CN110130359A - 一种bfrp筋材混合配筋支护桩及其施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及建筑工程技术领域，公开了一种BFRP筋材混合配筋支护桩及其施工方法，支护桩结构包括混凝土结构的桩身，桩身内设有沿桩身中轴线环向分布的纵向筋；纵向筋通过箍筋绑扎成支架筋笼；桩身位于基坑内侧的部分为受压区，桩身嵌于基坑侧壁的部分为受拉区；受拉区采用BFRP筋材，受压区内的纵向筋全部为钢筋。本发明通过采用钢筋和等刚度替换的BFRP筋材搭配作为桩身混凝土的纵向受力主筋，充分发挥BFRP筋材的抗拉强度远大于钢筋的抗拉强度的优点，可以在不影响桩身整体的抗弯承载能力的前提下，提高纵向筋的抗变形能力，节约钢筋用量，减少支架筋笼的制作程序并简化工艺；并能有效规避因桩身混凝土内部钢筋塑性变形导致基坑侧向变形过大的现象发生。

Description

一种BFRP筋材混合配筋支护桩及其施工方法
技术领域
本发明涉及建筑工程技术领域，具体涉及一种BFRP筋材混合配筋支护桩及其施工方法。
背景技术
玄武岩纤维筋是一种新型无机环保绿色高性能纤维复合材料，它是由二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化镁、氧化铁和二氧化钛等氧化物组成的玄武岩石料在高温熔融后，通过漏板快速拉制纤维后通过树脂材料形成不同直径的筋材。玄武岩纤维复合筋材不仅强度高，而且还具有电绝缘、耐腐蚀、耐高温等多种优异性能。
基坑工程中，支护结构的混凝土桩身嵌于基坑侧壁内和基坑底以下，支护结构通常采用普通或高强钢筋，除用钢量较大外，桩身变形也比较大，且纵向钢筋和箍筋制作程序及工艺比较繁琐，且经常处于带水工作状态，水及其他腐蚀介质渗入桩身混凝土内部会对钢筋产生腐蚀，因此经常因桩身混凝土内部钢筋塑性变形导致基坑侧向变形超限现象。
发明内容
基于以上问题，本发明提供一种BFRP筋材混合配筋支护桩及其施工方法，采用钢筋和等刚度的BFRP筋材搭配作为桩身混凝土的纵向受力主筋，因BFRP筋材的抗拉强度大于钢筋的抗拉强度，可以在不影响桩身整体的抗弯承载能力的前提下，可节约钢筋用量，减少支架筋笼的制作程序和简化工艺；提高了桩身混凝土中的筋材的抗变形能力，有效规避了因桩身混凝土内部钢筋塑性变形导致基坑侧向变形过大的现象发生。
为解决以上技术问题，本发明提供了一种BFRP筋材混合配筋支护桩，包括嵌于基坑边缘并对基坑侧壁起支护作用的桩身，所述桩身为混凝土结构，所述桩身内设有多根沿桩身长度方向设置的纵向筋，且所述纵向筋在桩身内沿桩身中轴线环向分布；所述纵向筋外环向设置有箍筋，所述箍筋沿桩身长度方向间隔布置并与纵向筋通过扎丝绑扎为支架筋笼；所述桩身位于基坑内侧的部分为受压区，所述桩身嵌于基坑侧壁的部分为受拉区；所述纵向筋包括钢筋和BFRP筋材，所述受拉区采用BFRP筋材，所述受压区内的纵向筋全部为钢筋。
进一步地，箍筋由BFRP材料制得，所述箍筋的直径小于纵向筋的外径。
进一步地，BFRP筋材的表面带有环状凸肋。
为解决以上技术问题，本发明还提供了一种BFRP筋材混合配筋支护桩的施工方法，该方法包括如下步骤：
1)根据基坑场地土层分布及其物理力学性能参数以及基坑的设计尺寸，按现行技术标准计算确定桩身的长度、直径和混凝土强度等级；计算支护桩桩身在受压区纵向筋全部采用钢筋时的面积AS1和根数n1，以及受拉区纵向筋全部采用钢筋时的面积AS2和根数n2；
2)根据步骤1)中计算的AS2，按等刚度原则，取截面面积为1.2AS2的BFRP筋材作为受拉区纵向筋，根据选用的BFRP筋材直径确定BFRP筋材的数量n3；
3)按桩长、桩径定尺裁料，受压区全部采用钢筋，受拉区采用BFRP筋材，受压区BFRP筋材与受拉区钢筋作为纵向筋环向分布与桩身内，利用扎丝将箍筋绑扎在纵向筋围成的圆环外，制成支架筋笼；
4)按照计算的桩身长度、直径钻孔，成孔后将步骤3)中制作好的支架筋笼吊放至孔内，并进行支架筋笼定位，使支架筋笼的中心轴与钻孔内中心轴位于同一直线上；
5)向带有支架筋笼的孔内灌入混凝土，浇筑完成后进行养护。
进一步地，BFRP筋材的纵向筋在接长段采用钢质套筒以及结构胶粘接固定。
进一步地，套筒位于两节BFRP筋材的搭接接头处，所述结构胶由套筒一端注入套筒内，将两节BFRP筋材的搭接接头与套筒内腔之间的间隙填满。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过采用钢筋和等刚度的BFRP筋材搭配作为桩身混凝土的纵向受力主筋，桩身混凝土的受拉区采用BFRP筋材，受压区内的纵向筋全部为钢筋，因BFRP筋材的抗拉强度大于钢筋的抗拉强度，可以在不影响桩身整体的抗拉强度下，可节约钢筋用量；同时提高了桩身混凝土中的筋材的耐腐蚀能力，有效规避了桩身混凝土内部筋材断裂导致断桩事故发生。
附图说明
图1为实施例1和2中BFRP筋材混合配筋支护桩的俯视结构图；
图2为实施例1和2中的支架筋笼的立体图；
图3为实施例1中BFRP筋材的结构示意图；
其中：1、基坑侧壁；2、桩身；3、纵向筋；4、箍筋；5、钢筋；6、BFRP筋材；7、凸肋。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1：
参见图1和图2，一种BFRP筋材混合配筋支护桩，包括嵌于基坑边缘并对基坑侧壁1起支护作用的桩身2，所述桩身2为混凝土结构，所述桩身2内设有多根沿桩身2长度方向设置的纵向筋3，且所述纵向筋3在桩身2内沿桩身2中轴线环向分布；所述纵向筋3外环向设置有箍筋4，所述箍筋4沿桩身2长度方向间隔布置并与纵向筋3通过扎丝绑扎为支架筋笼；所述桩身2位于基坑内侧的部分为受压区，所述桩身2嵌于基坑侧壁1的部分为受拉区；所述纵向筋3包括钢筋5和BFRP筋材6，所述受拉区采用BFRP筋材6，所述受压区内的纵向筋3全部为钢筋5。
在本实施例中，圆柱形的桩身2下部嵌固在基坑的土体内，上部桩身2一部分裸露于基坑内，另一部分嵌于基坑侧壁1土层内，起到对基坑侧壁1的支护作用。在基坑侧壁1土体的侧向作用力下，其中裸露于基坑内的上部桩身2内的筋材承受压应力，嵌于基坑侧壁1土层内的桩身2内的筋材受拉应力；因采用等刚度的BFRP筋材6环向布置作为受拉区混凝土的纵向受力主筋，受压区则采用钢筋5作为纵向受力主筋，同时利用扎丝将箍筋4绑扎于纵向筋3外壁形成支架筋笼；因BFRP筋材6的抗拉强度大于钢筋5的抗拉强度，可以在不影响桩身2整体的抗拉强度下，可节约钢筋5用量；同时提高了桩身2混凝土中的筋材的耐腐蚀能力，有效规避了桩身2混凝土内部筋材断裂导致断桩事故发生。
因BFRP筋材6的抗拉强度大于钢筋5的抗拉强度，在满足相同拉力的条件下，采用BFRP筋材6时受拉筋材的截面总面积为全部采用钢筋5作为受拉钢筋5的截面积的1.2倍，增大了筋材的表面积，增强了混凝土与筋材的握裹效果。
箍筋4为BFRP筋材，箍筋4的外径小于纵向筋3的外径，便于箍筋4的弯折成型。减少了小直径BFRP筋材6的现场拉伸工序，进一步加快施工进度。
参见图3，BFRP筋材6的表面带有环状凸肋7，凸肋7的设置可以增大BFRP筋材6与桩身2混凝土的握裹力，有利于应力的传递。
实施例2
参见图1和图2，一种BFRP筋材混合配筋支护桩的施工方法，包括如下步骤：
1)根据基坑场地土层分布及其物理力学性能参数以及基坑的设计尺寸，按现行技术标准计算确定桩身2的长度、直径和混凝土强度等级；计算支护桩桩身2在受压区纵向筋全部采用钢筋5时的面积AS1和根数n1，以及受拉区纵向筋全部采用钢筋5时的面积AS2和根数n2；在工程应用中，支护桩的截面形状可以是圆型、方型、T型或H型，本实施例采用圆形截面的支护桩。
2)根据步骤1)中计算的AS2，按等刚度原则，取截面面积为1.2AS2的BFRP筋材6作为受拉区纵向筋3，根据选用的BFRP筋材6直径确定BFRP筋材6的数量n3；
3)按桩长、桩径定尺裁料，受压区全部采用钢筋5，受拉区采用BFRP筋材6，受压区BFRP筋材6与受拉区钢筋5作为纵向筋环向分布与桩身2内，利用扎丝将箍筋4绑扎在纵向筋3围成的圆环外，制成支架筋笼；
4)按照计算的桩身2长度、直径钻孔，成孔后将步骤3)中制作好的支架筋笼吊放至孔内，并进行支架筋笼定位，使支架筋笼的中心轴与钻孔内中心轴位于同一直线上；
5)向带有支架筋笼的孔内灌入混凝土，浇筑完成后进行养护。
在本实施例中，由BFRP筋材6作为纵向筋3承受拉应力时，因其抗拉强度大于钢筋5的抗拉强度，但其BFRP筋材6在同强度条件下较钢筋5的变形大，采用适当增加配筋面积至使用钢筋5时配筋面积的1.2倍方式进行弥补。使BFRP筋材6满足桩身2混凝土对纵向筋3变形量的要求；采用钢筋5和等刚度的BFRP筋材6搭配并环向布置作为桩身2混凝土的纵向受力主筋，同时利用扎丝将箍筋4绑扎于纵向筋3外壁形成支架筋笼，且箍筋4材质也为BFRP材质；桩身2混凝土的受压区纵向筋3全部采用BFRP筋材6，桩身2混凝土的受拉区采用BFRP筋材6，可以在不影响桩身2整体的抗拉强度下，可节约钢筋5用量；同时提高了桩身2混凝土中的筋材的耐腐蚀能力，有效规避了桩身2混凝土内部筋材断裂导致断桩事故发生。
BFRP筋材6的纵向筋3在接长段采用钢质套筒、结构胶粘接固定。套筒位于两节BFRP筋材6的搭接接头处，结构胶由套筒一端注入套筒内，将两节BFRP筋材6的搭接接头与套筒内腔之间的间隙填满。可以通过套筒与结构胶实现两根BFRP筋材6直接的接长，满足接头处的抗拉强度要求。钢筋5的接长则可采用钢质套筒或直接焊接。
由于BFRP筋材6可大量采用盘圆形运输，现场解盘后BFRP筋材6会自动平直，较少主筋接头数量而较少施工工序，在确保连结质量的同时缩短了施工周期。
如上即为本发明的实施例。上述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种BFRP筋材混合配筋支护桩，其特征在于：包括嵌于基坑边缘并对基坑侧壁(1)起支护作用的桩身(2)，所述桩身(2)为混凝土结构，所述桩身(2)内设有多根沿桩身(2)长度方向设置的纵向筋(3)，且所述纵向筋(3)在桩身(2)内沿桩身(2)中轴线环向分布；所述纵向筋(3)外环向设置有箍筋(4)，所述箍筋(4)沿桩身(2)长度方向间隔布置并与纵向筋(3)通过扎丝绑扎为支架筋笼；所述桩身(2)位于基坑内侧的部分为受压区，所述桩身(2)嵌于基坑侧壁(1)的部分为受拉区；所述纵向筋(3)包括钢筋(5)和BFRP筋材(6)，所述受拉区采用BFRP筋材(6)，所述受压区内的纵向筋(3)全部为钢筋(5)。
2.根据权利要求1所述的BFRP筋材混合配筋支护桩，其特征在于：所述箍筋(4)由BFRP材料制得，所述箍筋(4)的直径小于纵向筋(3)的外径。
3.根据权利要求1所述的BFRP筋材混合配筋支护桩，其特征在于：所述BFRP筋材(6)的表面带有环状凸肋(7)。
4.一种基于权利要求1-3任意一项所述的BFRP筋材混合配筋支护桩的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)根据基坑场地土层分布及其物理力学性能参数以及基坑的设计尺寸，按现行技术标准计算确定桩身(2)的长度、直径和混凝土强度等级；计算支护桩桩身(2)在受压区纵向筋全部采用钢筋(5)时的面积AS1和根数n1，以及受拉区纵向筋全部采用钢筋(5)时的面积AS2和根数n2；
2)根据步骤1)中计算的AS2，按等刚度原则，取截面面积为1.2AS2的BFRP筋材(6)作为受拉区纵向筋(3)，根据选用的BFRP筋材(6)直径确定BFRP筋材(6)的数量n3；
3)按桩长、桩径定尺裁料，受压区全部采用钢筋(5)，受拉区采用BFRP筋材(6)，受压区BFRP筋材(6)与受拉区钢筋(5)作为纵向筋环向分布与桩身(2)内，利用扎丝将箍筋(4)绑扎在纵向筋(3)围成的圆环外，制成支架筋笼；
4)按照计算的桩身(2)长度、直径钻孔，成孔后将步骤3)中制作好的支架筋笼吊放至孔内，并进行支架筋笼定位，使支架筋笼的中心轴与钻孔内中心轴位于同一直线上；
5)向带有支架筋笼的孔内灌入混凝土，浇筑完成后进行养护。
5.根据权利要求4所述的施工方法，其特征在于：所述BFRP筋材(6)的纵向筋(3)在接长段采用钢质套筒以及结构胶粘接固定。
6.根据权利要求5所述的施工方法，其特征在于：所述套筒位于两节BFRP筋材(6)的搭接接头处，所述结构胶由套筒一端注入套筒内，将两节BFRP筋材(6)的搭接接头与套筒内腔之间的间隙填满。
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