CN107964942A - 一种frp组合微型桩及制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种FRP组合微型桩及制造方法，涉及工程桩基础技术领域，FRP组合微型桩包括FRP管、FRP筋和混凝土基础，所述FRP管内设置有一通孔，所述FRP筋设置在所述通孔内并贯穿所述FRP管，所述FRP筋通过定位环与所述FRP管连接，所述FRP管的顶端与所述混凝土基础连接；所述FRP管用于竖直安装于桩孔的空腔内，所述桩孔的空腔以及所述FRP管的通孔用于浇注注浆体。本发明利用FRP材料代替传统的钢筋或型钢，与固化后的水泥基浆体形成桩体；FRP材料具有极强的耐腐蚀能力、优越的力学性能以及良好的可加工性，并且与水泥基浆体具有相近的变形模量，两者可以实现协同工作，充分发挥各自的性能，显著提高桩基的耐腐蚀性能和承载性能。

Description

一种FRP组合微型桩及制造方法

技术领域

本发明涉及工程桩基础技术领域，特别是涉及一种FRP组合微型桩及制造方法。

背景技术

微型桩是指直径不大于300mm，内置加劲材料的钻孔灌注桩，通常情况下需要进行压力注浆，以提高其承载性能。目前，国内外微型桩的制造方法主要有两种，一种是在钻孔内置单根大直径高强钢筋或型钢，再在孔内进行压力注浆，注浆液多采用水泥净浆，这种方法在国外常见；另一种是利用多根钢筋组成钢筋笼代替上述的单根钢筋或型钢，然后在孔内投石注浆或直接灌注细石混凝土(含灌浆料)，这种方法在国内常用。

微型桩具有施工机械小型化、占地空间小、施工效率高及适应地基能力强的特点，在软土地基处理、边坡加固及基坑支护等工程中得到了越来越广泛的应用。当工程场地土层中含有大量的盐分及酸碱等强腐蚀性物质时，会对微型桩基础造成严重的腐蚀，使得桩基础的使用寿命大大减少，并且难以修复。因此，桩基础在制造时就要考虑桩的耐腐蚀问题。上述两种方法制造的微型桩主要从三个方面提高桩的耐腐蚀性能：(1)利用注入的水泥浆体为钢筋或型钢提供保护层，同时增大钢筋或型钢的截面积；(2)在水泥浆中掺入防腐剂，并提高水泥浆的密实性；(3)对钢筋或型钢表面涂覆防腐层，或者包裹耐腐蚀的高分子材料护套。

但是由于组成微型桩的两种材料是钢材和水泥浆体/混凝土，钢材属于易腐蚀材料，自身的耐腐蚀性差，而水泥基浆体和混凝土都属于脆性材料，并且受到拉力时容易开裂，难以对钢筋或型钢形成有效防护；另外，两种材料的变形模量相差较大，使得两者之间在受力变形时存在变形不协调的问题，两种材料的性能没有得到充分的发挥；再次，增大钢筋或型钢的截面积，既不能从根本上解决腐蚀问题，又造成成本增加；而对钢筋或型钢表面涂覆防腐层，或者包裹耐腐蚀的高分子材料护套，同时增大了技术难度和工程造价，并且一旦防护层在施工中出现破损，现场无法修复。

因此，提供一种FRP组合微型桩及制造方法，以解决现有技术所存在的上述缺点，成为现在亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种FRP组合微型桩及制造方法，以解决上述现有技术存在的问题，显著提高桩基的耐腐蚀性能和承载性能。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种FRP组合微型桩，包括FRP管、FRP筋和混凝土基础，所述FRP管内设置有一通孔，所述FRP筋设置在所述通孔内并贯穿所述FRP管，所述FRP筋通过定位环与所述FRP管连接，所述FRP管的顶端与所述混凝土基础连接；所述FRP管用于竖直安装于桩孔的空腔内，所述桩孔的空腔以及所述FRP管的通孔用于浇注注浆体。

优选的，所述FRP筋设置有多段，多段所述FRP筋通过FRP连接套筒依次进行连接。

优选的，所述FRP筋和FRP管的表面上均加工有外螺纹。

优选的，所述FRP连接套筒内加工有与FRP筋外螺纹相匹配的内螺纹，所述FRP连接套筒与所述FRP筋螺纹连接。

优选的，所述FRP管的顶端通过螺母安装有桩头封口板。

优选的，所述FRP管、FRP筋选用玻璃纤维、碳纤维或玄武岩纤维制成。

优选的，所述定位环与FRP管同轴心设置，所述定位环采用FRP材料、PVC材料或钢材制成。

本发明还公开了一种FRP组合微型桩的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、钻孔：根据施工现场土体性质选择钻机进行钻桩孔；

步骤二、FRP管、FRP筋制作与安装：FRP管、FRP筋表面加工外螺纹，根据下料尺寸切割FRP管和FRP筋，现场安装时先将FRP管放入桩孔并进行临时固定，然后穿过FRP管分段放入FRP筋，各段FRP筋之间通过FRP连接套筒依次连接，FRP筋与FRP管之间通过定位环进行固定；

步骤三、第一阶段压力注浆：将注浆软管通过FRP管放入桩孔，从桩孔底部开始注入注浆体，边注浆边提升注浆软管，直至注满桩孔并明显溢出；

步骤四、第二阶段压力注浆：在FRP管的顶端连接注浆套筒，注浆套筒与注浆软管连接，将注浆体从FRP管顶端注入，直至达到设定的注浆压力和注浆量；

步骤五、桩头清理：拆除注浆套筒及注浆软管，对FRP管顶端以上部分的桩头进行清理，然后通过FRP螺母安装桩头封口板；

步骤六、基础连接：在FRP管顶端浇注混凝土，形成混凝土基础。

优选的，所述步骤三中第一阶段压力注浆，注浆体为水泥基浆液，水灰质量比为0.3-0.5，注浆压力0.4-1.0MPa，注浆后静置15-20min；

所述步骤四中第二阶段压力注浆，注浆体为水泥基浆液，水灰质量比为0.5-0.7，注浆压力1.5-3.0MPa，注浆后保压静置20-30min。

优选的，所述步骤四中，FRP注浆套筒内设置有与FRP管外螺纹相互匹配的内螺纹，所述FRP注浆套筒与FRP管螺纹连接。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

1、设置FRP管与FRP筋，FRP材料具有极强的耐腐蚀能力，从而提高微型桩的耐腐蚀性能；

2、FRP管与FRP筋组合，FRP管一方面能够有效约束水泥基注浆体，从而提高注浆体的抗压强度与变形能力，另一方面还有抗压及抗弯作用，FRP管截面面积及惯性矩大，与水泥基注浆体组合截面的轴向刚度及抗弯刚度大，抗压及抗水平作用性能强，FRP筋主要起抗拔作用，极限抗拉承载力高，并且便于与上部各种基础的连接；

3、FRP管、FRP筋与水泥浆变形模量接近，变形协调性好，两者可以实现协同工作，充分发挥各自的性能，提高耐腐蚀性能和承载性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明FRP组合微型桩的结构示意图；

图2为图1的A-A剖视图；

图3为本发明桩孔结构示意图；

图4为本发明FRP管、FRP筋安装示意图；

图5为本发明第一阶段注浆示意图；

图6为本发明第二阶段注浆示意图；

图7为本发明第二阶段注浆完成示意图；

图8为本发明桩头清理示意图；

其中，1为桩孔，2为FRP管，3为FRP筋，4为定位环，5为混凝土基础，6为FRP连接套筒，7为桩头封口板，8为螺母，9为注浆体，10为注浆软管，11为注浆套筒。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种FRP组合微型桩及制造方法，以解决现有技术存在的问题，显著提高桩基的耐腐蚀性能和承载性能。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供一种FRP组合微型桩，如图1和2所示，包括FRP管2、FRP筋3和混凝土基础5，FRP管2内设置有一通孔，FRP筋3设置在通孔内并贯穿FRP管2，FRP筋3通过定位环4与FRP管2连接，FRP管2的顶端与混凝土基础5连接；FRP管2与桩孔1均为圆柱形，FRP管2用于平行竖直安装于桩孔1的空腔内，桩孔1的空腔以及FRP管2的通孔用于浇注注浆体9，FRP管2与FRP筋3通过固化后的注浆体9实现协同作用，组成的桩体通过固化后的注浆体9表面与桩孔1壁土层表面的界面摩阻力实现相互作用与约束。

FRP筋3设置有多段，多段FRP筋3通过FRP连接套筒6依次进行连接；FRP筋3和FRP管2的表面上均加工有外螺纹，FRP连接套筒6内加工有与FRP筋3外螺纹相匹配的内螺纹，FRP连接套筒6与FRP筋3螺纹连接,方便安装以及拆卸。FRP管2的顶端通过螺母8安装有桩头封口板7对FRP管2进行封口，螺母8采用FRP螺母8，桩头封口板7可以是FRP板材，也可以选用钢板，以提高强度以及耐腐蚀性。

FRP管2、FRP筋3选用玻璃纤维、碳纤维或玄武岩纤维制成；FRP管2同轴心设置，定位环4采用FRP材料、PVC材料或钢材制成，提高强度以及耐腐蚀性。

本发明FRP组合微型桩设置FRP管2与FRP筋3替代原有的钢材，FRP材料具有极强的耐腐蚀能力，从而提高微型桩的耐腐蚀性能。FRP管2与FRP筋3组合，FRP管2一方面能够有效约束水泥基注浆体9，从而提高注浆体9的抗压强度与变形能力，另一方面还有抗压及抗弯作用，FRP管2截面面积及惯性矩大，与水泥基注浆体9组合截面的轴向刚度及抗弯刚度大，抗压及抗水平作用性能强，FRP筋3主要起抗拔作用，极限抗拉承载力高，并且便于与上部各种基础的连接。而且FRP管2、FRP筋3与水泥浆变形模量接近，变形协调性好，两者可以实现协同工作，充分发挥各自的性能，提高耐腐蚀性能和承载性能。

本发明还公开了一种上述FRP组合微型桩的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、钻孔：根据施工现场土体性质选择钻机进行钻桩孔1，桩孔1直径不大于300mm，比FRP管2直径大约50-100mm；为防止塌孔可以按传统的施工工艺设置护壁套筒或采取泥浆护壁措施。

步骤二、FRP管2、FRP筋3制作与安装：FRP管2、FRP筋3表面加工外螺纹，根据下料尺寸切割FRP管2和FRP筋3，现场安装时先将FRP管2放入桩孔1并进行临时固定，然后穿过FRP管2分段放入FRP筋3，各段FRP筋3之间通过FRP连接套筒6依次连接，FRP筋3与FRP管2之间通过定位环4进行固定，确定初始相对位置；FRP管2长度L2约为桩总长度L1的1/4-1/3，且不大于9m，FRP管2直径为120-250mm；FRP筋3每段长度L3约为2-6m，FRP筋3直径为25-70mm，FRP筋3外螺纹与FRP连接套筒6内螺纹相互匹配，实现螺纹连接，定位环4轴心与FRP管2轴心对中，偏差不大于1mm。

步骤三、第一阶段压力注浆：将注浆软管10穿过FRP管2的底部放入桩孔1内，从桩孔1底部开始注入注浆体9，边注浆边提升注浆软管10，直至注满桩孔1并明显溢出；注浆体9为水泥基浆液，水灰质量比为0.5-0.7，注浆压力1.5-3.0MPa，注浆后保压静置20-30min。

步骤四、第二阶段压力注浆：在FRP管2的顶端连接注浆套筒11，注浆套筒11与注浆软管10连接，将注浆体9从FRP管2顶端注入，通过注浆套筒11对FRP管2的顶端进行封闭，防止注浆体9溢出；注浆直至达到设定的注浆压力和注浆量，FRP管2下方的桩孔1扩大桩径，提高强度及承载性能；注浆体9为水泥基浆液，水灰质量比为0.5-0.7，注浆压力1.5-3.0MPa，注浆后保压静置20-30min。

步骤五、桩头清理：保压静置20-30min后，立即对桩头进行清理，拆除注浆套筒11及注浆软管10，对FRP管2顶端以上部分的桩头进行清理，并用清水对FRP筋3表面进行清洗，然后通过FRP螺母8安装桩头封口板7。

步骤六、基础连接：待桩体基础养护达到要求后再进行上部基础的制作，在FRP管2顶端浇注混凝土，形成混凝土基础5；桩顶FRP管2、FRP筋3以及封口板通过埋入混凝土基础5实现连接固定。

本发明FRP组合微型及其制造方法，利用纤维增强复合材料(即FRP材料)代替传统的钢筋或型钢，与固化后的水泥基浆体形成桩体；FRP材料具有极强的耐腐蚀能力、优越的力学性能(轻质高强)以及良好的可加工性(易切割、无火花，方便连接)，并且与水泥基浆体具有相近的变形模量，两者可以实现协同工作，充分发挥各自的性能，显著提高桩基的耐腐蚀性能和承载性能。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种FRP组合微型桩，其特征在于：包括FRP管、FRP筋和混凝土基础，所述FRP管内设置有一通孔，所述FRP筋设置在所述通孔内并贯穿所述FRP管，所述FRP筋通过定位环与所述FRP管连接，所述FRP管的顶端与所述混凝土基础连接；所述FRP管用于竖直安装于桩孔的空腔内，所述桩孔的空腔以及所述FRP管的通孔用于浇注注浆体。

2.根据权利要求1所述的FRP组合微型桩，其特征在于：所述FRP筋设置有多段，多段所述FRP筋通过FRP连接套筒依次进行连接。

3.根据权利要求2所述的FRP组合微型桩，其特征在于：所述FRP筋和FRP管的表面上均加工有外螺纹。

4.根据权利要求3所述的FRP组合微型桩，其特征在于：所述FRP连接套筒内加工有与FRP筋外螺纹相匹配的内螺纹，所述FRP连接套筒与所述FRP筋螺纹连接。

5.根据权利要求1所述的FRP组合微型桩，其特征在于：所述FRP管的顶端通过螺母安装有桩头封口板。

6.根据权利要求1所述的FRP组合微型桩，其特征在于：所述FRP管、FRP筋选用玻璃纤维、碳纤维或玄武岩纤维制成。

7.根据权利要求1所述的FRP组合微型桩，其特征在于：所述定位环与FRP管同轴心设置，所述定位环采用FRP材料、PVC材料或钢材制成。

8.一种FRP组合微型桩的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、钻孔：根据施工现场土体性质选择钻机进行钻桩孔；

步骤二、FRP管、FRP筋制作与安装：FRP管、FRP筋表面加工外螺纹，根据下料尺寸切割FRP管和FRP筋，现场安装时先将FRP管放入桩孔并进行临时固定，然后穿过FRP管分段放入FRP筋，各段FRP筋之间通过FRP连接套筒依次连接，FRP筋与FRP管之间通过定位环进行固定；

步骤三、第一阶段压力注浆：将注浆软管通过FRP管放入桩孔，从桩孔底部开始注入注浆体，边注浆边提升注浆软管，直至注满桩孔并明显溢出；

步骤四、第二阶段压力注浆：在FRP管的顶端连接注浆套筒，注浆套筒与注浆软管连接，将注浆体从FRP管顶端注入，直至达到设定的注浆压力和注浆量；

步骤五、桩头清理：拆除注浆套筒及注浆软管，对FRP管顶端以上部分的桩头进行清理，然后通过FRP螺母安装桩头封口板；

步骤六、基础连接：在FRP管顶端浇注混凝土，形成混凝土基础。

9.根据权利要求8所述的FRP组合微型桩的制造方法，其特征在于：所述步骤三中第一阶段压力注浆，注浆体为水泥基浆液，水灰质量比为0.3-0.5，注浆压力0.4-1.0MPa，注浆后静置15-20min；

所述步骤四中第二阶段压力注浆，注浆体为水泥基浆液，水灰质量比为0.5-0.7，注浆压力1.5-3.0MPa，注浆后保压静置20-30min。

10.根据权利要求8或9所述的FRP组合微型桩的制造方法，其特征在于：所述步骤四中，FRP注浆套筒内设置有与FRP管外螺纹相互匹配的内螺纹，所述FRP注浆套筒与FRP管螺纹连接。