CN114351696A - 一种预制混凝土桩机械接头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预制混凝土桩机械接头,包括连接管、卡固件、插杆以及张拉套筒；连接管包括连接管主体和第一主筋连接部；连接管主体内设有所述卡固件；张拉套筒包括套筒主体和第二主筋连接部；插杆包括插杆固定部和插杆卡接部；插杆固定部与张拉套筒连接；插杆卡接部的长度大于或等于主筋直径的三倍，连接管的内部空间的长度大于或等于主筋直径的三倍；插杆卡接部能够插入连接管中并与所述卡固件卡接。本发明公开的预制混凝土桩机械接头实现了真正的成桩主筋同轴、一致连接，使得一根成桩的抗剪性能、抗弯性能和抗拔性能最优。

Description

一种预制混凝土桩机械接头

技术领域

本发明涉及预制混凝土桩机械接头技术领域，具体涉及一种预制混凝土桩机械接头。

背景技术

随着我国经济水平的不断提高，预制混凝土桩机械接头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机械接头产量为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机械接头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机械接头急需被研制。

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机械接头。本发明采用的技术手段如下：

一种预制混凝土桩机械接头，包括连接管、卡固件、插杆以及张拉套筒；所述连接管包括连接管主体和用于与主筋相连的第一主筋连接部，所述第一主筋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；所述连接管主体内设有所述卡固件；所述张拉套筒包括套筒主体和用于与主筋相连的第二主筋连接部，所述第二主筋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套筒主体内；所述插杆包括用于与张拉套筒连接的插杆固定部和用于与所述卡固件卡接的插杆卡接部；所述插杆固定部与所述张拉套筒连接；所述插杆卡接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；所述插杆卡接部能够插入所述连接管中并与所述卡固件卡接。

进一步地，所述插杆卡接部的长度小于或等于所述连接管的内部空间的长度。

进一步地，所述连接管主体的长度为60㎜以上。

进一步地，所述连接管主体的长度为100㎜-300㎜。

进一步地，所述第一主筋连接部朝向连接管主体内侧的一侧为内凹的锥形面。

进一步地，所述锥形面的顶角为120度。

进一步地，所述卡固件包括通过螺纹固定在连接管内的卡固件主体和设置于所述卡固件主体上的两个以上的弹性卡片，所述插杆卡接部能穿过所述的两个以上的弹性卡片之间并通过弹性卡片的回弹实现卡接。

进一步地，所述弹性卡片的端部朝向第一主筋连接部，所述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，所述卡固件主体固定于连接管主体的中部。

进一步地，所述插杆还包括用于连接所述插杆固定部与所述插杆卡接部的插杆连接部，所述插杆连接部的外径大于所述插杆固定部的外径且小于所述连接管的内径。

与现有技术比较，本发明所述的一种预制混凝土桩机械接头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；同时，配合设置插杆，施工时，桩连接的连接管灌入结构胶，然后将桩连接的插杆卡接部插入桩连接的连接管内，在结构胶还没有凝固时，起到临时连接的作用，便于快速施工，保证工程进度。本发明所述的一种预制混凝土桩机械接头的使用方法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机械接头成桩后还兼有很强的耐腐蚀性。

附图说明

图1是本发明公开的预制混凝土桩机械接头的结构示意图。

图2为图1的左视图。

图3为本发明公开的连接管的结构图。

图4为本发明公开的张拉套筒的结构图。

图5为本发明公开的插杆的结构图。

图6为本发明公开的卡固件的剖视图。

图7为图6的左视图。

图8是具有本发明公开的预制混凝土桩机械接头的预制混凝土桩的第一实施例的立体示意图，本实施中预制混凝土桩为管桩。

图9为图8浇筑混凝土之前的结构图。

图10是图8的俯视图。

图11是图10的A-A剖视图。

图12是本发明公开的预制混凝土桩机械接头的多节预制混凝土桩连接后的结构示意图，图中为两节预制混凝土管桩。

图13是本发明公开的预制混凝土桩连接后的剖视结构示意图。

图14是图13中虚线的放大示意图。

图15为具有本发明公开的预制混凝土桩机械接头的预制混凝土桩的第二实施例的立体示意图，本实施中预制混凝土桩为方桩。

图16为图15浇筑混凝土之前的结构图。

图17为具有本发明公开的预制混凝土桩机械接头的预制混凝土方桩的的主视图。

图18为图17的B-B处剖视图。

图19为具有本发明公开的预制混凝土桩机械接头的的预制混凝土方桩的俯视图。

图20为具有本发明公开的预制混凝土桩机械接头的多节预制混凝土方桩连接后的结构示意图，图中为两节预制混凝土方桩。

图21为图20中C-C处剖视图。

图中：10、桩身，11、主筋，12、墩头，2、连接管，20、连接管主体，21、第一主筋连接部，22、锥形面，3、卡固件，30、卡固件主体，31、弹性卡片，4、张拉套筒，40、套筒本体，41、第二主筋连接部，5、插杆，50、插杆固定部，51、插杆卡接部，52、插杆连接部。

具体实施方式

实施例1

如图1至图7所示为本发明公开的预制混凝土桩机械接头，包括连接管2、卡固件3、插杆5以及张拉套筒4；如图3所示，所述连接管2包括连接管主体20和用于与主筋11相连的第一主筋连接部21，所述第一主筋连接部21为径向向内的凸缘，所述凸缘能将主筋11的镦头12限位于连接管主体20内；所述连接管主体20内设有所述卡固件3；如图4所示，所述张拉套筒4包括套筒主体40和用于与主筋11相连的第二主筋连接部41，所述第二主筋连接部41为径向向内的凸缘，所述凸缘能将主筋11的镦头12限位于套筒主体40内；如图5所示，所述插杆5包括用于与张拉套筒4连接的插杆固定部50和用于与所述卡固件3卡接的插杆卡接部51；所述插杆固定部50与所述张拉套筒4连接；所述插杆卡接部51的长度大于或等于主筋11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直径的三倍；所述插杆卡接部51能够插入所述连接管2中并与所述卡固件3卡接。

进一步地，所述插杆卡接部51的长度小于或等于所述连接管2的内部空间的长度。

进一步地，所述连接管主体20的长度为60㎜以上。

进一步地，所述连接管主体20的长度为100㎜-300㎜。

进一步地，所述第一主筋连接部21朝向连接管主体20内侧的一侧为内凹的锥形面22。

进一步地，所述锥形面22的顶角为120度。

进一步地，如图6和图7所示，所述卡固件3包括通过螺纹固定在连接管内的卡固件主体30和设置于所述卡固件主体30上的两个以上的弹性卡片31，所述插杆卡接部51能穿过所述的两个以上的弹性卡片31之间并通过弹性卡片31的回弹实现卡接。

进一步地，所述弹性卡片31的端部朝向第一主筋连接部21，所述弹性卡片31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，所述卡固件主体30固定于连接管主体20的中部。

进一步地，所述插杆5还包括用于连接所述插杆固定部50与所述插杆卡接部51的插杆连接部52，所述插杆连接部52的外径大于所述插杆固定部50的外径且小于所述连接管2的内径。

实施例2

如图8至图14所示为具有本发明公开的预制混凝土桩机械接头的预制混凝土桩的第一种实施例，预制混凝土桩为管桩，包括桩身10，所述预制混凝土桩的主筋11一端与连接管2相连，另一端与张拉套筒4连接，所述连接管2设置于桩身10内且所述连接管2远离主筋11的一端端口朝向桩身10的端面外侧，该连接管2内设有卡固件3，所述张拉套筒4设置于桩身10内且所述张拉套筒4远离主筋11的一端端口朝向桩身10的端面外侧，如图11所示，张拉套筒4为套筒结构，一端为沿径向向内的凸缘形成第二主筋连接部41以用于与主筋连接的，另一端设有内螺纹，该张拉套筒4的端口固定有插杆5，所述插杆5包括用于与张拉套筒4的端口连接的插杆固定部50和用于与卡固件3卡接的插杆卡接部51，本实施中，插杆固定部50上设有外螺纹以用于与张拉套筒4连接，优选地，插杆5还包括用于连接插杆固定部50与插杆卡接部51的插杆连接部52，插杆连接部52的外径大于插杆固定部50的外径但小于连接管的内径，以便于插杆快速与张拉套筒连接到位并且使得插杆可以完全插入连接管中以保证两个管桩的端面完全对接，从而可以避免两个管桩端面之间产生间隙，所述插杆卡接部51的长度大于或等于主筋11直径的三倍，插杆卡接部的端部设有插杆卡头53，所述连接管2的内部空间的长度大于或等于主筋11直径的三倍；如图5、图6和图7所示，相邻两根预制混凝土桩的插杆的插杆卡接部51能够插入所述连接管2中并使得插杆卡头53与所述卡固件3卡接，进一步地，所述插杆卡接部51的长度小于或等于所述连接管2的内部空间的长度。

进一步地，所述连接管2包括连接管主体20和用于与主筋11相连的第一主筋连接部21，连接管主体20上设有内螺纹，所述第一主筋连接部21为径向向内的凸缘，所述凸缘能将主筋11的镦头12限位于连接管主体20内。所述连接管主体20和第一主筋连接部21为一个整体的一体结构，可通过冲压、机加工等加工方式进行加工，使用时该部分无需组装，提高生产和施工效率。所述连接管主体的长度大于或等于混凝土桩的主筋的直径的三倍，连接管主体的长度优选为主筋直径的七倍以上，保证插接长度。所述连接管主体的内部设有用于卡接插杆的卡固件，卡固件卡接的插杆为与连接管设置于不同桩身的插杆。

进一步地，所述连接管主体20的长度为60㎜以上，优选地，所述连接管主体20的长度为100㎜-300㎜，保证插接长度，保证主筋连接的强度。

进一步地，所述连接部21朝向连接管主体20内侧的一侧为内凹的锥形面22，优选地，所述锥形面22的顶角为120度，保证连接管与主筋同轴，进而提高桩连接的抗裂剪性能、抗弯性能以及抗拉性能。

进一步地，所述卡固件3包括通过螺纹固定在连接管内的卡固件主体30和设置于卡固件主体30上的两个以上的弹性卡片31，所述插杆卡接部51能穿过所述的两个以上的弹性卡片31之间并通过弹性卡片31的回弹实现卡接。具体地，主筋采用钢棒结构，钢棒镦头可以径向撑开多个弹性卡片31并穿过，之后弹性卡片回弹，卡住钢棒镦头，实现卡接。所述弹性卡片31的端部朝向第一主筋连接部21，所述弹性卡片31的端部与连接管的开口端的距离a大于或等于连接管长度的60％，保证临时连接效果，同时保证主筋连接的一致性。

进一步地，所述卡固件主体30固定于连接管主体20的中部，也就是说卡固件主体30与连接管主体20的两端均有距离。连接管的内壁从开口端直到中部设有螺纹，卡固件从连接管的开口端旋入，该螺纹可在张拉时用于和张拉装置相连，也可以增强主筋之间的连接强度。

如图12和图13所示为两节预制混凝土管桩处于连接状态的示意图，连接管2设置于预制混凝土桩的桩身10内，并通过连接部21与同一桩身内的主筋11相连，远离主筋11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，在对桩进行连接时，往连接管内灌入结构胶，然后将另一桩的插杆卡接部51插入桩连接的连接管2内，通过卡固件3对该另一桩的插杆卡接部51进行卡固，然后进行沉桩施工。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。本实施例的施工方法过程中无需现场组装插接零部件，施工效率高。

本申请实施例的连接管用于对预制混凝土桩进行连接时，实现了真正的成桩主筋同轴、一致连接(如图13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，主筋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连接管主体内灌入结构胶，然后将桩连接的插杆卡接部插入桩连接的连接管内固定连接。此时单桩之间的连接力的大小通过握裹强度来计算评估。握裹强度大小一般用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，主筋伸如连接管并有效粘接(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为具有本专利所述预制混凝土桩的管桩实验记录，抗裂剪力实验过程中，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，载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管桩抗弯试验记录

表2为具有本专利所述预制混凝土桩机械接头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3为具有本专利所述预制混凝土桩机械接头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机械接头主筋内的混凝土预留孔5中，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机械接头也有悖于“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机械接头的产量为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机械接头的同时，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。

实施例3

如图15至图21所示为具有本发明公开的预制混凝土桩机械接头的预制混凝土桩的第二种实施例，本实施与实施例2的不同点在于实施例2中预制混凝土桩为管桩，本实施例中预制混凝土桩为方桩，包括桩身10，所述预制混凝土桩的主筋11一端与连接管2相连，另一端与张拉套筒4连接，所述连接管2设置于桩身10内且所述连接管2远离主筋11的一端端口朝向桩身10的端面外侧，该连接管2内设有卡固件3，所述张拉套筒4设置于桩身10内且所述张拉套筒4远离主筋11的一端端口朝向桩身10的端面外侧，张拉套筒4为套筒结构，一端为沿径向向内的凸缘形成第二主筋连接部以用于与主筋连接，另一端设有内螺纹，该张拉套筒4的端口固定有插杆5，所述插杆5包括用于与张拉套筒4的端口连接的插杆固定部50和用于与卡固件3卡接的插杆卡接部51，本实施中，插杆固定部50上设有外螺纹以用于与张拉套筒4连接，优选地，插杆5还包括用于连接插杆固定部50与插杆卡接部51的插杆连接部52，插杆连接部52的外径大于插杆固定部50的外径但小于连接管的内径，以便于插杆快速与张拉套筒连接到位并且使得插杆可以完全插入连接管中，所述插杆卡接部51的长度大于或等于主筋11直径的三倍，插杆卡接部的端部设有插杆卡头53，所述连接管2的内部空间的长度大于或等于主筋11直径的三倍；相邻两根预制混凝土桩的插杆的插杆卡接部51能够插入所述连接管2中并使得插杆卡头53与所述卡固件3卡接，进一步地，所述插杆卡接部51的长度小于或等于所述连接管2的内部空间的长度。

实施例4

一种具有本申请公开的预制混凝土桩机械接头用于实施例2和实施例3所述的预制混凝土桩的使用方法，使用时，往桩连接的连接管中灌入结构胶，然后将插杆卡接部插入连接管内，然后进行沉桩施工。被插入桩为最底部的桩时，则被插入桩的底端主筋不伸出端面，可以在端面处设置与主筋相连的张拉套筒、也可以在底端设置桩尖(包括但不限于混凝土桩尖和钢桩尖)，也可以在底端设置端板。一个底桩可以依次连接一个或多个本发明实施例所述的预制混凝土桩机械接头。本实施例的施工方法过程中无需现场组装插接零部件，施工效率高。

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机械接头，其特征在于：包括连接管(2)、卡固件(3)、插杆(5)以及张拉套筒(4)；所述连接管(2)包括连接管主体(20)和用于与主筋(11)相连的第一主筋连接部(21)，所述第一主筋连接部(21)为径向向内的凸缘，所述凸缘能将主筋(11)的镦头(12)限位于连接管主体(20)内；所述连接管主体(20)内设有所述卡固件(3)；所述张拉套筒(4)包括套筒主体(40)和用于与主筋相连的第二主筋连接部(41)，所述第二主筋连接部(41)为径向向内的凸缘，所述凸缘能将主筋(11)的镦头(12)限位于套筒主体(40)内；所述插杆(5)包括用于与张拉套筒(4)连接的插杆固定部(50)和用于与所述卡固件(3)卡接的插杆卡接部(51)；所述插杆固定部(50)与所述张拉套筒(4)连接；所述插杆卡接部(51)的长度大于或等于主筋直径的三倍，所述连接管(2)的内部空间的长度大于或等于主筋直径的三倍；所述插杆卡接部(51)能够插入所述连接管(2)中并与所述卡固件(3)卡接。

2.根据权利要求1所述的预制混凝土桩机械接头，其特征在于：所述插杆卡接部(51)的长度小于或等于所述连接管(2)的内部空间的长度。

3.根据权利要求2所述的预制混凝土桩机械接头，其特征在于：所述连接管主体(20)的长度为60㎜以上。

4.根据权利要求3所述的预制混凝土桩机械接头，其特征在于：所述连接管主体(20)的长度为100㎜-300㎜。

5.根据权利要求4所述的预制混凝土桩机械接头，其特征在于：所述第一主筋连接部(21)朝向连接管主体内侧的一侧为内凹的锥形面(22)。

6.根据权利要求5所述的预制混凝土桩机械接头，其特征在于：所述锥形面(22)的顶角为120度。

7.根据权利要求1至6任意一项所述的预制混凝土桩机械接头，其特征在于：所述卡固件(3)包括通过螺纹固定在连接管(2)内的卡固件主体(30)和设置于所述卡固件主体(30)上的两个以上的弹性卡片(31)，所述插杆卡接部(51)能穿过所述的两个以上的弹性卡片(31)之间并通过弹性卡片(31)的回弹实现卡接。

8.根据权利要求7所述的预制混凝土桩机械接头，其特征在于：所述弹性卡片(31)的端部朝向第一主筋连接部(21)，所述弹性卡片(31)的端部与连接管(2)的开口端的距离大于或等于连接管长度的60％。

9.根据权利要求8所述的预制混凝土桩机械接头，其特征在于：所述卡固件主体(30)固定于连接管主体(20)的中部。

10.根据权利要求9所述的预制混凝土桩机械接头，其特征在于：所述插杆(5)还包括用于连接所述插杆固定部(50)与所述插杆卡接部(51)的插杆连接部(52)，所述插杆连接部(52)的外径大于所述插杆固定部(50)的外径且小于所述连接管(2)的内径。

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