CN106630820A - 一种用于土质边坡的混合纤维加筋微型圆钢管混凝土桩 - Google Patents

一种用于土质边坡的混合纤维加筋微型圆钢管混凝土桩 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于土质边坡的混合纤维加筋微型圆钢管混凝土桩，包括有钢管套，钢管套内设有填充物，所述填充物为混凝土，混凝土内均布有铣削型钢纤维和聚丙烯纤维。本发明的各项力学性能指标高、扰度小、固定边坡的稳定性好、成本相对较低且便于生产和施工。

Description

一种用于土质边坡的混合纤维加筋微型圆钢管混凝土桩
技术领域
本发明涉及一种钢管混凝土桩，具体涉及一种用于土质边坡的混合纤维加筋微型圆钢管混凝土桩。
背景技术
微型钢管混凝土构件一般指桩径小于300mm，采用钻孔、配筋和压力注浆施工工艺的灌注桩，其构造主要由钢管套、加筋、注浆体及附属件组成。由于其具有材料性能可靠、施工速度快、支护效果好等诸多优点，使得目前在边坡工程中得到广泛应用。
微型钢管混凝土桩利用钢管对核心混凝土的套箍(约束)作用，使混凝土的受力状态由单向受力变为三向受力，因而其塑性和韧性性能大为改善。同时由于内部核心混凝土的存在，可以延缓或避免钢管过早的发生局部屈曲，从而可以保证其材料性能充分发挥。
在土质边坡中应用微型钢管混凝土桩进行支护，其主要受力机制是承受受弯荷载。在荷载作用下，钢管混凝土构件截面存在受压区和受拉区，在荷载加载初期，钢管、混凝土几乎都处于弹性阶段，M-φ曲线基本呈一斜直线，曲率的增长幅度小于弯矩的增长幅度，受拉区混凝土局部出现微小裂缝；随着荷载的不断增加，受弯构件M-φ曲线呈非线性增长，曲率的增长幅度大于弯矩的增长幅度，构件内部的填充混凝土和外围钢管进入塑性状态，混凝土受拉区不断扩大，裂缝不断发展和扩大，构件截面刚度逐渐减小，并开始出现应力重分布现象，中性轴逐渐偏离形心轴线而不断向构件受压区移动；随着荷载进一步加大，构件受拉区混凝土开裂变形越来越大，受压区混凝土逐渐出现压碎破坏现象，两者共同协调工作的能力开始变弱，直至最后破坏。由此可见，混凝土的开裂变形对于构件中钢管、混凝土共同协作有着重要的影响。
现有技术方法未有涉及一种用于土质边坡采用混合纤维加筋的微型圆钢管混凝土桩，涉及的有用于土质边坡的微型圆钢管混凝土桩（无纤维加筋）和掺纤维的一般钢管混凝土桩（桩径＞300mm），现对掺纤维的一般钢管混凝土桩阐述两种：
一种是碳纤维与钢管复合再生混凝土桩，该发明公开了一种碳纤维与钢管复合再生混凝土桩，主要由碳纤维布、圆形钢管、圆形钢筋笼骨架和再生混凝土制成；碳纤维布环绕外包圆形钢管，圆形钢筋笼骨架置于圆形钢管内，三者同心布置；圆形钢管内浇筑再生混凝土。钢管和碳纤维布双重约束再生混凝土材料，改善再生混凝土受力性能，提高桩体承载力和抗变形能力。
第二种是掺钢纤维的混凝土管桩及其生产方法，包括混凝土，在混凝土中掺入钢纤维。采用该发明的管桩的抗裂变强度和抗弯强度有了较大的提高，其韧性、延性和抗拉强度也得到了提高，不仅完全可以代替钢管桩或钢管混凝土桩作为承载基础，且降低了施工成本。
而采用无纤维加筋的微型圆钢管混凝土桩用于土质边坡存在的问题是：当桩的长径比比较大时，在土质边坡中承受较大的受弯荷载时，桩可能发生较大的扰度而不破坏，进而使土体发生较大的位移，这对于控制土质边坡的稳定性是不利的。
第一种碳纤维与钢管复合再生混凝土桩存在的问题是：相比钢纤维和聚丙烯纤维等其他纤维，碳纤维的成本过于昂贵；另外，掺钢纤维的混凝土可在搅拌站上进行生产并能用于泵送施工，其生产和施工工艺优于掺碳纤维的钢管混凝土桩。上述两点使得碳纤维与钢管复合再生混凝土桩在实际应用中受阻。
第二种掺钢纤维的混凝土管桩存在的问题是：在混凝土中掺钢纤维，其与混凝土基体的界面粘结力主要以摩擦剪力的传递为主，过于单纯；若采用混合纤维（钢纤维+聚丙烯纤维），界面粘结力将还存在混凝土骨料之间的连接粘结力，受力机制更加完备，混凝土管桩的各项性能指标提高更大，且聚丙烯纤维成本不贵。
发明内容
本发明目的是在于，提供一种用于土质边坡的混合纤维加筋微型圆钢管混凝土桩。本发明的各项力学性能指标高、扰度小、固定边坡的稳定性好、成本相对较低且便于生产和施工。
本发明的技术方案：一种用于土质边坡的混合纤维加筋微型圆钢管混凝土桩，包括有钢管套，钢管套内设有填充物，所述填充物为混凝土，混凝土内均布有铣削型钢纤维和聚丙烯纤维。
前述的用于土质边坡的混合纤维加筋微型圆钢管混凝土桩，所述填充物按重量百分比计含有：混凝土98.6%-99.4%、铣削型钢纤维0.4%-1.0%、聚丙烯纤维0.1%-0.5% 。
前述的用于土质边坡的混合纤维加筋微型圆钢管混凝土桩，所述填充物按重量百分比计含有：混凝土99.0%、铣削型钢纤维0.7%、聚丙烯纤维0.3%。
前述的用于土质边坡的混合纤维加筋微型圆钢管混凝土桩，所述混凝土是强度等级为C30-C80的普通混凝土，其含量组分为：水泥350-520kg/m3、砂550-750 kg/m3、石850-1100 kg/m3和减水剂1.5-3.0 kg/m3。
前述的用于土质边坡的混合纤维加筋微型圆钢管混凝土桩，所述水泥是指标号为32.5或42.5的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥；所述砂的细度模数为1.8、平均粒径为0.25-0.35mm；所述石为最大粒径为15mm的级配碎石；所述减水剂是由醋酸酯、甘油、聚乙烯醇、苯酚和聚丙烯酸盐中的一种或两种以上混合而成。
前述的用于土质边坡的混合纤维加筋微型圆钢管混凝土桩，所述铣削型钢纤维采用国家的钢纤维型号Ami04-32-600，铣削型钢纤维断面为不规则月牙形，一面光滑一面粗糙，长度为25mm，等效直径为1.2mm，抗拉强度为650Mpa。
前述的用于土质边坡的混合纤维加筋微型圆钢管混凝土桩，所述聚丙烯纤维为束状单丝，长度为9mm，抗拉强度500Mpa。
前述的用于土质边坡的混合纤维加筋微型圆钢管混凝土桩，所述钢管套是牌号为Q235、Q345、Q390和Q425的热轧无缝钢管，外径为168mm、180mm、194mm、203mm、219mm、245mm或273mm，壁厚为6mm、7mm、8mm、9mm或10mm。
前述的用于土质边坡的混合纤维加筋微型圆钢管混凝土桩，所述钢管套内设有纵向钢筋。
本发明的有益效果：
本发明同时掺入钢纤维和聚丙烯纤维，避免了只掺入一种纤维单一的受力机制，更大程度上的提高了微型圆钢管混凝土桩的各项力学性能指标。用于土质边坡时，承受相同的荷载，比起无纤维加筋的微型圆钢管混凝土桩有更小的扰度，增强了土质边坡的稳定性。另外，本发明所采用的纤维成本相对较低，且便于生产和施工。
附图说明
附图1为经本发明制备得到的混凝土桩的结构示意图；
附图2为附图1的截面图。
附图标记说明：1-聚丙烯纤维，2-钢管套，3-混凝土，4-铣削型钢纤维，5-纵向钢筋。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
本发明的实施例：
实施例1：一种用于土质边坡的混合纤维加筋微型圆钢管混凝土桩，是按照标号为42.5的硅酸盐水泥420kg/m3、细度模数为1.8、平均粒径为0.3的砂650 kg/m3、最大粒径为15mm石960 kg/m3和减水剂2.2 kg/m3的比例将其放入搅拌机混合制成混凝土，然后加入型号Ami04-32-600、长度为25mm、等效直径为1.2mm、抗拉强度为650Mpa的铣削型钢纤维和束状单丝、长度为9mm、抗拉强度500Mpa的聚丙烯纤维一起搅拌均匀，然后将其加入设有纵向钢筋钢的牌号为Q390、外径为203mm、壁厚为8mm的热轧无缝钢管套内即可。
所述混凝土为99.0%、铣削型钢纤维为0.7%、聚丙烯纤维为0.3%。
实施例2：一种用于土质边坡的混合纤维加筋微型圆钢管混凝土桩，是按照标号为32.5的硅酸盐水泥350kg/m3、细度模数为1.8、平均粒径为0.25的砂550 kg/m3、最大粒径为15mm石850 kg/m3和减水剂1.5 kg/m3的比例将其放入搅拌机混合制成混凝土，然后加入型号Ami04-32-600、长度为25mm、等效直径为1.2mm、抗拉强度为650Mpa的铣削型钢纤维和束状单丝、长度为9mm、抗拉强度500Mpa的聚丙烯纤维一起搅拌均匀，然后将其加入设有纵向钢筋钢的牌号为Q235、外径为168mm、壁厚为6mm的热轧无缝钢管套内即可。
所述混凝土为98.6%、铣削型钢纤维为1%、聚丙烯纤维为0.4%。
实施例3：一种用于土质边坡的混合纤维加筋微型圆钢管混凝土桩，是按照普通硅酸盐水泥520kg/m3、细度模数为1.8、平均粒径为0.35的砂750 kg/m3、最大粒径为15mm石1100 kg/m3和减水剂3.0 kg/m3的比例将其放入搅拌机混合制成混凝土，然后加入型号Ami04-32-600、长度为25mm、等效直径为1.2mm、抗拉强度为650Mpa的铣削型钢纤维和束状单丝、长度为9mm、抗拉强度500Mpa的聚丙烯纤维一起搅拌均匀，然后将其加入设有纵向钢筋钢的牌号为Q425、外径为273mm、壁厚为10mm的热轧无缝钢管套内即可。
所述混凝土为99.4%、铣削型钢纤维为0.4%、聚丙烯纤维为0.2%。

Claims (9)

1.一种用于土质边坡的混合纤维加筋微型圆钢管混凝土桩，其特征在于：包括有钢管套，钢管套内设有填充物，所述填充物为混凝土，混凝土内均布有铣削型钢纤维和聚丙烯纤维。
2.根据权利要求1所述的用于土质边坡的混合纤维加筋微型圆钢管混凝土桩，其特征在于：所述填充物按重量百分比计含有：混凝土98.6%-99.4%、铣削型钢纤维0.4%-1.0%、聚丙烯纤维0.1%-0.5% 。
3.根据权利要求1、2所述的用于土质边坡的混合纤维加筋微型圆钢管混凝土桩，其特征在于：所述填充物按重量百分比计含有：混凝土99.0%、铣削型钢纤维0.7%、聚丙烯纤维0.3%。
4.根据权利要求1、2或3所述的用于土质边坡的混合纤维加筋微型圆钢管混凝土桩，其特征在于：所述混凝土是强度等级为C30-C80的普通混凝土，其含量组分为：水泥350-520kg/m3、砂550-750 kg/m3、石850-1100 kg/m3和减水剂1.5-3.0 kg/m3。
5.根据权利要求4所述的用于土质边坡的混合纤维加筋微型圆钢管混凝土桩，其特征在于：所述水泥是指标号为32.5或42.5的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥；所述砂的细度模数为1.8、平均粒径为0.25-0.35mm；所述石为最大粒径为15mm的级配碎石；所述减水剂是由醋酸酯、甘油、聚乙烯醇、苯酚和聚丙烯酸盐中的一种或两种以上混合而成。
6.根据权利要求1、2或3所述的用于土质边坡的混合纤维加筋微型圆钢管混凝土桩，其特征在于：所述铣削型钢纤维采用国家的钢纤维型号Ami04-32-600，铣削型钢纤维断面为不规则月牙形，一面光滑一面粗糙，长度为25mm，等效直径为1.2mm，抗拉强度为650Mpa。
7.根据权利要求1、2或3所述的用于土质边坡的混合纤维加筋微型圆钢管混凝土桩，其特征在于：所述聚丙烯纤维为束状单丝，长度为9mm，抗拉强度500Mpa。
8.根据权利要求1所述的用于土质边坡的混合纤维加筋微型圆钢管混凝土桩，其特征在于：所述钢管套是牌号为Q235、Q345、Q390和Q425的热轧无缝钢管，外径为168mm、180mm、194mm、203mm、219mm、245mm或273mm，壁厚为6mm、7mm、8mm、9mm或10mm。
9.根据权利要求1所述的用于土质边坡的混合纤维加筋微型圆钢管混凝土桩，其特征在于：所述钢管套内设有纵向钢筋。
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