CN108487225A - 一种纤维增强约束管碎石承压桩及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纤维增强约束管碎石承压桩及其制备方法，属于土木工程材料制造领域。纤维增强约束管采用离心工艺预制成型，现场施工时人工成孔，放入纤维增强约束管，然后向管内填入碎石并振动预载压实，即得本发明一种纤维增强约束管碎石桩。本发明一方面使得原本松散的碎石体结构致密并发挥承载作用，另一方面碎石体在承压时三向受压，其力学性能得到了极大的发挥，同时内部碎石体抑制了纤维增强约束管局部屈曲破换现象，二者协调作用使得使内部碎石体具有与现浇或预制钢筋混凝土桩同等的竖向承载能力。本发明纤维增强约束管碎石承压桩结构组合合理，能够充分发挥材料的力学性能，以碎石为主要材料，经济优势明显。

Description

一种纤维增强约束管碎石承压桩及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种碎石承压桩，具体说是一种纤维增强约束管碎石承压桩，属于土木工程桩基技术领域。

背景技术

随着城市的发展，建筑用地的日趋紧张，各种高层，超高层等结构复杂的建筑拔地而起，对基础的要求越来越高。桩基作为一种重要的基础形式，由于其能够贯穿整个软弱地基土层传力于地质优良的土层，克服了不良土层带来的消极影响以及能够提供较强的承载能力，因此被广泛应用于各种建筑物、构筑物地基中。

作为桩基的基本组成单元的桩体的品质好坏直接影响桩基的承载能力，目前市场上的桩体按照施工制作工艺不同主要分为现场灌注桩、预制混凝土实心桩及预制预应力管桩。虽然这些桩体都能够提供较好的承载能力但是由于其生产、施工工艺的不同，其相关性能参数存在一定的差异。对于灌注桩和现场预制实心桩，其承载能力虽能够满足相关要求，但是成桩质量易受到人员、设备、气候等现场施工条件的影响。对于预制预应力管桩作为工厂化生产其成桩质量有所保障，通过离心成桩及预应力钢筋笼骨架的支撑使得其具有极高的承载能力。上述三种桩体为目前市场上主流桩体形式，各具特色，满足不同的工程要求。同时目前有关研究表明高性能纤维组分的加入能够明显改善水泥基材料的相关性能，增加其韧性、提高其强度及抗裂性能。

发明内容

本发明的发明目的在于，客服现有技术存在的缺陷，提供一种纤维增强约束管碎石承压桩及其制备方法，属于半预制组合桩体，其桩基质优、价廉，制备和施工简便，性能可靠稳定。

为了达到上述目的，本发明的技术思路是：采用纤维增强水泥基材性能，预制纤维增强约束管，通过对纤维增强约束管内部的碎石体进行预载压实及侧向约束，使得内部碎石体结构致密具有较高的承载能力。内部碎石体作为主要的受力结构，承受大部分上部荷载。

本发明纤维增强约束管碎石承压桩，包括纤维增强约束管。所述纤维增强约束管内部预载压实填充碎石。

所述纤维增强约束管所用的材料为纤维增强水泥基复合材料。其中纤维增强水泥基复合材料为水泥中掺入短切乱向均匀分布的有机纤维复合而成，有机纤维掺量占水泥的质量百分比3-8%。所述有机纤维的长度为3mm-6mm。

本发明技术方案，所述碎石没有具体的限制，满足强度要求的碎石体都可以使用。优选地，所述碎石的粒径为1cm-30cm，采用强度较高的坚硬砾石，也可根据需要选用满足强度要求的再生混凝土碎石。所述水泥为强度等级不低于52.5的硅酸盐系列水泥。

所述的有机纤维为聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维、超高分子量聚乙烯纤维、聚乙烯醇纤维、聚酯纤维或聚甲醛纤维。

本发明纤维增强约束管碎石承压桩的制备方法，其步骤如下：

步骤1. 制备纤维增强水泥基复合材料浆体

按照有机纤维掺量占水泥的质量百分比3-8%的配比准备水泥和有机纤维，作为粉体材料。然后在粉体材料中加入减水剂和水。所述减水剂掺量占粉体材料的质量百分比1-2%，水与分体材料的质量比（水灰比）为0.25-0.40。搅拌均匀制得纤维增强水泥基复合材料浆体。

步骤2.采用离心成型工艺用纤维增强水泥基复合材料浆体浇筑管体，挥发水分自然养护，制得纤维增强约束管。

步骤3. 在设计桩位钻机钻桩基孔，将纤维增强约束管送入桩基孔中。

步骤4.用碎石填充纤维增强约束管，填充过程中，分段对管体内的碎石进行振动密实并进行预载压实，制得纤维增强约束管碎石承压桩。

所述减水剂为聚羧酸减水剂、萘系减水剂或脂肪族减水剂。

所述用碎石填充纤维增强约束管，采用管带输送碎石填充纤维增强约束管，以避免碎石体对约束管体的过度冲击破坏。具体操作为将管带伸入管体底部通过管带向管内输送碎石体，并随着碎石体的注入缓缓提升管带。

随着碎石体的注入，管内碎石体应及时进行预载压实。当约束管长度较长时应进行多次分段振动密实和预载压实，当管径较宽时应采取合理的压实方式，可采取环压即预载器具在管内沿圆轨迹进行振压，由外向内。压载大小及控制时间应根据工程实际选择，以压实碎石体为标准。

所述纤维增强约束管碎石承压桩径及桩长可灵活调整，具体调整措施为通过调整约束管管径、管长及壁径尺寸，其具体数值应根据具体工程实际承载力及场地条件要求进行设计。

本发明纤维增强约束管碎石承压桩具有一下有益效果：

（1）结构组合形式合理

纤维增强约束管对内部碎石体起到侧向约束作用，作为次要的受力结构，内部碎石体抑制外部管体的局部屈曲，作为主要的受力构件，二者彼此相互协调共同作用。

（2）具有与现有桩体相等的抗压承载能力

纤维增强约束管对内部碎石具有侧向约束作用，碎石体承压时处于三向受压状态，其材料力学性能能够充分发挥，承压能力得到成倍提升。经初步测试本发明内部碎石体（桩体）和现浇或预制钢筋混凝土桩具有同等的竖向承载能力。

（3）桩体尺寸可根据需要灵活调整

本发明桩体尺寸是由纤维增强约束管尺寸所决定的，而上部荷载则主要是由内部侧向受限的碎石体来承受，因此对于约束管体要求相对宽泛，可根据工程实际需要进行合理的安排约束管尺寸，进而调整桩体尺寸。同时还可以根据承载能力要求与场地条件的限制合理地协调管径及管长二者关系，设计灵活。

（4）生产工艺简单，施工高效

本发明纤维增强约束管碎石承压施工工艺简便，待约束管在施工现场固定就位后填入碎石等建筑材料预载压实即成，施工工艺水平要求不高满足现场各类施工人员操作。

（5）成本低廉，质优价廉

本发明纤维增强约束管碎石承压桩不需钢材的加工及使用，且大量使用碎石等廉价的建筑材料，节能环保，成本低，经济效果好。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例1： 纤维增强约束管碎石承压桩的生产流程（制作试验样品）及性能测试。

1.纤维增强约束管碎石承压桩的生产流程

（1） 纤维增强约束管的制备

1）按照现有的商品混凝土生产工艺以下列配合比（质量份）水泥1、水0.3、聚羧酸减水剂0.01、长度4mm的聚丙烯纤维有机纤维0.03，配置纤维增强水泥基复合材料浆体。水泥采用P.O52.5等级硅酸盐水泥。

2）按照外径、壁厚及管长为φ500*22*500设计参数依照现有管桩离心成型工艺及养护条件，制作纤维增强约束管。

（2）纤维增强约束管碎石承压桩的制备

（本实施例省略了钻机钻桩基孔程序）

1）将纤维增强约束管底端用加固胶粘接10mm厚的钢板堵孔。

2）将级配好的碎石填入纤维增强约束管，由于本次约束管长度较短因此采用铁铲装入，徐徐装入碎石避免对约束管壁造成较大的冲击破坏。所述碎石的粒径为1cm-30cm，采用砾石或再生混凝土碎石。

3）填充过程中分两次振动预载压实，分别在装入管长的一半左右和装满时进行振动预载压实。

4）在充填及压实结束后在其顶部放置一个10mm厚的钢板作为盖板不需要粘接，用以模拟实际工程中的桩构造顶。

2.纤维增强约束管碎石承压桩抗压承载力性能测试

轴压试验在中国矿业大学工程结构试验中心万能压力试验机上进行，上、下柱端采用刀口绞加载。试验前，用打磨机将其顶端打磨平整。试验时对其全程进行了观测。受荷初期，结构的变形和应变都较小，且与荷载成线性变化关系，未有肉眼可见变形。随着荷载不断加大，试件上部一侧板面出现突鼓，逐渐拓展到其他侧面，突鼓逐渐加大，最后钢管圆弧与矩形交界处焊缝上部开裂，停止加载。测得加载的最大值Nmax，经测试测得其抗压承载力为81.25Mpa。满足当前桩体承载力设计要求。

实施例2：与实施例1基本相同，所不同的是：

所述的有机纤维为聚乙烯纤维，有机纤维掺量占水泥的质量百分比8%。

所述减水剂为萘系减水剂，添加量为粉体材料的2%，水灰比为0.25。

实施例3：与实施例1基本相同，所不同的是：

所述的有机纤维为聚甲醛纤维，有机纤维掺量占水泥的质量百分比5%。

所述减水剂为脂肪族减水剂，添加量为粉体材料的1.5%，水灰比为0.40。

实施例4：与实施例1基本相同，所不同的是：

所述的有机纤维为聚酯纤维。

由本实例的纤维增强约束管碎石承压桩可判定其承载能力满足当前行业及市场需要。本产品的施工技术含量要求不高，操作简便，同时成本低廉，经济价值高。

本发明则是对上述桩体的生产特点进行提炼并引入当前较为先进的研究成果，对原有桩体形式做出较大的改进，生产出一种新型结构组合形式的半预制桩体，其造价相较低廉，且承载能力较高。通过可工业化高效生产的纤维增强约束管对内部碎石的有效侧向约束作用，使得碎石体承压时处于三向受压状态，其材料力学性能能够充分发挥，承压能力得到成倍提升；内部碎石体又抑制了纤维增强约束管的局部屈曲；同时碎石体作为一种廉价的建筑材料大量的使用，使得水泥用量相应减少，桩体成本大大降低。经初步测试本发明内部碎石体（桩体）具有与现浇或预制钢筋混凝土桩同等的竖向承载能力，本发明完全可以作为一种质优、价廉的新型桩体使用。

Claims (7)

1.一种纤维增强约束管碎石承压桩，其特征是：包括纤维增强约束管，所述纤维增强约束管内部预载压实填充碎石。

2.根据权利要求1所述纤维增强约束管碎石承压桩，其特征是：所述纤维增强约束管采用纤维增强水泥基复合材料；所述纤维增强水泥基复合材料为水泥中掺入有机纤维复合而成；所述有机纤维掺量占水泥的质量百分比3-8%；所述碎石的粒径为1cm-30cm，为砾石或再生混凝土碎石。

3.根据权利要求2所述纤维增强约束管碎石承压桩，其特征是：所述水泥为强度等级不低于52.5的硅酸盐系列水泥。

4.根据权利要求2所述纤维增强约束管碎石承压桩，其特征是：所述的有机纤维为聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维、超高分子量聚乙烯纤维、聚乙烯醇纤维、聚酯纤维或聚甲醛纤维，其长度为3mm-6mm。

5.一种权利要求1-4之一所述的纤维增强约束管碎石承压桩的制备方法，其步骤如下：

步骤1. 制备纤维增强水泥基复合材料浆体

按照有机纤维掺量占水泥的质量百分比3-8%的配比准备水泥和有机纤维，作为粉体材料；然后在粉体材料中加入减水剂和水；所述减水剂掺量占粉体材料的质量百分比1-2%，水与分体材料的质量比为0.25-0.40；搅拌均匀制得纤维增强水泥基复合材料浆体；

步骤2.采用离心成型工艺用纤维增强水泥基复合材料浆体浇筑管体，蒸压养护或自然养护，制得纤维增强约束管；

步骤3. 在设计桩位钻机钻桩基孔，将纤维增强约束管送入桩基孔中；

步骤4.用碎石填充纤维增强约束管，填充过程中，分段对管体内的碎石进行振动密实并进行预载压实，制得纤维增强约束管碎石承压桩。

6.根据权利要求5所述一种权利要求1-5之一所述的纤维增强约束管碎石承压桩的制备方法，其特征是：所述减水剂为聚羧酸减水剂、萘系减水剂或脂肪族减水剂。

7.根据权利要求5所述一种权利要求1-5之一所述的纤维增强约束管碎石承压桩的制备方法，其特征是：所述用碎石填充纤维增强约束管，采用管带输送碎石填充纤维增强约束管。