CN105544531A - 一种预应力高强混凝土空心支护桩及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种预应力高强混凝土空心支护桩及其制作方法，包括钢筋笼骨架与混凝土桩身；其横截面呈多边形中空管状，包括桩身上翼缘板、桩身下翼缘板、桩身左侧支腿、桩身右侧支腿、桩身榫头和桩身卯槽；桩身上翼缘板与桩身下翼缘板对称设置，均采用2根以上纵向预应力主筋与2根以上环箍筋交叉焊接而成；桩身上翼缘板与桩身下翼缘板之间环抱均布环箍筋；桩身榫头和桩身卯槽分别位于桩身左侧支腿一侧和桩身右侧支腿一侧，且桩身榫头和桩身卯槽啮合适配；桩身榫头和桩身卯槽中间对称设有注浆预留孔槽。本发明结构稳固、固土止水效果好、施工简便、工程造价低，采用机械化、自动化生产加工程序、施工工期短、效率高。

Description

一种预应力高强混凝土空心支护桩及其制作方法

技术领域

本发明涉及土木工程技术领域，尤其涉及一种预应力高强混凝土空心支护桩及其制作方法。

背景技术

在土木工程领域，目前使用的建筑支护结构形式较多，常用的永久性挡土支护构筑物有：现浇法地下连续墙、重力式钢筋混凝土挡墙、现浇钻孔灌注桩、预制波形板桩或U形板桩、预制平板桩等，还有传统的浆砌块石、干砌块石结构。传统的支护结构大多采用现场浇注的方法，施工工期长、工效低、工程造价高、施工工序复杂，而且浆砌块石、干砌块石结构耐久性较差，在气温变化后热胀冷缩的作用下，一般2-3年就会出现块石与混凝土粘结脱裂、垮塌现象，结构质量极不稳定。

近几年在国内外支护工程上出现了一种预制波形板桩，或称U形板桩，因为具有挡土面积大、桩身抗弯性好、施工组织简易等优点，在中小河流整治、航道治理、海塗围垦、市政排水、道路路基支护及城市基坑等工程中得到了一些应用。这种预制波形板桩存在以下缺陷：采用台座法生产工艺，机械化、自动化程度低；劳动力密集、产量小、工效低下；工程应用造价高昂；目前市场上采用的波形板桩或预制平板桩均是在桩身企口接合处采用了预埋橡胶止水条，由于施工过程中的挤压摩擦，会导致橡胶止水条的扭曲变形、搓断、挤裂、脱槽等问题，因此施工完成后，两桩接合处渗水现象普遍存在。所以，在应用于对防渗功能要求高的支护工程中，波形板桩或预制平板桩均均无法真正彻底解决止水问题，且造价高昂，在工程造价预算较低的中小河流治理工程应用上也受到限制。

国内主要应用于建筑桩基工程的预应力管桩，由于主要考虑的是承受竖向抗压荷载，其截面形状设计为圆环形，预应力主筋也呈环形布置，这种主筋分布形式获得的桩身抗弯弯矩极小，无法应用于需要抵抗较大水平荷载的挡土支护工程；而预应力空心方桩与实心方桩，由于没有设计接驳企口，且施工时产生的挤土效应较大，使得桩与桩之桩无法接合紧密，用于挡土支护工程时，两桩间的间隙较大，难以固土止水，无法满足工程质量要求。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明旨在提供一种预应力高强混凝土空心支护桩及其制作方法，所述预应力高强混凝土空心支护桩结构稳固、固土止水效果好、施工简便、工程造价低，采用机械化、自动化生产加工程序、施工工期短、效率高。

为了实现上述技术目的，本发明采用下述技术方案：

一种预应力高强混凝土空心支护桩，包括钢筋笼骨架与混凝土桩身，所述混凝土桩身浇筑包裹在钢筋笼骨架上并与之一体成型；所述预应力高强混凝土空心支护桩的横截面呈多边形中空管状，包括桩身上翼缘板、桩身下翼缘板、桩身左侧支腿、桩身右侧支腿、桩身榫头和桩身卯槽；所述桩身上翼缘板与桩身下翼缘板对称设置，均采用2根以上纵向预应力主筋与2根以上环箍筋交叉焊接而成；所述桩身上翼缘板与桩身下翼缘板之间环抱均布环箍筋；所述桩身左侧支腿和桩身右侧支腿位于桩身上翼缘板与桩身下翼缘板之间且呈对称设置；所述桩身榫头和桩身卯槽分别位于桩身左侧支腿一侧和桩身右侧支腿一侧，且桩身榫头和桩身卯槽啮合适配；所述桩身榫头和桩身卯槽中间对称设有注浆预留孔槽。

优选的，所述桩身榫头和桩身卯槽内部设有榫卯加固钢筋。

优选的，所述混凝土桩身上端部设有桩尖斜面。

优选的，所述注浆预留孔槽呈半月形、三角形、四边形或多边形。

优选的，所述混凝土桩身采用强度等级不低于C60的高强混凝土。

优选的，所述纵向预应力主筋为PC钢棒，环箍筋为热轧光圆钢筋或热轧带肋钢筋。

优选的，所述纵向预应力主筋为PC钢棒和热轧带肋钢筋，环箍筋为热轧光圆钢筋或热轧带肋钢筋。

优选的，所述桩身上翼缘板与桩身下翼缘板中的纵向预应力主筋采用直线型排列。

优选的，一种预应力高强混凝土空心支护桩的制作方法，包括如下步骤：

a、钢筋笼骨架加工：纵向预应力主筋选用PC钢棒或选用PC钢棒和热轧带肋钢筋，将圆盘状PC钢棒置于旋转料盘中，使用自动定切镦头一体机根据设定长度自动定长切断、自动牵引镦头，PC钢棒镦头完成后，用自动滚焊成笼机将热轧盘圆钢筋或热轧带肋钢筋环绕焊固于PC钢棒上，制成钢筋笼骨架；

b、笼筋装配：将制备好的钢筋笼骨架放置于特制钢模中，使用锚具分别将钢筋笼骨架两端的纵向预应力主筋固定于模具尾端的固定板与张拉头端的牵引板上，完成装配带笼钢模待用；

c、混凝土配料：按设计强度要求及配合比将所需的原材料采用闭环式自动控制系统进行搅拌配置，其中原材料包括细骨料、粗骨料、水泥、矿料或粉煤灰、早强型外加剂，制得强度等级不低于C60的高强混凝土；

d、布料入模：采用自动定量布料车将制备的混凝土料均匀布入装配好的带笼钢模内，清理好模边企口处多余的混凝土料渣，并合上盖模，用自行走多头气动扳手锁紧钢模的企口螺母；

e、预应力张拉：将合上盖模的带笼钢模吊上张拉台座，使用全自动张拉机牵引模具张拉端的张拉螺杆，对预应力主筋按设定控制值进行预应力张拉；

f、离心成型：完成预应力张拉后，将带笼钢模移吊于离心机上，采用全自动变频调速离心工艺，分别按照低速、低中速、中速、高速四个阶段完成混凝土桩体的成型，拨出带笼钢模尾端胶塞，倒出离心后产生的混凝土余浆，移吊于封闭性良好的地坑式蒸汽养护池中；

g、蒸汽养护：采用饱合水蒸汽对养护池内的带模桩体通过热介质定向循环工艺进行养护，养护工作温度不低于90℃，时间3-5小时；

h、放张拆模：采用液压扳手或自动张拉机复拉放张，使用自行走多头气动扳手松开钢模两侧企口紧模螺母，打开盖模，即可取出成品桩。

相较于现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、本发明的截面形状呈“多边形中空管状”，由桩身上翼缘板、桩身下翼缘板、桩身左侧支腿及桩身右侧支腿组成。在左、右两侧分别设置有桩身榫头与桩身卯槽，榫头与卯槽形状相匹配。施工拼接后，右侧支腿的卯槽与相邻支护桩的左侧支腿榫头相嵌，两桩间企口处拼接吻合度良好，能有效保证施工后所形成排桩墙的整体稳定性，达到良好的挡土效果，同时使成型后的排桩墙外立面接缝顺直美观。

2、本发明桩身榫头部位与桩身卯槽部位均设置有半月形、三角形、四边形或多边形的注浆预留孔槽，施工拼接后，桩身榫头部位的注浆预留孔右槽与相邻支护桩桩身卯槽部位的注浆预留孔左槽共同形成一个圆形腔体或多边形腔体，该腔体作为注浆通道，在槽形桩施打完毕后使用高压注浆法灌入细石微膨胀混凝土，压注的混凝土凝固后能够充分填充该空腔，使槽形板桩间的接缝处完全止渗，不但可以达到理想的止水效果，并且可进一步提高排桩挡土结构的整体稳定性。

3、本发明采用机组流水法工艺生产，从混凝土配料、钢筋笼加工开始，进而进行笼筋装配、混凝土布料、预应力张拉、变频离心、模具平移、蒸汽养护，到最后放张拆模取出成品，均可实现机械自动化，大大节省了人力；自动程序化的工厂生产模式，有力保证了产品质量；日翻模批次最高可达4次，极大提高了生产效率，投入产出比效能高。

4、本发明制作成型工艺采用变频离心工艺，使该预应力高强混凝土空心支护桩的桩身混凝土具有高密实性、高承载力；离心成型后形成的圆形空腔，大大节省了混凝土用料，有效降低了材料成本。

附图说明

图1为本发明的立体示意图；

图2为本发明横截面的示意图；

图3为本发明钢筋笼骨架的立体示意图；

图4为本发明横截面的配筋示意图；

图5为本发明的水平拼接示意图；

图6为本发明桩尖斜面的示意图；

图7为三角形注浆预留孔槽的示意图；

图8为四边形注浆预留孔槽的示意图。

其中：

1、钢筋笼骨架；2、混凝土桩身；3、纵向预应力主筋；4、环箍筋；5、榫卯加固钢筋；6、桩身上翼缘板；7、桩身下翼缘板；8、桩身左侧支腿；9、桩身右侧支腿；10、桩身榫头；11、桩身卯槽；12、注浆预留孔槽；13、桩尖斜面。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

参照图1-8所示，本发明提供的一种预应力高强混凝土空心支护桩，包括钢筋笼骨架1与混凝土桩身2，所述混凝土桩身2浇筑包裹在钢筋笼骨架1上并与之一体成型；所述预应力高强混凝土空心支护桩的横截面呈多边形中空管状，包括桩身上翼缘板6、桩身下翼缘板7、桩身左侧支腿8、桩身右侧支腿9、桩身榫头10和桩身卯槽11；所述桩身上翼缘板6与桩身下翼缘板7对称设置，均采用2根以上纵向预应力主筋3与2根以上环箍筋4交叉焊接而成；所述桩身上翼缘板6与桩身下翼缘板7之间环抱均布环箍筋4；所述桩身左侧支腿8和桩身右侧支腿9位于桩身上翼缘板6与桩身下翼缘板7之间且呈对称设置；所述桩身榫头10和桩身卯槽11分别位于桩身左侧支腿8一侧和桩身右侧支腿9一侧，且桩身榫头10和桩身卯槽11啮合适配；所述桩身榫头10和桩身卯槽11中间对称设有注浆预留孔槽12。

本发明主体为钢筋混凝土结构，由钢筋笼骨架1与混凝土桩身2组成。参照图5所示，施工拼接后，桩身右侧支腿9的桩身卯槽11与相邻支护桩的桩身左侧支腿8的桩身榫头10相嵌，两桩间企口处拼接吻合度良好，能有效保证施工后所形成排桩墙的整体稳定性，达到良好的挡土效果，同时使成型后的排桩墙外立面接缝顺直美观。

参照图3、图7和图8所示，桩身榫头10部位与桩身卯槽11部位均设置有半月形、三角形、四边形或多边形的注浆预留孔槽12，施工拼接后，桩身榫头10部位的注浆预留孔槽12与相邻支护桩桩身卯槽11部位的注浆预留孔槽12共同形成一个圆形腔体或多边形腔体，该腔体作为注浆通道，在槽形桩施打完毕后使用高压注浆法灌入细石微膨胀混凝土，压注的混凝土凝固后能够充分填充该空腔，使槽形板桩间的接缝处完全止渗，不但可以达到理想的止水效果，并且可进一步提高排桩挡土结构的整体稳定性。

参照图3和图4所示，所述桩身榫头10和桩身卯槽11内部设有榫卯加固钢筋5，以保证该部位混凝土中的含钢量，有效增强了桩身榫头10与桩身卯槽11的成型后强度，可避免桩身榫卯的施工破损率，保证了成桩质量。

参照图1和图6所示，所述混凝土桩身2上端部设有桩尖斜面13。在沉桩施工过程中，桩尖斜面13与土体接触产生一定的侧向推力，使桩体向前一根相邻的支护桩挤紧，以保证相邻两桩的榫卯接缝更加紧密。

为了取得更好地技术效果，所述混凝土桩身2采用强度等级不低于C60的高强混凝土。高强度混凝土能够保证桩头与桩身具有良好的抗压耐打性能，同时具备较高的抗渗性能。作为优选的实施方式，混凝土桩身2可包括如下材料：河砂、碎石、水泥、矿粉、聚羧酸系高性能减水剂。具体而言，河砂符合GB/T14684-2001《建筑用砂》标准，主要技术指标包括：外观质量：不得含有草根、树枝、树叶等杂物；连续级配要合格，细度为2.6～3.2mm；含泥量≤1.0％；泥块含量为0；含水量≤4.0％；坚固性质量损失≤8.0％；不得使用海砂和湖砂。碎石符合GB/T14685-2001《建筑用卵石、碎石》标准，主要技术指标包括：不得含有草根、树枝、树叶等杂物；连续级配符合5～25mm(26.5mm以上≤2％；2.35-4.75mm≤8％)；压碎值≤7％；针片状≤5％；含泥量≤0.5％；含水量≤0.5％；泥块含量为0。水泥符合GB175-2007《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》标准，主要技术指标包括：比表面积≥330m²/kg；初凝时间在80-130min范围，终凝时间在130-180min范围；用水量在24-27％为宜；3天抗折强度≥6.5Mpa，抗压强度≥33.0Mpa；28天抗折强度≥8.2Mpa，抗压强度≥53Mpa；安定性要求合格。矿粉符合GB/T1804-2008标准规定(等级为S95或以上)，主要技术指标包括：比表面积≥450m²/kg；密度≥2.8g/cm3；含水量≤1.0％；活性指数：3天≥75％；28天≥95％；烧失量≤3.0％；三氧化硫≤4.0％；流动度比＞85％；聚羧酸系高性能减水剂符合GB8076-1997《混凝土外加剂》标准，主要技术指标包括：净浆流动度≥240mm；密度≥1.13g/ml；减水率≥28％；PH值为7～8；碱含量≤2.0％；氯离子≤0.01％。

为了取得更好地技术效果，所述纵向预应力主筋3为PC钢棒，环箍筋4为热轧光圆钢筋或热轧带肋钢筋。为了取得更好地技术效果，所述纵向预应力主筋3为PC钢棒和热轧带肋钢筋，环箍筋4为热轧光圆钢筋或热轧带肋钢筋。根据纵向预应力主筋3的配置差异，可将本发明分为全预应力型预应力高强混凝土空心支护桩和部分预应力型预应力高强混凝土空心支护桩两类。全预应力型的纵向预应力主筋3全部选用PC钢棒，而部分预应力型的纵向预应力主筋3则混合选用PC钢棒与热轧带肋钢筋。其中PC钢棒符合YB/T11《预应力混凝土用钢棒》标准，具体技术指标包括：外观质量：不允许有浮皮，锈蚀，裂纹，分层、夹杂、局部弯曲等；伸直性≤5.0mm；直径符合规格标准要求；伸长率≥7.0％；抗拉强度≥1420mpa，镦头强度≥1278mpa。其中热轧光圆钢筋符合C/T228-2002标准规定，具体技术指标包括：外观质量：不允许有浮皮，锈蚀、裂纹、分层、夹杂等；直径6.5±0.2mm；抗拉强度≤430mpa；伸长率≥28％；反复弯曲次数≥4。

参照图4所示，所述桩身上翼缘板6与桩身下翼缘板7中的纵向预应力主筋3采用直线型排列。作为受弯构件，这种主筋排列设计可以使桩身获得最佳的正截面抗弯弯矩，应用于需承受更大水平荷载的挡土支护工程时抗弯能力优势尤为突显。

一种预应力高强混凝土空心支护桩的制作方法，包括如下步骤：

a、钢筋笼骨架加工：纵向预应力主筋3选用PC钢棒或选用PC钢棒和热轧带肋钢筋，将圆盘状PC钢棒置于旋转料盘中，使用自动定切镦头一体机根据设定长度自动定长切断、自动牵引镦头，PC钢棒镦头完成后，用自动滚焊成笼机将热轧盘圆钢筋或热轧带肋钢筋环绕焊固于PC钢棒上，制成钢筋笼骨架1；

b、笼筋装配：将制备好的钢筋笼骨架1放置于特制钢模中，使用锚具分别将钢筋笼骨架1两端的纵向预应力主筋3固定于模具尾端的固定板与张拉头端的牵引板上，完成装配带笼钢模待用；

c、混凝土配料：按设计强度要求及配合比将所需的原材料采用闭环式自动控制系统进行搅拌配置，其中原材料包括细骨料、粗骨料、水泥、矿料或粉煤灰、早强型外加剂，制得强度等级不低于C60的高强混凝土；

d、布料入模：采用自动定量布料车将制备的混凝土料均匀布入装配好的带笼钢模内，清理好模边企口处多余的混凝土料渣，并合上盖模，用自行走多头气动扳手锁紧钢模的企口螺母；

e、预应力张拉：将合上盖模的带笼钢模吊上张拉台座，使用全自动张拉机牵引模具张拉端的张拉螺杆，对预应力主筋按设定控制值进行预应力张拉；

f、离心成型：完成预应力张拉后，将带笼钢模移吊于离心机上，采用全自动变频调速离心工艺，分别按照低速、低中速、中速、高速四个阶段完成混凝土桩体的成型，拨出带笼钢模尾端胶塞，倒出离心后产生的混凝土余浆，移吊于封闭性良好的地坑式蒸汽养护池中；

g、蒸汽养护：采用饱合水蒸汽对养护池内的带模桩体通过热介质定向循环工艺进行养护，养护工作温度不低于90℃，时间3-5小时；

h、放张拆模：采用液压扳手或自动张拉机复拉放张，使用自行走多头气动扳手松开钢模两侧企口紧模螺母，打开盖模，即可取出成品桩。

本发明采用机组流水法工艺生产，从混凝土配料、钢筋笼骨架1加工开始，进而进行笼筋装配、混凝土布料、预应力张拉、变频离心、模具平移、蒸汽养护，到最后放张拆模取出成品，均可实现机械自动化，大大节省了人力；自动程序化的工厂生产模式，有力保证了产品质量；日翻模批次最高可达4次，极大提高了生产效率，投入产出比效能高。制作成型工艺采用变频离心工艺，使该预应力高强混凝土空心支护桩的桩身混凝土具有高密实性、高承载力；离心成型后形成的圆形空腔，大大节省了混凝土用料，有效降低了材料成本。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种预应力高强混凝土空心支护桩，包括钢筋笼骨架与混凝土桩身，所述混凝土桩身浇筑包裹在钢筋笼骨架上并与之一体成型；其特征在于：所述预应力高强混凝土空心支护桩的横截面呈多边形中空管状，包括桩身上翼缘板、桩身下翼缘板、桩身左侧支腿、桩身右侧支腿、桩身榫头和桩身卯槽；所述桩身上翼缘板与桩身下翼缘板对称设置，均采用2根以上纵向预应力主筋与2根以上环箍筋交叉焊接而成；所述桩身上翼缘板与桩身下翼缘板之间环抱均布环箍筋；所述桩身左侧支腿和桩身右侧支腿位于桩身上翼缘板与桩身下翼缘板之间且呈对称设置；所述桩身榫头和桩身卯槽分别位于桩身左侧支腿一侧和桩身右侧支腿一侧，且桩身榫头和桩身卯槽啮合适配；所述桩身榫头和桩身卯槽中间对称设有注浆预留孔槽。

2.根据权利要求1所述的一种预应力高强混凝土空心支护桩，其特征在于：所述桩身榫头和桩身卯槽内部设有榫卯加固钢筋。

3.根据权利要求1所述的一种预应力高强混凝土空心支护桩，其特征在于：所述混凝土桩身上端部设有桩尖斜面。

4.根据权利要求1所述的一种预应力高强混凝土空心支护桩，其特征在于：所述注浆预留孔槽呈半月形、三角形、四边形或多边形。

5.根据权利要求1所述的一种预应力高强混凝土空心支护桩，其特征在于：所述混凝土桩身采用强度等级不低于C60的高强混凝土。

6.根据权利要求1所述的一种预应力高强混凝土空心支护桩，其特征在于：所述纵向预应力主筋为PC钢棒，环箍筋为热轧光圆钢筋或热轧带肋钢筋。

7.根据权利要求1所述的一种预应力高强混凝土空心支护桩，其特征在于：所述纵向预应力主筋为PC钢棒和热轧带肋钢筋，环箍筋为热轧光圆钢筋或热轧带肋钢筋。

8.根据权利要求1所述的一种预应力高强混凝土空心支护桩，其特征在于：所述桩身上翼缘板与桩身下翼缘板中的纵向预应力主筋采用直线型排列。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的一种预应力高强混凝土空心支护桩的制作方法，包括如下步骤：

a、钢筋笼骨架加工：纵向预应力主筋选用PC钢棒或选用PC钢棒和热轧带肋钢筋，将圆盘状PC钢棒置于旋转料盘中，使用自动定切镦头一体机根据设定长度自动定长切断、自动牵引镦头，PC钢棒镦头完成后，用自动滚焊成笼机将热轧盘圆钢筋或热轧带肋钢筋环绕焊固于PC钢棒上，制成钢筋笼骨架；

b、笼筋装配：将制备好的钢筋笼骨架放置于特制钢模中，使用锚具分别将钢筋笼骨架两端的纵向预应力主筋固定于模具尾端的固定板与张拉头端的牵引板上，完成装配带笼钢模待用；

c、混凝土配料：按设计强度要求及配合比将所需的原材料采用闭环式自动控制系统进行搅拌配置，其中原材料包括细骨料、粗骨料、水泥、矿料或粉煤灰、早强型外加剂，制得强度等级不低于C60的高强混凝土；

d、布料入模：采用自动定量布料车将制备的混凝土料均匀布入装配好的带笼钢模内，清理好模边企口处多余的混凝土料渣，并合上盖模，用自行走多头气动扳手锁紧钢模的企口螺母；

e、预应力张拉：将合上盖模的带笼钢模吊上张拉台座，使用全自动张拉机牵引模具张拉端的张拉螺杆，对预应力主筋按设定控制值进行预应力张拉；

f、离心成型：完成预应力张拉后，将带笼钢模移吊于离心机上，采用全自动变频调速离心工艺，分别按照低速、低中速、中速、高速四个阶段完成混凝土桩体的成型，拨出带笼钢模尾端胶塞，倒出离心后产生的混凝土余浆，移吊于封闭性良好的地坑式蒸汽养护池中；

g、蒸汽养护：采用饱合水蒸汽对养护池内的带模桩体通过热介质定向循环工艺进行养护，养护工作温度不低于90℃，时间3-5小时；

h、放张拆模：采用液压扳手或自动张拉机复拉放张，使用自行走多头气动扳手松开钢模两侧企口紧模螺母，打开盖模，即可取出成品桩。