CN105200983A

CN105200983A - Pvc管与厚壁钢管复合空心再生混凝土桩

Info

Publication number: CN105200983A
Application number: CN201510679676.2A
Authority: CN
Inventors: 蒙秋江; 周彬; 周芾瑶; 应敬伟; 丁锐; 叶增鑫; 寥成文; 董宏源; 宋智成; 陈炜; 温小艳; 秦建团; 田锦尚; 潘晓冰; 史金华
Original assignee: Guangxi University
Current assignee: Guangxi University
Priority date: 2015-10-19
Filing date: 2015-10-19
Publication date: 2015-12-30

Abstract

本发明公开了一种PVC管与厚壁钢管复合空心再生混凝土桩，主要由PVC管、圆形钢筋笼骨架、厚壁钢管和再生混凝土制成；圆形钢筋笼骨架和厚壁钢管置于PVC管内，三者同心布置；PVC管和厚壁钢管之间浇筑再生混凝土。其中，内置厚壁钢管可大幅度提高单桩承载力和抗变形能力；外包的PVC管能有效防止桩体遭受腐蚀，提高桩体耐久性；同时，PVC管与螺旋箍筋联合约束内部再生混凝土，进一步提高复合桩的承载力；充分利用废弃混凝土作为再生骨料，有利于再生混凝土在建筑基础工程中推广应用。总之，本发明复合空心再生混凝土桩具有成桩质量好、承载力高、抗变形能力好、耐久性好、对环境影响小、施工速度快等优点。

Description

PVC管与厚壁钢管复合空心再生混凝土桩

技术领域

本发明属于建筑基础工程中的桩基工程领域，尤其涉及一种PVC管与厚壁钢管复合空心再生混凝土桩。

背景技术

对于服役于海洋、港口、盐碱地区、地下水或者土壤中侵蚀性介质浓度较高的内陆地区的钢筋混凝土桩而言，桩体将长期遭受腐蚀性物质的侵蚀，如氯离子渗透、硫酸盐腐蚀、冻融循环等，桩基耐久性问题非常突出。加之桩体深埋于地下，难以进行可视性检查。桩体在侵蚀性介质的作用下，钢筋锈蚀，混凝土成分变化、体积膨胀，最终开裂剥落，桩体丧失承载力。因此，桩的腐蚀性问题一直是工程建设中急需解决的一个难题。

外置钢管混凝土桩虽刚度大、承载力高、抗弯抗剪能力强，但在缺少相应防腐措施的情况下，钢管极易锈蚀，导致桩体承载力下降，使用寿命缩减。目前，已有人提出在桩体外包塑料管套的新型桩，在一定的工程背景和地质环境下取得了较好的工程效果，但作为普通的塑料套管混凝土桩，其承载能力有限，抵抗横向变形的能力较差，在软土地区、桥梁码头、海洋工程等需要高承载力、超长桩的工程还难以适用。而预应力钢筋混凝土管桩虽桩身质量可靠、承载力高、不易断桩，但是造价昂贵，且不能在施工现场制作。

在沿海及内地湖泊软土地区的工程建设中，经常由于土质孔隙比大、含水量高、压缩性高、土层分布复杂等原因，出现地基承载力失效或者地基沉降大等问题。采用传统的地基处理方法虽然能在一定程度上加固地基，但都具有一定的局限性，例如预压法处理时间长，强夯法对周围影响大。

随着世界经济的迅猛发展，钢筋混凝土结构进入了高速发展的时期，新建建筑物的施工和旧建筑物的拆除都会产生大量的废弃混凝土。利用废弃混凝土配制而成的再生骨料混凝土可减少对天然骨料的开采，达到节约天然砂石资源，保护环境的目的。由于老砂浆的存在，再生粗骨料的性能和天然粗骨料相比有很大差异，这导致再生混凝土在物理、力学和耐久性能等不如普通混凝土，要想将再生骨料应用到桩基础中，必须采用新的施工工艺来提高桩体的承载力和耐久性。

综上所述，地基环境对桩体材料的耐久性影响较大，防腐蚀混凝土、预应力钢筋混凝土管桩造价较高，普通塑料套管混凝土桩承载力较低，抗变形能力较差。因此，为满足复杂工程地质环境下桩基础承载力和耐久性的要求，充分利用建筑工程产生的废弃混凝土，急需发明一种抗腐蚀、承载力高的再生混凝土复合桩。

目前，国家倡导“以塑代钢”政策，鼓励使用并积极推广塑料制品等新型化学建材。聚氯乙烯(PVC)材料因其优良的耐化学腐蚀性、电绝缘性、阻燃性、几何稳定性、质轻、强度高且易于加工的优点，被广泛应用于建筑、工业、农业、电子、医疗、汽车等领域。尽管如此，按照当前预制混凝土桩的施工工艺，制作过程需要支模、拆模等多种工序，耗费大量的钢模或者木模，增加了工作量和施工成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种桩基耐久性好、桩体承载力和抗变形能力强的PVC管与厚壁钢管复合空心再生混凝土桩。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：PVC管与厚壁钢管复合空心再生混凝土桩，主要由PVC管、圆形钢筋笼骨架、厚壁钢管和再生混凝土制成；圆形钢筋笼骨架和厚壁钢管置于PVC管内，三者同心布置；PVC管和厚壁钢管之间浇筑再生混凝土。

PVC管的长度大于桩体设计深度30cm～35cm，PVC管壁厚为2mm～5mm。

圆形钢筋笼骨架由纵向钢筋和螺旋箍筋焊接而成，纵向钢筋沿PVC管圆周均匀布置。

厚壁钢管的外径为PVC管外径的1/3～1/2，厚壁钢管的壁厚/管径范围为0.05～0.1。

厚壁钢管外壁每隔等间距加焊一圈横向加劲肋。

厚壁钢管外壁每隔一个PVC管外径(2D₂)的间距加焊一圈横向加劲肋，每圈横向加劲肋包括4根加劲肋板；肋板厚度4mm～6mm，高度15mm～25mm，长度为PVC管内径减厚壁钢管外径再扣除焊缝宽度。

再生混凝土由新砂浆和再生粗骨料组成，再生粗骨料粒径范围为5mm～25mm，强度等级为C40～C50。

该再生混凝土桩的桩底设环氧树脂防护的预制桩尖，桩顶设防腐蚀混凝土浇筑的桩帽。

针对目前混凝土管桩存在的问题，发明人充分发挥PVC管的优点，将PVC管和钢筋混凝土桩相结合，设计制作了一种全新的组合构件——PVC管与厚壁钢管复合空心再生混凝土桩，主要由PVC管、圆形钢筋笼骨架、厚壁钢管和再生混凝土制成；圆形钢筋笼骨架和厚壁钢管置于PVC管内，三者同心布置；PVC管和厚壁钢管之间浇筑再生混凝土。其中，内置厚壁钢管可大幅度提高单桩承载力和抗变形能力；外包的PVC管耐化学腐蚀、几何性质稳定、质轻高强，可将桩体与外界腐蚀性环境相隔离，而自身却可以抵抗腐蚀性物质侵蚀，因而能有效防止桩体遭受腐蚀，提高桩体耐久性；同时，PVC管与螺旋箍筋联合约束内部再生混凝土，进一步提高复合桩的承载力；充分利用废弃混凝土作为再生骨料，有利于再生混凝土在建筑基础工程中推广应用。

相对于传统混凝土管桩，本发明具有以下突出优点：

1.桩体外包耐腐蚀、轻质高强的PVC管，桩底设环氧树脂防护的桩尖，可以有效阻止腐蚀性介质侵蚀桩体，防止桩体劣化，解决了腐蚀环境下桩基的耐久性问题；

2.充分利用厚壁钢管抗压、抗拉强度高，材质均匀，延性好，刚度大，抗弯、抗剪能力强的特点，可大幅度提高单桩承载力，减小桩基沉降和横向变形；

3.厚壁钢管外壁加焊横向加劲肋，提高钢管稳定性，可增加桩长，地基处理深度更大，能应用到复杂工程中去；

4.外包PVC管与螺旋箍筋联合约束内部再生混凝土，改善再生混凝土受力性能，进一步提高单桩承载力；

5.PVC管可以作为浇筑混凝土的施工模板，可保证成桩质量，施工速度快，经济效益高；

6.外包PVC管有效保护桩体，可以减小保护层厚度，在满足承载力要求的前提下，可以减少桩体尺寸，节省材料，降低造价；

7.充分利用建筑垃圾作为再生骨料，有利于再生混凝土在建筑基础工程、地基处理工程中推广应用，扩大了再生混凝土的应用范围；同时，有利于建筑垃圾资源化，起到保护环境的作用。

附图说明

图1是本发明PVC管与厚壁钢管复合空心再生混凝土桩的结构示意图。

图2是图1再生混凝土桩沿A-A切割线的桩体横截面图。

图3是图1再生混凝土桩沿B-B切割线的桩体横截面图。

图4是图1再生混凝土桩沿C-C切割线的桩体横截面图。

图5是图1再生混凝土桩沿D-D切割线的桩体横截面图。

图6是图1再生混凝土桩中再生混凝土的示意图。

图中：1PVC管；2纵向钢筋；3再生混凝土；4厚壁钢管；5横向加劲肋；6环氧树脂；7PVC管连接套管；8厚壁钢管连接套管；9预制桩尖；10沉管连接凹槽；11螺旋箍筋；12桩帽；13桩帽横向受力筋；14桩帽竖向插筋；15原始天然骨料；16附着老砂浆；17新砂浆。

具体实施方式

如图1至6所示，本发明PVC管与厚壁钢管复合空心再生混凝土桩(外径为500mm，桩长为25m)，主要由PVC管1、圆形钢筋笼骨架、厚壁钢管4和再生混凝土制成；圆形钢筋笼骨架和厚壁钢管置于PVC管内，三者同心布置；PVC管和厚壁钢管之间浇筑再生混凝土3。其中，

PVC管的长度大于桩体设计深度30cm～35cm，PVC管外径为500mm，壁厚为5mm。

圆形钢筋笼骨架由纵向钢筋2(型号8C20)和螺旋箍筋11焊接而成，纵向钢筋沿PVC管圆周均匀布置。加密区螺旋箍筋为B645，非加密区螺旋箍筋为B680，保护层厚度20mm。

厚壁钢管的外径250mm，采用Q345钢，厚壁钢管的壁厚20mm。

厚壁钢管外壁每隔1m的间距加焊一圈横向加劲肋5，每圈横向加劲肋包括4根加劲肋板；肋板为Q345钢板，钢板长度110mm、厚度5mm，高度20mm，焊缝宽度10mm。

再生混凝土由新砂浆和再生粗骨料组成，再生粗骨料粒径范围为5mm～25mm，强度等级为C40。

该再生混凝土桩的桩底设环氧树脂6防护的预制桩尖9，桩顶设防腐蚀混凝土浇筑的桩帽12。桩尖采用普通混凝土预制，混凝土强度等级为C40，底面为高100mm的圆柱体，顶面为圆锥形，与竖向中心线的夹角为45°。预设内径为500的PVC管连接套管7，内径为250mm的厚壁钢管连接管套8，埋入深度150mm，外露高度100mm。在PVC管套外围根据打桩机沉管尺寸设置横向沉管连接凹槽10。桩帽的尺寸为直径800mm、高度300mm，桩体纵筋伸入桩帽200mm，另布置4根C20桩帽竖向插筋14，插入桩体2m。桩帽双向受力筋13都为C20100。

制作方法

1.预制桩尖、焊接圆形钢筋笼骨架、准备PVC管和厚壁钢管，焊接横向加劲肋。预制的桩尖需预埋连接套管和预设打桩机沉管连接槽，以便于FRP管、钢管和沉管连接，并在桩尖表面涂抹环氧树脂防护层，防止桩尖受到腐蚀。因桩长较长，本例的PVC管分5段用PVC管套连接，每段5m，在连接处用PVC粘结剂粘牢。

2.平整施工场地、放线布置桩位、桩机就位。

3.将PVC管与在桩尖上预埋的PVC管连接套管进行连接，确保连接处连接稳固，同时用PVC粘结剂对连接部位进行密封处理，防止漏水而影响成桩质量。将钢管与在桩尖上预埋的钢管连接套管进行连接，确保连接处连接稳固。

4.将连接好的桩尖、PVC管和厚壁钢管起吊从打桩机的沉管底部由打桩机的牵引索牵引进入沉管，连接沉管与桩尖。

5.打桩机调整好位置后，将桩尖与桩位对准，将桩尖、沉管、PVC管以及内侧钢管同时通过静力压至设计深度。

6.压至设计深度后，在沉管与PVC管之间的空间内注水，注水量达到1/2桩长时，将打桩机沉管拔出，边拔边注水。桩尖、PVC管和内侧钢管则留在桩孔中。沉管拔出后将桩孔内的水抽净。

7.检查桩孔深度，确认深度满足要求后，将钢筋笼吊入PVC管内，PVC管、钢筋笼、厚壁钢管同心放置。

8.在PVC管和钢管之间浇筑再生混凝土，每浇筑1m就用专用振动棒振捣密实，直至浇满至设计标高。

9.根据桩帽尺寸在浇筑好的桩体顶部支设桩帽模板，绑扎桩帽竖向插筋和桩帽双向受力钢筋，用防腐蚀混凝土浇筑桩帽。

Claims

1.一种PVC管与厚壁钢管复合空心再生混凝土桩，其特征在于主要由PVC管、圆形钢筋笼骨架、厚壁钢管和再生混凝土制成；圆形钢筋笼骨架和厚壁钢管置于PVC管内，三者同心布置；PVC管和厚壁钢管之间浇筑再生混凝土。

2.根据权利要求1所述的PVC管与厚壁钢管复合空心再生混凝土桩，其特征在于：所述PVC管的长度大于桩体设计深度30cm～35cm，PVC管壁厚为2mm～5mm。

3.根据权利要求1所述的PVC管与厚壁钢管复合空心再生混凝土桩，其特征在于：所述圆形钢筋笼骨架由纵向钢筋和螺旋箍筋焊接而成，纵向钢筋沿PVC管圆周均匀布置。

4.根据权利要求1所述的PVC管与厚壁钢管复合空心再生混凝土桩，其特征在于：所述厚壁钢管的外径为PVC管外径的1/3～1/2，厚壁钢管的壁厚/管径范围为0.05～0.1。

5.根据权利要求4所述的PVC管与厚壁钢管复合空心再生混凝土桩，其特征在于：所述厚壁钢管外壁每隔等间距加焊一圈横向加劲肋。

6.根据权利要求5所述的PVC管与厚壁钢管复合空心再生混凝土桩，其特征在于：所述厚壁钢管外壁每隔一个PVC管外径的间距加焊一圈横向加劲肋，每圈横向加劲肋包括4根加劲肋板；肋板厚度4mm～6mm，高度15mm～25mm，长度为PVC管内径减厚壁钢管外径再扣除焊缝宽度。

7.根据权利要求1所述的PVC管与厚壁钢管复合空心再生混凝土桩，其特征在于：所述再生混凝土由新砂浆和再生粗骨料组成，再生粗骨料粒径范围为5mm～25mm，强度等级为C40～C50。

8.根据权利要求1所述的PVC管与厚壁钢管复合空心再生混凝土桩，其特征在于该再生混凝土桩的桩底设环氧树脂防护的预制桩尖，桩顶设防腐蚀混凝土浇筑的桩帽。