一种预应力混凝土的直纹曲面预制管桩

摘要

一种预应力混凝土的直纹曲面预制管桩，单叶双曲面状预应力钢筋网的几何外形是喇叭状，单叶双曲面状预应力钢筋网和环形筛筋两者形成钢筋笼，单叶双曲面状预应力钢筋网的两端设置环形钢板，钢筋笼放入模具，先张法千斤顶张拉单叶双曲面状预应力钢筋网，预应力钢筋网临时锚固于模具上，离心法制作工艺成型，蒸汽养护，等待混凝士结硬后，放张预应力钢筋网，可制得直纹曲面预制管桩成品。喇叭状直纹曲面预制管桩挤上效应小，沉桩方便，深层上体扰动小；喇叭状扩大头可挤密加固表层土，发挥桩与土体间的相互作用，形成复合地基，喇叭状直纹曲面管桩可大幅度提高桩基础的水平承载力。直纹曲面预制管桩受力性能优良，制作简便，可工业化大批量生产。

说明书

技术领域

本实用新型属于土木工程领域，涉及一种软土地基的桩基技术，尤其涉及一种预应力混凝上的直纹曲面预制管桩。

背景技术

在我国东部沿海软土地区，楔形桩的应用日益广泛。相比于等截面桩，楔形桩不仅可以节省材料而且能提高桩基础的承载性能，尤其是可以大幅度提高桩基础的水平承载力。

楔形桩是一种受力性能优越的桩型，它巧妙地利用桩楔形侧面，充分发挥了桩与土体间的相互作用，犹如楔子楔人地基土中，除切向摩阻力外，土体对楔形桩的楔形侧面产生了法向支承力，可以进一步提高桩与土之间的摩擦力，从而提高了楔形桩基础的承载力。

锥形管桩是一种典型的楔形桩，由于锥形管桩的一些不足之处，其推广应用受到制约，亟需进行技术改进。在锥形管桩沉桩施工过程中，其挤土效应大，沉桩困难；锥形管桩的挤土作用，导致地面隆起，会造成近邻已压入的桩产生上浮；且锥形管桩深层挤土，扰动深层土体，导致桩端承载力降低。

理想的楔形桩应该是喇叭状曲面管桩，喇叭状曲面管桩可以分为上下两个节段，下部节段直径细小，上部节段发散为喇叭口形状。

喇叭状曲面管桩的下部桩身是接近竖垂圆柱形状的节段，在喇叭桩沉桩施工过程中，挤土效应小，沉桩方便，深层土体扰动小。

喇叭状曲面管桩的下部桩身是发散为喇叭口形状的节段，喇叭口扩大头桩身节段倾斜侧面节段，在地表层处，可以发挥桩与土体间的相互作用，挤密加固表层土，形成复合地基，提高桩基承载力，尤其提高喇叭状曲面管桩的水平向承载力。

采用离心工艺制作的预应力高强混凝土管桩具有制作方便、工业化批量生产、受力性能优良和价格低的优点，在土木工程界，喇叭状曲面管桩的预应力技术是新产品成败关键，喇叭状曲面管桩如何合理布置直线形的预应力钢筋是亟需解决的难题。

单叶双曲面是典型的二次直纹曲面，其曲面可以由两族直线构成，二次直纹曲面在建筑上有着重要应用价值，常常用它来构成建筑物的骨架，广州电视塔“小蛮腰”就是利用单叶双曲面的直纹特性建造的。

单叶双曲面是两族直线构成的直纹曲面，单叶双曲面腰部圆形以上的形状接近喇叭形状，单叶双曲面的横断面是一系列直径不同的圆形截面，单叶双曲面的竖剖面是左右两条双曲线形状，采用单叶双曲面构造喇叭状直纹曲面管桩是一种行之有效的合理方案。

利用单叶双曲面的直纹特性，构建空间交叉预应力钢筋网，先张法千斤顶张拉预应力钢筋，采用预应力混凝土管桩的离心法制作工艺，制备一种预应力混凝土的直纹曲面预制管桩。

喇叭状预应力混凝土的直纹曲面预制管桩具有良好的工程性能，挤上效应小，沉桩方便，深层土体扰动小，桩端部喇叭状扩大头又可以挤密加固表层土，从而提高桩基础的水平向承载力。

实用新型内容

技术问题：本实用新型提供一种预应力混凝土的直纹曲面预制管桩，利用单叶双曲面的直纹特性，构建空间交叉预应力钢筋网，先张法千斤顶张拉预应力钢筋，采用预应力混凝土管桩的离心法制作工艺，形成喇叭状直纹曲面管桩。

技术方案：本实用新型的一种预应力混凝土的直纹曲面预制管桩，包括单叶双曲面状预应力钢筋网、环形箍筋和混凝土桩身，其特征在于：单叶双曲面状预应力钢筋网的几何外形是喇叭状，所述的单叶双曲面状预应力钢筋网的几何形状符合单叶双曲面数学方程，在单叶双曲面状预应力钢筋网上，隔开一定间距，设置若干环形箍筋，单叶双曲面状预应力钢筋网和环形箍筋两者形成钢筋笼，单叶双曲面薄壁管状的混凝土桩身包裹单叶双曲面状预应力钢筋网，在单叶双曲面状预应力钢筋网的上下两端分别设置上端部环形钢板和下端部环形钢板，单叶双曲面状预应力钢筋网、环形箍筋、混凝土桩身、上端部环形钢板和下端部环形钢板构成直纹曲面预制管桩，直纹曲面预制管桩的下部与预制锥形桩尖相连，直纹曲面预制管桩的上部与桩基础承台相连。

优选地，所述的单叶双曲面状预应力钢筋网采用千斤顶张拉，单叶双曲面状预应力钢筋网锚固于上端部环形钢板和下端部环形钢板。

上述一种预应力混凝土的直纹曲面预制管桩的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：按照单叶双曲面数学方程，加工制作单叶双曲面状预应力钢筋网和环形箍筋，两者形成钢筋笼；

步骤二：在单叶双曲面状预应力钢筋网的两端，安装上端部环形钢板和下端部环形钢板；

步骤三：将钢筋笼放入模具内，千斤顶张拉单叶双曲面状预应力钢筋网，单叶双曲面状预应力钢筋网临时锚固在模具之上；

步骤四：在模具之中，加入高强混凝土，采用离心法制作工艺成型混凝土桩身；

步骤五：将模具调入养护室，蒸汽养护，等待混凝土结硬后，放张预应力钢筋，单叶双曲面状预应力钢筋网锚固于上端部环形钢板和下端部环形钢板之上，从而制得预应力混凝土的直纹曲面预制管桩的成品；

步骤六：运输直纹曲面预制管桩成品到达施工现场，将预制锥形桩尖安装在预应力混凝土的直纹曲面预制管桩的桩端，采用压桩机，将预应力混凝土的直纹曲面预制管桩压入地基之中；

步骤七：在曲面管桩桩顶，施工桩基础承台，形成软土地区的桩基础。

利用单叶双曲面的直纹特性，提出一种预应力混凝土的直纹曲面预制管桩，单叶双曲面状预应力钢筋网可以采用先张法千斤顶张拉直线形预应力钢筋，利用离心法制作工艺成型喇叭状的直纹曲面预制管桩，制作简便，可以工业化大批量生产。

有益效果：本实用新型和现有技术相比，具有以下优点：

目前，锥形管桩的有一些不足之处，其推广应用受到制约，由于锥形管桩桩身全长均为楔形侧面，因而，锥形管桩沉桩施工的全过程中，始终伴随着挤土效应，挤土效应大，沉桩困难；挤土效应过大，导致地表面隆起，会造成近邻已压入的桩产生上浮；锥形管桩桩端挤土，扰动深层土体，导致桩端承载力降低。

单叶双曲面腰部圆形以上的形状犹如喇叭状，利用单叶双曲面的直纹特性，构建空间交叉预应力钢筋网，千斤顶张拉预应力钢筋网，采用预应力混凝土管桩的离心法制作工艺，形成一种预应力混凝土的直纹曲面预制管桩。

预应力混凝土的直纹曲面预制管桩是双曲面外形的喇叭状管桩，喇叭状管桩桩身可以分为上下两个桩身节段，直纹曲面预制管桩是下部直线桩和上部楔形桩的组合桩，改进了锥形管桩的不足之处，更加适用于软土地区的桩基础。

预应力混凝土的直纹曲面预制管桩为喇叭状曲面管桩，喇叭状曲面管桩的下部桩身是接近竖直形管桩，因而，在沉桩施工过程中，挤土效应小，沉桩方便，深层土体扰动小。

预应力混凝土的直纹曲面预制管桩为喇叭状曲面管桩，喇叭状曲面管桩的上部桩身是喇叭口扩大头，在地表层处，可发挥桩与土体间的相互作用，挤密加固表层土，形成复合地基，提高桩基承载力，尤其提高喇叭状曲面管桩的水平向承载力。

预应力混凝土的直纹曲面预制管桩是单叶双曲面的几何构形，单叶双曲面具有直纹特性，预应力钢筋网可由两族直线组成，直线形预应力钢筋才可以采用先张法预应力张拉工艺，因而，可以采用离心法预应力混凝土管桩制作工艺，制作简便，可以工业化大批量快速生产喇叭状曲面管桩。

预应力混凝土的直纹曲面预制管桩是构建的空间交叉预应力钢筋网，双向布置预应力钢筋，双向预应力约束混凝土变形的效果更佳，可以提高混凝土的强度和延性，双向预应力提高了直纹曲面预制管桩的受力性能。

喇叭状曲面管桩是桩身直径不断变化的变截面桩身，从桩端尖到地表面，喇叭状曲面管桩的截面积不断增加，喇叭状曲面管桩桩身的竖向承载力不断增加；对于摩檫桩，从桩端尖到地表面，摩擦桩桩身的轴向内力也是不断增加，因此，变截面喇叭状曲面管桩的内力和其自身竖向承载力两者匹配，设计科学合理，节约材料。

桩基础的水平向承载特性主要取决于地表桩端处的桩端直径和桩端桩周上体密实度，喇叭状曲面管桩桩端扩大头挤密加固表层上，桩端处直径最粗，因此，预应力混凝上的直纹曲面预制管桩具有良好的水平向承载力。

喇叭状预应力混凝土的直纹曲面预制管桩是一种优越的曲面桩型，采用离心法制作工艺，可以工业化大批量快速生产，具有制作简便、挤土效应小，沉桩方便，深层土体扰动小、水平承载力大和经济性好等优点，值得工程推广应用，尤其适合城市市政道路加固软土地基工程项目。

附图说明

图1是预应力混凝土的直纹曲面预制管桩的钢筋笼三维示意图；

图2是图1中钢筋笼的平面投影示意图；

图3是预应力混凝土的直纹曲面预制管桩的三维示意图；

图4是图3中直纹曲面预制管桩的竖向剖面图

图5是图3中直纹曲面预制管桩的配筋平面图；

图6是预应力混凝土的直纹曲面预制管桩的立面图；

图7是单叶双曲面几何构形的示意图。

图中有：单叶双曲面状预应力钢筋网1；环形箍筋2；混凝土桩身3；上端部环形钢板4；下端部环形钢板5；预制锥形桩尖6；桩基础承台7。

具体实施方式

下面结合说明书附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

实施例1

本实用新型的一种预应力混凝土的直纹曲面预制管桩，包括单叶双曲面状预应力钢筋网1、环形箍筋2和混凝土桩身3，其特征在于：单叶双曲面状预应力钢筋网1的几何外形是喇叭状，所述的单叶双曲面状预应力钢筋网1的几何形状符合单叶双曲面数学方程，在单叶双曲面状预应力钢筋网1上，隔开一定间距，设置若干环形箍筋2，单叶双曲面状预应力钢筋网1和环形箍筋2两者形成钢筋笼，单叶双曲面薄壁管状的混凝土桩身3包裹单叶双曲面状预应力钢筋网1，在单叶双曲面状预应力钢筋网1的上下两端分别设置上端部环形钢板4和下端部环形钢板5，单叶双曲面状预应力钢筋网1、环形箍筋2、混凝土桩身3、上端部环形钢板4和下端部环形钢板5构成直纹曲面预制管桩，直纹曲面预制管桩的下部与预制锥形桩尖6相连，直纹曲面预制管桩的上部与桩基础承台7相连。

所述的单叶双曲面状预应力钢筋网1采用千斤顶张拉，单叶双曲面状预应力钢筋网1锚固于上端部环形钢板4和下端部环形钢板5。

实施例2

一种预应力混凝土的直纹曲面预制管桩的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：按照单叶双曲面数学方程，加工制作单叶双曲面状预应力钢筋网1和环形箍筋2，两者形成钢筋笼；

步骤二：在单叶双曲面状预应力钢筋网1的两端，安装上端部环形钢板4和下端部环形钢板5；

步骤三：将钢筋笼放入模具内，千斤顶张拉单叶双曲面状预应力钢筋网1，单叶双曲面状预应力钢筋网1临时锚固在模具之上；

步骤四：在模具之中，加入高强混凝土，采用离心法制作工艺成型混凝土桩身3；

步骤五：将模具调入养护室，蒸汽养护，等待混凝土结硬后，放张预应力钢筋，单叶双曲面状预应力钢筋网1锚固于上端部环形钢板4和下端部环形钢板5之上，从而制得预应力混凝土的直纹曲面预制管桩的成品；

步骤六：运输直纹曲面预制管桩成品到达施工现场，将预制锥形桩尖6安装在预应力混凝土的直纹曲面预制管桩的桩端，采用压桩机，将预应力混凝土的直纹曲面预制管桩压入地基之中；

步骤七：在曲面管桩桩顶，施工桩基础承台7，形成软土地区的桩基础。实施例3

某城市市政道路，采用管桩加固软土地基，设计桩长为5米，经比选分析后，选用预应力混凝土的直纹曲面预制管桩。

预应力混凝土的直纹曲面预制管桩的桩底部直径310mm，桩顶部直径1000mm，桩壁厚为80mm，桩长5米，采用C60混凝土制作。

在预应力混凝土的直纹曲面预制管桩内部，配置20根直径7mm的1860MPa高强钢丝，环形箍筋采用直径6mm的500MPa细晶粒钢筋，箍筋间距为250mm。

桩顶设置上端部环形钢板，钢板厚14mm，桩底设置下端部环形钢板，钢板厚10mm。

在曲面管桩桩顶，设置桩基础的钢筋混凝土承台板，圆形承台板直径1.4米，圆形承台板板厚0.3米。

实施例4

某住宅楼工程，场地土为软土地基，设计采用桩基础，桩总长度为32米。

桩基础分为3节段，下部采用2节12米预应力高强混凝土管桩，顶部采用1节8米预应力混凝土的直纹曲面预制管桩。

预应力混凝土的直纹曲面预制管桩节段，桩底部直径400mm，桩顶部直径1050mm，桩壁厚为100mm，桩长8米，采用C80混凝土制作。

在预应力混凝土的直纹曲面预制管桩内部，配置20根直径10.7mm的1860MPa高强钢丝，环形箍筋采用直径8mm的500MPa细晶粒钢筋，箍筋间距为200mm。

桩顶设置上端部环形钢板，钢板厚16mm，桩底设置下端部环形钢板，钢板厚12mm。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。