專利名稱：塑料套管與鋼管組合現(xiàn)澆混凝土空心管樁的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于地基工程領(lǐng)域，特別涉及一種塑料套管與鋼管組合現(xiàn)澆混凝土管樁，既可同時(shí)解決混凝土、鋼管腐蝕性問題，還可大幅提升樁體的承載能力，適用于水文地質(zhì)條件差、對(duì)地基承載能力要求高的軟土地區(qū)地基處理工程。
背景技術(shù)：
復(fù)合地基加固方法起源于20世紀(jì)60年代，由于能顯著改善地基的承載力，減小地基沉降，并有效抑制地基土體側(cè)向變形這一特點(diǎn)而成為一種比較理想的軟土地基處理方式。然而，由于復(fù)合地基多埋藏于地下，其樁體材料均會(huì)面臨地下水及地基土對(duì)混凝土的腐蝕問題，在沿海地區(qū)、鹽堿地區(qū)該現(xiàn)象更為明顯；同時(shí)，在干濕交替環(huán)境下，混凝土表面易遭到鹽類結(jié)晶腐蝕，尤其是硫酸鹽腐蝕，嚴(yán)重影響混凝土的耐久性。國(guó)內(nèi)外已有眾多案例表明，在外界環(huán)境的影響下很多混凝土結(jié)構(gòu)都先后出現(xiàn)病害和劣化，并出現(xiàn)了各種不同程度的隱患、缺陷或損傷，導(dǎo)致其安全性、適用性、耐久性逐步降低。管樁是應(yīng)用較為普遍的一種復(fù)合地基處理方法，包括預(yù)應(yīng)力管樁和非預(yù)應(yīng)力管樁，其中應(yīng)用最為廣泛的是預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，它具有單樁承載力高、設(shè)計(jì)范圍廣、成樁質(zhì)量可靠、節(jié)省建筑材料等優(yōu)點(diǎn)。但由于管樁的樁身截面積較小，抵抗側(cè)向變形和外界環(huán)境侵蝕的能力較差。鋼管樁系指由無縫鋼管或經(jīng)電弧電焊(含螺旋接縫管)所制成之鋼管，具有承載能力高、整體性好、施工方便等優(yōu)點(diǎn)，但其造價(jià)較高，腐蝕性問題亦是影響樁身壽命的主要問題。鋼管混凝土樁是在混凝土樁的外側(cè)設(shè)鋼管，通過外部鋼管約束內(nèi)部混凝土，使得混凝土處于三向應(yīng)力狀態(tài)，以改善樁體的強(qiáng)度大大提高，塑性和韌性，主要用于在軟土覆蓋層很厚的地區(qū)建造超高層建筑，以及建造跨水橋梁、碼頭等對(duì)樁身強(qiáng)度要求高的土木工程中。但由于鋼管混凝土樁的鋼管直接暴露于外界環(huán)境中，其腐蝕性問題一直是工程建設(shè)過程中需解決的一個(gè)難點(diǎn)問題。
另外，為改善混凝土的耐久性，工程界常采用抗腐蝕性好的水泥如礦渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥等，這些品種的水泥雖具有提高混凝土的耐久性的優(yōu)點(diǎn)，但其價(jià)格較普通硅酸鹽水泥要高得多；混凝土外加劑是為改善和調(diào)節(jié)混凝土的性能而摻加的一種物質(zhì)，適量添加外加劑對(duì)改善混凝土的性能具有一定的作用，但其價(jià)格較高，難以大面積使用。目前已有在樁體外側(cè)設(shè)塑料套管的新型樁體結(jié)構(gòu)，如塑料套管混凝土樁，由預(yù)制隔水樁尖、螺紋塑料套管、混凝土、樁帽(蓋板)等組成，在適宜的工程背景和地質(zhì)條件下也取得了相對(duì)較好的工程效果，但樁體為實(shí)心樁，而且樁身直徑較小，承載能力較低，抵抗橫向變形的能力較差。綜上所述，地基水對(duì)樁體材料的耐久性影響很大，防腐蝕混凝土的造價(jià)較高，塑料套管混凝土樁承載能力較低，抵抗橫向變形能力較差。鑒于此，為了使軟土地基處理的方式更加多元化，滿足復(fù)雜水文地質(zhì)環(huán)境下軟土地基處理方式選擇的要求，更好的解決混凝土的耐久性問題，進(jìn)一步改善樁體的力學(xué)性能，目前亟需發(fā)明一種防腐、耐久、承載能力高的現(xiàn)澆混凝土空心管樁，以滿足地基加固工程，尤其是沿海地區(qū)、鹽堿地區(qū)等特殊地區(qū)、特殊環(huán)境下提高混凝土耐久性、改善地基加固效果的要求。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于通過組合使用內(nèi)側(cè)鋼管與外側(cè)塑料套管，提供一種塑料套管與鋼管組合現(xiàn)澆混凝土空心管樁，在解決混凝土、鋼管的腐蝕性問題同時(shí)，提高了樁體的水平承載能力，改善了樁體的受力性能。為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本實(shí)用新型采用了以下技術(shù)方案:一種塑料套管與鋼管組合現(xiàn)澆混凝土空心管樁，其特征在于，所述空心管樁主要由外側(cè)塑料套管、內(nèi)側(cè)鋼管、預(yù)制隔水樁尖、混凝土填筑樁體、現(xiàn)澆樁頂封閉端組成；預(yù)制隔水樁尖設(shè)于空心管樁的底部，其頂面沿環(huán)向設(shè)置有外側(cè)沉管連接槽、塑料套管連接槽和內(nèi)側(cè)鋼管連接槽，分別用于限制外側(cè)沉管、塑料套管和內(nèi)側(cè)鋼管的位置。在現(xiàn)澆混凝土空心管樁的外側(cè)設(shè)塑料套管保護(hù)層，可沿縱向?qū)扼w與外界環(huán)境隔離，解決了現(xiàn)有鋼管混凝土樁易受腐蝕的問題，提高了鋼管和混凝土的耐久性；而內(nèi)側(cè)設(shè)鋼管，有助于提高樁體的強(qiáng)度和抵抗橫向變形的能力，改善樁體的受力性能。預(yù)制隔水樁尖設(shè)置的三道凹槽可分別將外側(cè)沉管、塑料套管和內(nèi)側(cè)鋼管的位置牢牢固定，再加上現(xiàn)澆樁頂封閉端的全封閉作用，可從兩端將樁體與外界環(huán)境隔離，進(jìn)一步防止混凝土、鋼管受到腐蝕。所述預(yù)制隔水樁尖設(shè)有內(nèi)側(cè)鋼管連接管，內(nèi)側(cè)鋼管連接管通過焊接與內(nèi)側(cè)鋼管固定連接。通過內(nèi)側(cè)鋼管連接管可將預(yù)制隔水樁尖與內(nèi)側(cè)鋼管連接更加固定，不易松動(dòng)。為了防止水從預(yù)制隔水樁尖與樁體的連接處滲入，在塑料套管連接槽和內(nèi)側(cè)鋼管連接槽內(nèi)安裝有止水帶?，F(xiàn)澆樁頂封閉端采用防腐蝕混凝土澆筑，在與下部混凝土填筑樁體的連接處沿環(huán)形均勻布設(shè)豎向鋼筋和橫向鋼筋，該豎向鋼筋與橫向鋼筋之間可采用焊接連接或綁扎連接，以加強(qiáng)現(xiàn)澆樁頂封閉端與樁體之間的固定連接作用，進(jìn)一步增強(qiáng)樁體的承載能力。內(nèi)側(cè)鋼管外壁焊接有加勁肋板，加勁肋板橫向呈環(huán)形等間隔均勻布設(shè)。外側(cè)塑料套管優(yōu)選用耐腐蝕性好的PVC、PE、HDPE或PP材質(zhì)制成，塑料套管可沿縱向?qū)扼w混凝土、內(nèi)側(cè)鋼管與外界環(huán)境隔離。內(nèi)側(cè)鋼管和外側(cè)沉管均可采用大直徑直縫鋼管，內(nèi)側(cè)鋼管的頂部焊接有便于起吊的支撐環(huán)，外側(cè)沉管由直徑略大于塑料套管的兩個(gè)半圓分離式鋼管組成。本實(shí)用新型的塑料套管與鋼管組合現(xiàn)澆混凝土空心管樁的施工方法，主要施工步驟包括:步驟一、根據(jù)設(shè)計(jì)要求清理現(xiàn)場(chǎng)，并在指定位置布設(shè)打樁機(jī)；步驟二、根據(jù)塑料套管與內(nèi)側(cè)鋼管間的距離要求用防腐蝕混凝土預(yù)制預(yù)制隔水樁尖，先將內(nèi)側(cè)鋼管插入內(nèi)側(cè)鋼管連接槽，再將外側(cè)塑料套管插入塑料套管連接槽內(nèi)；步驟三、將與預(yù)制隔水樁尖連接好的塑料套管及內(nèi)側(cè)鋼管吊起后，用外側(cè)沉管將其抱牢，并沿縱向采取輔助閉合措施；外側(cè)沉管的底部與預(yù)制隔水樁尖的外側(cè)沉管連接槽連接；步驟四、采用打樁機(jī)將外側(cè)沉管、預(yù)制隔水樁尖及內(nèi)側(cè)鋼管同時(shí)打入地基中，樁尖應(yīng)進(jìn)入硬土層內(nèi)；步驟五、振動(dòng)上拔外側(cè)沉管，將塑料套管和內(nèi)側(cè)鋼管留在地基內(nèi)部；步驟六、在導(dǎo)管配合下，向由外側(cè)塑料套管和內(nèi)側(cè)鋼管圍合而成的環(huán)形空間內(nèi)灌注混凝土,并采用小型振搗棒振搗；步驟七、根據(jù)現(xiàn)澆樁頂封閉端的尺寸要求在混凝土填筑樁體的頂部支設(shè)模板，并安置樁頂封閉端豎向插筋和樁頂封閉端橫向鋼筋，隨后用防腐蝕混凝土澆筑現(xiàn)澆樁頂封閉端。本實(shí)用新型具有以下特點(diǎn)和有益效果:(I)樁體外側(cè)設(shè)塑料套管、樁體底部的預(yù)制隔水樁尖，以及現(xiàn)澆樁頂封閉端可從3個(gè)方向?qū)扼w與外界環(huán)境隔離，提高了樁體的耐久性，在一定程度上解決了鋼管、混凝土的腐蝕性問題。(2)樁體外側(cè)的塑料套管和內(nèi)側(cè)鋼管可兼做樁體混凝土澆筑的模板，可提高混凝土的澆筑質(zhì)量，節(jié)省工程造價(jià)。(3)在樁體內(nèi)側(cè)設(shè)鋼管，并輔以橫向加筋肋板，有助于大幅提升樁體的強(qiáng)度和抵抗橫向變形的能力。(4)采用圓管形樁身，可充分利用環(huán)形結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能。本實(shí)用新型通過外側(cè)塑料套管、預(yù)制隔水樁尖和內(nèi)置式頂部封閉端三個(gè)方向?qū)扼w與外界環(huán)境隔離，克服了混凝土、鋼管的腐蝕問題，同時(shí)通過在樁體內(nèi)側(cè)設(shè)置鋼管，提高了樁體的強(qiáng)度和水平承載能力，改善了樁體的受力性能，具有經(jīng)濟(jì)實(shí)用的優(yōu)點(diǎn)。

圖1是塑料套管與鋼管組合現(xiàn)澆混凝土空心管樁結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖2是圖1沿A-A線的樁體未剖到加筋肋板的剖視圖；圖3是圖1沿B-B線的樁體頂部?jī)?nèi)置式封閉端的剖視圖；圖4是圖1沿C-C線的樁體剖到加筋肋板的剖視圖；圖5是圖1沿D-D線的樁尖頂部剖視圖；圖6是塑料套管與鋼管組合現(xiàn)澆混凝土空心管樁施工工藝圖。圖中:1一塑料套管；2—混凝土填筑樁體；3—橫向加筋肋板；4一內(nèi)側(cè)鋼管；5—預(yù)制隔水樁尖；6—現(xiàn)燒樁頂封閉端；7—樁頂封閉端豎向插筋；8—樁頂封閉端橫向鋼筋；9一內(nèi)側(cè)鋼管連接管；10—外側(cè)沉管連接槽；11 一塑料套管連接槽；12—外側(cè)沉管；13—內(nèi)側(cè)鋼管連接槽；14一止水帶；15—軟弱土層；16—持力層。
具體實(shí)施例沉管與連接管、肋板間的焊接施工技術(shù)要求，耐腐蝕混凝土的設(shè)計(jì)及施工要求，樁體混凝土施工技術(shù)要求等，本實(shí)施方式中不再累述，重點(diǎn)闡述本實(shí)用新型涉及結(jié)構(gòu)的實(shí)施方式。圖1是塑料套管與鋼管組合現(xiàn)澆混凝土空心管樁結(jié)構(gòu)的剖面圖，圖2是圖1沿A-A線的樁體未剖到加筋肋板的剖視圖，圖3是圖1沿B-B線的樁體頂部?jī)?nèi)置式封閉端的剖視圖，圖4是圖1沿C-C線的樁體剖到加筋肋板的剖視圖，圖5是圖1沿D-D線的樁尖頂部剖視圖。如圖1-圖5所示的塑料套管與鋼管組合現(xiàn)澆混凝土空心管樁，由塑料套管1、混凝土填筑樁體2、內(nèi)側(cè)鋼管4、預(yù)制隔水樁尖5、現(xiàn)澆樁頂封閉端6組成。外側(cè)塑料套管I的外徑為800mm，選用壁厚IOmm的PVC管，承受壓力大于1.5MPa，應(yīng)具有優(yōu)異的耐酸、耐堿、耐腐蝕性，各項(xiàng)參數(shù)應(yīng)滿足現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范之要求。內(nèi)側(cè)鋼管4的外徑為600mm，采用無縫鋼管。鋼材的強(qiáng)度等級(jí)為Q345，厚度10mm，尺寸規(guī)格滿足規(guī)范現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范之要求。在鋼管的外壁上每隔500mm設(shè)一組橫向加勁肋板3，肋板長(zhǎng)50mm，寬20mm，厚20mm，強(qiáng)度等級(jí)為Q235 ;加勁肋板3呈環(huán)形等間距布設(shè)。外側(cè)沉管12的外徑為850mm，由兩個(gè)半圓分離式鋼管組成，鋼材的強(qiáng)度等級(jí)為Q345，厚度為20mm，鋼管尺寸規(guī)格滿足規(guī)范現(xiàn)行現(xiàn)行規(guī)范之要求?，F(xiàn)澆樁頂封閉端6的直徑為1000mm，呈“T”形，其中在樁體外側(cè)部分的高度為250mm，在樁體內(nèi)側(cè)部分的高度為350mm，采用耐腐混凝土澆筑，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30 ;現(xiàn)澆樁頂封閉端6與下部樁體混凝土之間沿環(huán)形均勻布設(shè)15根長(zhǎng)為500_的樁頂封閉端豎向插筋7,豎向插筋7插入樁體混凝土的深度為300mm ;同時(shí),在現(xiàn)燒樁頂封閉端6內(nèi)沿橫向設(shè)2層環(huán)形樁頂封閉端橫向鋼筋8，每層3根，與豎向插筋7焊接連接；樁頂封閉端豎向插筋7與樁頂封閉端橫向鋼筋8均采用HRB335的螺紋鋼筋，鋼筋直徑為16mm。預(yù)制隔水樁尖5設(shè)于空心管樁的底部，采用耐腐混凝土預(yù)制，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C40，預(yù)制隔水樁尖5底面與豎直方向的夾角為45° ;在預(yù)制隔水樁尖5預(yù)埋入外徑為650mm的內(nèi)側(cè)鋼管連接管9，埋入深度為150mm，外露高度為100mm。預(yù)制隔水樁尖5的頂面沿環(huán)向設(shè)置3條深30mm，寬25mm的連接凹槽，即外側(cè)沉管連接槽10、塑料套管連接槽11和內(nèi)側(cè)鋼管連接槽13，分別用于限制內(nèi)側(cè)鋼管4、塑料套管
1、外側(cè)沉管12的位置；止水帶14預(yù)鋪于各凹槽內(nèi)，尺寸與凹槽尺寸相同，物理性能滿足規(guī)范現(xiàn)行規(guī)范之要求。塑料套管與鋼管組合現(xiàn)澆混凝土空心管樁結(jié)構(gòu)的施工過程如圖6所示，包括:步驟一、根據(jù)設(shè)計(jì)要求清理現(xiàn)場(chǎng)，并按矩形布設(shè)樁位。步驟二、在樁底預(yù)制隔水樁尖5頂面的塑料套管連接槽11和內(nèi)側(cè)鋼管連接槽13內(nèi)安裝止水帶14 ;將內(nèi)側(cè)鋼管4在引繩的牽引下與底部預(yù)制隔水樁尖5的內(nèi)側(cè)鋼管連接槽13連接，再采用焊接方式將內(nèi)側(cè)鋼管4與內(nèi)側(cè)鋼管連接管9連接牢固；將塑料套管I套于內(nèi)側(cè)鋼管4的外側(cè)，并在引繩的牽引下與底部預(yù)制隔水樁尖5的塑料套管連接槽11連接。步驟三、將與預(yù)制隔水樁尖5連接好的塑料套管I及內(nèi)側(cè)鋼管4通過預(yù)設(shè)支撐環(huán)吊起后，將分離式的外側(cè)沉管12閉合將其抱牢，并沿縱向每隔2m設(shè)一道綁扎鋼索；外側(cè)沉管12的底部與預(yù)制隔水樁尖5頂部的外側(cè)沉管連接槽10連接。步驟四、采用普通打樁機(jī)，將塑料套管1、內(nèi)側(cè)鋼管4、外側(cè)沉管12連同預(yù)制隔水樁尖5同時(shí)打入地基中，樁尖進(jìn)入持力層16內(nèi)。步驟五、振動(dòng)上拔外側(cè)沉管12。步驟六、在導(dǎo)管配合下，向由外側(cè)塑料套管I和內(nèi)側(cè)鋼管4圍合而成的環(huán)形空間內(nèi)灌注混凝土，并采用小型振搗棒振搗，形成混凝土樁體2。步驟七、根據(jù)現(xiàn)澆樁頂封閉端6的尺寸要求在混凝土填筑樁體2的頂部支設(shè)模板，并安置樁頂封閉端豎向插筋7和樁頂封閉端橫向鋼筋8，隨后用防腐蝕混凝土澆筑現(xiàn)澆樁頂封閉端6。
權(quán)利要求1.一種塑料套管與鋼管組合現(xiàn)澆混凝土空心管樁，其特征在于，所述空心管樁主要由外側(cè)塑料套管、內(nèi)側(cè)鋼管、預(yù)制隔水樁尖、混凝土填筑樁體、現(xiàn)澆樁頂封閉端組成；預(yù)制隔水樁尖設(shè)于空心管樁的底部，其頂面沿環(huán)向設(shè)置有外側(cè)沉管連接槽、塑料套管連接槽和內(nèi)側(cè)鋼管連接槽，分別用于限制外側(cè)沉管、塑料套管和內(nèi)側(cè)鋼管的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空心管樁，其特征在于，所述預(yù)制隔水樁尖設(shè)有內(nèi)側(cè)鋼管連接管，內(nèi)側(cè)鋼管連接管通過焊接與內(nèi)側(cè)鋼管固定連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空心管樁，其特征在于，所述塑料套管連接槽和內(nèi)側(cè)鋼管連接槽內(nèi)安裝有止水帶。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空心管樁，其特征在于，所述現(xiàn)澆樁頂封閉端采用防腐蝕混凝土澆筑，在與下部混凝土填筑樁體的連接處沿環(huán)形均勻布設(shè)豎向鋼筋和橫向鋼筋，該豎向鋼筋與橫向鋼筋之間可采用焊接連接或綁扎連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空心管樁，其特征在于，所述內(nèi)側(cè)鋼管外壁焊接有加勁肋板，加勁肋板環(huán)形等間隔均勻布設(shè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空心管樁，其特征在于，外側(cè)塑料套管由耐腐蝕性的PVC、PE、HDPE或PP材質(zhì)制成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空心管樁，其特征在于，內(nèi)側(cè)鋼管和外側(cè)沉管采用大直徑直縫鋼管，內(nèi)側(cè)鋼管的頂部焊接有便于起吊的支撐環(huán)，外側(cè)沉管由直徑略大于塑料套管的兩個(gè)半圓分離式鋼管組成。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種塑料套管與鋼管組合現(xiàn)澆混凝土空心管樁，其特征在于，所述空心管樁主要由外側(cè)塑料套管、內(nèi)側(cè)鋼管、預(yù)制隔水樁尖、混凝土填筑樁體、現(xiàn)澆樁頂封閉端組成；預(yù)制隔水樁尖設(shè)于空心管樁的底部，其頂面沿環(huán)向設(shè)置有外側(cè)沉管連接槽、塑料套管連接槽和內(nèi)側(cè)鋼管連接槽，分別用于限制外側(cè)沉管、塑料套管和內(nèi)側(cè)鋼管的位置。本實(shí)用新型通過外側(cè)塑料套管、預(yù)制隔水樁尖和現(xiàn)澆樁頂封閉端三個(gè)方向?qū)扼w與外界環(huán)境隔離，克服了混凝土、鋼管的腐蝕性問題，同時(shí)通過在樁體內(nèi)預(yù)設(shè)鋼管，可大幅提升樁體的承載能力。
文檔編號(hào)E02D5/60GK203066063SQ20132005136
公開日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2013年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月29日
發(fā)明者鄭開榮, 鄭乾濤, 陳錫崇, 王冬冬, 陳朝暉, 高士巍, 鄭海燕, 汪紹峰, 王懷漢 申請(qǐng)人:浙江華光市政建設(shè)有限公司