CN105386437A - 外包frp再生混凝土组合管桩 - Google Patents

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应敬伟
周彬
潘晓冰
温小艳
秦建团
寥成文
田锦尚
史金华
蒙秋江
周芾瑶
陈炜
丁锐
叶增鑫
董宏源
宋智成
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Abstract

本发明公开了一种外包FRP再生混凝土组合管桩，主要由FRP管、圆形钢筋笼骨架、十字形钢骨和再生混凝土制成，圆形钢筋笼骨架和十字形钢骨置于FRP管内，再生混凝土在FRP管内形成圆形内腔。其中，耐腐蚀、轻质高强的FRP管外包桩体，能有效防止桩体遭受腐蚀，解决了管桩的腐蚀性问题，提高桩基耐久性；内撑的十字形钢骨则可充分发挥钢材、钢筋和混凝土各自的优势，改善再生混凝土受力性能，提高单桩承载力和稳定性；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。

Description

外包FRP再生混凝土组合管桩
技术领域
本发明属于建筑基础工程中的桩基工程领域，尤其涉及一种外包FRP再生混凝土组合管桩。
背景技术
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。2014年，我国建筑垃圾生产量超过15亿吨。2020年左右，我国建筑垃圾产生量可能将达到峰值。再生利用废弃混凝土，不仅可以减少对自然资源的开发，还可以减少向自然排放垃圾的数量，具有显著的社会、经济和环境效益。然而，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，如表观密度低、压碎指标高、孔隙率高、吸水率高。再生混凝土与普通混凝土相比，在物理、力学和耐久性能等方面存在差异，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。
型钢混凝土结构能充分发挥钢材和混凝土各自优点，是一种承载力高、延性好、抗震性能好的结构，目前已广泛应用到国内外建筑结构中，但是在桩基础中应用较少，尤其是预制桩。混凝土管桩以其桩身质量可靠、适应性强、造价经济等优点，可广泛应用到房屋建筑工程、道路桥梁、海港码头、海洋工程中。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。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，严重缩短了钢筋混凝土桩的使用寿命。因此，迫切需要改进钢筋混凝土桩的施工工艺，采取有效措施提高桩基耐久性。
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。纤维增强复合材料(FRP)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、单桩承载力和抗变形能力强的外包FRP再生混凝土组合管桩。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：外包FRP再生混凝土组合管桩，主要由FRP管、圆形钢筋笼骨架、十字形钢骨和再生混凝土制成，圆形钢筋笼骨架和十字形钢骨置于FRP管内，在管内浇筑再生混凝土，采用离心工艺使再生混凝土沿FRP管四周均匀密实，使再生混凝土在FRP管内形成圆形内腔。
FRP管由上下两个半圆形的FRP管拼接而成，并用FRP粘结剂将接口密封粘牢。
圆形钢筋笼骨架由纵向钢筋和螺旋箍筋焊接而成；纵向钢筋沿圆周均匀布置，纵向钢筋间距不小于6cm；螺旋箍筋采用低碳钢热轧圆盘条或混凝土制品用冷拔低碳钢丝，直径为4mm～8mm。
十字形钢骨由两个“工”字型的型钢在中心点交叉，布置成“十”字形，或由四块型钢翼缘板焊接到截面呈“十”字形的型钢腹板端部组成。
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C35～C50。
上述外包FRP再生混凝土组合管桩，还包括端板和桩套箍，十字形钢骨与螺旋箍筋和端板焊接，三者同心布置。
针对目前混凝土管桩存在的问题，发明人充分发挥FRP管的优点，将FRP管和再生混凝土相结合，设计制作了一种全新的组合构件——外包FRP再生混凝土组合管桩，主要由FRP管、圆形钢筋笼骨架、十字形钢骨和再生混凝土制成，圆形钢筋笼骨架和十字形钢骨置于FRP管内，再生混凝土在FRP管内形成圆形内腔。其中，耐腐蚀、轻质高强的FRP管外包桩体，能有效防止桩体遭受腐蚀，解决了管桩的腐蚀性问题，提高桩基耐久性；内撑的十字形钢骨则可充分发挥钢材、钢筋和混凝土各自的优势，改善再生混凝土受力性能，提高单桩承载力和稳定性；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FRP管，可有效阻隔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.内撑十字形钢骨，可充分发挥钢材、钢筋和混凝土各自的优势，改善再生混凝土受力性能，提高单桩承载力和稳定性，增大桩体抗水平力刚度，减小横向变形，减小截面尺寸。
3.FRP管可以作为浇筑混凝土的施工模板，节约了传统施工工艺所用的钢模，且免除了拆模工序，加快了施工速度，提高了经济效益；
4.外包FRP管有效保护内在混凝土，可以减小保护层厚度，在满足承载力要求的前提下，可以减少管桩尺寸，节省材料，降低造价；
5.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中推广应用和建筑垃圾资源化，起到保护环境的作用。
附图说明
图1是本发明外包FRP再生混凝土组合管桩的结构示意图。
图2是图1再生混凝土组合管桩沿A-A切割线的桩体横截面图。
图3是图1再生混凝土组合管桩沿B-B切割线的桩体横截面图。
图4为图1再生混凝土组合管桩中再生混凝土的示意图。
图中：1FRP管；2加密区螺旋箍筋；3再生混凝土；4纵向钢筋；5非加密区螺旋箍筋；6十字形钢骨；7桩套箍；8端板；9原始天然骨料；10附着老砂浆；11新砂浆。
具体实施方式
如图1至4所示，本发明外包FRP再生混凝土组合管桩(外径为400mm，壁厚95mm，长度为9m)，主要由FRP管1、圆形钢筋笼骨架、十字形钢骨6和再生混凝土制成，圆形钢筋笼骨架和十字形钢骨置于FRP管内(即：FRP管外包纵向钢筋、螺旋箍筋、十字形钢骨)，在管内浇筑再生混凝土3，采用离心工艺使再生混凝土沿FRP管四周均匀密实，使再生混凝土在FRP管内形成圆形内腔。其中，
FRP管由上下两个半圆形的FRP管拼接而成，外径为400mm，壁厚为5mm，并用FRP粘结剂将接口密封粘牢。
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4(钢材为8C18)沿圆周均匀布置，纵向钢筋间距不小于6cm；螺旋箍筋采用混凝土制品用冷拔低碳钢丝，直径为4mm，加密区螺旋箍筋(L1)2间距45mm，非加密区螺旋箍筋(L2)5间距为80mm，保护层厚度20mm。
十字形钢骨由四块型钢翼缘板焊接到截面呈“十”字形的型钢腹板端部组成，型钢为Q345，厚度为50mm，翼缘板宽度为150mm。
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C35。
再生混凝土组合管桩还包括端板8和桩套箍7，十字形钢骨与螺旋箍筋和端板焊接，三者同心布置。端板由某厂商生产，所用钢材为Q235B；桩套箍采用Q235B钢，由钢板卷压成圆柱状，接缝处焊接，并整圆。
制作方法
1、根据圆桩尺寸、纵筋直径制作端板和桩套箍。
2、焊接圆形钢筋笼。根据圆桩尺寸和保护层厚度，采用滑动焊接机将箍筋按螺旋形式焊接至纵向钢筋上，纵向钢筋应沿圆周均匀布置。
3、安装圆形钢筋笼骨架。将焊接好的钢筋笼骨架、十字形钢骨、端板和桩套箍放入下半FRP管中，桩端板与桩套箍应均匀连续焊牢，钢筋笼骨架、十字形钢骨和FRP管同心放置。
4、混凝土浇筑。采用喂料机向下半FRP管内浇筑混凝土，按先中间、后两端、再中间的喂料方法，沿FRP管长度方向均匀布料将再生混凝土均匀填满下半FRP管。
5、合模。将上半FRP管放至下半FRP管上方，并用套箍将上下FRP管套紧固定，防止FRP管在离心作业时松动和漏浆。
6、离心成型工艺。将上述合模后的管桩吊至离心机上，按低速、低中速、中速、高速的离心速度逐级加速，离心15～20分钟，使再生混凝土沿FRP管四周均匀密实，管内形成圆形内腔。
7、养护。将离心成型后的管桩吊至常压蒸汽养护池进行初级蒸汽养护，静置1h～2h，缓慢升温至90℃～100℃，养护4h～8h。初级养护后，用FRP粘结剂将FRP接口密封，自然养护达到出厂强度后即可出厂。

Claims (6)

1.一种外包FRP再生混凝土组合管桩，其特征在于主要由FRP管、圆形钢筋笼骨架、十字形钢骨和再生混凝土制成，圆形钢筋笼骨架和十字形钢骨置于FRP管内，再生混凝土在FRP管内形成圆形内腔。
2.根据权利要求1所述的外包FRP再生混凝土组合管桩，其特征在于：所述FRP管由上下两个半圆形的FRP管拼接而成。
3.根据权利要求1所述的外包FRP再生混凝土组合管桩，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；所述纵向钢筋沿圆周均匀布置，纵向钢筋间距不小于6cm；所述螺旋箍筋采用低碳钢热轧圆盘条或混凝土制品用冷拔低碳钢丝，直径为4mm～8mm。
4.根据权利要求1所述的外包FRP再生混凝土组合管桩，其特征在于：所述十字形钢骨由两个“工”字型的型钢在中心点交叉，布置成“十”字形，或由四块型钢翼缘板焊接到截面呈“十”字形的型钢腹板端部组成。
5.根据权利要求1所述的外包FRP再生混凝土组合管桩，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C35～C50。
6.根据权利要求1所述的外包FRP再生混凝土组合管桩，其特征在于还包括端板和桩套箍，所述十字形钢骨与螺旋箍筋和端板焊接，三者同心布置。
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