CN102211353A

CN102211353A - 一种离心混凝土桩的制造工艺

Info

Publication number: CN102211353A
Application number: CN2011101466857A
Authority: CN
Inventors: 朱克平; 汤永柳; 华文升; 刘海鹏; 朱加刚
Original assignee: Suqian Gufeng Pile Co Ltd
Current assignee: Lianyungang Guquan new building materials Co.,Ltd.
Priority date: 2011-05-26
Filing date: 2011-05-26
Publication date: 2011-10-12
Anticipated expiration: 2031-05-26
Also published as: CN102211353B

Abstract

本发明公开了一种离心混凝土桩的制造工艺，工艺流程为：(1)制作钢筋笼，然后将制作好的钢筋笼放置在下模具中；(2)组装端板，主筋穿入沉孔后，与端板焊接；(3)将水泥、砂、石、高效减水剂和矿物外加剂，搅拌均匀后，布料，合模制成混凝土桩；(4)在混凝土桩一端采用预应力钢筋张拉机，按照生产工艺要求对主筋施加预应力；(5)张拉工序结束后，离心成型，分为低速-中速-中高速-高速四个阶段；(6)将混凝土桩带模具吊装到蒸汽养护池中养护后，开釜运桩；(7)将带桩模具吊至脱模区，脱模后吊至堆场。采用本发明工艺制造的混凝土桩，桩身受弯承载力设计值可提高12％以上，受拉承载力设计值可提高10％以上。

Description

一种离心混凝土桩的制造工艺

技术领域：

本发明涉及一种离心混凝土桩的制造工艺。

背景技术：

我国自20世纪80年代初才开始引进、研制和生产预应力混凝土管桩。上世纪90年起，管桩在我国迅速发展，从广东沿海北上，同时，借助中西部大开发战略的实施，管桩技术一路西进。目前，我国混凝土管桩不仅产量位居世界先列，种类也是位居居世界前茅。近些年，预应力混凝土方桩作为一种新的桩型出现在市场中。预应力混凝土方桩采用预应力混凝土管桩相同的离心成型工艺，具有外方内圆的外观结构，运输中容易固定、绑扎；采用抱压施工时出现桩身抱碎事故的几率较管桩减小；承台尺寸也较管桩减小，从而可降低工程造价。预制混凝土桩的发展符合我国建材的可持续发展要求，工厂化预制，有利于实现混凝土桩的自动化、规模化、高效生产，不仅质量容易控制和保证，同时，还能够减少混凝土用不可再生砂、石资源的浪费，运输到建筑工地后，现场施工速度快、清洁施工。由于预应力混凝土管桩和预应力混凝土方桩单桩承载力高(预应力混凝土管桩用混凝土的强度等级高达C80)，越来越多的沉孔灌注桩、现场制作钢筋混凝土方桩、钻孔灌注桩和钢管桩被预制混凝土桩取代。预应力混凝土管桩用预应力钢筋为抗拉强度不低于1420MPa、非比例延伸强度不小于1280MPa。预应力混凝土管桩用钢棒，由于其强度高、施加的预应力高，较低的配筋率即能满足混凝土管桩抗弯性能设计要求，其配筋率只要求不低于0.4％即可。生产中为了追求高混凝土强度，降低低生产成本，预应力钢筋往往出现超张拉现象，管桩混凝土抗压强度较容易满足产品标准要求。预应力混凝土方桩设计中也存在低配筋率问题、生产也同样存在预应力超张拉现象。而混凝土是典型的脆性材料，弹性模量高，抗压强度与抗拉强度无线性对应关系。低配筋率和超张拉，导致桩的脆性显著提高，运输、沉桩过程中管桩脆断的几率明显提高。另外，随着近年来对预应力混凝土管桩和预应力混凝土方桩研究的深入，对其水平承载力，特别是预应力混凝土管桩水平承载力有不同的观点。因此，国家和部分省标准或者图集做出相关规定，预应力混凝土管桩适用范围为非抗震区和抗震设防烈度6度、7度的地区，若使用于抗震设防烈度8度的地区，则需另行验算；或者不宜在抗震设防烈度8度的地区使用。

在对有抗震要求或者抗震设防烈度8度的地区，桩基可选择的范围较窄，采用预制实心方桩或者灌注桩。预制实心方桩有其自身特点。混凝土强度等级为C50时，350×350mm的方桩承载力相当于中Φ300PHC管桩，400×400mm方桩相当于中Φ350PHC管桩，450×450mm方桩相当于Φ400PHC管桩。除单桩竖向承载力具有可比性外，预制实心方桩还具有水平承载力高的特性，适用于在高地震设防烈度的地区使用。但是，目前预制实心方桩由于其自重大，生产主要采用场地预制式，自然养护工艺，生产效率低，生产周期长，占用场地大；自然养护工艺受天气影响显著，从而影响到胶凝材料水化进程、强度发展历程和水泥石微观结构特征。灌注桩是地下施工，隐蔽性强，不可预测因素很多，质量控制困难。

发明内容：

本发明为解决预应力混凝土桩脆性大、桩基础水平承载力不足的问题，以及目前混凝土方桩生产效率低和灌注桩质量难以控制、保证的问题，从配筋率和钢筋的选用、生产工艺等层面出发，改变现有预应力混凝土管桩和预应力混凝土方桩的配筋以及钢材的选用原则，在不降低单桩竖向承载力的前提下，生产出满足抗震要求的离心混凝土桩。

本发明的技术方案是：

一种离心混凝土桩的制造工艺，其特征在于：工艺流程为：

(1)制作钢筋笼，将主筋沿横截面均分匀布，数量不低于6根；箍筋包括环状和螺旋状，桩两端2000mm范围内为箍筋加密区，这个范围内的环状箍筋间距和螺旋状箍筋螺距不大于45mm，其余部分环状箍筋间距和螺旋状箍筋螺距不大于80mm，然后将制作好的钢筋笼放置在下模具中；

(2)组装端板，在端板上与主筋对应的位置开有与主筋数量相同的沉孔，底孔位于端板内侧；主筋穿入沉孔后，与端板焊接；

(3)将水泥、砂、石、高效减水剂和矿物外加剂，按照容重1，水胶比0.25～0.35，砂率0.25～0.38，总胶凝材料0.16～0.21的配合比，矿物外加剂掺量控制在总胶凝材料的30％以内，高效减水剂根据减水率的不同，掺量在0.6～3.0％，各原材料经计量、搅拌均匀后，布料，合模制成混凝土桩；

(4)在混凝土桩一端采用预应力钢筋张拉机，按照生产工艺要求对主筋施加预应力，使得混凝土有效预压应力在3.0～5.0N/mm²；

(5)张拉工序结束后，带模放置在Φ300-Φ600/15M变频离心机组滚轮上，离心成型，分为低速-中速-中高速-高速四个阶段：低速200～300r/min运转2～3min；中速500～600r/min运转1～2min；中高速800～1000r/min运转1.5～3min；高速1100～1400r/min运转5～10min；

(6)将混凝土桩带模具吊装到蒸汽养护池中，静置2～4h，之后通蒸汽养护，3h内升温至80～85℃，在80～85℃温度下保持4～6h，然后3h降至室温；在蒸压釜中进行二次高压蒸汽养护，在3～4h内升温至175～185℃、升压至0.8～1.2MPa，之后保持温度压强4～6h，2～3h内将釜内压力降至大气压，当釜内温度低于100℃后，开釜运桩；

(7)将带桩模具吊至脱模区，脱模，常规检测合格，吊至堆场。

步骤(1)中的主筋选用II级、III级、Ⅳ级热轧钢筋与冷拔带肋钢筋，或两种钢材混合使用。

步骤(1)中的箍筋采用绑扎、焊接的方式与主筋联接。

步骤(2)中的端板为闭合环状端板或实心端板。

所述闭合环形状端板为圆形、外方内圆形状。

步骤(3)中的矿物外加剂包括粉煤灰、矿粉、石英砂粉、硅灰具有潜在水硬性能、或具有火山灰性能、或同时具有潜在水硬性和火山灰性能的各种硅质、硅铝质材料。

本发明的有益效果：

采用本发明工艺制造的混凝土桩，桩身受弯承载力设计值可提高12％以上，受拉受拉承载力设计值可提高10％以上。另外在有效减少或者避免桩身的脆断问题的同时，相同工况下桩基的水平承载力得到提高。

附图说明：

图1是本发明纵向剖视示意图；

图2是本发明实施例一端板主视示意图；

图3是本发明实施例二端板主视示意图；

图4是本发明工艺流程图。

具体实施方式：

下面结合实施例和说明书附图对本发明进行进一步说明：

如图1所示：混凝土方桩中的钢材组件包括主筋1、螺旋箍筋2、端板3以及裙边。两端区域为箍筋加密区，长度在2000mm范围内；在此区域内，螺旋状箍筋螺距不大于45mm；桩身其他范围内，螺旋状箍筋螺距不大于80mm。

如图2所示：本实施例是圆环状的混凝土方桩，所述端板3为圆环结构，其表面设置有沉孔3-1，沉孔3-1与主筋1数量相同，底孔在端板3内侧；主筋1穿入沉孔后，与端板3焊接；必要时打磨平端板3外表面高出的焊缝。

如图3所示：本实施例是内圆外方的混凝土管桩3’，所述端板3’为正方形结构，其表面设置有沉孔3’-1，沉孔3’-1与主筋1数量相同，底孔在端板3’内侧；主筋1穿入沉孔3’-1后，与端板3’焊接；必要时打磨平端板3’外表面高出的焊缝。

实施例一：

如图1、图2和图4所示，离心混凝土管桩的制造工艺如下：

(1)制作钢筋笼，将主筋1沿横截面均分匀布，数量不低于6根；箍筋2包括环状和螺旋状，桩两端2000mm范围内为箍筋加密区，这个范围内的环状箍筋间距和螺旋状箍筋螺距不大于45mm，其余部分环状箍筋间距和螺旋状箍筋螺距不大于80mm，然后将制作好的钢筋笼放置在下模具中；

(2)根据钢筋笼的结构使用圆环形端板3，在端板上与主筋对应的位置开有与主筋数量相同的沉孔3-1，底孔位于端板内侧；主筋穿入沉孔3-1后，与端板焊接；

(3)将水泥、砂、石、高效减水剂和矿物外加剂，按照容重1，水胶比0.25～0.35，砂率0.25～0.38，总胶凝材料0.16～0.21的配合比，矿物外加剂掺量控制在总胶凝材料的30％以内，高效减水剂根据减水率的不同，掺量在0.6～3.0％，各原材料经计量、搅拌均匀后，布料，合模制成混凝土管桩；

(4)在管桩一端采用预应力钢筋张拉机，按照生产工艺要求对主筋施加预应力，使得混凝土有效预压应力在3.0～5.0N/mm²；

(5)张拉工序结束后，带管模放置在Φ300-Φ600/15M变频离心机组滚轮上，离心成型，分为低速-中速-中高速-高速四个阶段：低速200～300r/min运转2～3min；中速500～600r/min运转1～2min；中高速800～1000r/min运转1.5～3min；高速1100～1400r/min运转5～10min；

(6)将混凝土管桩带模具吊装到蒸汽养护池中，静置2～4h，之后通蒸汽养护，3h内升温至80～85℃，在80～85℃温度下保持4～6h，然后3h降至室温；在蒸压釜中进行二次高压蒸汽养护，在3～4h内升温至175～185℃、升压至0.8～1.2MPa，之后保持温度压强4～6h，2～3h内将釜内压力降至大气压，当釜内温度低于100℃后，开釜运桩；

实施例二：

如图1、图3和图4所示，离心混凝土方桩的制造工艺与管桩的制造工艺不同之处在于端板和模具的选取，其它工艺与管桩相同，在此不再赘述。

采用本发明工艺生产的桩与同类产品比较，以Φ400(95)-C80型预应力高强混凝土管桩(PHC)做对比。

PHC 400A 95-C80预应力高强混凝土管桩，主筋采用7Φ9.0预应力钢棒，预应力钢棒抗拉强度不低于1420MPa、非比例延伸强度不小于1280MPa。管桩混凝土的有效预压应力4.30MPa，主要力学性能指标如下：

桩身受弯承载力设计值：[M]＝64KN·m

桩身受剪承载力设计值：[V]＝146KN

桩身受拉承载力设计值：[N]＝381KN

桩身轴心受压承载力设计值：[R]＝2286KN

采用本发明生产的同规格管桩，即Φ400(95)-C80，外径400mm，壁厚95mm，主筋采用9Φ14.0，热轧带肋钢筋HRB400，其抗拉强度不低于570MPa。管桩混凝土的有效预压应力4.37MPa，主要力学性能指标如下：

桩身受弯承载力设计值：[M]＝72KN·m

桩身受剪承载力设计值：[V]＝146.8KN

桩身受拉承载力设计值：[N]＝423.8KN

桩身轴心受压承载力设计值：[R]＝2286KN

对比可以发现，采用本发明生产的Φ400(95)-C80管桩与PHC 400 A95-C80预应力高强混凝土管桩在混凝土有效预应力相同的条件下，在不大幅度提高生产成本的前提下(按现有材料、能源、人工、管理等费用计算，约提高20％)，桩身受弯承载力设计值可提高12.5％，受拉受拉承载力设计值可提高11.2％。因此，能够有效减少或者避免桩身的脆断问题，相同工况下，桩基的水平承载力得到提高。

PHC 400 A 95-C80预应力钢筋配筋率在0.49％，即能满足上述基本力学性能；而采用本发明生产的Φ400(95)-C80管桩，在达到上述基本力学性能指标时，预应力钢筋配筋率在1.52％。

Claims

1.一种离心混凝土桩的制造工艺，具体工艺流程为：

2.如权利要求1所述的制造工艺，其特征在于：步骤(1)中的主筋选用II级、III级、Ⅳ级热轧钢筋与冷拔带肋钢筋，或两种钢材混合使用。

3.如权利要求1所述的制造工艺，其特征在于：步骤(1)中的箍筋采用绑扎、焊接的方式与主筋联接。

4.如权利要求1所述的制造工艺，其特征在于：步骤(2)中的端板为闭合环状端板或实心端板。

5.如权利要求4所述的制造工艺，其特征在于：所述闭合环形状端板为圆形、外方内圆形状。

6.如权利要求1所述的制造工艺，其特征在于：步骤(3)中的矿物外加剂包括粉煤灰、矿粉、石英砂粉、硅灰具有潜在水硬性能、或具有火山灰性能、或同时具有潜在水硬性和火山灰性能的各种硅质、硅铝质材料。