CN1036149C - 一种膨胀混凝土桩的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种膨胀混凝土桩的制作方法，它是按设计要求，首先依普通混凝土桩的制作方法确定选用混凝土的强度等级，即确定出水泥、水、砂、石子各组分的重量比，在此基础上再加入水泥重量5%-30%的混凝土膨胀剂，然后将上述各组分按重量配比拌合均匀，分层填充桩孔内，边填料边振捣密实，直到设计标高。本发明制作的混凝土桩既能克服普通混凝土桩因硬化收缩而降低承载力的弊端，又能提高桩与周边土间的摩擦力，而且现场操作简单易行。

Description

一种膨胀混凝土桩的制作方法

本发明涉及现场浇注的混凝土桩技术领域。

目前，混凝土及钢筋混凝土桩已成为在土质不良的地基上建造高层建筑物、重型厂房及各种有特殊要求的建筑物广泛采用的基础形式。但是由于普通混凝土材料的特性，在混凝土硬化过程中有着明显的收缩性，并且收缩率随着时间的延长而增长，尤其是高标水泥制作的混凝土，水泥用量越多，收缩率也越大。由于混凝土的收缩，使桩与周边土之间产生微小的间隙，当桩孔周边土壤中含水量较大时，间隙也越大，特别是水分在桩与周边土间如同产生润滑作用，势必造成桩的承载力明显下降，随着建筑物使用年限的增长或使用载荷增加，当桩的沉降量超过标准值，就会对建筑物的上部结构产生极不安全因素，从而会缩短建筑物的使用寿命。美国US 3504497号专利提出了一种用膨胀水泥制作混凝土桩的方法，但用膨胀水泥制作的混凝土桩所难以克服的缺点是，用膨胀水泥搅拌的混凝土既不能保证桩身的强度，又不能达到根据地基土质、土层不同的空隙率、含水量而设计要求的膨胀率，虽然其提出采用一种约束机构(即用有孔洞的麻袋或管件)来控制膨胀力的大小，但这在实际施工中是难以准确控制的，因而该方法在桩基工程中一直未被广泛采用。混凝土膨胀剂(UEA)是中国建筑材料科学研究院于一九八五年完成实验研究，九十年代开始投产的新型材料，目前主要应用于防渗抗裂、二次灌注、接缝及修补工程领域，采用混凝土膨胀剂制作混凝土桩及钢筋混凝土桩至今尚未见有报道。

本发明的日的是要提供一种在工程现场制作混凝土桩的新方法，用该方法制作的混凝土桩既可以保证桩身的强度，又能克服普通混凝土桩因硬化收缩而降低承载力的弊端，而且还能显著提高桩与桩周边土间的摩擦力。

本发明的技术方案包括以下步骤：

a、根据设计要求，按照普遍混凝土桩的制作方法，确定选用混凝土的强度等级，即确定出水泥、水、砂、石子各组份的重量比；

b、在上述各组份配比的基础上，加入水泥重量5％-30％的混凝土膨胀剂；

c、将上述各组份按重量配比混合拌匀，分层填入到桩孔内，边填料边振捣密实，直至设计标高。

本发明中混凝土膨胀剂的具体用量可由以下方法确定：根据桩径D，桩周边土各土层的压缩模量Esi，桩周边土各土层的粘结力系数αi，桩周边土各土层厚度hi及设计要求增加的附加承载力P附，按照公式计算出桩的横向膨胀率S，然后结合普通混凝土自身收缩率和混凝土膨胀剂的性能，确定出混凝土膨胀剂与普通水泥的重量比。

本发明所用普通混凝土的强度等级为C20-C60，所用水泥为标号425#以上的普通硅酸盐水泥或矿渣水泥。如在桩孔内放置有钢筋骨架，采用本发明的上述方法可制成钢筋膨胀混凝土桩。

本发明的优点是：它由普通水泥、石子、砂来保证桩身混凝土强度，用调整混凝土膨胀剂的用量来满足不同地基土层的空隙率、含水量及设计要求的膨胀率，操作简单易行，膨胀力便于控制。由于在混凝土中含有膨胀剂，在桩的水化硬化过程中形成大量的膨胀结晶体，这种膨胀结晶体随着时间的推移而不断长大、连生，在其压力下产生混凝土膨胀，对桩周边土形成挤压，产生出围绕桩身垂直方向的正压力。在这种正压力的作用下，使桩身与周边土壁间产生了除普通混凝土桩的摩阻力外的附加摩阻力，大大提高了桩的承载力，从而可延长建筑物使用寿命。本发明可节省同类桩基工程造价的15％左右，并能提高工效，缩短工期，适应于制作各种类型的摩擦桩、摩擦承桩、爆扩摩擦桩。

下成通过实施例对本发明作进一步描述。

例1、某综合楼，十二层，建筑面积9000平方米，高51.86米，框架结构，基础形式为桩基，采用螺旋钻机成孔，桩径D＝0.7米，桩长18米，桩孔内放置钢筋骨架。

地质条件：粉质粘土层，含水率W＝27.4％，孔隙比e＝0.57，压缩模量Es＝8.0MPa，粘结力系数α＝0.5，允许摩阻力为40KPa，桩端允许承载力为600KPa，普通混凝土桩的承载力为1800KN，设计要求增加附加承载力为P附＝30KN。

首先根据设计要求，按普通混凝土桩的制作方法，确定混凝土的强度等级为C30，即水泥、水、砂、石子各组份的重量比为：425#矿渣水泥∶水∶砂∶石子＝385∶190∶609∶1220，

依公式

计算出桩的横向膨胀率应为： $\mathrm{\Δs}=\frac{30\×{10}^3}{3.14\×0.7\×8\×{10}^6\×0.5\×18}=1.9\×{10}^{-4}$ 以普通混凝土自身收缩率为3×10^-4计，则桩的总膨胀率应为：(3+1.9)×10^-4＝4.9×10^-4，由此依据膨胀剂的性能确定出混凝土膨胀剂用量为水泥重量的5％。将上述各组分按比例混合搅拌均匀，其搅拌时间比普通混凝土延长一分钟，然后分层填入桩孔内，边填料边振捣密实，直至设计标高，制成钢筋膨胀混凝土桩。

例2：

一办公楼，八层，建筑面积4500平方米，高30.8米，框架结构，基础形成为桩基，采用螺旋钻孔成孔，桩径D＝0.6米，桩长12米。

地质条件：第一层为粉质粘土，含水量W₁＝15.5％，孔隙比e₁＝0.57，压缩模量Es₁＝12.9MPa，粘漆力系数α₁＝0.3，厚度h₁＝4米，允许摩擦阻力为35KPa；第二层为粘土，含水量W₂＝16.7％，孔隙比e₁＝0.623，压缩模量Es₂＝13.3MPa，粘结力系数α₂＝0.3，厚度10米，则桩周边该层厚度h₂＝8米，允许摩阻力30KPa，桩端允许承载力为500KPa，普通混凝土桩承载力为850KN，设计要求增加附加承载力P附＝150KN。则桩的制作步骤是：

根据普通混凝土桩的制作方法确定出混凝土强度等级为C20；

按公式 计算得出桩的横向膨胀率应为： $\mathrm{\ΔS}=\frac{150\×{10}^3}{3.14\×0.6(12.9\×{10}^6\×0.3\×4+13.3\×{10}^6\×0.3\×8)}$

                          ＝1.68×10^-3按普通混凝土自身收缩率为0.3×10^-3，则桩的总膨胀率应为，1.98×10^-3，根据混凝土膨胀剂的性能，由此确定出膨胀剂的用量为水泥重量的15％，则各组份的重量比为：

425#硅酸盐水泥∶水∶砂∶石子∶混凝土膨胀剂

    ＝1∶0.59∶1.9∶3.7∶0.15将上述各组份按比例拌合均匀，分层填入桩孔内振捣密实，达到设计标高即可。

例3：

与上述例2同一工程的另一组桩，桩径D＝0.6米，桩长15米，除例2中第一、二层土层外，桩端在第三层土层中，第三层为亚粘土，含水量W₃＝19.8％，孔隙比e＝0.687，压缩模量Es₃＝6.4MPa，粘结力系数α₃＝0.4，土层厚度18米，允许摩阻力40KPa，桩端允许承载力为600KPa，则桩周边土各层厚度h₁＝4m，h₂＝10m，h₃＝1m，普通混凝土桩的承载力为1050KN，依此确定混凝土强度等级为C40，设计要求增加附加承载力P附＝400KN，按式计算得出桩的横向膨用率应为 $\frac{400\×{10}^3}{3.14\×0.6(12.9\×{10}^6\×0.3\×4+13.3\×{10}^6\×0.3\×10+6.4\×{10}^6\×0.4\×1)}$ ＝3.7×10^-3普通混凝土的自身收缩率为0.3×10^-3，则桩的总膨胀率应为4×10^-3，由此按照混凝土膨胀剂的性能确定出其用量为水泥重量的25％，若选用525#水泥，则各组份的重量比为：525#水泥∶水∶砂∶石子∶混凝土膨胀剂＝1∶0.44∶1.2∶3∶0.25。将上述各组份按比例拌合均匀，分层填入桩孔内，边填入边振捣密实，达到设计标高。

Claims (5)

1、一种膨胀混凝土桩的制作方法，其特征是包括以下步骤：

a、根据设计要求，按照普通混凝土桩的制作方法，确定选用混凝土的强度等级，即确定出水泥、水、砂、石子各组份的重量比；

b、在上述各组份配比的基础上，加入水泥重量5％-30％的混凝土膨胀剂；

c、将上述各组分按重量配比混合拌匀，分层填入到桩孔内，边填料边振捣密实，直至设计标高。

2、根据权利要求所述的膨胀混凝土桩的制作方法，其特征是混凝土膨胀剂的用量由以下方法确定：根据桩径D，桩周边土各土层的压缩模量Esi，桩周边土各土层的粘结力系数α_i，桩周边土各土层厚度hi及设计要求增加的附加承载力P附，按照公式：

计算出桩的横向膨胀率Δs，然后结合普通混凝土自身收缩率和混凝土膨胀剂的性能，确定出混凝土膨胀剂与普通水泥的重量比。

3、根据权利要求1或2所述的膨胀混凝土桩的制作方法，其特征是普通混凝土的强度等级为C20-C60。

4、根据权利要求3所述的膨胀混凝土桩的制作方法，其特征是水泥采用标号为425#以上的普通硅酸盐水泥或矿渣水泥。

5、根据权利要求1所述的膨胀混凝土桩的制作方法，其特征是在桩孔内放置有钢筋骨架，制成钢筋膨胀混凝土桩。