CN101962951A - 纤维增强复合深水桥梁混合桩施工方法及其混合桩 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纤维增强复合深水桥梁混合桩施工方法及其混合桩，所述的纤维增强复合深水桥梁混合桩施工方法，包括以下步骤：①将钢板卷制成筒，并进行焊接形成钢管，②将碳纤维增强塑料即FRP粘贴于钢管外侧，形成FRP管，并与钢管成为一体形成FRP复合管，再将FRP复合管就位并固定，③采用振动或锤击将FRP复合管安装到桥梁桩基预定位置，④在管内钻孔达到设计深度，将绑扎好的钢筋笼置于孔内，所述FRP复合管兼做钻孔护筒，⑤浇筑混凝土，形成内部钢筋混凝土，所述内部钢筋混凝土与FRP复合管一起构成混合桩。所述的混合桩，包括内置钢筋笼的混凝土桩身，在混凝土桩身的外部套设钢管，在钢管的外部套设FRP管。

Description

纤维增强复合深水桥梁混合桩施工方法及其混合桩

技术领域

本发明涉及一种桥梁基础技术，尤其涉及一种纤维增强复合深水桥梁混合桩施工方法及其混合桩。

背景技术

目前，桥梁以及基础设施行业在腐蚀环境中出现了很严重的问题，传统的钢筋混凝土桩或木桩在正常环境条件使用年限可达到设计要求，但在潮湿或者有着风暴潮汐作用的滨海环境中会加速钢筋的锈蚀，混凝土退化。随着国家经济建设的发展，许多深水中需建大型桥梁，从而产生海水腐蚀性的问题。这些桥梁的基础型式多采用超长大直径钻孔灌注桩。在常规设计中，护筒只起到保护桩身作用，一般是不考虑参与受力的，将有护筒的桩段当成与下部的钢筋混凝土桩段一样设计。

深水桥梁桩基施工方法，采用纤维增强复合桩，即FRP管混合桩，运用新颖的方法进行施工，在沉桩的过程中FRP复合桩起到护筒的作用。在桩基使用过程中，FRP管既有优异的耐腐蚀性能，保护内部桩体，又能约束内部桩体，提高混凝土桩体的承载性能。

FRP管混合桩基础相对于传统桩基础，它不仅能够承受竖向荷载，还能承受水平荷载，更能长久的保持良好的承载性能，具有优越的受力特性和经济性能。当FRP护管的长度超过河水冲刷线以后，桩体实际上形成了“上大下小”的变截面大直径混合桩：即上部为类似于FRP或FRP钢管混凝土桩、下部为钢筋混凝土桩的混合桩身；另外，在护筒范围内，由于护筒的环箍效应，该段桩体将呈现出钢管-混凝土组合结构的承载特性，其竖向和水平承载能力都有了明显的提高。

国内外已有将FRP板桩用于实际工程的例子，但是FRP管混合桩基础还没有得到应用。

发明内容

本发明提供一种纤维增强复合深水桥梁混合桩施工方法及其混合桩，由本发明得到的桥梁基础或混合桩能够提高承载力且耐腐蚀。

本发明采用如下技术方案：

本发明所述的一种纤维增强复合深水桥梁混合桩施工方法，包括以下步骤：

①将钢板卷制成筒，并进行焊接形成钢管，

②将碳纤维增强塑料即FRP粘贴于钢管外侧，形成FRP管，并与钢管成为一体形成FRP复合管，再将FRP复合管就位并固定，

③采用振动或锤击将FRP复合管安装到桥梁桩基预定位置，

④在管内钻孔达到设计深度，将绑扎好的钢筋笼置于孔内，所述FRP复合管兼做钻孔护筒，

⑤浇筑混凝土，形成内部钢筋混凝土，所述内部钢筋混凝土与FRP复合管一起构成混合桩。

本发明所述混合桩，包括内置钢筋笼的混凝土桩身，在混凝土桩身的外部套设钢管，在钢管的外部套设FRP管。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

深水桥梁桩基施工方法，是针对传统钢筋混凝土桩基础在大型深水桥梁中的施工方法，在沉桩过程中可能遇到海水侵蚀、混凝土难以凝固达到预定强度等等问题，应用纤维增强塑料FRP(Fiber Reinforced Polymer，简称为FRP)管混合桩基的施工方法。FRP管混合桩是一种用于深水桥梁的基础形式，它以普通钢筋混凝土或钢管混凝土桩为原型，在桩外部增设FRP管，利用粘结剂如环氧树脂水下粘结剂使其成为整体，形成耐腐蚀性能良好的基础结构形式。其截面形式如图1所示。当超过河水冲刷线之后，截面如图2所示。

1、该施工方法应用了一种纤维增强复合管，即FRP外管。

纤维增强复合管，FRP管既能在施工过程中作为钻孔护筒，又能在使用过程中起到防腐保护内部桩身，并能约束内部钢管混凝土桩身，提高桩承载能力。

2、FRP管具有良好的耐腐蚀性能，保证混合桩在深水基础中使用寿命达到设计要求。

传统的普通钢筋混凝土桩在正常环境条件下使用年限可达到设计要求，但在某些恶劣环境条件下钢筋混凝土会锈蚀。混凝土结构中钢筋锈蚀的主要原因有：

(1)因混凝土保护层过薄或密实性较差，空气中的二氧化碳渗入保护层，使保护层碳化，钢筋锈蚀，混凝土胀裂。

(2)氯离子腐蚀。当由于施工原因混凝土中加入了外加剂，或冬季为防止混凝土桥梁、路面结冰而撒盐等，都会导致氯离子与钢筋和混凝土发生复杂的电化学反应，从而导致钢筋锈蚀，混凝土顺筋胀裂，结构失效。

(3)混凝土结构处于侵蚀性和暴露环境，导致钢筋提前锈蚀。

大型深水桥梁基础处于海水环境中，海水中存在着大量的氯离子。根据上述原因，我们可推断其中的桩基础会因钢筋混凝土的腐蚀存在非常重要的耐久性的问题。

FRP材料具有独特的性质在建筑材料中脱颖而出：(1)轻质高强，应用在大跨度、大截面的结构中，方便施工，更减轻自重，降低施工难度；(2)抗拉强度高，FRP筋的抗拉强度远远超过钢筋，与高强钢丝差不多；(3)热膨胀系数与混凝土接近，保证了FRP材料与混凝土在不同温度环境下能协同工作；(4)有着良好的耐腐蚀性能，在酸、碱、氯盐和潮湿的环境中。能长期使用，对于深水桥梁基础有着重大的意义。

据有关资料介绍，美国每年因钢材锈蚀造成的损失高达700亿美元。据美国有关部门统计，20世纪50年代前建造的桥梁大部分因钢筋锈蚀而破坏严重。目前美国近60万座桥梁中，有近10万座钢筋锈蚀严重。英国建造在海洋及含氯化物介质的环境中的钢筋混凝土结构中，因钢筋锈蚀需要重建或更换钢筋的占1/3以上。在日本，由于较多地区采用海沙作为混凝土中的细骨料，使钢筋锈蚀成为一个严重的问题。对冲绳地区177座桥梁和672座房屋的调查表明，桥面板和混凝土梁的损坏率达到90％以上，校舍一类民用建筑的损坏率也在40％以上。我国在1981年对华南18座钢筋混凝土码头的调查表明，尽管使用期仅7～15年，但有16座码头的钢筋严重锈蚀。1984年对浙江镇海的22座中小型海工建筑物的调查表明，967根构件中由于钢筋锈蚀导致顺筋开裂破坏的有538根，占构件总数的56％。而进入21世纪以后，钢材料的腐蚀问题更加严重。

国内外已经有将FRP材料用于实际工程的例子，如位于Bay Ridge，Brooklyn，New York的码头，以及将FRP板桩墙作为止水帷幕等等。

2、桩截面承载能力提高

FRP管混合桩正截面承载力由三部分叠加而成，分别是FRP管，钢管以及增强钢筋混凝土芯三部分的承载力。对于圆形截面的桩进行承载力计算，采用的基本假定与矩形截面构件相同，简化方法也与矩形截面构件类似。但是由于复合桩圆形截面的纵筋受力钢筋是沿截面周边均匀布置，因此在计算方法上也有其不同点。

混合桩在竖向和水平荷载作用下的承载能力状况则需要更进一步的推导。根据理论分析，我们可知，钢管混凝土的正截面承载能力由于结合了钢筋和混凝土的优点，避免了钢筋易屈曲的特点，约束了混凝土使其强度得到提高，从而使得整截面的承载力有了较大的提高。类推，在钢管外部粘贴了FRP材料的混合桩其承载能力必定会有所提高。

附图说明

图1是本发明混合桩的结构示意图，其中，图1a是混合桩的纵向剖视图，图1b是混合桩的A-A剖视图。

图2是受侵蚀后的混合桩示意图，其中，图2a是受侵蚀后的混合桩的纵向剖视图，图2b是受侵蚀后的混合桩的B-B剖视图，图2c是受侵蚀后的混合桩的C-C剖视图。

图中，1FRP管，2钢管，3钢筋笼，4混凝土。

具体实施方式

实施例1

一种纤维增强复合深水桥梁混合桩施工方法，包括以下步骤：

①将钢板卷制成筒，并进行焊接形成钢管2，

②将碳纤维增强塑料即FRP粘贴于钢管外侧，形成FRP管1，并与钢管2成为一体形成FRP复合管，再将FRP复合管就位并固定，

③采用振动或锤击将FRP复合管安装到桥梁桩基预定位置，

④在管内钻孔达到设计深度，将绑扎好的钢筋笼3置于孔内，所述FRP复合管兼做钻孔护筒，

⑤浇筑混凝土，形成内部钢筋混凝土4，所述内部钢筋混凝土4与FRP复合管一起构成混合桩。

实施例2

一种实施实施例1所述纤维增强复合深水桥梁混合桩施工方法的混合桩，包括内置钢筋笼3的混凝土桩身4，在混凝土桩身4的外部套设钢管2，在钢管2的外部套设FRP管1。

Claims (2)

1.一种纤维增强复合深水桥梁混合桩施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

①将钢板卷制成筒，并进行焊接形成钢管(2)，

②将碳纤维增强塑料即FRP粘贴于钢管外侧，形成FRP管(1)，并与钢管(2)成为一体形成FRP复合管，再将FRP复合管就位并固定，

③采用振动或锤击将FRP复合管安装到桥梁桩基预定位置，

④在管内钻孔达到设计深度，将绑扎好的钢筋笼(3)置于孔内，所述FRP复合管兼做钻孔护筒，

⑤浇筑混凝土，形成内部钢筋混凝土(4)，所述内部钢筋混凝土(4)与FRP复合管一起构成混合桩。

2.一种实施权利要求1所述纤维增强复合深水桥梁混合桩施工方法的混合桩，包括内置钢筋笼(3)的混凝土桩身(4)，其特征在于，在混凝土桩身(4)的外部套设钢管(2)，在钢管(2)的外部套设FRP管(1)。

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