一种抗拔桩

技术领域

本发明属于桩基工程技术领域，尤其涉及一种抗拔桩。

背景技术

抗拔桩被广泛应用于大型地下室抗浮、高耸建筑物抗拔、海上码头平台抗拔、悬索桥和斜拉桥的锚桩基础、大型船坞底板的桩基础以及静荷载试桩中的锚桩基础等领域。当建筑工程地下结构的一部分低于周边土壤水位时，均需要设置抗拔桩以抵消土壤中水对建筑工程地下结构产生的上浮力，从而确保建筑工程的稳定性。

现有的抗拔桩主要采用现浇方式制作，工艺流程主要为：打孔-孔扩底-下钢精笼-清孔-砼灌注-成桩；该工艺施工过程复杂，每一个抗拔桩个体的制作均需要重复上述工艺流程，施工效率极低；而且，由于不同施工地域的地质条件不同，难以控制打孔过程中的土层崩塌现象；另外，设置抗拔桩的目的主要是为了抵消较高地下水位的浮力，即用于应对土层含水率较高的情况，采用整桩现浇的传统抗拔桩施工方法时，灌注的混凝土易受到孔内泥浆水的混合稀释，导致整桩强度难以保证。

针对上述缺陷，现有技术中存在使用预制管桩制作抗拔桩的尝试。中国专利

（CN109056715A）公开了一种玻璃纤维增强塑料抗拔桩及施工方法，该专利通过在桩体底部安装一锥形扩大头，并在所述锥形扩大头上侧桩体上设置侧翼及螺纹。但该专利的抗拔桩仍需要预先打孔，然后进行沉桩作业；因其底部的锥形扩大头的锥底直径大于桩体直径，若采用直接打桩施工工艺，极易导致桩体失衡，难以控制桩体垂直度；此外，该专利在沉桩后仍需要在桩体与土层间隙中灌注混凝土，仍存在前述现浇桩的缺点；并且其设置的侧翼在施工过程中难以有效打开，而仅在受到上浮力，桩体产生较大位移之后，才能在土层反向力的作用下完全打开，抗拔效果有限。

中国专利（CN106759302 A）公开了一种膨胀抗拔桩及其施工机械和施工工艺，该专利的抗拔桩在桩体底部设置了一膨胀部，将桩体打入地层后，通过芯杆将设在膨胀部内的滑块向上拉，从而将围合成膨胀部的套板挤压张开，从而形成桩底扩大头。但该专利的抗拔桩其扩大头部分仅由张开的套板形成，其结构强度和所能承受的上浮力均极低；此外，套板由底部向上张开的过程中，会在套板下部留下未被填充的涂层空隙，从而使得桩体处于类似悬空的状态，将极大影响桩体的承压性能，并且，所述套板的张开完全依赖于芯杆提供给滑块的力量，这要求芯杆必须在桩体的整个寿命期内为所述滑块提供持续不变的拉力，否则，张开的套板极易在上部涂层的压力或当桩体上浮时再次闭合，从而彻底失去抗拔功能。

综上，针对现有施工方法制造的抗拔桩所存在的问题，亟需一种施工便捷，结构可靠且性能持久的抗拔桩。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种抗拔桩，桩体底部的底板下表面设有凸台，凸台与桩头相匹配，桩头由若干结构相同的子壳拼接而成，向桩头内腔注浆时，子壳受压张开，能够在桩体底部形成扩大头，持续注浆后，能够进一步提高扩大头结构强度，有效保证抗拔性能且施工操作简单方便。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种抗拔桩，包括桩体以及活动安装在桩体底部的桩头；桩体底部设有底板，底板下表面设有与桩头相匹配的凸台，桩头由多个结构、尺寸均相同的子壳拼装组成；单向注浆管依次穿过底板、凸台上的安装孔并伸入桩头内腔中；桩头内腔受压后，子壳能够分散开。

进一步地，拼装后的所述桩头为锥形结构，其锥底外径小于等于桩体外径。

进一步地，所述子壳两个侧边分别设有内缺口和外缺口，内缺口和外缺口处对应的子壳壁厚减半，相邻子壳的内缺口与外缺口相匹配。

进一步地，所述子壳外壁竖向设有侧板，侧板与子壳外壁垂直。

进一步地，所述侧板为三角形板，侧板底边远离桩头锥尖的一端不高于底边另一端，且不高于桩头锥尖。

进一步地，所述子壳顶部为扇形板结构，靠近子壳两个侧边的扇形板两端分别设置有下半板和上半板，下半板和上半板的厚度均为扇形板其他部分厚度的一半；上半板处对应的子壳圆锥壁上端设有用于安装下半板的槽口；子壳相互拼接组成一个具有环形顶板结构的桩头，环形顶板中间形成有定位孔。

进一步地，所述单向注浆管底部一周设有多个弹性卡条，弹性卡条上端到单向注浆管轴线的距离大于定位孔直径。

进一步地，所述单向注浆管与底板、凸台之间均为密封设置。

进一步地，所述单向注浆管与底板上表面接触的位置、单向注浆管与凸台下表面接触的位置均安装有卡固结构。

进一步地，所述子壳顶部贴合底板下表面，子壳内壁贴合凸台侧表面。

本发明具有如下有益效果：

与现有技术相比，本发明使用由若干子壳拼接而成的圆锥状桩头，且保证桩头底部直径不大于桩体直径，能够有效避免在桩体与土层之间形成间隙，保证桩体的垂直度和桩体表面与土层间的摩擦力。

通过向桩头内注入高压混凝土浆，能够将拼接成桩头的若干子壳胀开，从而在桩体底部形成扩大头，持续通入的高压混凝土浆溢出后与土层结合形成水泥结石体，能防止地下泥浆混入扩大头内部，从而保证扩大头的结构强度；桩头张开过程主要表现为圆锥状桩头的顶部张开，顶部张开所形成的孔隙被注入的混凝土浆及时填充，不会在桩体底部形成孔隙，有效保证了桩体的抗压性能。

通过在桩体底板下表面设置凸台，能够防止打桩过程中桩头偏移；通过在子壳外壁设置侧板，有助于实现桩体与桩头的便捷对接，同时降低打桩及注浆胀开桩头时的难度；通过在子壳顶部设置扇形板，并配合固定在单向注浆管底部的弹性卡条，能够增大桩头在混凝土外泄前的扩大程度，实现使用相同尺寸的桩头形成具有更大直径的扩大头，进一步提高抗拔桩抗拔性能，且整个施工工艺过程操作也很简单方便。

附图说明

图1为实施例1中所述抗拔桩未张开时在土层中的结构示意图；

图2为实施例1中所述桩头未张开时的结构示意图；

图3为实施例1中所述桩头张开时的结构示意图；

图4为实施例1中所述桩头张开时在土层中的结构示意图；

图5为实施例1中所述混凝土浆溢出时抗拔桩在土层中的结构示意图；

图6为实施例2中所述桩头结构示意图；

图7为图6的仰视图；

图8为实施例3中所述抗拔桩未张开时在土层中的结构示意图；

图9为实施例3中所述桩头未张开时的结构示意图；

图10为实施例3中所述子壳结构示意图；

图11为实施例3中所述桩头与桩体安装示意图；

图12为图11中A部分结构放大图；

图13为实施例3中所述桩头张开时的结构示意图；

图14为实施例3中所述混凝土浆溢出时抗拔桩在土层中的结构示意图。

图中：1-土层；2-桩体；21-底板；22-凸台；3-单向注浆管；31-弹性卡条；4-桩头；41-子壳；411-槽口；42-内缺口；43-外缺口；44-内半壁；45-外半壁；46-侧板；461-底边；462-侧边；47-扇形板；471-下半板；472-上半板；48-定位孔。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因为不能理解为对本发明的限制；对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

如图1所示，本发明所述抗拔桩包括预制桩体2，本实施例中的桩体2优选为圆柱状结构，桩体2顶部开口，底部设有底板21，底板21下表面设有与底板21同轴的凸台22；底板21上表面、凸台22下表面对应位置设有贯穿底板21、凸台22的安装孔，安装孔内插设有单向注浆管3，单向注浆管3外壁与安装孔内壁密封设置；单向注浆管3与底板21上表面接触的位置、单向注浆管3与凸台22下表面接触的位置均安装有卡固结构，用于保证单向注浆管3在进行高压注浆的过程中保持稳定，不会从安装孔中脱离，本实施例中的卡固结构优选为卡环。

如图1所示，底板21下部活动设置有桩头4，本实施例中的桩头4为与桩体2相匹配的圆锥状结构；如图2所示，桩头4由若干结构、尺寸均相同的子壳41拼装而成，本实施例中子壳41数量优选为四个；如图3所示，每个子壳41的两个侧边（即沿桩头4结构母线方向延伸的边）分别设有内缺口42和外缺口43，内缺口42和外缺口43处对应的子壳41壁厚减半，进而在子壳41顶部分别形成外半壁45和内半壁44；两个相邻子壳41的内缺口42与外缺口43相匹配，保证四个子壳41侧边能够相互拼接组成一个完整的未张开的桩头4；未张开的桩头4锥底外径不大于桩体2外径，本实施例中优选为未张开的桩头4锥底外径等于桩体2外径。

如图1所示，凸台22的形状和尺寸与桩头4内腔相匹配，保证子壳41顶部贴合底板21下表面，子壳41内壁贴合凸台22侧表面，单向注浆管3底部伸入桩头4内腔，能够有效保证打桩过程中桩头4的定位效果；打桩时，由于地下土层1的性质和结构并不是完全均一，因此桩头4子壳41所承受的侧向压力并不能始终保持均衡，而凸台22的侧表面能够为子壳41内壁提供向外侧的支撑力，进而抵消各子壳41的受力差异，避免桩头4在土层1压力下偏移桩体2的轴线；如果直接采用平底底板21与桩头4连接，在打桩过程中，由于桩头4外壁受力的差异，极易导致桩头4偏移桩体2的轴线，甚至与桩体2脱离。

如图4所示，通过单向注浆管3向桩头4内腔中持续注入高压混凝土浆时，桩头4内腔受压，相邻两个子壳41相互叠合卡接的内缺口42和外缺口43逐渐张开，桩头4在桩体2底部位置形成扩大头。如图5所示，当桩头4被完全撑开后继续注浆一定时间，高压混凝土浆从桩头4内腔中溢出进入外侧土层1，并与外侧土层1结合形成水泥结石体，有助于强化扩大头外侧的土层1强度，提高抗拔桩的抗拔性能，同时还能防止桩头4外侧的泥浆进入桩头4内腔，从而可以保证桩头4内腔中的混凝土浆不被泥浆混合，保证扩大头处的结构强度。

所述单向注浆管3为能够实现高压单向注浆的管道，本实施例中优选为袖阀管。

实施例2：

本实施例在实施例1的基础上，对抗拔桩桩头4做了如下改进：

如图6、7所示，每个子壳41外壁均竖向设有侧板46，侧板46与子壳41外壁垂直，侧板46为包括底边461、侧边462、斜边的三角形板；侧板46底边461远离桩头4锥尖的一端不高于侧板46底边461另一端，且不高于桩头4锥尖，本实施例中优选为底边461远离桩头4锥尖的一端与底边461另一端以及桩头4锥尖高度均相等；侧板46能够为拼接完成的桩头4提供支撑，使其能够被稳定地竖直放置在打桩点的地面上，而不至于因子壳41的自重散开，进而保证桩头4与桩体2之间实现便捷地对接；同时，在打桩过程中，侧板46还能够辅助劈裂较硬土层1，在向桩头4内腔注浆使其张开的过程中，侧板46的设置也有助于切开子壳41外部的土层1，降低子壳41外表面所承受的阻力，从而有效降低注浆压力和施工难度。

实施例3：

本实施例在实施例1的基础上，对抗拔桩桩头4做了如下改进：

如图9、10所示，子壳41顶部为扇形板47结构，靠近子壳41两个侧边的扇形板47两端分别设置有下半板471和上半板472，下半板471和上半板472的厚度均为扇形板47其他部分厚度的一半，同时，上半板472处对应的子壳41圆锥壁上端设有用于安装下半板471的槽口411，保证两个相邻子壳41的下半板471和上半板472能够卡接在一起，四个子壳41能够相互拼接组成一个完整的具有环形顶板结构的桩头4。如图8所示，桩头4的环形顶板中间形成的定位孔48与桩头4同轴，且定位孔48与凸台22相匹配；通过单向注浆管3向桩头4内腔注浆时，环形顶板的设置使得桩头4顶部与桩体2底部能够保持更长时间的密封，从而保证桩体2底部能够形成直径更大的扩大头。

如图8所示，单向注浆管3底部一周设置有若干弹性卡条31，弹性卡条31在自由状态下时，具有预定的最大张开角度，且能够被挤压而向内闭合；弹性卡条31在自由状态下时，其上端到单向注浆管3轴线的距离大于定位孔48直径。如图11、12所示，将拼装完成的桩头4通过定位孔48向上逐渐套设在单向注浆管3外围，在此过程中，定位孔48挤压弹性卡条31使其向内闭合，当桩头4的环形顶板贴合桩体2底板21时，弹性卡条31恢复自由状态，弹出至最大张开角度。

如图13、14所示，通过单向注浆管3向桩头4内腔中持续注入高压混凝土浆时，桩头4内腔受压，各子壳41逐渐张开分离，由于各子壳41顶部扇形板47被弹性卡条31上端抵靠，因此在子壳41张开的过程中，会在桩体2与桩头4之间产生间隙，使得混凝土浆提前溢出，保证桩体2底部能够形成直径更大的扩大头，提高抗拔桩的抗拔性能。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。