本申请涉及桥梁工程技术领域，具体而言，涉及一种大直径管桩及变直径单桩。
背景技术：
变直径单桩为一体式结构，其包括大直径段和小直径段，小直径段作为桩基础延伸至海底岩层，大直径段用于连接架设桥梁的桥墩，大直径段所受到的弯矩较大，其直径相对较大，小直径段主要承受轴力，其直径相对较小。目前，变直径单桩在成型过程中，需要现场制作大型钢筋笼，并现场浇筑混凝土，施工作业周期长。
技术实现要素：
本申请实施例提供一种大直径管桩及变直径单桩，以改善变直径单桩施工作业周期长的问题。
第一方面，本申请实施例提供一种大直径管桩，包括：
用于与小直径段连接的空心基段；
用于与桥墩连接的连接段；以及
拼接于空心基段与连接段之间的多个空心中间段。
上述技术方案中，大直径管桩由空心基段、连接段和多个空心中间段拼接而成，即大直径管桩为分段式结构。在实际运用中，可先对空心基段、连接段和各个空心中间段预先进行制作，在施工作业时，将空心基段、连接段和各个空心中间段进行拼接即可构成大直径管桩，可有效缩短施工周期，减小作业风险，提高施工质量。由于空心基段和各个空心中间段均为空心结构，可有效减少用材，提高材料的利用率，节约材料成本，同时，空心结构可有效提高大直径管桩抗弯强度。此外，大直径管桩中的各个节段预制的尺寸可控，尤其是长度方向，单个节段预制难度不大，现有工艺和设备即可实现。
另外，本申请实施例提供的大直径管桩还具有如下附加的技术特征：
在本申请的一些实施例中，每相邻的两个空心中间段预应力连接；
底端的空心中间段与所述空心基段预应力连接；
顶端的空心中间段与所述连接段预应力连接。
上述技术方案中，每相邻的两个空心中间段预应力连接，即将两个空心中间段连接后，两个空心中间段相互挤压，以抵消或减小外载荷产生的拉应力。底端的空心中间段与空心基段预应力连接，即将两者连接后，两者相互挤压，以抵消或减小外载荷产生的拉应力。顶端的空心中间段与连接段预应力连接，即将两者连接后，两者相互挤压，以抵消或减小外载荷产生的拉应力。这种结构可提高大直径管桩的刚度。
在本申请的一些实施例中，所述空心基段、所述连接段和所述空心中间段上均设有供预应力拉索穿入的预应力孔道。
上述技术方案中，空心基段、连接段和空心中间段上的预应力孔道，用于穿设拉索，通过拉紧拉索则可产生预应力，可方便地实现两节段的预应力连接。
在本申请的一些实施例中，所述空心基段的内壁上设有用于与所述小直径段配合连接的齿形结构。
上述技术方案中，空心基段的内壁上的齿形结构的设置，可增大空心基段与小直径段的接触受力面，提高大直径管桩与小直径段连接后的牢固性。在浇筑成型小直径段时，小直径段将在空心基段内将形成与空心基段的齿形结构相配合的齿形结构，保证空心基段与成型后的小直径段的有效结合。
在本申请的一些实施例中，每相邻的两个空心中间段中的一者设有第一环形凸起，另一者设有与所述第一环形凸起配合的第一环形凹槽。
上述技术方案中，第一环形凸起和第一环形凹槽的设置使得两个空心中间段能够快速定位对齐，同时可保证两个空心中间段之间剪力的有效传递。
在本申请的一些实施例中，底端的空心中间段与所述空心基段中的一者设有第二环形凸起，另一者设有与所述第二环形凸起配合的第二环形凹槽。
上述技术方案中，第二环形凸起和第二环形凹槽的设置使得底端的空心中间段与空心基段能够快速定位对齐，同时可保证底端的空心中间段与空心基段之间剪力的有效传递。
在本申请的一些实施例中，顶端的空心中间段与所述连接段中的一者设有第三环形凸起，另一者设有与所述第三环形凸起配合的第三环形凹槽。
上述技术方案中，第三环形凸起和第三环形凹槽的设置使得顶端的空心中间段与连接段能够快速定位对齐，同时可保证顶端的空心中间段与空心基段之间剪力的有效传递。
在本申请的一些实施例中，所述连接段用于与桥墩连接的一端为实心结构。
上述技术方案中，连接段用于与桥墩连接的一端为实心结构，保证连接段与桥墩之间力的有效传递和扩散。
第二方面，本申请实施例提供一种变直径单桩，包括小直径段和上述第一方面提供的大直径管桩；
所述小直径段与所述空心基段连接。
上述技术方案中，变径直径单桩的大直径管桩由多个节段拼接而成，可先对空心基段、连接段和各个空心中间段预先进行制作，在施工作业时，将空心基段、连接段和各个空心中间段进行拼接即可构成大直径管桩，可有效缩短施工周期，可避免因整体吊装带来的作业风险，可有效提高施工质量。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例提供的大直径管桩的结构示意图；
图2为图1所示的空心基段的结构示意图；
图3为图1所示的空心中间段的结构示意图；
图4为图1所示的连接段的结构示意图；
图5为图1所示的相邻的两个空心中间段的连接示意图；
图6为图1所示的底端的空心中间段与空心基段的连接示意图；
图7为图1所示的顶端的空心中间段与连接段的连接示意图；
图8为本申请实施例提供的变径直桩的结构示意图；
图9为本申请实施例提供的单桩独柱的结构示意图；
图10为本申请实施例提供的变直径单桩的施工方法的施工图i；
图11为本申请实施例提供的变直径单桩的施工方法的施工图ii；
图12为本申请实施例提供的变直径单桩的施工方法的施工图iii；
图13为本申请实施例提供的变直径单桩的施工方法的施工图iv；
图14为本申请实施例提供的变直径单桩的施工方法的施工图v；
图15为本申请实施例提供的变直径单桩的施工方法的施工图vi；
图16为本申请实施例提供的变直径单桩的施工方法的施工图vii；
图17为本申请实施例提供的变直径单桩的施工方法的施工图viii；
图18为本申请实施例提供的变直径单桩的施工方法的施工图ix。
图标：100-大直径管桩；10-空心基段；11-第一预应力孔道；12-齿形结构；13-第二环形凹槽；20-连接段；21-盲孔；22-第二预应力孔道；23-第三环形凸起；30-空心中间段；31-第三预应力孔道；32-第一环形凸起；33-第一环形凹槽；34-第二环形凸起；35-第三环形凹槽；200-变直径单桩；210-小直径段；300-单桩独柱；310-桥墩；401-钢护筒；402-引孔；403-小直径孔；404-钢筋笼；a-海床底；b-变径点标高；c-孔底标高；d-桩底标高。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本申请实施例的描述中，需要说明的是，指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
实施例
如图1所示，本实施例提供一种大直径管桩100，包括用于与小直径段210连接的空心基段10、用于与桥墩310连接的连接段20和拼接于空心基段10与连接段20之间的多个空心中间段30。
大直径管桩100由多个连接段(空心基段10、连接段20和多个空心中间段30)拼接而成，即大直径管桩100为分段式结构。
在实际运用中，可先对空心基段10、连接段20和各个空心中间段30预先进行制作，在施工作业时，将空心基段10、连接段20和各个空心中间段30进行拼接即可构成大直径管桩100，可有效缩短施工周期，减小作业风险，提高施工质量。由于空心基段10和各个空心中间段30均为空心结构，可有效减少用材，提高材料的利用率，节约材料成本，同时，给通过浇筑的方式在空心基段10的底部形成小直径段210提供条件；空心基段10和空心中间段30的空心结构还可有效提高大直径管桩100抗弯强度。此外，大直径管桩100中的各个节段预制的尺寸可控，尤其是长度方向，单个节段预制难度不大，现有工艺和设备即可实现。
本实施例中，每相邻的两个节段预应力连接，即将两个节段连接后，两个节段之间相互挤压，以抵消或减小外载荷产生的拉应力。这种结构可提高大直径管桩100的刚度。
具体地，每相邻的两个空心中间段30预应力连接，底端的空心中间段30与空心基段10预应力连接，顶端的空心中间段30与连接段20预应力连接。
需要说明的是，底端的空心中间段30即为与空心基段10临近的最下方的空心中间段30；顶端的空心中间段30即为与连接段20临近的最上方的空心中间段30。
如图2所示，空心基段10为空心圆柱管，空心基段10上设有供预紧力拉索穿入的第一预应力孔道11，第一预应力孔道11贯通空心基段10的顶端。第一预应力孔道11为多个，多个第一预应力孔道11以空心基段10的中轴线为轴圆周分布。
可选地，空心基段10的内壁上设有用于与小直径段210配合连接的齿形结构12。这种结构可增大空心基段10与小直径段210的接触受力面，提高大直径管桩100与小直径段210连接后的牢固性。在浇筑成型小直径段210时，小直径段210将在空心基段10内形成与空心基段10的齿形结构12相配合的齿形结构12，保证空心基段10与成型后的小直径段210的有效结合。
如图3所示，连接段20为圆柱形结构，连接段20用于与桥墩310连接的一端(顶端)为实心结构，连接段20的另一端(底端)设有盲孔21，即连接段20一端为实心结构，另一端为空心结构。连接段20上设有供预紧力拉索穿入的第二预应力孔道22，第二预应力孔道22的两端分别贯通连接段20的两端。第二预应力孔道22为多个，多个第二预应力孔道22以连接段20的中轴线为轴圆周布置。示例性的，第二预应力孔道22与第一预应力孔道11一一对应，连接段20的外径与空心基段10的外径相等。
连接段20用于与桥墩310连接的一端为实心结构，保证连接段20与桥墩310之间力的有效传递和扩散。连接段20的另一端为空心结构，这种结构可节省材料。
如图4所示，空心中间段30为空心圆结构，空心中间段30上设有供预紧力拉索穿入的第三预应力孔道31，第三预应力孔道31的两端分别贯通空心基段10的两端。第三预应力孔道31为多个，多个第三预应力孔道31以空心基段10的中轴线为轴圆周分布。示例性的，第三预应力孔道31与第一预应力孔道11一一对应，空心中间段30的外径与空心基段10的外径相等。
在预制空心基段10时，可在空心基段10中预埋锚固器。底端的空心中间段30与空心基段10预应力连接时，待低端的空心中间段30上的第三预应力孔道31与空心基段10的第一预应力孔道11对齐后，从第三预应力孔道31向第一预应力孔道11中穿入预应力拉索，使预应力拉索的锚固端(低端)与锚固器连接固定，张拉该预应力拉索，并在该预应力拉索的张拉端(顶端)连接连接器，使该预应力拉索处于拉紧状态。
另一个空心中间段30与底端的空心中间段30预应力连接时，向上方的空心中间段30的第三预应力孔道31内穿入预应力拉索，使该预应力拉索的锚固端与下方的连接器连接固定，张拉该预应力拉索，并在该预应力拉索的张拉端连接连接器，使该预应力拉索处于拉紧状态。以这种方式可实现各个空心中间段30的预应力连接。
连接段20与顶端的空心中间段30连接时，向连接段20的第二预应力孔道22内穿入预应力拉索，使该预应力拉索的锚固端与下方连接器连接固定，张拉该预应力拉索，将该预应力拉索的张拉端锚固于连接段20的顶部，使该预应力拉索处于拉紧状态。
由上述内容可知，两个节段之间的预应力拉索通过一个连接器连接。
在其他实施例中，也可通过其他连接形式来实现对各个节段的张拉预紧。比如，预应力拉索的长度较长，该预应力拉索的锚固端与空心基段10内的锚固器连接，以将该预应力拉索的锚固端固定，该预应力拉索的张拉端依次穿过各个空心中间段30的第三预应力孔道31以及连接段20的第二预应力孔道22，再张拉该预应力拉索，将该预应力拉索的张拉端锚固于连接段20的顶部。
进一步地，在大直径管桩100中，每相邻的两个节段之间通过环形凸起和环形凹槽实现定位，保证两个节段之间剪力的有效传递。
具体地，每相邻的两个空心中间段30中的一者设有第一环形凸起32，另一者设有与第一环形凸起32配合的第一环形凹槽33。示例性的，如图5所示，两个空心中间段30中，位于上侧的空心中间段30的底端设有第一环形凸起32，位于下侧的空心中间段30的顶端设有第一环形凹槽33。
底端的空心中间段30与空心基段10中的一者设有第二环形凸起34，另一者设有与第二环形凸起34配合的第二环形凹槽13。示例性的，如图6所示，底端的空心中间段30的底端设有第二环形凸起34，空心基段10的顶端设有第二环形凹槽13。
顶端的空心中间段30与连接段20中的一者设有第三环形凸起23，另一者设有与第三环形凸起23配合的第三环形凹槽35。示例性的，如图7所示，连接段20的底端设有第三环形凸起23，顶端的空心中间段30的顶端设有第三环形凹槽35。
由上述内容可知，空心基段10的顶端设有环形凹槽；空心中间段30的底端设有环形凸起，顶端设有环形凹槽；空心基段10的底端设有环形凸起。
此外，如图8所示，本申请实施例还提供一种变径直桩，包括小直径段210和上述实施例提供的大直径管桩100，小直径段210与空心基段10连接，并向大直径管桩100的底部延伸。
在实际施工过程中，可通过浇筑的方式成型小直径段210。浇筑成型后的小直径段210的局部延伸至空心基段10内，并与空心基段10的内壁上的齿形结构12形成紧密配合，使得空心基段10与成型后的小直径段210结合得更加牢固。
施工完成后，小直径段210位于下方，大直径管桩100位于上方，小直径段210作为桩基础延伸至海底岩层，大直径管桩100所受到的弯矩较大，其直径相对较大，小直径段210主要承受轴力，其直径相对较小。
对于单桩独柱300而言，如图9所示，其包括大直径管桩100和用于架设桥梁的桥墩310，桥墩310连接于大直径管桩100的连接段20的顶端(实心端)。
在对大直径管桩100的连接段20进行预制时，可提前将桥墩310连接用的预埋件预留进连接段20，甚至可将桥墩310立柱底部一小段和连接段20一同预制，提高整体性，改善截面突变断面的受力状态。
此外，本申请实施例还提供一种变直径单桩200的施工方法，该方法包括以下步骤：
步骤s100：打设钢护筒401。
如图10所示，将钢护筒401打设至海床底a以下的土层内。
步骤s200：待钢护筒401下沉到位后，从钢护筒401内部向下钻引孔402。
如图11所示，利用小直径钻头穿入钢护筒401内在土层中钻引孔402。
步骤s300：将空心基段10与各个空心中间段30进行拼接并下放至土层内。
如图12-图14所示，将空心基段10吊装定位后进行临时固定，从下至上逐个将各个空心中间段30进行预紧力张拉拼接，拼接一个空心中间段30则整体下方一个空心中间段30的高度并做临时固定，直至空心基段10进入土层。
根据地质情况，对于上部较软弱土层，可以依靠自身自重进行沉桩。当桩侧摩阻力逐渐增大后，可采用专门打桩船进行打设贯入，起初应以贯入速率进行控制，并随时观测桩的偏位和倾斜情况，及时进行修正。
施工过程中需注意各节段上下接触面的环形凸起和环形凹槽一一对应，并可涂抹环氧结构胶，两节段拼接完成后即可进行预应力拉索的穿束、张拉作业。预应力张拉完毕后将两节段下放一个管节的高度，再做临时固定，准备下个节段的吊装和拼接步骤。
待各个空心中间段30拼接完成后，可通过打桩船继续进行打设贯入，至空心基段10达到土层预设变径点标高b。
s400：从空心基段10的内部向下钻小直径孔403，直至进入岩层。
如图15所示，采用小直径钻头进行钻小直径孔403，直至进入岩层。本实施例中，钻孔至中分化岩层相应深度，孔底标高c达到设计桩底标高d。
钻小直径孔403完成后，可进行清孔作业，特别需注意空心基段10处的清孔质量，避免后浇混凝土与空心基段10之间存在泥质薄弱夹层。
步骤s500：如图16所示，向小直径孔403内放入钢筋笼404，并使钢筋笼404的顶端延伸空心基段10内。
步骤s600：如图17所示，向小直径孔403内浇筑混凝土，以在小直径孔403内形成延伸至空心基段10内的小直径段210。
小直径段210混凝土浇筑后，可继续连接浇筑至空心基段10以上。
步骤s700：如图18所示，将连接段20与顶端的空心中间段30进行拼接。
浇筑成型小直径段210后进行养护，随后便可对连接段20进行预应力拉索的穿束、张拉作业，最后的预应力拉索锚固于连接段20的顶部并完成封锚。
上述方法采用小直径段210浇筑和大直径管桩100预制拼接结合的方式，可有效缩短变直径单桩200的施工周期，可减少大型钢筋笼404的现场吊装、接长和定位下方工序，减少了现场不利环境对施工质量的影响，减少现场作业风险，可有效提高施工质量。
需要说明的是，在其他实施例中，在空心基段10与各个空心中间段30进行拼接前，也可不打设钢护筒401和钻引孔402。还可以在施工平台上将预制节段接长一定长度后直接采用打桩船进行插打贯入，在难以打入的位置可以采用类似沉井下沉的工艺，进行吸泥下沉。
本实施例中，采用拼接一个空心中间段30则整体下放一个空心中间段30的高度的方式逐渐下沉，已经拼接好的部分不会越来越高，便于下一个空心中间段30拼接。在其他实施例中，也可以先对空心基段10和各个空心中间段30进行拼接，然后，再将拼接好的整体吊装下沉，直至空心基段10进入土层。
以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
1.一种大直径管桩，其特征在于，包括：
用于与小直径段连接的空心基段；
用于与桥墩连接的连接段；以及
拼接于空心基段与连接段之间的多个空心中间段；每相邻的两个空心中间段预应力连接；底端的空心中间段与所述空心基段预应力连接；顶端的空心中间段与所述连接段预应力连接。
2.根据权利要求1所述的大直径管桩，其特征在于，所述空心基段、所述连接段和所述空心中间段上均设有供预应力拉索穿入的预应力孔道。
3.根据权利要求1所述的大直径管桩，其特征在于，所述空心基段的内壁上设有用于与所述小直径段配合连接的齿形结构。
4.根据权利要求1所述的大直径管桩，其特征在于，每相邻的两个空心中间段中的一者设有第一环形凸起，另一者设有与所述第一环形凸起配合的第一环形凹槽。
5.根据权利要求1所述的大直径管桩，其特征在于，底端的空心中间段与所述空心基段中的一者设有第二环形凸起，另一者设有与所述第二环形凸起配合的第二环形凹槽。
6.根据权利要求1所述的大直径管桩，其特征在于，顶端的空心中间段与所述连接段中的一者设有第三环形凸起，另一者设有与所述第三环形凸起配合的第三环形凹槽。
7.根据权利要求1所述的大直径管桩，其特征在于，所述连接段用于与桥墩连接的一端为实心结构。
8.一种变直径单桩，其特征在于，包括小直径段和根据权利要求1-7任一项所述的大直径管桩；
所述小直径段与所述空心基段连接。
技术总结