CN103046545A - 预应力frp筋混凝土管桩制作工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种预应力FRP筋混凝土管桩制作工艺。其特征在于包括以下步骤：1）混凝土制作，2）FRP筋笼骨架制作，3）端头板制作，4）拉板制作，5）套筒锚固，6）安装FRP筋笼骨架，7）混凝土布料，8）合模，9）预应力张拉，10）离心处理，11）养护，12）脱模。本发明创造性的选用FRP筋材作为管桩钢筋的替代物，并使用适合FRP筋材的张拉方法，提高了结构的耐久性。本发明的预应力FRP筋管桩较普通预应力管桩有着很强的耐腐蚀性能，而对比FRP筋桩，此预应力FRP筋混凝土管桩有着强度高、承载力强的优点。此桩制作工艺新颖，在管桩上合理的运用FRP筋张拉工艺，取得了良好的效果。

Description

预应力FRP筋混凝土管桩制作工艺

技术领域

本发明涉及一种预应力FRP筋混凝土管桩制作工艺。

背景技术

随着社会大建设的发展，各种新型桩结构在我国被大范围的应用。其中预应力混凝土管桩以其质量优良、强度高、承载力高、穿透能力强等优点，被广泛应用于高层建筑、铁路、港口码头等大型建设中。但其暴露在海水或是含腐蚀性物质的地下水中，在湿度、温度、二氧化碳气体、氯离子的作用下，混凝土的逐渐中性化使钢筋腐蚀，最终导致管桩的失效破坏。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种预应力FRP筋混凝土管桩制作工艺的技术方案。

所述的预应力FRP筋混凝土管桩制作工艺，其特征在于包括以下步骤：

1）混凝土制作：用混凝土强制式搅拌机制成4～5cm的低塌落度的新拌混凝土，混凝土强度等级不低于C60或C80；

2）FRP筋笼骨架制作：按所需尺寸制作FRP主筋与FRP箍筋，并采用塑料、尼龙绳或非金属拉紧带对FRP主筋和FRP箍筋进行绑扎；

3）端头板制作：端头板为圆形，端头板上均匀设置若干小孔与若干大孔，其中小孔为穿FRP主筋用孔，大孔为拉板上凸起圆柱体用孔；

4）拉板制作：拉板厚度为300mm，拉板上设置有凹孔和凸起圆柱体，凹孔深200mm，用来放置套筒，套筒长度也为200mm，凸起圆柱体长度为100mm，凸起圆柱体直径由底部至顶部逐渐变小，其与端头板上的大孔卡接；在FRP筋笼骨架其中一端的拉板上设置张拉杆，张拉杆伸出模具外；

5）套筒锚固：将空心圆柱型套筒置于拉板凹孔中，套筒底部密封，套筒外壁设置螺纹，与凹孔内相应的螺纹扭转拧紧；

6）安装FRP筋笼骨架：将制作好的FRP筋笼骨架、端头板以及拉板放置于离心管桩的下半模具内，其中拉板的凸起圆柱体卡进端头板的大孔内，将树脂灌入套筒中，并将FRP主筋穿过端头板的小孔伸进套筒内，静置待树脂凝固，此时FRP筋笼两侧均套上端头板和拉板，构成整体； 

7）混凝土布料：按每根离心管桩的用量要求，将新拌混凝土沿模具均匀填满下半模具；

8）合模：将管桩上半模具吊至下半模具上方，用螺栓将上下两半模具固定连接，使端头板和拉板都在模具内部，确保模具在高速离心作业过程中不松动、混凝土不跑浆；

9）预应力张拉：将外部张拉机与伸出来的张拉杆相连，对合模后的离心管桩FRP筋笼骨架进行张拉，张拉到要求的强度之后，用大螺母将张拉杆固定在模具上；

10）离心处理：将上述张拉锚固后的模具吊至离心机上方逐级加速，通过离心密实成型工艺，使新拌混凝土沿离心管桩模具四周均匀密实，同时管桩内部形成空腔；

11）养护：将离心成型后带模具管桩吊至蒸气养护池内，常压下养护 4～8 h，使混凝土强度达到规定；

12）脱模：将养护后的带模管桩吊至专用脱模台位上，将螺栓卸去，吊走上半模具，翻动下半模具，卸去张拉杆，将端头板与拉板之间的FRP筋剪断，将脱模后的管桩直接吊运至成品堆场码堆，自然养护，准备出厂。

所述的预应力FRP筋混凝土管桩制作工艺，其特征在于所述端头板与拉板之间的间距为70-80mm。

所述的预应力FRP筋混凝土管桩制作工艺，其特征在于所述拉板中心为空心并设置有内螺纹，该内螺纹与张拉杆上的外螺纹相匹配。

所述的预应力FRP筋混凝土管桩制作工艺，其特征在于所述FRP主筋伸进套筒的部分进行打毛处理。

本发明创造性的选用FRP筋材作为管桩钢筋的替代物，并使用适合FRP筋材的张拉方法，提高了结构的耐久性。本发明的预应力FRP筋管桩较普通预应力管桩有着很强的耐腐蚀性能，而对比FRP筋桩，此预应力FRP筋混凝土管桩有着强度高、承载力强的优点。此桩制作工艺新颖，在管桩上合理的运用FRP筋张拉工艺，取得了良好的效果。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明套筒锚固结构示意图；

图3是本发明端头板截面结构示意图；

图4是本发明拉板结构示意图；

图5是本发明拉板截面结构示意图；

图中：1-FRP主筋，2-FRP箍筋，3-端头板，4-小孔，5-大孔，6-拉板，7-凹孔，8-凸起圆柱体,9-张拉杆，10-套筒，11-树脂，12-模具。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明做详细说明。

预应力FRP筋混凝土管桩制作工艺，包括以下步骤：

1）混凝土制作：用混凝土强制式搅拌机制成4～5cm的低塌落度的新拌混凝土，混凝土强度等级不低于C60或C80；

2）FRP筋笼骨架制作：按所需尺寸制作FRP主筋1与FRP箍筋2，并采用塑料、尼龙绳或非金属拉紧带对FRP主筋和FRP箍筋进行绑扎，制作好的FRP筋笼骨架与传统钢筋笼外形相似；

3）端头板制作：端头板3为圆形，端头板3上均匀设置若干小孔4与若干大孔5，其中小孔4为穿FRP主筋1用孔，大孔5为拉板6上凸起圆柱体8用孔；由于凸起圆柱体8直径由底部至顶部逐渐变小，可使端头板3卡在拉板凸起圆柱体8上，这样在最终制作成型的管桩端头板处会留有孔洞，为以后接桩做准备，端板与拉板之间的间距为70-80mm；

4）拉板制作：拉板厚度为300mm，拉板6上设置有凹孔7和凸起圆柱体8，凹孔7深200mm，用来放置套筒10，套筒10长度也为200mm，此深度和长度可保证锚固的可靠性，凸起圆柱体8长度为100mm，凸起圆柱体直径由底部至顶部逐渐变小，其与端头板上的大孔卡接；在FRP筋笼骨架其中一端的拉板6上设置张拉杆9，张拉杆伸9出模具12外；拉板6中心为空心并设置有内螺纹，该内螺纹与张拉杆上的外螺纹相匹配；

5）套筒锚固：将空心圆柱型套筒10置于拉板凹孔7中，套筒10底部密封，套筒外壁设置螺纹，与凹孔内相应的螺纹扭转拧紧；

6）安装FRP筋笼骨架：将制作好的FRP筋笼骨架、端头板以及拉板放置于离心管桩的下半模具内，其中拉板的凸起圆柱体卡进端头板的大孔内，将树脂灌入套筒中，并将FRP主筋穿过端头板的小孔伸进套筒内，FRP主筋伸进套筒的部分需要进行打毛处理，静置待树脂凝固，此时FRP筋笼两侧均套上端头板和拉板，构成整体；

7）混凝土布料：按每根离心管桩的用量要求，将新拌混凝土沿模具均匀填满下半模具；

8）合模：将管桩上半模具吊至下半模具上方，用螺栓将上下两半模具固定连接，使端头板和拉板都在模具内部，确保模具在高速离心作业过程中不松动、混凝土不跑浆；

9）预应力张拉：将外部张拉机与伸出来的张拉杆相连，对合模后的离心管桩FRP筋笼骨架进行张拉，张拉到要求的强度之后，用大螺母将张拉杆固定在模具上；

10）离心处理：将上述张拉锚固后的模具吊至离心机上方逐级加速，通过离心密实成型工艺，使新拌混凝土沿离心管桩模具四周均匀密实，同时管桩内部形成空腔；

11）养护：将离心成型后带模具管桩吊至蒸气养护池内，常压下养护 4～8 h，使混凝土强度达到规定；

12）脱模：将养护后的带模管桩吊至专用脱模台位上，将螺栓卸去，吊走上半模具，翻动下半模具，卸去张拉杆，将端头板与拉板之间的FRP筋剪断，将脱模后的管桩直接吊运至成品堆场码堆，自然养护，准备出厂。脱去钢模之后，将端头板与拉板之间的FRP筋剪断，使管桩与拉板脱离，拉板上的凸出圆柱体在端头板上（相当于管桩上）留下孔洞，方便之后管桩接桩。

FRP筋主要由高性能纤维(如玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等)通过基底材料(如聚酞氨树脂、聚乙烯树脂、环氧树脂等)进行胶合后，经特制的模具挤压热塑成型的。FRP筋抗拉强度高，远高于普通钢筋，并且密度小，约为一般钢筋密度的1/4，具有质量轻等特点。FRP筋最优异的性质在于其耐腐蚀性，在强腐蚀环境（如酸、碱、潮湿、盐等）中耐久性好，不会产生腐蚀破坏，使管桩的的耐久性和安全性得到显著提高。

本发明的工艺可以制出离心的预应力FRP筋混凝土管桩，管桩两头带有端头板，端头板间为包裹住预应力FRP筋笼的离心成型的混凝土桩，FRP主筋的两端分别通过端头板上的若干小孔连接于拉板上，拉板上的张拉杆与千斤顶式的张拉机相连，可对离心管桩FRP筋骨架进行张拉，在离心，蒸养，脱模等工序之后可得预应力FRP筋混凝土管桩。此预应力FRP筋管桩较普通预应力管桩有着很强的耐腐蚀性能，而对比FRP筋桩，此预应力FRP筋混凝土管桩有着强度高、承载力强的优点，在管桩上合理的运用FRP筋张拉工艺，取得了良好的效果。

由于传统的预应力钢筋混凝土管桩虽然单桩承载力较高，此承载力主要是由桩端提供的，而忽略了桩周与土体的摩擦而提供的竖向支撑力，这是因为管桩呈圆形，桩周光滑，与土体的摩擦较小。为更进一步提高其单桩承载力，在不增加管桩长度的前提下，桩端附近保持传统的圆形，管桩中间部位呈现突起，这样制作出的FRP筋混凝土管桩外壁也具有突起结构，可达到增强管桩与土质之间的磨擦力，提高单桩承载力的目的。

对于FRP筋，由于其成型之后不可弯曲的特性，在工厂预制预应力混凝土管桩时，按所需尺寸精确制作成型的FRP筋。在制作FRP筋笼时，由于FRP筋的不可焊接性，FRP主筋与箍筋之间采用绑扎连接，可用塑料、尼龙绳或是非金属拉紧带进行绑扎。

由于FRP筋材的性质与普通钢筋不同，如用夹片直接夹持FRP筋来作为预应力张拉，夹片会将夹断纤维丝，并且FRP筋材是由高性能纤维进行胶合而成的，筋材呈现束状缠绕，表层的纤维丝在采用传统预应力张拉时，不能把表层纤维所受的轴力传递给内部纤维，影响锚固性能。本发明采用新型锚固方法，采用套筒灌胶式锚固体系，由于FRP筋是由树脂胶合而成的，树脂与树脂之间有粘结性能，套筒灌胶式锚固利用套筒内胶体与FRP筋的胶结力、摩擦力以及筋材表面凹凸产生的机械咬合来传递力。

本发明中拉板可以分为拉头板和拉尾板，拉板内侧均与端头板相连，外侧设置张拉杆的为拉头板，没有设置张拉杆的为拉尾板。

Claims (4)

1.预应力FRP筋混凝土管桩制作工艺，其特征在于包括以下步骤：

1）混凝土制作：用混凝土强制式搅拌机制成4～5cm的低塌落度的新拌混凝土，混凝土强度等级不低于C60或C80；

2）FRP筋笼骨架制作：按所需尺寸制作FRP主筋与FRP箍筋，并采用塑料、尼龙绳或非金属拉紧带对FRP主筋和FRP箍筋进行绑扎；

3）端头板制作：端头板为圆形，端头板上均匀设置若干小孔与若干大孔，其中小孔为穿FRP主筋用孔，大孔为拉板上凸起圆柱体用孔；

4）拉板制作：拉板厚度为300mm，拉板上设置有凹孔和凸起圆柱体，凹孔深200mm，用来放置套筒，套筒长度也为200mm，凸起圆柱体长度为100mm，凸起圆柱体直径由底部至顶部逐渐变小，其与端头板上的大孔卡接；在FRP筋笼骨架其中一端的拉板上设置张拉杆，张拉杆伸出模具外；

5）套筒锚固：将空心圆柱型套筒置于拉板凹孔中，套筒底部密封，套筒外壁设置螺纹，与凹孔内相应的螺纹扭转拧紧；

6）安装FRP筋笼骨架：将制作好的FRP筋笼骨架、端头板以及拉板放置于离心管桩的下半模具内，其中拉板的凸起圆柱体卡进端头板的大孔内，将树脂灌入套筒中，并将FRP主筋穿过端头板的小孔伸进套筒内，静置待树脂凝固，此时FRP筋笼两侧均套上端头板和拉板，构成整体； 

7）混凝土布料：按每根离心管桩的用量要求，将新拌混凝土沿模具均匀填满下半模具；

8）合模：将管桩上半模具吊至下半模具上方，用螺栓将上下两半模具固定连接，使端头板和拉板都在模具内部，确保模具在高速离心作业过程中不松动、混凝土不跑浆；

9）预应力张拉：将外部张拉机与伸出来的张拉杆相连，对合模后的离心管桩FRP筋笼骨架进行张拉，张拉到要求的强度之后，用大螺母将张拉杆固定在模具上；

10）离心处理：将上述张拉锚固后的模具吊至离心机上方逐级加速，通过离心密实成型工艺，使新拌混凝土沿离心管桩模具四周均匀密实，同时管桩内部形成空腔；

11）养护：将离心成型后带模具管桩吊至蒸气养护池内，常压下养护 4～8 h，使混凝土强度达到规定；

12）脱模：将养护后的带模管桩吊至专用脱模台位上，将螺栓卸去，吊走上半模具，翻动下半模具，卸去张拉杆，将端头板与拉板之间的FRP筋剪断，将脱模后的管桩直接吊运至成品堆场码堆，自然养护，准备出厂。

2.根据权利要求1所述的预应力FRP筋混凝土管桩制作工艺，其特征在于所述端头板与拉板之间的间距为70-80mm。

3.根据权利要求1所述的预应力FRP筋混凝土管桩制作工艺，其特征在于所述拉板中心为空心并设置有内螺纹，该内螺纹与张拉杆上的外螺纹相匹配。

4.根据权利要求1所述的预应力FRP筋混凝土管桩制作工艺，其特征在于所述FRP主筋伸进套筒的部分进行打毛处理。

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