一种预制混凝土桩的制作方法

1.本实用新型涉及建筑预制件领域，尤其涉及一种预制混凝土桩。


背景技术：

2.在建筑工程领域中，预制混凝土桩是一种常用的预制构件，我国是混凝土桩产量最大、品种最多、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。
3.在现有技术中，预制混凝土桩的桩端端板之间需要进行焊接，保证桩的连接可靠，避免地下水渗入，但是，焊接连接工艺在工程实践中，焊接质量由于人为因素得不到有效保障，使桩在接头处性能下降，且由于各种因素，包括地表振动、地壳运动及建筑物建造过程中的挤土效应等，桩在地下容易发生一定量的位移，使焊接质量较差的位置出现缝隙，导致地下水渗入，对端板、接头及接头处主筋造成腐蚀。在腐蚀环境和腐蚀时间下，钢筋锈蚀引起的锈胀裂缝，会导致预制桩的性能大幅下降。且端板焊接施工效率低，对环境造成污染。因此，为了获得更好的施工效果，一种具有新型连接结构的预制混凝土桩急需被研发。


技术实现要素：

4.本实用新型提供一种预制混凝土桩，以克服上述问题。
5.一种预制混凝土桩，包括第一连接桩和第二连接桩，所述第二连接桩的全部或部分主筋的端部伸出第二连接桩的端面，形成主筋伸出部，所述第一连接桩的桩身内设有连接管，所述连接管的端口朝向桩身端面外侧，所述主筋伸出部能够通过所述端口插入所述连接管并通过结构胶与所述连接管固定连接；
6.所述第二连接桩的主筋伸出部的长度大于或等于对应主筋的直径的三倍，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。
7.进一步地，所述第一连接桩和第二连接桩均为空心方桩。
8.进一步地，所述第一连接桩和第二连接桩包括第一截面段和第二截面段，所述第一截面段和第二截面段的形状和/或面积不同。
9.进一步地，所述主筋伸出部为对称分布或均布分布。
10.进一步地，所述连接管的端部设有径向向内的凸缘，形成能够对钢筋镦头进行限位的限位孔。
11.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60mm以上。
12.进一步地，设有所述卡固件的连接管内还设有弹性件、止挡件，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卡固件主体上的两个以上的弹性卡片，所述弹性卡片通过所述止挡件将所述弹性件压缩在所述连接管内，所述主筋能穿过所述的两个
以上的弹性卡片之间并通过弹性卡片的回弹实现卡接，且所述主筋能够破坏所述止挡件，使所述弹性件端部通过回弹卡入所述弹性卡片与连接管之间。
13.进一步地，至少三个所述连接管内设有用于卡接主筋伸出部的卡固件，设有所述卡固件的连接管对称分布或均布分布。
14.进一步地，所述第一连接桩和第二连接桩为方桩，所述第一连接桩具有四个设有卡固件的连接管，设有所述卡固件的连接管设于所述方桩横截面的四个角。
15.进一步地，所述第一连接桩和第二连接桩为管桩，所述第一连接桩具有三个设有卡固件的连接管，设有所述卡固件的连接管沿所述管桩横截面周向均布。
16.本实用新型公开了一种预制混凝土桩，与现有技术比较，本实用新型所述的一种混凝土桩连接结构及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。本实用新型在连接处通过工程结构胶固定连接，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
17.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为本实用新型实施例1公开的一种预制混凝土桩结构示意图；
19.图2为本实用新型实施例1公开的一种预制混凝土桩俯视示意图；
20.图3为图2中a-a视角剖视图；
21.图4为本实用新型实施例2公开的一种预制混凝土桩结构示意图；
22.图5为本实用新型实施例2公开的一种预制混凝土桩俯视示意图；
23.图6为图5中b-b视角剖视图；
24.图7为图6中e视角剖视图；
25.图8为本实用新型实施例3公开的一种预制混凝土桩结构示意图；
26.图9为本实用新型实施例3公开的一种预制混凝土桩俯视示意图；
27.图10为图9中c-c视角剖视图；
28.图11为图10中f视角剖视图；
29.图12为本实用新型实施例1公开设有卡固件的连接管结构示意图；
30.图13为本实用新型实施例1公开设有卡固件的连接管结构示意图，图示状态为第二连接桩的主筋插入过程中；
31.图14为本实用新型实施例3公开的一种预制混凝土桩结构示意图；
32.图15为本实用新型实施例3公开的一种预制混凝土桩侧视示意图；
33.图16为本实用新型实施例3公开的一种预制混凝土桩俯视示意图；
34.图17为图16中d-d视角剖视图；
35.图18为图17中g视角剖视图；
36.图中：
37.1、第一主筋；2、第二主筋；3、连接管；4、弹性件；5、止挡件；6、卡固件；7、第一连接桩；8、第二连接桩；11、主筋伸出部。
具体实施方式
38.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
39.实施例1
40.如图1-3所示，一种预制混凝土桩，包括第一连接桩7和第二连接桩8，所述第二连接桩8的全部主筋的端部伸出第二连接桩8的端面，形成主筋伸出部11，所述第一连接桩7的桩身内设有连接管3，所述连接管3的端口朝向桩身端面外侧，所述主筋伸出部11能够通过所述端口插入所述连接管3并通过结构胶与所述连接管3固定连接；
41.所述第二连接桩8的主筋伸出部11的长度大于或等于对应主筋的直径的三倍，所述主筋伸出部11的长度小于或等于所述连接管3的内部空间的长度。
42.本实施例中，所述主筋包括第一主筋1和第二主筋2，第一连接桩7内设有所述第一主筋1，第二连接桩内设有所述第二主筋2，所有主筋均布分布，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。本实施例中，第二连接桩和第一连接桩均为空心方桩。在实际生产时，第二连接桩可以根据实际需要只设置一端主筋伸出，第一连接桩可以只设置一端设有连接管，也可以将第二连接桩和第一连接桩均设置为一端设有连接管、一端主筋伸出的结构，也就是第二连接桩和第一连接桩结构相同。换言之，第一连接桩作为最底端的一节桩时，其上端可以根据需要依次连接一节或多节第二连接桩，无论是最底端一节桩与次底端一节桩的连接结构还是除最底端一节桩外的其他桩之间的连接结构，均在本实用新型要求保护的范围之内。
43.所述连接管3包括连接管3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3主体内，所述连接管3主体的长度为60mm以上。本实施例中，连接管远离桩身端面的一端为能够对钢筋镦头进行限位的限位孔，限位孔具有所述凸缘，对主筋的墩头进行限位。
44.实施例2
45.如图4-7所示，本实施例中的第一连接桩7和第二连接桩8均为竹节实心方桩，所述第一连接桩7和第二连接桩8包括第一截面段和第二截面段，所述第一截面段和第二截面段的形状均为矩形，但第一截面段和第二截面段的面积不同，大截面段和小截面段之间通过斜面过渡。
46.本实施例中，第一截面段的截面宽度和界面长度均大于第二截面段，也可将第一截面段设置为仅有截面宽度或长度大于第二截面段，同时第一截面段的长度或宽度小于或等于第二截面段。换言之，第一截面段的截面积等于第二截面段的截面积但二者长宽比例不同，或第一截面段的截面积大于第二截面段的截面积且第一截面段的截面宽度和截面长
度均大于第二截面段的截面宽度和截面长度，或第一截面段的截面积大于第二截面段的截面积且第一截面段的截面宽度或截面长度大于第二截面段的截面宽度和截面长度。
47.本实施例中的连接桩包括桩身，所述第二连接桩和第一连接桩的全部的主筋为pc钢棒，每根主筋的一端与连接管3相连，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。本实施例中，所有主筋1均布对称分布，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。本实施例中，第一连接桩的底端设有与主筋相连的张拉套筒。本实施例的其他结构与实施例1相同。
48.实施例3
49.如图8-11所示，本实施例中的第一连接桩7和第二连接桩8均为空心竹节方桩，本实施例中，所述第一连接桩7具有四个设有卡固件的连接管3，设有所述卡固件的连接管3设于所述方桩横截面的四个角。
50.在对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，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，避免打桩时的反作用力使桩脱开，出现缝隙，便于快速施工，保证工程进度。
51.如图12、图13所示，设有所述卡固件的连接管3内还设有弹性件4、止挡件，所述卡固件包括通过螺纹固定在连接管3内的卡固件主体和设置于卡固件主体上的两个以上的弹性卡片，所述弹性卡片通过所述止挡件将所述弹性件4压缩在所述连接管3内，所述主筋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，且所述主筋能够破坏所述止挡件，使所述弹性件4端部通过回弹卡入所述弹性卡片与连接管3之间。
52.具体地，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3的开口端的距离大于或等于连接管3长度的60％。第二主筋为pc钢棒，钢棒镦头可以径向撑开多个弹性卡片62并穿过，之后弹性卡片回弹，卡住钢棒镦头，实现卡接，钢棒穿过弹性卡片，能够破坏止挡件。
53.在本实施例中，所述弹性件4为弹簧，所述止挡件5为爆破片，所述第二主筋2的墩头穿过所述弹性卡片后破坏所述爆破片，使所述弹簧的端部卡入回弹后的弹性卡片与连接管3内壁之间。
54.如图7所示，止挡件5包括若干环向设置的止挡片，所述止挡片外侧环向设置内凹部，弹性件4端部卡入所述内凹部中，墩头伸入连接管至止挡片处，使止挡片51断裂，止挡失效，弹簧回弹，弹簧端部卡入连接管与弹性卡片之间，使弹性卡片不能张开，保证第二主筋的墩头不能回退，第一连接桩与第二连接桩连接牢固可靠。
55.本实施例中的第一连接桩与第二连接桩实现了主筋的快速连接，且弹性件卡入卡固件与连接管之间，使卡固件将主筋墩头牢牢卡固，主筋不能回退，消除了预制混凝土桩之间的间隙，最大程度避免了地下水腐蚀，提高了安全性。本实施例的其他结构与实施例2相同。
56.实施例4
57.如图14-18所示，本实施例与实施例3不同的是，本实施例中的第一连接桩与第二连接桩均为竹节空心管桩，本实施例中，所述第一连接桩7具有三个设有卡固件的连接管3，设有所述卡固件的连接管3沿所述管桩横截面周向均布，换言之，任意两个设有所述卡固件的连接管3与桩身截面圆心连线的夹角均为120
°
，保证卡固件对桩身连接力的均衡一致。本实施例的其他结构与实施例3相同。
58.实施例5
59.本实施例所述的第二连接桩和第一连接桩为预应力与非预应力混合桩，部分主筋一端与连接管相连，其余主筋为预应力主筋，该预应力主筋两端设有张拉套筒，该张拉套筒也做连接套筒使用，该预制混凝土桩为预应力与非预应力混合桩，部分主筋伸出预制混凝土桩端面，要求预制混凝土桩的每个主筋的长度一致，保证每个主筋的预压力均匀一致，非预应力主筋长度不受长度一致的限制，根据实际需求进行设置。本实施例的连接管结构与实施例一相同，张拉套筒为设有内螺纹的套筒状结构。主筋承受预应力时，连接套筒和连接管在生产过程中均可用于主筋的张拉。
60.实施例6
61.本实施例与实施例1不同的是，所述第二连接桩的部分主筋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，第二连接桩其余主筋的两端设有连接套筒，所述连接套筒为设有内螺纹的套筒状结构。如该预制混凝土桩为预应力桩，部分主筋伸出预制混凝土桩端面，要求预制混凝土桩的每个主筋的长度一致，也就是说，伸出预制混凝土桩端面的主筋和不伸出端面的主筋的长度一致，保证每个主筋的预压力均匀一致。如果预制混凝土桩为非预应力桩，则所有主筋长度不受长度一致的限制。所述主筋伸出部为对称分布或均布分布。这样可以保证桩的力学性能，保证预应力桩的预压力等效、预压力相同，保证均衡施压。本实施例为预应力桩时，连接套筒和连接管在生产过程中均用于主筋的张拉。相应地，第一连接桩7 的部分主筋一端与连接管相连，该连接管端口构成桩连接的套筒部，第一连接桩其余主筋的两端设有连接套筒，所述连接套筒为设有内螺纹的套筒状结构，本实施例的其他结构与实施例一相同。
62.本实施例中，第二连接桩5的张拉套筒3内固定有插杆，第一连接桩的张拉套筒3内固定有卡接部，所述插杆能插入卡接部并实现卡接，也就是说，第二连接桩5和第一连接桩6的张拉套筒3之间设有机械接头4。快速连接机械接头通过连接套筒与未伸出预制混凝土桩端面的主筋连接。本实施例中，设置机械接头的作用：施工时，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，在结构胶还没有凝固时，机械接头起到临时连接，便于快速施工，保证工程进度。机械接头是均匀分布的，保证力的分布是均衡的。所有主筋伸出部也均匀分布，这样可以保证桩的力学性能，这样可以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。
63.机械接头除上述结构形式外，还可以为现有任意形式的机械接头，包括但不限于专利【2015204447851】公开的预制混凝土桩快速接头、【2015207122349】公开的机械拼接接头、【2015206485006】公开的镶齿连接机械接头、【201620008421.3】公开的预制混凝土构件插接接头、【201621106867.6】公开的预制混凝土构件机械接头、【201720863564.7】公开的混凝土装配式结构构件插接接头、【201821045918.8】公开的混凝土构件连接接头、【201810847677.7】公开的混凝土构件机械接头、【201810844323.7】公开的预制混凝土构件
接头、【201910020327.8】公开的机械接头、【201910718379.2】公开的弹卡机械接头和【202020570599.3】公开的齿牙机械接头等。
64.实施例7
65.本实施例公开了一种预制混凝土桩，包括前述任意一实施例中的第一连接桩、第二连接桩及其连接结构。
66.本技术各实施例的混凝土桩连接结构实现了真正的成桩主筋同轴、一致连接(如图3、图6、图7、图10、图11、图17、图18所示，成桩后，所有单节桩的主筋通过本专利公开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。
67.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。
68.表1为本专利所述预制混凝土桩的空心竹节管桩实验记录，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 mm裂缝。说明连接结构处的强度远高于桩身的强度。
69.表1 空心竹节管桩抗裂剪力试验记录
[0070][0071]
表2为本专利所述预制混凝土桩的空心竹节管桩抗弯试验记录，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。
[0072]
表2 空心竹节管桩抗弯试验记录
[0073][0074]
表3为本专利所述预制混凝土桩的空心竹节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
①
165.5kn时钢筋断裂，
②
150.3kn时钢筋墩头部断裂，
③
162.8kn时钢筋断裂。
[0075]
表3 拉力载荷检验报告
[0076][0077]
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，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。
[0078]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。