CN104563103A - 一种复合配筋部分预应力混凝土实心方桩及其制作方法 - Google Patents

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刁述红
田斌
王风民
陈明玥
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Abstract

本发明涉及一种复合配筋部分预应力混凝土实心方桩,复合配筋部分预应力混凝土实心方桩,包括混凝土桩身,混凝土桩身连接有混凝土桩尖,混凝土桩身内设有钢筋笼;钢筋笼包括非预应力主筋、预应力主筋和箍筋,非预应力主筋、预应力主筋通过方形螺旋箍筋组成钢筋笼,位于正方形四个角点的四根非预应力主筋靠近混凝土桩尖的端部向中心弯折并伸入混凝土桩尖、形成混凝土桩尖锚筋,混凝土桩尖内部设混凝土桩尖中心加强筋,混凝土桩尖中心加强筋下端与混凝土桩尖锚筋下端通过焊接连接。本发明的复合配筋部分预应力混凝土实心方桩防腐蚀性能好,变形性能好,力学性能优越,抗震性能好,入岩、穿透能力强。

Description

一种复合配筋部分预应力混凝土实心方桩及其制作方法
技术领域
本发明属于土木工程领域,具体地,涉及一种复合配筋部分预应力混凝土实心方桩及其制作方法。
背景技术
预制混凝土桩,具有节约木材和钢材、经久耐用、造价低廉等优点,已广泛应用于水工建筑、工业建筑、民用建筑、港口和桥梁的基础工程,还常用于边坡及基坑支护的抗滑或隔水。预制混凝土桩的质量较灌注桩更有保证,单方混凝土的承载力也高于灌注桩。
在预制混凝土桩基础市场,主要包括预制钢筋混凝土桩和预应力混凝土桩两大类。
预制钢筋混凝土方桩,工艺复杂而古老,钢筋骨架一般是通过手工绑扎而成,费时、费力,人工操作的不稳定性导致钢筋骨架的尺寸精度控制难以保证,质量波动较大,而且较浪费箍筋,在后面的运输及施工过程中的破损率也较高;生产周期长,质量差,产品品质不稳定;混凝土强度低,桩身承载力未能充分发挥,没有充分发挥材料力学特性。
目前市场上应用的预应力混凝土桩大多都是离心成型的空心桩,采用预应力混凝土用钢棒作为主筋,因生产效率高、主筋强度相对较高、混凝土强度高、周期较快等优点而为建筑领域大量、广泛采用,并一直延续使用至今,在目前传统桩基础中占有重要地位。但是在生产使用过程中,主筋采用钢棒的预应力混凝土空心桩存在较多问题。生产中为了便于张拉,须采用钢棒热镦头技术,将该镦头与桩体端板、张拉板卡住进行预应力张拉,但由于热镦该钢棒的镦头部位强度受损及材质受损;同时,由于钢棒镦头精度不一致,张拉时无法与端板充分接触,造成端板局部破坏;钢棒由于切割精度控制不够,导致钢棒长度不一,张拉过程中会出现应力不均匀,甚至拉断的现象。另外,生产中需要离心成型,高温蒸养等工序,导致工艺复杂。预应力混凝土空心桩力学性能较好,但因钢棒脆性高,导致整体脆性明显,抗弯和抗剪性能不足,灾害发生时,逃生和救护时间相对较短,不利于人员逃生,出于安全考虑,我国很多地区已开始禁止在某些桩基基础工程中使用预应力混凝土空心桩。另外因为钢筋保护层厚度不够,空心处混凝土欠密实等原因,远不能满足抗腐蚀的要求,《工业建筑防腐设计规范》(GB50046-2008)4.9.2条规定:腐蚀环境下宜选用预制钢筋混凝土桩;该规范表4.9.5规定,在氯离子CL-和硫酸根离子SO4 2-强腐蚀环境中,不应或不宜采用预应力混凝土管桩。
预应力钢绞线具有强度高和松弛性能好的主要特点的主要特点是,常用于桥梁、建筑、水利、能源及岩土工程等;近年来,我国也对钢绞线应用于预应力混凝土桩进行了大量的研究,但大多仅是一种技术构想,却没有形成有实用价值的技术方案。预应力钢绞线作为预制桩预应力主筋,较之混凝土用预应力钢棒强度高,延性好,但在实际应用中,也存在突出的问题:一是钢绞线由多根钢丝绞合而成,不易焊接,不易缠绕,预制桩由钢筋笼组成的钢筋骨架不易制作;二是尽管应用在桥梁等方面钢绞线预应力张拉的工艺比较成熟,但应用在预制桩的方面,却研究不多,主要涉及如何将钢绞线锚固、张拉、放张及放张后端头处理等各个工艺过程。
近几年,国内也出现了部分预应力混凝土桩的研究,在一定程度上改善了预应力混凝土空心桩脆性大的缺点,如上海中技桩业股份有限公司研制的部分预应力混凝土空心方桩,但其预应力主筋仍采用钢棒,生产过程离心成型,没有改善生产工艺复杂、桩身防腐蚀能力弱等固有缺点。
综上所述,目前国内市场上无论是钢筋混凝土方桩还是预应力混凝土桩,均已不能满足当前桩基基础工程的需要;部分预应力混凝土桩的研究,还处在初步探索阶段;钢绞线应用于混凝土桩还未有具有建筑实用价值的工程实例。
发明内容
针对上面问题,本发明提供一种复合配筋部分预应力混凝土实心方桩及其制作方法,结合预应力混凝土空心桩和普通预制钢筋混凝土方桩的共同优势,充分发挥预应力钢筋和非预应力钢筋的优点,以预应力钢筋和非预应力钢筋作为钢筋骨架主筋,预应力筋采用预应力钢绞线代替钢棒,非预应力筋采用螺纹钢。
为实现上述目的,本发明采用下述方案:
一种复合配筋部分预应力混凝土实心方桩,包括:混凝土桩身,混凝土桩身连接有混凝土桩尖,混凝土桩身内设有钢筋笼;混凝土桩身的横断面为正方形,混凝土桩尖呈方锥状;其中:钢筋笼包括4n(n≥1,n为整数)根非预应力主筋、4m(m≥1,m为整数)根预应力主筋和箍筋,箍筋采用方形螺旋箍筋;非预应力主筋、预应力主筋通过方形螺旋箍筋组成钢筋笼,其中4根非预应力主筋分别位于正方形的四个角点,四边形的每边除角点外设有n-1根非预应力主筋,每边的非预应力主筋沿边长均匀设置;四边形的每边设置m根预应力主筋,每边的预应力主筋沿边长均匀设置;位于正方形四个角点的四根非预应力主筋靠近混凝土桩尖的端部向中心弯折并伸入混凝土桩尖、形成混凝土桩尖锚筋,混凝土桩尖内部设混凝土桩尖中心加强筋,混凝土桩尖中心加强筋下端与混凝土桩尖锚筋下端通过焊接连接;非预应力主筋除位于正方形四个角点的四根之外,其余非预应力主筋的下端与混凝土桩尖的顶端平齐。
相对于现有技术,本发明的复合配筋部分预应力混凝土实心方桩具有预应力产品力学性能好、非预应力产品变形性能好的双重优点,具体表现如下:
1、防腐蚀性能好,通过施加预应力,控制裂缝宽度发展可有效的提高桩体耐腐蚀特性,实心方桩设计,可以有效保证钢筋保护层厚度;
2、变形性能好,在破坏作用下,螺纹钢可有效延缓破坏裂缝的纵向开展,控制裂缝宽度,增加裂缝数量从而释放应力,钢绞线较之混凝土用预应力钢棒延性好,具有更好的变形能力;
3、力学性能优越,采用高强钢绞线、高强混凝土,钢绞线较之混凝土用预应力钢棒抗拉强度高;
4、抗震性能好,可用于抗震设防烈度7度、8度区;
5、入岩、穿透能力强,混凝土桩尖与桩身一体化设计,同时加工,同时成型,保证沉桩过程中方桩的入岩、穿透能力;
6、与承台搭接方便可靠,通过预置金属螺旋波纹管,方便方桩与承台的连接,使承台与桩体连接更加可靠;
7、生产工艺先进,生产过程无需离心成型,钢筋笼框架通过自动滑动焊接而成,解决钢绞线无法焊接的难题,预应力张拉采用无端头板张拉方式,节省端头板。
附图说明
图1为复合配筋部分预应力混凝土实心方桩的结构示意图;
图2为复合配筋部分预应力混凝土实心方桩的配筋结构示意图;
图3为图2中A-A剖面示意图;
图4为复合配筋部分预应力混凝土实心方桩顶端预应力筋露筋处保护层示意图;
图5为复合配筋部分预应力混凝土实心方桩混凝土桩尖预应力筋露筋处保护层示意图;
图6为带有附筋的复合配筋部分预应力混凝土实心方桩的结构示意图;
图7为图6中B-B剖面示意图;
图8为带有8根附筋的复合配筋部分预应力混凝土实心方桩的剖面示意图;
图9为带有金属螺旋波纹管的复合配筋部分预应力混凝土实心方桩的结构示意图;
图10为图9中C-C剖面示意图;
图11为带有8根金属螺旋波纹管的复合配筋部分预应力混凝土实心方桩的剖面示意图;
图12为复合配筋部分预应力混凝土实心方桩配有4根非预应力主筋、8根预应力主筋的横截面示意图;
图13为复合配筋部分预应力混凝土实心方桩配有8根非预应力主筋、8根预应力主筋的横截面示意图;
图14为复合配筋部分预应力混凝土实心方桩配有8根非预应力主筋、16根预应力主筋的横截面示意图;
图中:1、混凝土桩身,2、钢筋笼,21、非预应力主筋,22、预应力主筋,23、方形螺旋箍筋,24、附筋,25、金属螺旋波纹管,3、混凝土桩尖,31、混凝土桩尖锚筋,32、混凝土桩尖钢靴,33、混凝土桩尖中心加强筋,4、桩端网片,5、水泥砂浆,6、环氧树脂。
具体实施方式
如图1、图2、图3、图4所示,复合配筋部分预应力混凝土实心方桩,包括:混凝土桩身1,混凝土桩身1连接有混凝土桩尖3,混凝土桩身1内设有钢筋笼2;混凝土桩身1的横断面为正方形,混凝土桩尖3呈方锥状。
钢筋笼2包括非预应力主筋21、预应力主筋22和箍筋23,非预应力主筋21设有四根,预应力主筋22设有四根,箍筋23采用方形螺旋箍筋;四根非预应力主筋21、四根预应力主筋22通过方形螺旋箍筋23组成钢筋笼2,钢筋笼2的横截面为正方形,四根非预应力主筋21位于正方形的角点,四根预应力主筋22分别位于正方形四条边的中点;四根非预应力主筋21靠近混凝土桩尖的端部向中心弯折并伸入混凝土桩尖、形成混凝土桩尖锚筋31,混凝土桩尖3内部设混凝土桩尖中心加强筋33,混凝土桩尖中心加强筋33下端与混凝土桩尖锚筋31下端通过焊接连接。
非预应力主筋21采用HRB400或HRB500螺纹钢,预应力主筋22采用预应力混凝土用钢绞线,箍筋23采用冷拔低碳钢丝或低碳钢热轧圆盘条。
混凝土桩身1的顶部设有桩端网片4,桩端网片4与钢筋笼2的顶端固定连接。
预应力主筋22的上下两端分别由混凝土桩身1顶端、混凝土桩尖伸出;如图4所示,预应力主筋22从混凝土桩身1的顶端伸出处设有圆锥形孔,该圆锥形孔采水泥砂浆5封堵,以保护钢绞线;如图5所示,预应力主筋22从混凝土桩身1的混凝土桩尖伸出处设有圆锥形孔,该圆锥形孔用环氧树脂6封堵,进行钢绞线防腐蚀处理,以保护钢绞线。
钢筋笼、桩端网片、混凝土桩尖锚筋、混凝土桩尖中心加强筋,组成整体骨架,骨架与混凝土组成成实心桩体。
作为进一步的改进,可以有如下方案:
如图6、图7所示,复合配筋部分预应力混凝土实心方桩的顶端设有4根附筋24,4根附筋24分别位于正方形的四边中心附近靠近预应力主筋的位置,附筋24与箍筋23通过绑扎或焊接相连,沉桩后与承台搭接时,破除桩端的混凝土,非预应力主筋21、附筋24与承台的附加主筋通过焊接连接,适用于对抗震要求较高的场合,附筋24采用HRB400或HRB500螺纹钢,长度1~3米;进一步地,如图8所示,复合配筋部分预应力混凝土实心方桩的顶端设有8根附筋24,正方形的四边每边设有2根附筋24。
如图9、图10所示,复合配筋部分预应力混凝土实心方桩的顶端预制4根金属螺旋波纹管25,4根金属螺旋波纹管25分别位于正方形的四个角点靠近非预应力主筋21内侧的位置,金属螺旋波纹管25与箍筋23相连,方桩通过金属螺旋波纹管25与承台上的附加主筋配合实现与承台的连接,既方便方桩与承台的连接,又使承台与桩体的连接更加可靠,金属螺旋波纹管25长度1~3米;进一步地,如图11所示,复合配筋部分预应力混凝土实心方桩的顶端预制8根金属螺旋波纹管25,分别位于正方形的四个角点以及四边每边中心位置。
如图12所示,钢筋笼2采用4根非预应力主筋和8根预应力主筋,4根非预应力主筋分别位于正方形的四个角点,8根预应力主筋沿正方形的四条边均布;
如图13所示,钢筋笼2采用8根非预应力主筋和8根预应力主筋,其中4根非预应力主筋分别位于正方形的四个角点、4根非预应力主筋分别位于四边的中点,8根预应力主筋沿正方形的四条边均布;
如图14所示,钢筋笼2采用8根非预应力主筋和16根预应力主筋,其中4根非预应力主筋分别位于正方形的四个角点、4根非预应力主筋分别位于四边的中点,16根预应力主筋沿正方形的四条边均布;
进而推之,钢筋笼2包括4n(n≥1)根非预应力主筋21、4m(m≥1)根预应力主筋22;其中4根非预应力主筋分别位于正方形的四个角点,四边形的每边除角点外设有n-1根非预应力主筋,每边的非预应力主筋21沿边长均匀设置;每边设置m根预应力主筋22,每边的预应力主筋22沿边长均匀设置。
非预应力主筋21除位于四角的四根之外,其余非预应力主筋21的下端与混凝土桩尖的顶端平齐。
进一步地,混凝土桩尖3包括混凝土桩尖钢靴32,混凝土桩尖钢靴32与混凝土桩尖锚筋31通过垫铁或短筋焊接相连,混凝土桩尖中心加强筋33下端与钢靴32焊接。
上述复合配筋部分预应力混凝土实心方桩的制作方法,包括如下步骤:
a、采用钢筋骨架自动滚焊机制备由非预应力主筋组成的钢筋笼基本框架;
b、放置端头网片,通过绑扎或焊接方式将端头网片与箍筋连接,弯曲混凝土桩尖端钢筋笼的四角主筋,中心加强筋下端与混凝土桩尖锚筋下端通过焊接连接;
c、准备模具,并在模具上涂隔离剂,将钢筋笼基本框架安装在模具上;
d、准备张拉设备、锚具,按照配筋要求在钢筋笼内穿入预应力主筋,将预应力主筋在张拉设备上固定、并用锚具固定好,混凝土桩身内预应力主筋与箍筋绑扎连接;
e、进行预应力主筋预应力张拉;
f、制备混凝土,浇注到模具内,并进行震动捣实;
g、采用自然养护或蒸汽养护;
h、混凝土达到规定强度,放张预应力主筋,处理放张处的预应力主筋,桩端预应力主筋露筋处用与桩身同强度混凝土封堵,混凝土桩尖预应力主筋露筋处用环氧树脂封堵。
作为进一步的改进,可以有如下方案:
一套模具同时制多根方桩,多根方桩的钢筋基本框架依次放在模具内,多根方桩的断面同一位置的预应力主筋相连成一个整体,同时张拉。
在步骤b中,混凝土桩尖设置钢靴32,并将钢靴32通过焊接与非预应力主筋连接。
在步骤b中,桩端设置附筋,附筋与箍筋通过绑扎或焊接相连;
在步骤b中,桩端预置金属螺旋波纹管,金属螺旋波纹管与箍筋通过绑扎相连。

Claims (10)

1.一种复合配筋部分预应力混凝土实心方桩,包括:混凝土桩身,混凝土桩身连接有混凝土桩尖,混凝土桩身内设有钢筋笼;混凝土桩身的横断面为正方形,混凝土桩尖呈方锥状;其特征在于:钢筋笼包括4n(n≥1,n为整数)根非预应力主筋、4m(m≥1,m为整数)根预应力主筋和箍筋,箍筋采用方形螺旋箍筋;非预应力主筋、预应力主筋通过方形螺旋箍筋组成钢筋笼,其中4根非预应力主筋分别位于正方形的四个角点,四边形的每边除角点外设有n-1根非预应力主筋,每边的非预应力主筋沿边长均匀设置;四边形的每边设置m根预应力主筋,每边的预应力主筋沿边长均匀设置;位于正方形四个角点的四根非预应力主筋靠近混凝土桩尖的端部向中心弯折并伸入混凝土桩尖、形成混凝土桩尖锚筋,混凝土桩尖内部设混凝土桩尖中心加强筋,混凝土桩尖中心加强筋下端与混凝土桩尖锚筋下端通过焊接连接;非预应力主筋除位于正方形四个角点的四根之外,其余非预应力主筋的下端与混凝土桩尖的顶端平齐;混凝土桩尖包括混凝土桩尖钢靴,混凝土桩尖钢靴与混凝土桩尖锚筋通过垫铁或短筋焊接相连,混凝土桩尖中心加强筋下端与钢靴焊接;混凝土桩身的顶部设有桩端网片,桩端网片与钢筋笼的顶端固定连接。
2.根据权利要求1所述的复合配筋部分预应力混凝土实心方桩,其特征在于:优选地,非预应力主筋设有四根,预应力主筋设有四根;或者,优选地,钢筋笼采用4根非预应力主筋和8根预应力主筋。
3.根据权利要求1-2所述的复合配筋部分预应力混凝土实心方桩,其特征在于:优选地,钢筋笼采用8根非预应力主筋和8根预应力主筋;或者,优选地,钢筋笼采用8根非预应力主筋和16根预应力主筋。
4.根据权利要求1-3所述的复合配筋部分预应力混凝土实心方桩,其特征在于:优选地,优选地,预应力主筋的上下两端分别由混凝土桩身顶端、混凝土桩尖伸出;优选地,预应力主筋从混凝土桩身的顶端伸出处设有圆锥形孔,该圆锥形孔采水泥砂浆封堵;优选地,预应力主筋从混凝土桩身的混凝土桩尖伸出处设有圆锥形孔,该圆锥形孔用环氧树脂封堵。
5.根据权利要求1-4所述的复合配筋部分预应力混凝土实心方桩,其特征在于:优选地,复合配筋部分预应力混凝土实心方桩的顶端设有4根附筋,4根附筋分别位于正方形的四边中心附近靠近预应力主筋的位置,附筋与箍筋通过绑扎或焊接相连;优选地,附筋采用HRB400或HRB500螺纹钢,长度1~3米;优选地,复合配筋部分预应力混凝土实心方桩的顶端设有8根附筋,正方形的四边每边设有2根附筋。
6.根据权利要求1-5所述的复合配筋部分预应力混凝土实心方桩,其特征在于:优选地,复合配筋部分预应力混凝土实心方桩的顶端预制4根金属螺旋波纹管,4根金属螺旋波纹管分别位于正方形的四个角点靠近非预应力主筋内侧的位置,金属螺旋波纹管与箍筋相连,金属螺旋波纹管长度1~3米。
7.根据权利要求1-6所述的复合配筋部分预应力混凝土实心方桩,其特征在于:优选地,复合配筋部分预应力混凝土实心方桩的顶端预制8根金属螺旋波纹管,分别位于正方形的四个角点以及四边每边中心位置。
8.根据权利要求1-7所述的复合配筋部分预应力混凝土实心方桩,其特征在于:非预应力主筋采用HRB400或HRB500螺纹钢,预应力主筋采用预应力混凝土用钢绞线,箍筋采用冷拔低碳钢丝或低碳钢热轧圆盘条。
9.权利要求1-8之一所述复合配筋部分预应力混凝土实心方桩的制作方法,其特征在于,包括如下步骤:
a、采用钢筋骨架自动滚焊机制备由非预应力主筋组成的钢筋笼基本框架;
b、放置端头网片,通过绑扎或焊接方式将端头网片与箍筋连接,弯曲混凝土桩尖端钢筋笼的四角主筋,中心加强筋下端与混凝土桩尖锚筋下端通过焊接连接;
c、准备模具,并在模具上涂隔离剂,将钢筋笼基本框架安装在模具上;
d、准备张拉设备、锚具,按照配筋要求在钢筋笼内穿入预应力主筋,将预应力主筋在张拉设备上固定、并用锚具固定好,混凝土桩身内预应力主筋与箍筋绑扎连接;
e、进行预应力主筋预应力张拉;
f、制备混凝土,浇注到模具内,并进行震动捣实;
g、采用自然养护或蒸汽养护;
h、混凝土达到规定强度,放张预应力主筋,处理放张处的预应力主筋,桩端预应力主筋露筋处用与桩身同强度混凝土封堵,混凝土桩尖预应力主筋露筋处用环氧树脂封堵。
10.根据权利要求9所述的复合配筋部分预应力混凝土实心方桩的制作方法,其特征在于:
优选地,一套模具同时制多根方桩,多根方桩的钢筋基本框架依次放在模具内,多根方桩的断面同一位置的预应力主筋相连成一个整体,同时张拉;
优选地,在步骤b中,混凝土桩尖设置钢靴,并将钢靴通过焊接与非预应力主筋连接;
优选地,在步骤b中,桩端设置附筋,附筋与箍筋通过绑扎或焊接相连;
优选地,在步骤b中,桩端预置金属螺旋波纹管,金属螺旋波纹管与箍筋通过绑扎相连。
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