证桩侧注浆作业的顺利进行。
[0059]
优选地，本实施例中，保护膜为橡胶皮。橡胶皮兼具一定的强度和弹性变形能力，能够较为方便地封堵于桩侧溢浆孔51的孔口，且不易破坏。
[0060]
可选地，每个桩端溢浆孔111的孔口处均罩设有保护盒。保护盒的上端设置有开口，下端密封连接于桩端注浆管11的外壁，即，保护盒仅上端开口，周向的盒体围设于桩端溢浆孔111的孔口处，以起到保护作用，防止沉桩过程中泥土堵塞桩端溢浆孔111。
[0061]
参见图1和图4，桩端注浆管11的外壁沿周向间隔设置有多个加强板13，加强板13沿桩端注浆管11的轴向延伸。通过设置多个加强板13能够增加桩端注浆管11的强度和刚度，避免沉桩过程中由于受土体的阻力和土体的摩擦力而产生较大变形。
[0062]
可选地，参见图1，加强板13远离第一管桩段2的一端设置有导向尖端131。通过在加强板13的底部设置导向尖端131，能够减小桩端组件1插入土层时的阻力，沉桩时更省力。具体地，将加强板13远离第一管桩段2的一端切割形成一个尖角，该尖角即为上述的导向尖端131。
[0063]
本实施例中，加强板13设置有四个，四个加强板13沿桩端注浆管11的周向均匀分布，能够使桩端组件1的强度和刚度分布均匀，避免出现薄弱环节。
[0064]
如图5所示，本实施例还提供一种预应力混凝土管桩结构施工方法，采用如上所述的预应力混凝土管桩结构进行施工，包括以下步骤：
[0065]
s1、预制第一管桩段2、第二管桩段3、第三管桩段4以及桩端组件1，并运至施工现场；
[0066]
s2、依次连接桩端组件1、第一管桩段2、第二管桩段3以及第三管桩段4，第一管桩段2和第二管桩段3之间、以及第二管桩段3和第三管桩段4之间均通过桩侧注浆连通环5连接；
[0067]
参见图1，连接时保证第一注浆管21、下方桩侧注浆连通环5上的过浆孔52、第二注浆管31、上方桩侧注浆连通环5上的过浆孔52、以及第三注浆管41一一正对设置；
[0068]
s3、起吊预应力混凝土管桩结构并使桩尖端12朝下，进行沉桩；
[0069]
沉桩前应该将施工场地填平，并做好排水工作，打桩前，可在每根管桩结构的一侧用红铅油绘制长度标记，以便打桩时显示该管桩结构的入土深度；
[0070]
在桩锤压位桩顶后，必须检查桩锤的中心线与该管桩结构的中心线是否处于同一竖直轴线、以及该管桩结构的垂直度和倾斜度是否符合要求；
[0071]
打桩过程中，要时刻监视桩锤以及该管桩结构的桩身、桩帽是否位于同一轴线，同时，要严格控制该管桩结构的垂直度，不得采用顶、拉桩身等方法来纠偏；
[0072]
s4、沉桩到位后，通过第三注浆管41的管口注水并进行压水实验；
[0073]
具体地，将高压水通过第三注浆管41上端的管口注入，以检查内部几个注浆管的畅通情况，以及清除整个管桩结构周围凝土中的沉渣和泥浆等，进一步地，桩端溢浆孔111处包覆的橡胶皮能够在高压水的冲击作用下被冲破，以便进行后续的桩端注浆和桩侧注浆等工作；
[0074]
s5、将注浆设备的注浆端与第三注浆管41连通进行注浆，以使浆料进入桩端注浆管11并通过桩端溢浆孔111流出、以及进入桩侧注浆连通环5并通过桩侧溢浆孔51流出；
[0075]
也就是说，本实施例中，注浆设备通过第三注浆管41的上管口注入的水泥浆一部分能够填充于桩端注浆管11与桩端土体形成的环形间隙，另一部分能够填充于几个管桩段的桩侧与桩侧土体之间形成的环形间隙；
[0076]
s6、流出的水泥浆凝固后与土体粘接。
[0077]
本发明提供的预应力混凝土管桩施工方法，连接几个管桩段时，将第一注浆管21和第二注浆管31之间、以及第二注浆管31和第三注浆管41之间均通过相应的桩侧注浆连通环5连通，第一注浆管21与桩端组件1的桩端注浆管11连通，可使注浆设备从第三注浆管41的上管口注入的浆料进入桩端注浆管11并通过桩端溢浆孔111流出、以及进入桩侧注浆连通环5并通过桩侧溢浆孔51流出，以巩固预应力混凝土管桩的桩端与周向土层之间的连接稳固性，防止下沉、以及巩固桩侧与周向土层之间的连接稳固性，从而达到提高多个管桩段拼接成的预应力混凝土管桩结构沉桩后稳定性和承载能力的目的。
[0078]
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。