一种承载式透水混凝土-ECC复合预制桩及其制备方法
技术领域
本发明涉及混凝土透水桩技术领域,尤其涉及一种承载式透水混凝土-ECC复合预制桩及其制备方法。
背景技术
本发明背景技术中公开的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解,而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
现有的透水桩技术,如普通透水混凝土桩或普通碎石桩,因其孔隙率大,渗透性强,能发挥桩体承载的作用,亦能发挥竖向排水通道的作用以加快土体超静孔隙水压力的消散,提高地基固结速率,从而在工程中倍受青睐。但仍存在以下不足:首先,上述的这类透水桩承受水平荷载的能力较低;例如,普通碎石桩在使用过程中易由于桩周土体的承载力不足而发生膨胀破坏,而普通透水混凝土桩则由于本身的抗折强度较低易发生折断破坏,进而对竖向承载力造成不利影响。其次,施工工艺特殊复杂,尤其是普通透水混凝土桩在施工过程中易产生混凝土的离析现象,且固结速度慢易产生堵孔现象,这使得透水混凝土桩现场施工速度慢,施工质量难以控制。这些不足限制了现有的透水桩技术在土木工程中的推广应用。
发明内容
针对上述问题,本发明提供了一种承载式透水混凝土-ECC混凝土复合预制桩及其制备方法,通过透水混凝土和ECC形成的双层结构保证了桩身透水性能的同时,解决了现有技术的透水桩诸如透水混凝土桩或碎石桩横向承载力不足,易产生开裂破坏等问题。为实现上述目的,本发明的技术方案如下。
在本发明的第一方面,一种承载式透水混凝土-ECC复合预制桩,包括:外层、内层、连接件、钻头和桩顶保护帽。所述内层为ECC混凝土制成的柱状结构,透水混凝土材质的所述外层包裹在内层的侧壁上,且内层的上端高于外层的上端形成凸出部。所述钻头通过连接件固定在内层的下端。所述桩顶保护帽为具有凹槽的柱状体,所述凸出部能够插接在凹槽中与凹槽紧密配合。
进一步地,所述凸出部的长度和凹槽的深度相同,可选为40~50cm。通过凸出部与顶保护帽配合能够使桩体在压入过程中受力均匀,防止静压贯入沉桩过程中桩身发生失稳破坏。
进一步地,所述钻头为锥形结构,其底面尺寸大于外层的截面尺寸,例如,所述钻头为圆锥形结构,所述外层和内层形成的桩身为圆柱形结构时,所述圆锥形结构的底面直径大于桩身直径。以减小在沉桩过程中桩体与土之间的摩擦力,并增加桩体整体的重量,为采用静压贯入沉桩提供便利。可选地,所述底面直径大于桩身直径5~10mm。可选地,钻头由高强混凝土制成。
进一步地,所述连接件成圆形或者矩形分布;进行桩身混凝土的浇筑时,将ECC混凝土直接浇筑在连接件上完成咬合,从而增加钻头和桩身的牢固性。
进一步地,所述连接件成圆形分布时的直径为25-30cm进一步地,所述连接件为钢筋,优选为螺纹钢,其与钻头、桩身之间的连接更为牢固。
进一步地,所述内层、桩顶保护帽均为圆柱形结构,所述钻头为圆锥形结构,桩顶保护帽外径与钻头底面直径相同。
可选地,所述桩顶保护帽是由钢材制成,通其过扣设在已经预成型的所述凸出部上完成接合,能在静压贯入过程中保护桩身;同时,桩顶保护帽可自由拆卸,重复利用。
在本发明的第二方面,公开所述承载式透水混凝土-ECC混凝土复合预制桩的制备方法,包括如下步骤:(1)先预制埋设有连接件的钻头,然后在连接件上浇注ECC混凝土,经过振捣、养护成型后形成内层后脱模,再将透水混凝土浇注在内层外侧,经振捣、养护成型后形成外层后脱模,且内层的上端高于外层的上端形成凸出部。(2)在需要进行沉桩前,将所述桩顶保护帽扣设在所述凸出部上,即得。
进一步地,步骤(2)中采用静压贯入沉桩法将复合预制桩压入目标地点。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
(1)采用预制的办法,桩体质量易控制,施工效率高。现有的透水桩技术,如普通透水混凝土桩,其施工工艺特殊复杂,对施工人员的技术要求高,当现场浇筑的透水混凝土桩受实际现场情况的干扰:一方面容易在透水混凝土还未硬化时因土体的水进入而产生离析;另一方面其固结速度慢,其孔隙容易进土,影响最终实际成桩的透水效果。导致施工质量难以控制,且施工速度慢。采用预制的方式能够更好地控制成桩质量,提高施工速度。
(2)抗弯性能和弯曲能力强。现有的透水桩技术如普通透水混凝土桩和碎石桩承载力较低,当承受水平荷载或弯矩时,可能导致开裂甚至引起破坏。通过使用抗弯性能和弯曲能力强的ECC混凝土作为桩身内层来为桩身提供良好的抗弯性能和抵抗破坏的能力来防止混凝土发生过大的变形或开裂,且能够允许桩端发生一定程度的水平位移,适用范围更广。
(3)排水效率更高,地基固结速度更快。通过预制,相比于采用现场浇筑方法的透水桩技术,桩体在投入使用时就已具备成型的透水能力和强度,相当于提高了排水效率和地基固结速率,缩短了工期。
(4)采用静压贯入沉桩,噪声小,效率高。静压贯入沉桩法施工对现场附近的居民影响小,方便快捷、自动化程度高、适应力强,经济安全。桩体采用钢制保护盖和钢制钻头,增加了整桩重量,采用静压贯入沉桩法效率更高。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例中承载式透水混凝土-ECC复合预制桩的结构示意图。
图2为本发明实施例中钻头的结构示意图。
图3为本发明实施例中桩顶保护帽的结构示意图。
图中标记分别代表:1-外层、2-内层、3-连接件、4-钻头、5-桩顶保护帽、6-凸出部、7-凹槽。
具体实施方式
应该指出,以下详细说明都是例示性的,旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明,本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式。此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
为了方便叙述,本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样,仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致,并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的设备或元件需要具有特定的方位,以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
术语解释部分:本发明中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或为一体;可以是机械连接,可以是直接连接,也可以是通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部连接,或者两个元件的相互作用关系,对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。
所述,透水桩承受水平荷载的能力较低,易发生折断破坏,而且施工工艺特殊复杂,尤其是普通透水混凝土桩在施工过程中易产生混凝土的离析现象,且固结速度慢易产生堵孔现象,这使得透水混凝土桩现场施工速度慢,施工质量难以控制。因此,本发明提出了种承载式透水混凝土-ECC复合预制桩及其制备方法;现结合说明书附图和具体实施例对本发明进一步说明。
第一实施例,参考图1-3,示例一种承载式透水混凝土-ECC混凝土复合预制桩,包括:外层1、内层2、连接件3、钻头4和桩顶保护帽5。
对于所述内层2,其为ECC混凝土制成的实心圆柱形结构,透水混凝土材质的所述外层1包裹在内层2的侧壁上,共同形成桩身。这种透水混凝土和ECC混凝土形成的复合双层结构兼具两种混凝土的优点,其中,内层的ECC混凝土出色的拉应变-硬化性能、延性为桩身提供了良好的抗弯性能且允许桩身发生一定程度的水平位移。同时,外层的透水混凝土保证了桩身的透水性能,能够发挥竖向排水通道的作用,以加快土体超静孔隙水压力的消散,提高地基固结速率。
进一步地,所述内层2的上端高于外层1的上端形成凸出部6。所述桩顶保护帽5为具有圆形凹槽7的圆柱状体,所述凸出部6能够插接在凹槽7中与凹槽紧密配合,且桩顶保护帽5外径与钻头4底面直径相同。在本实施例中所述桩顶保护帽5是由钢材制成,通其过扣设在已经预成型的所述凸出部6上完成接合,能在静压贯入过程中保护桩身;同时,桩顶保护帽5可自由拆卸,重复利用。
所述钻头4通过连接件3固定在内层2的下端,所述连接件3为螺纹钢,其与钻头4、桩身之间的连接更为牢固。所述钻头4为圆锥形结构,该圆锥形结构的底面直径大于桩身直径,以减小在沉桩过程中桩体与土之间的摩擦力,并增加桩体整体的重量,为采用静压贯入沉桩提供便利。在一些实施例中所述底面直径比桩身直径大5~10mm,例如,大5mm或者10mm。
进一步地,所述凸出部6的长度和凹槽7的深度相同,通过凸出部6与桩顶保护帽5配合能够使桩体在压入过程中受力均匀,避免孔隙率大、抗压强度相对较低的透水混凝土因处于不良的受力状态而对整个桩体产生不利的影响。在一些实施例中,所述凸出部6的长度、凹槽7的深度可以在40~50cm之间任意选择,例如,长度、深度均为40cm或者50cm。
进一步地,在一些实施例中,所述连接件3成圆形分布,其直径大约为25cm,进行桩身混凝土的浇筑时,将ECC混凝土直接浇筑在连接件3上完成咬合,从而增加钻头4和桩身的牢固性。另外,所述连接件3还可以成其他形状的分布,如正方形等。可选地,在不同的实施例中,所述连接件3成圆形分布时的直径
第二实施例:图1-3示例的一种承载式透水混凝土-ECC混凝土复合预制桩的制备方法,先浇筑出圆锥形的高强混凝土(强度等级为C60及其以上的混凝土)制钻头4,并在其底面埋设一圈直径大大约为30cm的钢筋作为连接件3,将钻头养护28d成型后,再在钢筋上浇筑圆柱形的ECC混凝土并振捣,待养护28d成型后形成内层1并脱模。最后将透水混凝土浇筑在ECC层的外侧并振捣,待养护28d成型后形成外层2并脱模,且内层2的上端高于外层1的上端形成凸出部6,即得。
其中,由内层1和外层2形成的桩身直径为18cm,内层1高度为7.5m,外层2高度为7m,即凸出部6高度为50cm。钻头4的底面直径为71cm。所述桩顶保护帽5外径为71cm,内径为35cm,高度为70cm。所述桩顶保护帽5上的凹槽7深度为50cm。
所述桩顶保护帽5为提前预制,在需要沉桩时与所述凸出部6配合使用,所述桩顶保护帽5为具有圆形凹槽7的圆柱状体,所述凸出部6能够插接在凹槽7中与凹槽紧密配合,且桩顶保护帽5外径与钻头4底面直径相同。
第三实施例:上述实施例制备的承载式透水混凝土-ECC混凝土复合预制桩的施工方法,包括如下步骤:
(1)根据施工图设计文件以及周边环境资料,于施工现场测放桩的点位,点位应被明显标记。
(2)安装和调试静压桩机,保证桩机的压头中心对准桩点的位置处,并试运行检查正常后确认就位。
(3)将桩顶保护盖扣设在桩身上,起吊预制双层混凝土透水桩,令预制桩对准目标点位,通过压头的压入作用竖直压入土中。
(4)当钻头插入目标点位后,控制预制桩纵向与横向的偏差不大于0.5%。此时控制桩机的压入速率,不大于2m/min,将预制桩缓慢竖直压入土中。
(5)当桩顶距离地面1.5m时,将桩顶保护盖卸下,令桩身暴露。
(6)移动桩机至下一个目标点位,并重复步骤(3)~(5),直至将所有预制桩压入土中,再进行与承台相关的施工,最后清理施工现场。
最后,需要说明的是,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。上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述,但并非对本发明保护范围的限制,所属领域技术人员应该明白,在本发明的技术方案的基础上,本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。