CN109849176B - 一种预制桩及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预制桩及其制备方法，预制桩包括桩体和钢筋笼，桩体两端设有端板，端板中垂直贯穿有若干个连接筒，钢筋笼两端通过连接筒与端板相连接，连接筒内密封填充有胶体，钢筋笼的材质为纤维材料；制备方法包括：（1）、制备桩体骨架；（2）、注灌混凝土、合模离心处理；（3）、施加预应力。本发明可以有效解决抗弯承载力不足、腐蚀环境应用等技术难题，绿色环保，其符合可持续发展。

Description

一种预制桩及其制备方法

技术领域

本发明属于预制桩技术领域，具体涉及一种预制桩及其制备方法。

背景技术

纤维增强复合材料是一种新型复合材料，具有耐腐蚀性强，可施加预应力，抗拉强度高，密度小等优点，近年来逐步受到设计、施工人员的青睐，主要应用于沿海地区的结构工程领域，如梁、板、柱等构件。但在岩土地下结构领域，目前仅应用于锚杆应用领域，在桩基础中应用还未有报道。

在桩基础工程领域，预制桩如方桩、竹节桩等近年来得到广泛应用，但预制桩内筋材容易受到海水中氯离子等腐蚀介质的侵蚀，引起钢筋锈蚀，进而导致承载力下降，严重可导致工程事故的发生。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种预制桩，包括桩体和设于桩体内的钢筋笼，桩体两端设有端板，端板中垂直贯穿有若干个连接筒，钢筋笼两端通过连接筒与端板相连接，连接筒内密封填充有胶体，钢筋笼的材质为纤维材料。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述钢筋笼包括主筋和连接在主筋之间的箍筋，主筋与桩体相平行，主筋两端延伸至连接筒中，主筋和箍筋通过卡扣件相连接，卡扣件由非金属材料制成。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述纤维材料为GFRP、BFRP和CFRP中的任一种或两种以上的组合。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述端板包括施力端板和受力端板，施力端板上的连接筒与受力端板上的连接筒的位置一一对应，施力端板中心开设有缺口，受力端板中心开设有一限位空间。

本发明的预制桩，桩体通过对纤维材料筋施加预应力，然后灌注混凝土制备而成，其中，钢筋笼的材质均选用纤维材料制成，钢筋笼与端板的连接则选用连接筒注胶的方式连接，整个桩体均无金属材料，且在无金属材料的情况下，可以有效防止筋材和桩体受到海水等腐蚀环境氯离子的侵蚀，同时仍可以达到竖向和水平承载力高、工厂化生产及。桩体由免蒸压混凝土制成，混凝土抗压强度可达到C80。

本发明的预制桩，同等抗弯承载力情况下，采用BFRP筋的预制桩比传统管桩相比，可以节约筋材达40%，单根桩节约成本达30%；具体的，预制桩直径、壁厚、主筋和箍筋数量、筋材直径、混凝土强度等参数相同情况，本发明的预制桩抗弯承载力是普通管桩的2.2~2.9倍。经过室内抗弯试验数据对比可知，以直径600mm、主筋配置16根12mmGFRP筋以及箍筋5mmGFRP筋为例，本发明预制桩的抗弯承载力达889.6kNm；以直径600mm、主筋配置16根12mmBFRP筋以及箍筋5mmBFRP筋为例，本发明预制桩的抗弯承载力达622.1kNm。

本发明的另一目的是提供一种预制桩的制备方法，包括以下步骤：

（1）、制备桩体骨架

根据桩体的设计长度，用若干根连接筋连接两个固定盘制作成端板的支撑件，连接筋与桩体方向相平行；

将施力端板和受力端板对应套接在支撑件两端的固定盘上；

制备与支撑件同轴套接的钢筋笼，钢筋笼两端分别连接至施力端板和受力端板的连接筒中；

向受力端板的连接筒中注入胶体，然后从施力端板的缺口中拆除支撑件，得到由钢筋笼、施力端板和受力端板形成的桩体骨架；

（2）、灌注混凝土

将桩体骨架放入模具中，向模具中灌注混凝土，进行合模离心处理；

（3）、施加预应力

在施力端板处施加预应力，预应力达到设计值后，向施力端板的连接筒中注入胶体进行锚固，脱模得到预制桩桩体。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述钢筋笼的制备方法为：按照桩体的设计长度准备主筋和箍筋，主筋与桩体相平行，将主筋两端插入对应的连接筒中，然后用箍筋连接各根主筋，形成钢筋笼。

本发明的制备方法中，设置一支撑件，该支撑件用于制备钢筋笼，同时还为钢筋笼和端板的连接提供支撑，待钢筋笼和端板连接后，再从施力端板的缺口中取出支撑件，该方法更便捷，且可工厂化生产，制备出的具有预应力纤维材料筋的混凝土桩承载力高、工厂化生产、便于运输，节约施工工期，降低施工成本，可在沿江、沿海地区等氯离子腐蚀严重的环境的工程中应用。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是实施例1中一种预制桩的立体结构示意图；

图2是实施例1中一种预制桩的钢筋笼和端板的连接示意图；

图3是图2中施力端板处的局部放大示意图；

图4是图2中受力端板处的局部放大示意图；

图5是实施例1中一种预制桩中卡扣件的结构示意图；

图6是实施例1中一种预制桩中主筋扣件的结构示意图；

图7是实施例1中一种预制桩中箍筋扣件的结构示意图；

图8是实施例2中一种预制桩的制备方法中固定盘的结构示意图；

图9是图8中的局部放大示意图；

图10是实施例2中一种预制桩的制备方法中固定盘、钢筋笼和端板的连接示意图，其中，连接筋未示出；

图11是图10中施力端板处的局部放大示意图；

图12是图10中施力端板处的局部放大示意图；

图13是实施例2中一种预制桩的制备方法中钢筋笼、端板和紧固件的连接示意图；

图14是图13中施力端板处的局部放大示意图；

图15是图14中的局部放大示意图；

图16是实施例2中一种预制桩的制备方法中连接筒、紧固件和主筋的连接示意图，其中，主筋未完全示出；

图17是图16中的局部放大示意图；

图18是实施例2中一种预制桩的制备方法中紧固件的俯视图；

图19是实施例2中一种预制桩的制备方法中紧固件锯掉之前预制桩的结构图；

图20是图19中的局部放大示意图；

图中标记为：1、桩体；2、钢筋笼；21、主筋；22、箍筋；3、端板；31、施力端板；32、受力端板；33、连接筒；331、注胶孔；34、紧固筒；341、垫片；342、卡合部；35、缺口；36、环形凸延部；4、支撑件；41、固定盘；42、连接筋；5、卡扣件；51、主筋扣件；511、主筋卡槽；512、连接孔；52、箍筋扣件；521、箍筋卡槽；522、卡扣条。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设有”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

现结合说明书附图，详细说明本发明的结构特点。

实施例1

参见图1，本实施例中提供一种预制桩，包括混凝土浇筑而成的桩体1和设于桩体1两端的端板3，参见图2，桩体1内设有钢筋笼2，钢筋笼2包括若干根主筋21和围绕在主筋21之间的箍筋22，主筋21和箍筋22均采用纤维材料制成，端板3包括施力端板31和受力端板32，主筋21两端分别连接至施力端板31和受力端板32。

参见图3和图4，主筋21 和施力端板31、受力端板32的连接方式为：施力端板31和受力端板32中均垂直贯穿设有连接筒33，施力端板31和受力端板32的连接筒位置一一对应，连接筒33两端均延伸出端板3，连接筒33分布在以端板3形心为圆心的圆周上，且该圆周靠近端板3边缘，主筋21两端插入对应的连接筒33中，主筋21通过注胶的方式与连接筒33相固定。

本实施例的桩体1，由施加预应力和灌注混凝土制备而成，其中，钢筋笼2的材质均选用纤维材料制成，纤维材料GFRP、BFRP和CFRP中的任一种或两种以上的组合，本实施例中，优选采用GFRP和BFRP制作钢筋笼2，钢筋笼2与端板3的连接则选用连接筒33注胶的方式连接，整个桩体1均无金属材料，且在无金属材料的情况下，可以有效防止筋材和桩体1受到海水等腐蚀环境的氯离子侵蚀，同时仍可以达到非常好的抗压强度。

进一步的，参见图3，施力端板31中央开设有缺口35，施力端板31为预应力施加端，该缺口35用于安装预应力施加装置以及取出制备过程中使用的支撑件4。

进一步的，参见图4，受力端板32中央则设有一限位空间，该限位空间用于支撑并限制制备过程中使用的支撑件4的位置，本实施例中，优选受力端板32与施力端板31相同位置处开设有缺口35，缺口35内壁上设有向内部延伸出一环形凸延部36，环形凸延部36和缺口35内壁形成前述支撑件4的限位空间。

进一步的，参见图3或者图4，本实施例中，优选在连接筒33上设置两个具有高度差的注胶孔311以实现主筋21在连接筒33中的注胶固定，当然，本发明并不仅局限于这一种实施方式，还可以是直接向连接筒33和主筋21的空隙中注胶或者单个注胶孔或者两个相同高度的注胶孔等方式。

进一步的，参见图5，主筋21和箍筋22的连接方式为通过卡扣件5连接，卡扣件5由非金属材料制成，避免了传统金属件连接或者焊接方式连接，本实施例中，卡扣件5优选采用碳纤维材料制成。卡扣件5的连接方式具体为：卡扣件5卡扣在主筋21和箍筋22的各个连接点上，卡扣件5由纤维材料制成，参见图6和图7，卡扣件5包括主筋扣件51和箍筋扣件52，主筋扣件51上开设有与主筋21延伸方向相同的主筋卡槽511，箍筋扣件52上开设有与箍筋22延伸方向相同的箍筋卡槽521，本实施例中，优选主筋扣件51和箍筋扣件52为横截面相同的方形结构，主筋扣件51和箍筋扣件52卡扣连接时，方形结构的四个角两两相对相互卡扣连接，其卡扣连接的方式优选为：在箍筋扣件52的四角上延伸出卡扣条522，在主筋扣件51的四角上设有与卡扣条522相对应的连接孔512，使得卡扣条522可以卡扣入连接孔512中。

进一步的，本实施例中，虽然连接筒33优选为均匀的管状结构但并不局限于此结构，连接筒33还可以为沿桩体1轴向呈逐渐扩展的形状，其扩展端为远离钢筋笼2的一端，方便在制备过程中使用紧固件34进行预应力的施加。

实施例2

本实施例中提供一种预制桩的制备方法，包括以下步骤：

（1）、制备支撑件4

参见图8和图9，根据桩体1的设计长度，准备两个呈圆盘状的固定盘41和若干根连接筋42，固定盘41的外径和端板3中央的缺口35相适应，连接筋42与桩体1方向相平行，将连接筋42两端穿过固定盘41并固定，固定方式为螺纹连接或者焊接，固定后形成支撑件4；

（2）、放置端板3

参见图12，将支撑件4沿其长度方向水平放置，将施力端板31和受力端板32对应套接在支撑件4两端的固定盘41上，具体的，支撑件4先与受力端板32相套接，本实施例中，优选支撑件4与受力端板32相套接并进行限位，支撑件4一端的固定盘41卡合入受力端板32的环形凸延部36和缺口35内壁形成的限位空间中，然后将施力端板31与支撑件4另一端的固定盘41相套接；

（3）、制备钢筋笼2

参见图10、13和14，施力端板31和受力端板32位置确定后，按照桩体的设计长度准备主筋21和箍筋22，制备与支撑件4同轴套接的钢筋笼2，将主筋21两端对应插入至支撑件4两端的连接筒33中，主筋21均匀分布在以端板3形心为圆心的圆上，然后向受力端板32的连接筒33中注胶，等待一定时间，然后在支撑件4另一端，也就是施力端板31处，用紧固件34在施力端板31外部卡住夹紧主筋21，然后在主筋21外部设置箍筋22，主筋21和箍筋22连接处通过卡扣件相互连接，箍筋22设置后，形成钢筋笼2，从施力端板31的缺口中取出支撑件4，得到桩体骨架；

（4）、灌注混凝土

将步骤（3）得到的桩体骨架放入相匹配的模具中，泵送灌入免蒸压混凝土并振捣密实，进行合模离心正反旋转处理；

（5）、施加预应力

在施力端板31外部放置施加预应力装置，本实施例中，优选采用通过旋转主筋21上的紧固件34进行预应力施加，同时与施加预应力装置相配合，预应力达到设计值后，向施力端板31的连接筒33的注胶孔331中注胶，注入胶体时，施加预应力装置继续加力，注胶完毕，等20min~1h后施放预应力装置，参见图19和图20，然后锯掉主筋21端部带有紧固件34的部分；

（6）、自然养护

运送至室外空气中自然养护7d，制作完毕。

进一步的，参见图15、16和17，紧固件34为环形管状结构，紧固件34内壁设有若干个垫片341，本实施例中，优选垫片341设有3个，参见图18，紧固件34内壁延伸出3个卡合部342，垫片341卡合于卡合部342形成的限位空间中。

本实施例的制备方法中，设置一支撑件4，该支撑件4用于形成钢筋笼2，同时还为钢筋笼2和端板3的连接提供支撑，待钢筋笼2和端板3连接后，再从施力端板31的缺口中取出支撑件4，该方法更便捷，且可工厂化生产，节约施工工期，制备出的预制桩便于运输，可在沿江沿海地区应用于基坑工程、填海填岛围护工程领域。当然，本实施例的制备方法，不仅适用于实心桩的制备，同时还适用于空心桩的制备。

进一步的，免蒸压混凝土配合比为：胶凝材料430kg，水泥掺量80%，矿粉20%，减水剂0.25%，水胶比0.26，砂率33%。传统管桩的混凝土需要经过常压蒸汽养护（90℃）和高压釜蒸汽养护（180℃），混凝土强度才可以达到C80（高强混凝土）；而本实施例中，钢筋笼2的材质优选为纤维材料，纤维材料筋无法承受高温养护，无法进入高压釜蒸汽养护，因此按传统混凝土配方，桩体经过常压蒸汽养护后脱模，混凝土强度只能达到C60，且需要经过28天才可以运送至施工工地进行施工；采用本实施例中的免蒸压混凝土配方，可使得预制桩仅经过常压蒸汽养护后脱模，3~7天后混凝土强度即可达到C80，大大缩短养护时间，也保证了本实施例预制桩的混凝土强度。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种预制桩的制备方法，其特征在于：预制桩包括桩体和设于桩体内的钢筋笼，桩体两端设有端板，所述端板中垂直贯穿有若干个连接筒，钢筋笼两端通过连接筒与端板相连接，连接筒内密封填充有胶体，钢筋笼的材质为纤维材料；连接筒上设置两个具有高度差的注胶孔；所述钢筋笼包括主筋和连接在主筋之间的箍筋，主筋与桩体相平行，主筋两端延伸至连接筒中，主筋和箍筋通过卡扣件相连接，卡扣件由非金属材料制成；所述纤维材料为GFRP、BFRP和CFRP中的任一种或两种以上的组合；所述端板包括施力端板和受力端板，施力端板上的连接筒与受力端板上的连接筒的位置一一对应，施力端板中心开设有缺口，受力端板中心开设有一限位空间；

制备方法包括以下步骤：

（1）、制备桩体骨架

根据桩体的设计长度，用若干根连接筋连接两个固定盘制作成支撑件，连接筋与桩体方向相平行；

将施力端板和受力端板对应套接在支撑件两端的固定盘上；

制备与支撑件同轴套接的钢筋笼：施力端板和受力端板位置确定后，按照桩体的设计长度准备主筋和箍筋，制备与支撑件同轴套接的钢筋笼，将主筋两端对应插入至支撑件两端的连接筒中，主筋均匀分布在以端板形心为圆心的圆上，向受力端板的连接筒中注胶，等待一定时间，然后在支撑件另一端，在施力端板处，用紧固件在施力端板外部卡住夹紧主筋，然后在主筋外部设置箍筋，主筋和箍筋连接处通过卡扣件相互连接，箍筋设置后，形成钢筋笼；钢筋笼两端分别连接至施力端板和受力端板的连接筒中；然后从施力端板的缺口中拆除支撑件，得到由钢筋笼、施力端板和受力端板形成的桩体骨架；

紧固件为环形管状结构，紧固件内壁设有若干个垫片，垫片设有3个，紧固件内壁延伸出3个卡合部，垫片卡合于卡合部形成的限位空间中；

（2）、灌注混凝土

将桩体骨架放入模具中，向模具中灌注混凝土，进行合模离心处理；

（3）、施加预应力

在施力端板处施加预应力，预应力达到设计值后，向施力端板的连接筒中注入胶体进行锚固，脱模得到预制桩桩体。

2.根据权利要求1所述预制桩的制备方法，其特征在于：所述钢筋笼的制备方法为：按照桩体的设计长度准备主筋和箍筋，主筋与桩体相平行，将主筋两端插入对应的连接筒中，然后用箍筋连接各根主筋，形成钢筋笼。

Images