CN105256791A - 一种混凝土海洋管桩 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混凝土海洋管桩，包括混凝土桩体和置于混凝土桩体内的钢筋骨架笼，所述钢筋骨架笼包括螺旋筋以及固定在螺旋筋上呈圆周分布的多根预应力筋，所述预应力筋均匀分布，预应力张拉值不超过设计强度值的60%，相邻的预应力筋之间设置至少一条非预应力筋，所述非预应力筋的长度比预应力筋的长度小，且每条非预应力筋长短不一。本发明的管桩抗腐蚀性能强、抗冲击能力好、弯矩大，适合盐碱浓度高等地区、尤其适应在海洋环境中使用，具有优越的抗腐蚀和抗冲击、撞击性能。

Description

一种混凝土海洋管桩

技术领域

本发明涉及海洋工程建设领域，尤其涉及一种混凝土海洋管桩。

背景技术

管桩是一种预制的工程桩，主要用于桩基工程来提高地基与基础的承载力，其将上部的建筑载荷传递到深处承载力较强的土层上，或将软土层挤密实以提高地基土的承载能力和密实度。管桩从上世纪初到现在已经得到了很大的发展，基于管桩能单桩承载力高，管桩施工速度快、工效高等特点，管桩从最初的应用于铁道系统，到目前扩大到工业与民用建筑、市政、冶金、港口、公路等领域，其得到了广泛的应用并发挥着巨大的作用。

与一般陆地上应用的管桩不同，针对海洋的复杂多变的环境，传统的管桩并不能胜任。应用在海洋环境中的管桩，一般会使用钢管桩，而为了应对海洋这种强腐蚀性环境，这些钢管桩通常还要设置为多层结构以及做防锈处理，带来的负面影响就是，管桩重量大大提升，提高了施工难度并降低了施工效率，大量使用钢材，提高了成本，而且在施工的过程中，容易损伤防锈层，极容易导致腐蚀。

申请号为201210025399.X的发明专利公开了一种挡土复式配筋管桩及其制备方法，该管桩包括有混凝土本体及两端的端头板，在所述混凝土本体内设有钢筋骨架龙，所述钢筋骨架笼包括有多根预应力主筋、非预应力钢筋以及螺旋筋，所述预应力主筋与非预应力钢筋为非对称布置，所述非预应力钢筋均匀分布在管桩界面一侧受拉区内的螺旋筋上。该配筋管桩有较强的穿透能力，混凝土强度高，但是其不足之处在于，该管桩并不适用于海洋环境中，其抗腐蚀抗冲击性能不好，而且非预应力钢筋的非对称设置不能适应海洋环境中管桩四周受力的特点。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种适用于海洋工程建设的，抗腐蚀和抗冲击性能优越的混凝土海洋管桩。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下方案实现：

一种混凝土海洋管桩，包括混凝土桩体和置于混凝土桩体内的钢筋骨架笼，所述钢筋骨架笼包括螺旋筋以及固定在螺旋筋上呈圆周分布的多根预应力筋，所述预应力筋均匀分布，相邻的预应力筋之间设置至少一条非预应力筋，所述非预应力筋的长度比预应力筋的长度小，且每条非预应力筋长短不一。

采用预应力筋和螺旋筋配合形成的结构形式作为承载力抗弯主体，混凝土作为竖向承载结构，在保证了高承载的同时增加管桩在海洋环境中的抗冲击性能。针对管桩在海洋环境中四周均受力的特点，在预应力筋之间设置非预应力筋，且长短不一的非预应力筋与预应力筋形成的配筋结构，能大大提高管桩的抗弯曲变形能力，长短不一的非预应力筋，在保证管桩的强度前提下，降低了用钢量。

所述非预应力筋的长度依次递增或递减。这样的排布使得非预应力筋呈现一种圆周状阶梯分布，进一步的提升管桩的抗弯及抗冲击性能。

所述螺旋筋的两端形成螺旋筋加密区，所述加密区长度为150~200mm，加密间距为30~50mm。

管桩的两端分别接触海床和承重平台，容易受到外部的冲击，在受到冲击时两端会发生形变，而螺旋筋加密区的设置会对混凝土产生拉力从而减少其形变，避免形变过大导致的端部爆裂。

所述混凝土桩体的两端设置有端头板。

端头板用于固定配筋以及管桩的连接。管桩在施工过程中，普通管桩在捶打的过程极容易造成管桩两端破碎，在两端螺旋加密区的设置下再加上本发明中的混凝土浇筑的桩体，即使在不设置抱箍板的条件下，都可以有效避免了捶打粉碎的情况发生。

所述预应力筋为预应力高强钢丝、预应力PC钢棒或预应力钢绞线，预应力筋的张拉值为预应力筋设计强度的40~60%，防止预应力过高，延伸率变低，在发生碰撞，强烈震动的时候内部预应力筋出现延性断裂现象，所述非预应力筋为热轧带肋HRB500以上等级钢材。

所述混凝土桩体包括下述重量份的各原料组分：水泥450~600份、矿物活性掺合料150~250份、惰性掺合料60~100份、砂1000~1500份、早强型高效减水剂24~32份、水135~200份、0.08mm~0.20mm的钢纤维78~156份。

粉末混凝土本身具有高抗渗性能，抗渗达到P30以上，零碳化、电通量通常在100库伦以下，属于高致密超高性能混凝土。本发明混凝土采用致密堆积结构原理，通过组分间颗粒级配的优化，使得混凝土内部没有形成通道间隙；超低水灰比，管桩内部没有游离的液化水存在，胶凝材料中水泥含量较高，能够水化产生体积微膨胀致密，活性矿物掺和料的二次水化进一步消除了内部水化氢氧化钙产物，形成进一步致密度，水化硅酸钙不会受外界介质迁移腐蚀发生逆向反应，水化产物结构稳固，从而使用海水及海盐腐蚀的毛细通道消失，不具备发生腐蚀及碳化等条件，可以有效的保护结构内钢筋不受腐蚀，降低钢筋保护层厚度，减少钢筋使用量，配合以本技术方案中骨架笼，使管桩具有高耐久性、抗腐蚀性、高承载、耐冲击、耐海水等盐类腐蚀性能。且相对于传统管桩，本技术方案钢筋保护层定位15~30mm，用钢量大幅度减小，早期强度快，1天大于50兆帕，28天强度不低于130兆帕，适合与海洋、水利等抗弯性能要求较高的建设工程使用。

优选地，所述混凝土桩体包括下述重量份的个原料组分：水泥500~550份、矿物活性掺合料180~220份、惰性掺合料70~90份、砂1100~1400份、早强型高效减水剂26~30份、水150~180份、0.08mm~0.20mm的钢纤维98~136份。

优选地，所述矿物活性掺合料包括硅粉、陶瓷抛光粉、粉煤灰，硅粉、陶瓷抛光粉与粉煤灰的用量之比为1：0.5~1：1~2。

优选地，所述惰性掺合料包括石灰石粉、磨细河砂粉，石灰石粉与磨细河砂粉的用量之比为1：1~4。

掺和料的使用改善了混凝土内部孔结构，改善了水化产物的组成及结构，优化了混凝土内界面过渡区的结构与性能，最终提高了混凝土的综合性能。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1.本发明的海洋管桩的钢筋骨架笼的配筋结构采用预应力筋和长短非预应力筋组成，提高管桩的抗冲击性能，适应在海洋复杂多变的环境中使用；

2.采用了超高性能粉末混凝土，进一步的优化了配比，使得海水及海盐的腐蚀通道消失，不具备发生腐蚀及碳化等条件，有效的保护钢筋不受腐蚀，降低钢筋保护层的厚度；制备的管桩抗冲击性能好，抗拉强度高，去除了普通管桩的抱箍板，减少环境对钢板的腐蚀诱因，同时较少工序，减低成本；

3.本发明中钢筋骨架笼与超高性能粉末混凝土的配合，使得制备的管桩具有高耐久性、抗腐蚀性、高承载、耐冲击、耐腐蚀等性能。管桩的生产可采用离心、浇筑及泵送顶升等工艺实现，在生产环节可去除高温蒸压过程；

4.超高性能混凝土制备的管桩，早期强度快，1天大于50兆帕，28天强度不低于130兆帕，适合于海洋、水利等抗弯性能要求较高的建设工程使用。

附图说明

图1为实施例1管桩结构示意图；

图2为实施例1管桩轴向结构示意图；

其中，1、混凝土桩体；2、螺旋筋；3、预应力筋；4、非预应力筋；6、端头板；8、螺旋筋加密区。

具体实施方式

为了让本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步阐述。

实施例1

如图1和2所示，一种混凝土海洋管桩，包括混凝土桩体1和置于混凝土桩体1内的钢筋骨架笼，所述钢筋骨架笼包括螺旋筋2以及固定在螺旋筋上呈圆周分布的多根预应力筋3，所述预应力筋3均匀分布，相邻的预应力筋3之间设置一条非预应力筋4，所述非预应力筋4的长度比预应力筋3的长度小，且每条非预应力筋4长短不一，非预应力筋长度依次递增，使得非预应力筋呈现圆周状阶梯分布。所述螺旋筋2的两端形成螺旋筋加密区8，所述加密区长度为180mm，加密间距为40mm。

所述混凝土桩体1的两端设置有端头板6。所述预应力筋3为预应力PC钢棒，预应力PC钢棒的张拉值为设计强度的50%，所述非预应力筋为热轧带肋HRB500钢材。

所述混凝土桩体包括下述重量份的各原料组分：水泥450份、矿物活性掺合料150份、惰性掺合料60份、砂1000份、早强型高效减水剂24份、水135份、0.08mm~0.20mm的钢纤维78份，矿物活性掺合料包括1:1:2的硅粉、陶瓷抛光粉与粉煤灰，惰性掺和料包括1:2的石灰石粉与磨细河砂粉。

所述钢筋骨架笼的混凝土保护层的厚度为15mm。

实施例2

除了水泥600份、矿物活性掺合料250份、惰性掺合料100份、砂1500份、早强型高效减水剂32份、水200份、0.08mm~0.20mm的钢纤维156份，钢筋骨架笼的混凝土保护层的厚度为30mm外，其它条件同实施例1。

对比例1

除了非预应力筋和预应力筋长度相等外，其它条件同实施例1。

对比例2

除了非预应力筋的长度为预应力筋的一半，且每条非预应力筋等长外，其它条件同实施例1。

对比例3

除了非预应力筋的排布为长短相间排布外，其它条件同实施例1。

对比例4

除了混凝土桩体使用普通水泥制备外，其它条件同实施例1。

对比例5

除了矿物活性掺合料100份、惰性掺合料10份外，其它条件同实施例1。

对比例6

除了矿物活性掺合料300份、惰性掺合料150份外，其它条件同实施例2。

对比例7

除了预应力PC钢棒的张拉值为设计强度的30%外，其它条件同实施例1。

对比例8

除了预应力PC钢棒的张拉值为设计强度的70%外，其它条件同实施例1。

将实施例和对比例的管桩制备成尺寸为400mm×10m×80mmAB的试件，并对其进行性能测试。

测试结果如下表：

项目	抗裂检验弯矩M0 u≥84kN.m	极限检验弯矩M0 u≥136 kN.m	五倍浓度海水56天浸泡迁移系数m2/s	10KG落锤冲击开裂次数
					实施例1	97	173	0.54*10-12	36
实施例2	112	187	0.42*10-12	57
					对比例1	97	164	0.54*10-12	36
对比例2	76	132	73*10-12	30
					对比例3	80	147	0.54*10-12	34
对比例4	67	142	0.54*10-12	11
					对比例5	75	156	6.8*10-12	28
对比例6	80	168	2.2*10-12	35
					对比例7	56	135	0.54*10-12	34
对比例8	105	177(变形不大易脆断)	0.54*10-12	36

从上述测试结果可以看出本发明制备的海洋管桩抗腐蚀性能强、抗冲击能力好，适合盐碱浓度高等地区，通过预应力筋和非预应力筋的巧妙配合，在保证强度的前提下，大大降低了刚才用量，对比例1~3改了非预应力筋的布置，使得制备的管桩性能大大降低。对比例5和6，改变了矿物活性掺合料和惰性掺合料的用量，使得五倍浓度海水56天浸泡迁移系数大大增大，不适用于盐碱浓度高的地区，本发明制备的混凝土管桩更具优势。同时，从对比例7和8看出，预应力筋的张拉值最为合理。

Claims (10)

1.一种混凝土海洋管桩，包括混凝土桩体和置于混凝土桩体内的钢筋骨架笼，所述钢筋骨架笼包括螺旋筋以及固定在螺旋筋上呈圆周分布的多根预应力筋，其特征在于，所述预应力筋均匀分布，相邻的预应力筋之间设置至少一条非预应力筋，所述非预应力筋的长度比预应力筋的长度小，且每条非预应力筋长短不一。

2.根据权利要求1所述的混凝土海洋管桩，其特征在于，所述非预应力筋的长度依次递增或递减。

3.根据权利要求1所述的混凝土海洋管桩，其特征在于，所述螺旋筋的两端形成螺旋筋加密区，所述加密区长度为150~200mm，加密间距为30~50mm。

4.根据权利要求1所述的混凝土海洋管桩，其特征在于，所述混凝土桩体的两端设置有端头板。

5.根据权利要求1所述的混凝土海洋管桩，其特征在于，所述预应力筋为预应力高强钢丝、预应力PC钢棒或预应力钢绞线，预应力筋的张拉值为预应力筋设计强度的40~60%，所述非预应力筋为热轧带肋HRB500以上等级钢材。

6.根据权利要求1所述的混凝土海洋管桩，其特征在于，所述混凝土桩体包括下述重量份的各原料组分：水泥450~600份、矿物活性掺合料150~250份、惰性掺合料60~100份、砂1000~1500份、早强型高效减水剂24~32份、水135~200份、0.08mm~0.20mm的钢纤维78~156份。

7.根据权利要求5所述的混凝土海洋管桩，其特征在于，所述混凝土桩体包括下述重量份的个原料组分：水泥500~550份、矿物活性掺合料180~220份、惰性掺合料70~90份、砂1100~1400份、早强型高效减水剂26~30份、水150~180份、0.08mm~0.20mm的钢纤维98~136份。

8.根据权利要求5所述的混凝土海洋管桩，其特征在于，所述矿物活性掺合料包括硅粉、陶瓷抛光粉、粉煤灰，硅粉、陶瓷抛光粉与粉煤灰的用量之比为1：0.5~1：1~2。

9.根据权利要求5所述的混凝土海洋管桩，其特征在于，所述惰性掺合料包括石灰石粉、磨细河砂粉，石灰石粉与磨细河砂粉的用量之比为1：1~4。

10.根据权利要求5所述的混凝土海洋管桩，其特征在于，所述钢筋骨架笼的混凝土保护层的厚度为15~30mm。