CN114232606A - 一种预制混凝土桩 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种预制混凝土桩，包括桩身，所述预制混凝土桩的全部或部分主筋一端与连接管相连，与连接管相连的主筋的另一端伸出预制混凝土桩的端面，形成主筋伸出部，进而形成桩连接的插接部，所述连接管设置于桩身内且所述连接管远离主筋的一端端口朝向桩身的端面外侧，该连接管端口构成桩连接的套筒部，所述主筋伸出部的长度大于或等于主筋直径的三倍，所述连接管的内部空间的长度大于或等于主筋直径的三倍，所述预制混凝土桩的主筋伸出的端面上设有桩连接的定位凸起。本发明实现了真正的成桩主筋同轴、一致连接，保证了连接后成桩的完整性，在承载力完全能满足施工要求的前提下，真正实现了一根成桩的抗剪性能、抗弯性能和抗拔性能最优。
Description
技术领域
本发明涉及一种预制混凝土桩。
背景技术
随着我国经济水平的不断提高，预制混凝土桩经历了开始从日本引进先进的产品、技术和工艺到独立自主研发新产品和新工艺的快速发展阶段，截至到目前我国已成为全球管桩产量最大、品种最多、规格最全、应用范围最广的国家之一。据统计，2020年我国预制混凝土桩产量为45362万米，同比增长5.44％。与此同时，对桩的竖向承载力以及抗弯、抗剪、抗拔的综合性能提出了更高的要求。为了获得更好的施工效果，现有技术的预制混凝土桩的桩端端板的焊接连接工艺在工程实践中由于焊接质量因人为因素得不到有效保障，且施工效率低，对环境造成污染。因此一种新型连接结构的预制混凝土桩急需被研制。
发明内容
本发明针对以上问题的提出，而研究设计一种预制混凝土桩。本发明采用的技术手段如下：
一种预制混凝土桩，包括桩身，所述预制混凝土桩的全部或部分主筋一端与连接管相连，与连接管相连的主筋的另一端伸出预制混凝土桩的端面，形成主筋伸出部，进而形成桩连接的插接部，所述连接管设置于桩身内且所述连接管远离主筋的一端端口朝向桩身的端面外侧，该连接管端口构成桩连接的套筒部，所述主筋伸出部的长度大于或等于主筋直径的三倍，所述连接管的内部空间的长度大于或等于主筋直径的三倍，所述预制混凝土桩的主筋伸出的端面上设有桩连接的定位凸起。
进一步地，所述主筋伸出部的长度小于或等于所述连接管的内部空间的长度，所述主筋伸出部为对称分布或均布分布。
进一步地，所述连接管包括连接管主体和用于与主筋相连的连接部，所述连接部为径向向内的凸缘，所述凸缘能将主筋的镦头限位于连接管主体内，所述连接管主体的长度为60㎜以上，所述连接管内设有用于卡接主筋的卡固件。
进一步地，所述卡固件包括通过螺纹固定在连接管主体内的卡固件主体和设置于卡固件主体上的两个以上的第一弹性卡片，所述主筋能穿过所述的两个以上的第一弹性卡片之间并通过第一弹性卡片的回弹实现卡接。
进一步地，所述连接管的长度为60mm以上，所述第一弹性卡片的端部朝向连接部，所述第一弹性卡片的端部与连接管的开口端的距离大于或等于连接管长度的60％。
进一步地，所述连接管主体与连接部为一体结构。
进一步地，所述定位凸起设置于主筋伸出部的位置处。
进一步地，所述定位凸起为设置在预制混凝土桩的端面处的定位件，所述定位件包括直径从一端到另一端逐渐变小的定位件主体，所述定位件主体的大径端设有固定在预制混凝土桩的端面处的定位凸缘，所述定位件主体的小径端包括两个以上的第二弹性卡片，两个以上的第二弹性卡片能夹持于主筋外侧，所述定位件的材质为金属。
一种预制混凝土桩，包括第一连接桩和一个或两个以上首尾依次连接的第二连接桩，所述第二连接桩为本发明所述的预制混凝土桩，所述第一连接桩的桩身内设有端口朝向桩身端面外侧的连接管，该连接管端口构成桩连接的套筒部，所述第二连接桩的插接部插入第一连接桩的套筒部并通过结构胶固定连接，所述第一连接桩的端面上设有与第二连接桩的定位凸起配合的定位凹槽。
进一步地，所述定位凸起为设置在预制混凝土桩的端面处的定位件，所述定位件包括直径从一端到另一端逐渐变小的定位件主体，所述定位件主体的大径端设有固定在预制混凝土桩的端面处的定位凸缘，所述定位件主体的小径端包括两个以上的第二弹性卡片，两个以上的第二弹性卡片能夹持于主筋外侧，所述定位凹槽为连接管的内孔，所述定位件能与连接管配合对第一连接桩和第二连接桩的相对位置进行定位。
与现有技术比较，本发明所述的预制混凝土桩实现了真正的成桩主筋同轴、一致连接，且连接部的强度强于主筋本身的强度，保证了连接后成桩的完整性，在承载力完全能满足施工要求的前提下，真正实现了一根成桩的抗剪性能、抗弯性能和抗拔性能最优。本发明在连接处通过工程胶固定连接，工程胶通常都具备很好的防腐蚀性能，因而该预制混凝土桩成桩后还兼有很强的耐腐蚀性。
附图说明
图1是本发明实施例一的结构示意图。
图2是本发明实施例所述的连接管的立体示意图。
图3是本发明实施例所述的连接管的主视示意图。
图4是图3的俯视图。
图5是图4的A-A剖视图。
图6是本发明实施例所述的卡固件的立体示意图。
图7是本发明实施例所述的卡固件的轴向视角示意图。
图8是图7的B-B剖视图。
图9是本发明实施例所述的定位件的主视示意图。
图10是图9的C-C剖视图。
图11是图9的仰视图。
图12是本发明实施例二的结构示意图。
图13是本发明实施例三的结构示意图。
图14是图13的D处放大图。
图15是本发明实施例四的结构示意图。
图16是用于生产本发明实施例所述的预制混凝土桩的张拉装置的结构示意图。
图17是图16的E处放大图。
图18是现有技术的可连接方桩的立体示意图。
图19是图18的仰视图。
图20是图19的M-M剖视图。
具体实施方式
实施例一
如图1所示，一种预制混凝土桩，为管桩，包括桩身，所述预制混凝土桩的全部或部分主筋1一端与连接管2相连，与连接管2相连的主筋1的另一端伸出预制混凝土桩的端面，形成主筋伸出部11，进而形成桩连接的插接部，所述连接管2设置于桩身内且所述连接管远离主筋的一端端口朝向桩身的端面外侧，该连接管2的端口构成桩连接的套筒部，所述主筋伸出部11的长度大于或等于主筋1直径的三倍，所述连接管2的内部空间的长度大于或等于主筋1直径的三倍，所述预制混凝土桩的主筋伸出的端面上设有桩连接的定位凸起8，所述预制混凝土桩的另一端面上可以设置于定位凸起8对应的定位凹槽，也可以将连接管的内孔作为定位凹槽。本实施例中，所述预制混凝土桩的全部的主筋1为PC钢棒，所有主筋1均为预应力主筋。在一优选实施例中，所述主筋伸出部11的长度小于或等于所述连接管2的内部空间的长度，所述主筋伸出部11为对称分布或均布分布。所有主筋1均布分布，长度相同，保证预应力桩的预压力等效、预压力相同，保证均衡施压，保证桩的最优质量。对于混合预应力主筋，则所有预应力主筋均布分布，长度相同，保证预应力桩的预压力等效、预压力相同，保证均衡施压，保证桩的最优质量。
如图2至图8所示，所述连接管2包括连接管主体21和用于与主筋相连的连接部22，所述连接部22为径向向内的凸缘，所述凸缘能将主筋的镦头限位于连接管主体内，所述连接管主体的长度为60㎜以上，所述连接管2内设有用于卡接主筋1的卡固件23，所述连接管主体21与连接部22为一体结构。所述连接部22朝向连接管2内侧的一侧设有内凹的锥形面，所述锥形面的顶角为120度，与钢棒镦头更好地配合。在本实施例的生产过程中，连接管2可以作为张拉套筒使用。
本实施例中，所述卡固件23包括通过螺纹固定在连接管2内的卡固件主体231和设置于卡固件主体231上的两个以上的第一弹性卡片232，所述主筋1能穿过所述的两个以上的第一弹性卡片232之间并通过第一弹性卡片232的回弹实现卡接。具体地，第一弹性卡片232朝向连接部方向设置，主筋为PC钢棒，钢棒镦头可以径向撑开多个第一弹性卡片232并穿过，之后第一弹性卡片232回弹，卡住钢棒镦头，实现卡接。在一优选实施例中，所述第一弹性卡片232的端部朝向连接部22，所述卡固件主体通过螺纹固定在连接管2的中部(中部即为卡固件主体与连接管主体的两端均有距离)，所述第一弹性卡片232的端部与连接管的开口端的距离大于或等于连接管长度的60％，保证插接的长度。
在本实施例中，所述定位凸起8设置于主筋伸出部11的位置处，也就是说，主筋伸出部穿过定位凸起8伸出。如图9至图11所示，优选地，所述定位凸起8为设置在预制混凝土桩的端面处的定位件，所述定位件包括直径从一端到另一端逐渐变小的定位件主体80，所述定位件主体80的大径端设有固定在预制混凝土桩的端面处的定位凸缘81，所述定位件主体80的小径端包括两个以上的第二弹性卡片84，两个以上的第二弹性卡片84能夹持于主筋1外侧，所述定位件的材质为金属。此外，在本实施例所述的预制混凝土桩的生产过程中，定位件还堵头使用，具体原理同实施例二。
在对两个以上的本实施例的预制混凝土桩进行连接时，桩连接的套筒部灌入结构胶，然后将桩连接的插接部插入桩连接的套筒部内，同时定位凸起进入连接管形成的定位凹槽内，对两个相连的桩的横向相对位置进行定位，保证插接的同轴性，在结构胶还没有凝固时，卡固件的设置，起到临时连接的作用，便于快速施工，保证工程进度。
实施例二
如图12所示，本实施例与实施例一的不同之处在于，本实施例为实心方桩，本实施例中主筋伸出部对称分布。本实施例的其他结构与实施例一实质相同。如图16和图17所示，在本实施例中，在预制混凝土桩的生产过程中，定位件8还作为止挡混凝土的堵头使用。预制混凝土桩的张拉装置的固定板或张拉板的外侧设有支撑组件10，以形成主筋伸出部，本实施例以支撑组件10设置于张拉板6外侧进行说明。所述张拉板6上设有供主筋穿过的通孔，张拉状态下，定位件主体80的小径端位于通孔内，对混凝土进行止挡，同时，定位件主体位于主筋与通孔之间，对主筋与支撑组件的相对位置起到定位作用，同时定位件主体可以起到对混凝土的止挡作用，操作简单，止挡效果好。
实施例三
如图13和图14所示，一种预制混凝土桩，包括第一连接桩100和一个或两个以上首尾依次连接的第二连接桩200，本实施例以一个第一连接桩100和一个第二连接桩200为例进行说明。所述第二连接桩200为实施例一所述的预制混凝土桩，所述第一连接桩100的桩身内设有端口朝向桩身端面外侧的连接管2，该连接管2端口构成桩连接的套筒部，所述第二连接桩200的插接部插入第一连接桩100的套筒部并通过结构胶固定连接，所述第一连接桩100的端面上设有与第二连接桩的定位凸起8配合的定位凹槽。在一优选实施例中，所述定位凸起8为设置在预制混凝土桩的端面处的定位件，本实施例的定位件与实施一的定位件接哦古相同。本实施例中，所述定位凹槽即为连接管2的内孔，所述定位件8能与连接管2配合对第一连接桩100和第二连接桩200的相对位置进行定位。本实施例中，第一连接桩100的主筋下端不伸出端面，可以在第一连接桩的下端根据需要设置张拉套筒、端头板或桩尖。如需连接两个以上的第二连接桩，则第二连接桩首位依次连接的方法与第一连接桩和第二连接桩连接的方法相同。
实施例四
如图15所示，本实施例与实施例三的不同之处在于，所述第二连接桩为实施例二所述的预制混凝土桩，本实施例中两个桩的连接方式与实施例一相同。
本申请各实施例的高剪切预应力混凝土桩实现了真正的成桩主筋同轴、一致连接(如图13、图15所示，成桩后，所有单节桩的主筋通过本专利的连接方式连接为一体)，且连接部的强度强于主筋本身的强度(如表1、表2及表3所示，本专利所述预制混凝土桩连接结构测试结果表明，连接部在经过抗裂剪力试验、抗弯试验、抗拉实验中，连接处的强度是强于主筋本身的强度。连接管设置于桩身内且所述连接管远离主筋的一端端口朝向桩身的端面外侧，连接管在桩身内起到主筋作用，其强度远大于主筋强度；同时如果主筋是预应力主筋时，连接管替代张拉螺母。由于本专利的连接为两根单桩无间隙连接，承载力主要取决于桩本身结构强度，因此这里不再赘述本专利承载力完全能满足施工要求)，最终真正实现了一根成桩的抗剪性能、抗弯性能和抗拔性能最优；由于连接处通过工程胶固定连接，工程胶通常都具备很好的防腐蚀性能，因而该预制混凝土桩成桩后还兼有很强的耐腐蚀性。
本专利施工时先将桩连接的套筒部灌入结构胶，然后将桩连接的插接部插入桩连接的套筒部内固定连接。此时单桩之间的连接力的大小通过握裹强度来计算评估。握裹强度越大一般用r＝p/3.14dL确定。p，为拔出力，d，钢筋直径，L，钢筋埋入长度。握裹力：一般用混凝土的握裹强度来表示。混凝土抵抗钢筋滑移能力的物理量，以它的滑移力除以握裹面积来表示(mpa)，一般情况下，握裹强度是指沿钢筋与混凝土接触面上的剪应力，亦即是粘结应力。实际上，钢筋周围混凝土的应力及变形状态比较复杂，握裹力使钢筋应力随着钢筋握裹长度而变化，所以，握裹强度随着钢筋种类，外观形状以及在混凝土中的埋设位置，方向的不同而变化，也与混凝土自身强度有关，即混凝土抗压强度越高。工程胶的强度通常几倍于混凝土的强度，因而选择工程胶2倍以上桩身混凝土强度的工程胶，主筋伸如套筒并有效粘接(连接)长度大于或等于主筋直径的七倍就能完全满足连接处强度的要求。为验证，本专利申请前特别做了实验验证，验证结果如表1、表2及表3。
表1管桩抗裂剪力试验记录
表1为本专利所述预制混凝土桩的管桩实验记录，抗裂剪实验过程中，载荷力达到百分百时，连接处没有出现裂缝，桩身没有出现裂缝。载荷力达到110％时，荷结束时连接处没有出现裂缝，桩身第一次出现宽0.1㎜裂缝。说明连接结构处的强度远高于桩身的强度。
表2为本专利所述预制混凝土桩的管桩抗弯试验记录，抗弯实验过程中，载荷力达到百分百时，持荷时连接处没有出现裂缝，桩身没有出现裂缝。载荷力达到115％时，持荷结束时连接处没有出现裂缝，第一次出现裂缝。说明连接结构处的强度远高于桩身的强度。
表2管桩抗弯试验记录
表3为本专利所述预制混凝土桩的管桩拉力载荷检验报告，拉力载荷检验过程中，超过标准125KN的3个实验中，分别是①165.5KN时钢筋断裂，②150.3KN时钢筋墩头部断裂，③162.8KN时钢筋断裂。
表3拉力载荷检验报告
现有的连接方式都无法达到本专利的使用效果，传统的辅筋插接连接方式存在辅筋4直接插接到预制混凝土桩主筋内的混凝土预留孔5中，如图18至图20所示，施工时通过结构胶将二者粘接，辅筋4与混凝土连接，其桩身接头综合力学性能：抗剪、抗弯及抗拔性能远低于本专利，其仅适用于有竖向承载力要求的桩基础，且没有实现主筋在同一轴线连接；另外施工时间跟随胶的凝固时间而受限。传统的端头板焊接连接虽然满足了成桩抗剪、抗弯性能要求，但对于抗拔桩需特殊定制；电焊焊接连接时，要求其焊接满焊三遍，其焊接热量会对混凝土及钢筋墩头产生二次损伤。另外桩两端锚固端头板的构造成本和施工时焊接成本远高于本专利的实施成本，传统桩两端带端板预制混凝土桩也有悖于“节能减排、双碳政策”的大趋势；按行业平均桩长11米的计算方式，2020年我国预制混凝土桩的产量为45362万延长米(数据来源，中国混凝土与水泥制品协会)计算，需要约8247万片端头板，即耗用约160余万吨钢铁，折算下来就需要大约100亿的开销，这些钢铁被取替后，每年会减少约288万吨的碳排放量(每吨粗钢铁大约排放1.8吨碳的标准计算得来)，因此本专利技术被实施后，在确保桩身综合力学性能优于带端板常规预制混凝土桩的同时，有效的降低了钢材耗用，每年至少会减少200余万吨的碳排放量。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种预制混凝土桩，包括桩身，其特征在于：所述预制混凝土桩的全部或部分主筋一端与连接管相连，与连接管相连的主筋的另一端伸出预制混凝土桩的端面，形成主筋伸出部，进而形成桩连接的插接部，所述连接管设置于桩身内且所述连接管远离主筋的一端端口朝向桩身的端面外侧，该连接管端口构成桩连接的套筒部，所述主筋伸出部的长度大于或等于主筋直径的三倍，所述连接管的内部空间的长度大于或等于主筋直径的三倍，所述预制混凝土桩的主筋伸出的端面上设有桩连接的定位凸起。
2.根据权利要求1所述的预制混凝土桩，其特征在于：所述主筋伸出部的长度小于或等于所述连接管的内部空间的长度，所述主筋伸出部为对称分布或均布分布。
3.根据权利要求2所述的预制混凝土桩，其特征在于：所述连接管包括连接管主体和用于与主筋相连的连接部，所述连接部为径向向内的凸缘，所述凸缘能将主筋的镦头限位于连接管主体内，所述连接管主体的长度为60㎜以上，所述连接管内设有用于卡接主筋的卡固件。
4.根据权利要求3所述的预制混凝土桩，其特征在于：所述卡固件包括通过螺纹固定在连接管主体内的卡固件主体和设置于卡固件主体上的两个以上的第一弹性卡片，所述主筋能穿过所述的两个以上的第一弹性卡片之间并通过第一弹性卡片的回弹实现卡接。
5.根据权利要求4所述的预制混凝土桩，其特征在于：所述连接管的长度为60mm以上，所述第一弹性卡片的端部朝向连接部，所述第一弹性卡片的端部与连接管的开口端的距离大于或等于连接管长度的60％。
6.根据权利要求3所述的预制混凝土桩，其特征在于：所述连接管主体与连接部为一体结构。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的预制混凝土桩，其特征在于：所述定位凸起设置于主筋伸出部的位置处。
8.根据权利要求3所述的预制混凝土桩，其特征在于：所述定位凸起为设置在预制混凝土桩的端面处的定位件，所述定位件包括直径从一端到另一端逐渐变小的定位件主体，所述定位件主体的大径端设有固定在预制混凝土桩的端面处的定位凸缘，所述定位件主体的小径端包括两个以上的第二弹性卡片，两个以上的第二弹性卡片能夹持于主筋外侧，所述定位件的材质为金属。
9.一种预制混凝土桩，包括第一连接桩和一个或两个以上首尾依次连接的第二连接桩，其特征在于：所述第二连接桩为权利要求1至8中任意一项所述的预制混凝土桩，所述第一连接桩的桩身内设有端口朝向桩身端面外侧的连接管，该连接管端口构成桩连接的套筒部，所述第二连接桩的插接部插入第一连接桩的套筒部并通过结构胶固定连接，所述第一连接桩的端面上设有与第二连接桩的定位凸起配合的定位凹槽。
10.根据权利要求9所述的预制混凝土桩，其特征在于：所述定位凸起为设置在预制混凝土桩的端面处的定位件，所述定位件包括直径从一端到另一端逐渐变小的定位件主体，所述定位件主体的大径端设有固定在预制混凝土桩的端面处的定位凸缘，所述定位件主体的小径端包括两个以上的第二弹性卡片，两个以上的第二弹性卡片能夹持于主筋外侧，所述定位凹槽为连接管的内孔，所述定位件能与连接管配合对第一连接桩和第二连接桩的相对位置进行定位。
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