CN102677654A - 预应力高强混凝土矩形桩及其成型模具 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种预应力高强混凝土矩形桩，该矩形桩的形状为中空圆孔筒状呈矩形的长方体，长方体四边内角为相等的圆弧转角，圆弧转角半径为4－35mm；端板为四边设焊接坡口的矩形端板，端板中央设有与所述矩形桩同心等圆的圆孔，并分别固定在矩形桩的两端，钢筋笼包括有主筋及连接在主筋上的螺旋状箍筋，主筋的两端分别与端板连接。同时提供一种制作预应力高强混凝土矩形桩的成型模具。有益效果是该矩形桩的桩身延性好、成桩承载力大、抗弯抗剪性能好、抗震能力强。该矩形桩省料，自重轻。该矩形桩的成型模具在离心机上转动的同时产生高频震动，以利于提高混凝土在模具内的致密度。

Description

预应力高强混凝土矩形桩及其成型模具

技术领域

本发明是涉及建筑基坑工程支护结构、建筑物、构筑物一个基桩形状和构造的改进及其成型模具，特别是一种预应力高强混凝土矩形桩及其成型模具。

背景技术

作为基桩工程的桩材在市场上较多，如有管桩、各类方桩、灌注桩、钻孔桩等，这些桩材主要分非预应力构件和预应力构件二大类。预应力构件桩材包括，管桩、离心预应力方桩等。它们的缺点是，四边承受荷载的能力相同，而实际很多工况下，桩的承受荷载是有方向性的，如在基坑或高层建筑中，在主受力方向抗力小而在另一个方向则富余较多，造成较大浪费，存在结构特性与承受有方向性荷载不匹配的现象。这个问题在基坑工程中和台湾、日本、中国等多震的地区尤为突出。非预应力构件桩包括，传统的方桩、沉管灌注桩等。表现为单桩承载力相对较低，抗弯（拉）抗剪性能差，施工周期长，成桩质量不符合设计要求；运输及使用过程中桩材损坏严重，导致桩身混凝土耐久性不良。预制桩外表光滑，桩材与土层的摩擦力小。也有一种桩端有端板的预应力离心砼方桩，自重轻、省料，吊装、运输方便，桩身承载力大。但其主筋布局不够合理，并以预应力钢筋或普通钢筋作为主筋、桩身抗弯性能差。端板四边无焊接坡口，影响了成桩连接牢固性。桩身截面为四边形，建筑施工中桩身四角极易损坏，致使整桩报废，不仅造成浪费，而且还会影响施工进度。

传统的基桩两个主轴方向的承载力相同，但对于实际工程中，其所受的力是不同的，建筑物的纵向与横向方向的水平力有很大差异，两个方向巨大差异致使原桩型的结构性能与所受的荷载不匹配。尤其在基坑支护这种方向性极强的基础工程中，传统桩型在平行于基坑支护方向上不能充分发挥其自身的抗弯承载力。

方桩与地面的摩擦力较大，承载力比管桩大。但实心方桩沉、耗料多。而制作空心的、桩身延性好，承载力高，抗弯抗剪性能好的方桩比较困难。

此外，在制作混凝土方桩、操作离心成型的模具时，合模、脱模中，跑轮级容易碰击地面，使跑轮形状变成椭圆形。椭圆形的跑轮在离心机上转动时，容易将模具从离心机上抛出酿成事故。另外，在方桩的制作过程中上、下模均以企口槽扣合，再以螺栓固定。由于企口板密封性差，制作成型中容易出现漏浆现象，致使产品报废。离心成型模具急需改进。

发明内容

本发明之目的是弥补上述所述之不足，公开一种预应力高强混凝土矩形桩及其成型模具,以利于制作结构特性与承受荷载方向性匹配、且单桩承载力高，水平抗弯抗剪性能好，抗震能力强，更符合节能减排的预应力高强混凝土矩形桩。

本发明的另一目的是更符合节能减排的预应力高强混凝土矩形桩的成型模具。

为实现上述目的，本发明的设计方案是提供一种预应力高强混凝土矩形桩，该矩形桩包括有钢筋笼，端板，混凝土；其中：所述矩形桩形状为中空圆孔筒状呈矩形的长方体，长方体四边内角为相等的圆弧转角，圆弧转角半径为4－35mm；所述端板为四边设焊接坡口的矩形端板，端板中央设有与所述矩形桩同心等圆的圆孔，并分别固定在矩形桩的两端，所述钢筋笼包括有主筋及连接在主筋上的螺旋状箍筋，主筋的两端分别与端板连接，所述两端板的中空圆孔与矩形桩四边之间设有贯通矩形桩的对称或非对称地多个张力孔和穿线孔。

同时提供一种制作预应力高强混凝土矩形桩的成型模具，该模具包括有合拢后成管状的上模、下模，加固模具的加劲板，用以合模的螺栓，使模具在离心机上转动的跑轮，模具两端的支撑板，在模具合拢处及上模或下模密封槽中设密封圈；其中：上模、下模内腔横截面呈“V”字形，上模、下模扣合后内腔截面呈长方形，所述内腔四边转角为四角相等圆弧形，圆弧半径4－35mm；所述的跑轮上设齿牙状高频线。

本发明的优点是：现以截面积为3.14个单位为例，圆的半径为1，正方形的边长为1.772，矩形的边长为1×3.14，则对应的周长分别为6.25，7.09，8.28；对应的惯性矩分别为0.7854，0.8216，2.5799。由此，在截面积相同的条件下，矩形的侧面积比圆形的侧面积增加了32.48%，比方形的侧面积增加了16.78%，矩形的惯性矩比圆形的惯性矩增加了228.48%，比方形的惯性矩增加了214.01%。因此，矩形桩比同截面积的圆形桩、方形桩的刚度大、抗弯能力高、能承受较大的竖向荷载和水平向荷载。同样，当在满足相同的侧摩阻力或惯性矩时，矩形桩则更加节省材料，从而有较高的经济效益。

由于对混凝土矩形桩包括端板和成型模具的设计，使成型方桩的外形呈矩形，增加了结构性能与荷载方向性的匹配性。在方向性较强的基础工程中，能够更好的发挥其自身的抗弯承载力水平。且端板张力孔和穿线孔的对称和非对称布置的可选择性，使结构性能的方向性更加灵活，能更好的满足具体工程的结构性能需求。

由于本矩形桩的两端设有与钢筋笼连接的钢制端板，两矩形端板四边设焊接坡口，中央是圆孔，圆孔与四边间对称或非对称地设有张力孔和穿线孔；钢筋笼的呈螺旋状箍筋连续地焊接在主筋上，所以从结构上讲，本矩形桩主筋布局合理、钢筋笼呈螺旋状箍筋以焊接而成牢固，使产品制作中桩身延性好、成桩承载力大、抗弯抗剪性能好、抗震能力强。

由于矩形桩的两端板中央设有圆孔，混凝土矩形桩的桩心设有与端板中央圆孔直径相同圆筒形的中孔，所以省料，自重轻。

离心成型模具的跑轮上设齿牙状高频线，使离心成型模具在离心机上转动的同时产生高频震动，混凝土会在模具内变得特别密实，以利于提高混凝土在模具内的致密度。使矩形桩承载力提供、延性良好、抗弯抗剪性能好。

本发明的矩形桩制作中对主筋材料的定长落料、对主筋或一根桩整体张拉，对螺旋状箍筋以滚焊机焊接至主筋上，不仅省料省时，而且使产品质量上了一个台阶。

附图说明

图1为本发明实施例1整体结构示意图；

图2为本发明实施例2主筋为PCB钢棒的整体结构示意图；

图3为实施例1的端板示意图之一；

图4为实施例1的端板示意图之二；

图5为实施例1的端板示意图之三；

图6为实施例2的端板示意图之一；

图7为实施例2的端板示意图之二；

图8为实施例2的端板示意图之三；

图9为本新型预应力混凝土矩形桩离心成型模具结构示意图；

图10为图9A-A剖视图。

图中：

1、端板 2、焊接坡口 3、张力孔 4、穿线孔 5、主筋

6、圆弧形 7、套箍 8、混凝土桩身 9、箍筋 10、上模

10’、下模 11、加劲板 12、螺栓 13、跑轮 14、支撑板

15、密封圈 16、圆弧 17、高频线

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明的预应力高强混凝土矩形桩及其成型模具作进一步详细描述。

本发明的预应力高强混凝土矩形桩及其成型模具设计思想是基于从矩形桩具有的方向性看，其惯性矩必然要比圆形和方形的惯性矩大，从矩形本身的特性看，当桩横截面积一定时，以圆形周长最小，正方形周长较圆形大，而长方形周长较正方形大，即在相同的混凝土用量条件下，矩桩能获得较大的侧面积，因而可获得更大的侧摩阻力，从而提高桩的承载力。

本发明的预应力高强混凝土矩形桩，该矩形桩包括有钢筋笼，端板，混凝土；所述矩形桩形状为中空圆孔筒状呈矩形的长方体，长方体四边内角为相等的圆弧转角6，圆弧转角半径为4－35mm；所述端板1为四边设焊接坡口2的矩形端板，端板1中央设有与所述矩形桩同心等圆的圆孔，并分别固定在矩形桩的两端，所述钢筋笼包括有主筋5及连接在主筋5上的螺旋状箍筋，主筋5的两端分别与端板1连接，所述两端板1的中空圆孔与矩形桩四边之间设有贯通矩形桩的对称或非对称地多个张力孔3和穿线孔4。

所述多个张力孔3中的每个张力孔3两侧等间隔地各设置一个穿线孔4，每个张力孔3分别与两侧穿线孔4相连；两端板1之间的钢筋笼主筋5与矩形桩轮廓线平行，主筋5与端板1连接处带有镦头。

所述的端板1中央的圆孔与矩形桩四边间对称地设置的张力孔3和穿线孔4，所述矩形桩截面呈长方形，穿线孔4为沉头孔。

所述的端板1与矩形桩桩身连接部设有套箍7。

本发明的制作预应力高强混凝土矩形桩的成型模具，该模具包括有合拢后成管状的上模10、下模10’，加固模具的加劲板11，用以合模的螺栓12，使模具在离心机上转动的跑轮13，模具两端的支撑板14，在模具合拢处及上模或下模密封槽中设密封圈15；上模10、下模10’内腔横截面呈“V”字形，上模10、下模10’扣合后内腔截面呈长方形，所述内腔四边转角为四角相等圆弧形16，圆弧半径4－35mm；所述的跑轮上设齿牙状高频线17。

实施例1

如图1、图3、图4、图5所示，本实施例一种预应力高强混凝土矩形桩，包括，钢筋笼，混凝土；矩形桩的两端设有与钢筋笼连接的钢制端板1，两矩形端板四边设焊接坡口2，中央是圆孔，圆孔与四边间对称或非对称地设有张力孔3和张力孔两侧的穿线孔4，穿线孔和张力孔可根据矩形截面的长宽比的不同对称或非对称的布置，每个张力孔3两侧等距离地各设置一个穿线孔4。钢筋笼的箍筋9呈螺旋状自动连续地焊接在主筋上；混凝土矩形桩和端板1的外形呈矩形，其四边转角为四角相等圆弧形6，桩心是与端板中央圆孔直径相同的圆筒形的中孔。

为了更好地保护桩身，避免桩身在焊接时砼过度受热和便于散热及桩身在施工锤击时损坏，所述的两矩形端板1与混凝土桩身8连接部设有套箍7。

所述的端板1中央圆孔与四边间对称或非对称地设置的张力孔3和张力孔两侧的穿线孔4总体上呈矩形布局，如图1、图3、图4、图5所示。为了使主筋连接端板后不露出穿线孔4，避免在建筑施工中锤击时击中主筋露头而使桩头爆裂，穿线孔4设计制作成沉头孔。

实施例1采用的制作方法是：

1）加工矩形桩两端的端板：按端板设计要求，如图3、图4、图5所示，浇铸毛坯、铣平；或金属板割制、冲孔、尔后铣出坡口和应力消除圆弧，按图样如图3、图4、图5所示，车、刨加工成品；

2）制作钢筋笼：以钢棒为主筋，定长落料；用滚焊机将呈螺旋状箍筋焊接于主筋上；

3）钢筋笼与端板连接：将钢筋笼装入模具与端板连接起来；端板外安装套箍；端板连接模具两端的张拉锚板，张拉锚板再与支撑板连接；

4）对钢筋笼实施预应力定值张拉；对主筋以每一组两根（中间是张力孔）实施定值张拉；

5）向离心成型模具，如图9、图10所示，中浇筑混凝土。离心成型模具，包括合拢后成管状的上10、下模10’，加固模具的加劲板11，用以合模的螺栓12，使模具在离心机上转动的跑轮13，模具两端的支撑板14，在上、下模合拢处、上模或下模密封槽中设密封圈15；所述上、下模内腔横截面呈“V”字形，上、下模扣合后内腔截面呈长方形，其四边转角为四角相等圆弧形16，圆弧半径4－35mm；所述的跑轮上设齿牙状高频线17。

6）合拢模具后对模具中的方桩混凝土实施离心旋转成型；

7）蒸汽养护：将离心成型好的管模放入蒸养池中，按混凝土强度等级要求进行蒸汽养护；

8）成品脱模：直接在模具中吊起。

9）蒸压养护：管桩再装车入釜进行高压蒸汽养护，高温180℃±3℃，压力1MPa，6-8小时内即成产品。

实施例2的产品如图2所示：一种预应力高强混凝土矩形桩，包括，钢筋笼，混凝土；矩形桩的两端设有与钢筋笼连接的钢制端板1’，两矩形端板四边设焊接坡口2’，中央是圆孔，圆孔与四边间对称或非对称地设有张力孔3’和穿线孔4’，张力孔3’和穿线孔4’可根据矩形截面的长宽比的不同对称或非对称的布置，每个张力孔3’各自与穿线孔4’相连。

钢筋笼的箍筋9’呈螺旋状连续地焊接在主筋5’上；混凝土矩形桩和端板1’的外形呈矩形，其四边转角为四角相等圆弧形6’，桩心是与端板中央圆孔直径相同的圆筒形的中孔。

为了更好地保护桩身，避免桩身8’在施工锤击时损坏，所述的两矩形端板1’与混凝土桩身8’连接部设有套箍7’。

本实施例两端板之间的钢筋笼以PCB钢棒为骨架主筋，主筋5’与方桩轮廓线平行，预应力钢棒与端板连接处带有镦头。

端板1’中央圆孔与四边间对称或非对称地设置的张力孔3’和穿线孔4’，张力孔3’和穿线孔4’可根据矩形截面的长宽比的不同对称或非对称的布置，每个张力孔3’各自与穿线孔4’相连。

所述的端板1’中央圆孔与四边间对称或非对称地设置的张力孔3’和穿线孔4’总体上呈矩形布局，如图2、图6、图7、图8所示。为了使主筋连接端板后不露出穿线孔，避免在建筑施工中锤击时击中主筋露头而使桩头爆裂，穿线孔设计制作成沉头孔。

实施例2采用的制作方法是：

1）加工矩形桩两端的端板：按端板设计要求，如图6、图7、图8所示，浇铸毛坯、铣平；或金属板割制、冲孔、尔后铣出坡口和应力消除圆弧，按图样，如图6、图7、图8所示，车、刨加工成品；

2）制作钢筋笼：以PCB钢棒为主筋，定长落料；钢板端部镦粗；用滚焊机将呈螺旋状箍筋焊接于主筋上；

3）钢筋笼与端板连接：将PCB钢棒制成的钢筋笼装入模具与端板连接起来；端板外安装套箍；端板连接模具两端的张拉锚板，张拉锚板再与支撑板连接；

4）对钢筋笼实施预应力定值张拉；对PCB钢棒主筋以整桩整体实施定值张拉；

5）向离心成型模具，如图9、图10，中浇筑混凝土。离心成型模具，包括，合拢后成管状的上10、下模10’，加固模具的加劲板11，用以合模的螺栓12，使模具在离心机上转动的跑轮13，模具两端的支撑板14，在上、下模合拢处、上模或下模密封槽中设密封圈15；上、下模内腔横截面呈“V”字形，上、下模扣合后内腔截面呈长方形，其四边转角为四角相等圆弧形16，圆弧半径4－35mm；所述的跑轮上设齿牙状高频线17。

6）合拢模具后对模具中的方桩混凝土实施离心旋转成型。

7）蒸汽养护：将离心成型好的管模放入蒸养池中，按混凝土强度等级要求进行蒸汽养护。

8）成品脱模：直接在模具中吊起。

9）蒸压养护：管桩再装车入釜进行高压蒸汽养护，高温180℃±3℃，压力1MPa，6-8小时内即成产品。

实施例2产品外部形状与实施例1相似，它的结构特点和构造如图2，两端板间采用PCB钢棒作为主筋骨架，其余与实施例1相同。

以上两个实施例，均为PCB钢棒。

Claims (5)

1.一种预应力高强混凝土矩形桩，该矩形桩包括有钢筋笼，端板，混凝土；其特征是：所述矩形桩形状为中空圆孔筒状呈矩形的长方体，长方体四边内角为相等的圆弧转角（6），圆弧转角半径为4－35mm；所述端板（1）为四边设焊接坡口（2）的矩形端板，端板（1）中央设有与所述矩形桩同心等圆的圆孔，并分别固定在矩形桩的两端，所述钢筋笼包括有主筋（5）及连接在主筋（5）上的螺旋状箍筋，主筋（5）的两端分别与端板（1）连接，所述两端板（1）的中空圆孔与矩形桩四边之间设有贯通矩形桩的对称或非对称地多个张力孔（3）和穿线孔（4）。

2.根据权利要求1所述的预应力高强混凝土矩形桩，其特征是：所述多个张力孔（3）中的每个张力孔（3）两侧等间隔地各设置一个穿线孔（4），每个张力孔（3）分别与两侧穿线孔（4）相连；两端板（1）之间的钢筋笼主筋（5）与矩形桩轮廓线平行，主筋（5）与端板（1）连接处带有镦头。

3.根据权利要求1或2所述的预应力高强混凝土矩形桩，其特征是：所述的端板（1）中央的圆孔与矩形桩四边间对称地设置的张力孔（3）和穿线孔（4），所述矩形桩截面呈长方形，穿线孔（4）为沉头孔。

4.根据权利要求1所述的预应力高强混凝土矩形桩，其特征是：所述的端板（1）与矩形桩桩身连接部设有套箍（7）。

5.一种制作预应力高强混凝土矩形桩的成型模具，该模具包括有合拢后成管状的上模（10）、下模（10’），加固模具的加劲板（11），用以合模的螺栓（12），使模具在离心机上转动的跑轮（13），模具两端的支撑板（14），在模具合拢处及上模或下模密封槽中设密封圈（15）；其特征是：上模（10）、下模（10’）内腔横截面呈“V”字形，上模（10）、下模（10’）扣合后内腔截面呈长方形，所述内腔四边转角为四角相等圆弧形（16），圆弧半径4-35mm；所述的跑轮上设齿牙状高频线（17）。

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