CN112726573B - Frp管混凝土桩及其施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种FRP管混凝土桩/构件，包括FRP管和填充在FRP管体内的混凝土，所述FRP管的内壁上具有螺纹槽或凹槽，所述混凝土通过带振动的输送泵管灌入FRP管内，所述混凝土内含细骨料和粗骨料。该FRP管混凝土桩/构件提高了混凝土与FRP管内壁的接触充分性以及黏结强度，从而加强了管和混凝土之间的抗剪性能，降低了接触面位置的孔洞的形成，从而提高了FRP管混凝土桩或构件的整体性以及承载性能。

Description

FRP管混凝土桩及其施工方法
技术领域
本发明涉及结构工程和桩基工程领域，特别涉及一种FRP管混凝土桩。
背景技术
FRP管是纤维复合增强材料，具有轻质、高强、耐腐蚀等优点，在土木工程领域得到广泛的应用，在结构工程和桩基工程中采用外包FRP管，内灌混凝土的方法制作FRP管混凝土构件或桩，从而提高了桩或构件的抗拉性能，耐久性和防腐等性能。然而，FRP管与混凝土之间在制作过程中容易出现空洞等情形，在受到荷载作用，如水平循环荷载，振动荷载等，FRP管与混凝土之间易分离从而使得FRP管的防腐性能以及桩的服役性能降低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种改善FRP管与混凝土的接触性能，提高这种新型桩或构件的服役性能的FRP管混凝土桩。
为此，本发明提供的一种FRP管混凝土桩，包括FRP管和填充在FRP管体内的混凝土，所述FRP管的内壁上具有凹槽，所述混凝土通过输送泵管灌入FRP管内，所述混凝土内含细骨料和粗骨料。
本发明中，提高了混凝土与FRP管内壁的接触充分性以及黏结强度，从而加强了管和混凝土之间的抗剪性能，降低了接触面位置的孔洞的形成，从而提高了FRP管混凝土桩或构件的整体性以及承载性能。通过改进FRP管内壁构造以及混凝土灌入FRP管内过程中的控制，改善FRP管与混凝土的接触性能，从而降低这种FRP管混凝土桩或构件的FRP管与混凝土脱离的发生，提高这种新型桩或构件的服役性能。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的FRP管混凝土桩的横向剖面结构示意图；
图2为图1提供的FRP管混凝土桩的FRP管内壁螺纹槽的剖视结构示意图；
图3为图1提供的FRP管混凝土桩的FRP管内壁竖向槽的剖视结构示意图；
图4为图1提供的FRP管混凝土桩的FRP管内壁曲线槽的剖视结构示意图；
图5为本发明实施例一提供的FRP管混凝土桩的输送泵管为一根的施工状态结构示意图；
图6为本发明实施例一提供的FRP管混凝土桩的输送泵管为三根的施工状态结构示意图；
图7为本发明实施例二提供的FRP管混凝土桩的剖面结构示意图；
图8为本发明实施例二提供的FRP管混凝土桩的施工状态输送甭管与FRP管剖面结构示意图；
图9为本发明实施例二提供的FRP管混凝土桩的施工状态结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明进一步详细说明。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“底面”和“顶面”、“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
参照图1-6所示，本发明实施例一提供的本发明提供一种FRP管混凝土桩，包括FRP管1和填充在FRP管体内的混凝土2，所述FRP管的内壁上具有凹槽6，所述凹槽6包括螺纹槽3或竖向槽4或曲线槽5，所述混凝土通过输送泵管7灌入FRP管内，所述混凝土内含细骨料和粗骨料。
所述FRP的内壁具有螺纹槽3时，所述螺纹槽3呈顺时针或逆时针向下旋转。螺纹槽3深度为FRP管壁厚度的1/5-1/15，所述螺纹槽的宽度为1.05d-1.05D,螺纹间距为1.5d-2.5D，所述 d为所注入混凝土细骨料的平均粒径，D为所注入混凝土粗骨料的平均粒径。所述螺纹槽牙型角度α范围为大于等于0℃且小于90°。
所述FRP的内壁具有凹槽6时，凹槽6为竖向槽4或曲线槽5，所述竖向槽4纵向垂直设于FRP的内壁。所述曲线槽5纵截面呈弧线型，开曲线槽过程中FRP管匀速旋转。所述凹槽深度为FRP管壁厚度的1/5-1/15，所述凹槽的宽度为1.05d-1.05D,相邻凹槽之间的间距为FRP管内横截面周长的1/2-1/60，所述 d为所注入混凝土细骨料的平均粒径，D为所注入混凝土粗骨料的平均粒径。
所述凹槽6的横截面的形状为半圆形或矩形或正方形为梯形，半圆形凹槽深度为半径。所述梯形凹槽的深度为梯形横截面的高，凹槽底部为梯形下底，所述梯形下底为凹槽宽度，所述凹槽开口处为梯形上底边长为下底边长的0.5-0.9倍。
FRP管内壁的凹槽6提高了混凝土与FRP管内壁的接触充分性以及黏结强度，从而加强了管和混凝土之间的抗剪性能，降低了接触面位置的孔洞的形成，从而提高了FRP管混凝土桩或构件的整体性以及承载性能。
FRP管混凝土桩的施工方法步骤如下:
（1）制作FRP管，
根据试验和施工要求，先确定FRP管1尺寸以及FRP管内壁凹槽的构造，确定凹槽的角度、深度、宽度和间距参数；
（2）安装输送泵管7，
所述输送泵管7前端部安装有环形振动器8，输送泵管7口直径为6cm，根据FRP管的直径确定输送泵管的数量；所述FRP管内直径小于输送泵管口直径的五倍时，输送泵管的数量为一根，输送泵管数量为一根时，输送泵管7置于FRP管中心；FRP管内直径大于等于输送泵管口直径的五倍且小于输送泵管口直径的十五倍时，输送泵管的数量为三根，输送泵管7其中一根置于FRP管中心，另外两根对称置于FRP管内壁附近；FRP管内直径大于十五倍时，输送泵管的数量为四根，输送泵管7其中一根置于FRP管中心，另三根对称置于FRP管内壁附近；FRP管内直径每增加输送泵管口直径5倍，增加一根输送泵管。
（3）放置FRP管，
先将FRP管竖直保持垂直并固定桩身，FRP管底部通过封装板9封住，将输送泵管置于FRP管内中心位置并推至桩底；
（4）灌注混凝土，
通过输送泵管进行混凝土2贯入作业，在注入过程中环形振动器8进行振动从而确保混凝土的密实性，以及提高混凝土与FRP管接触的充分性。在混凝土灌入的过程中环形振动器8进行振动，振动荷载按照混凝土浇筑过程中的振捣荷载规定进行，在FRP管内注入混凝土的过程中，输送泵管随之提升，提升速度为（0.4~0.9）*4V/πd2，V是输送泵管注入混凝土的平均瞬时流量速度，d为FRP管的内径。FRP管内壁的凹槽6使混凝土与FRP管内壁的接触充分性以及黏结强度提高，从而加强了管和混凝土之间的抗剪性能，
（5）完成灌注混凝土，并封装养护，最终成型，
完成灌注混凝土后，再次在桩顶施加振动荷载，确保混凝土能够与FRP管内壁充分接触且不至于混凝土溢出为准，振动荷载量级按照混凝土浇筑过程中振捣荷载规定确定，完成后对桩顶混凝土进行抹平，并进行封装养护，最终成型。通过改进FRP管内壁构造以及混凝土灌入FRP管内过程中的控制，改善FRP管与混凝土的接触性能，从而降低这种FRP管混凝土桩或构件的FRP管与混凝土脱离的发生，提高这种新型桩或构件的服役性能。
参照图7-9所示，本发明实施例二提供的本发明提供一种FRP管混凝土桩，实施例一基本相同，区别在于：所述FRP管内腔放置有至少一根钢柱10，钢柱10的数量与输送泵管的数量相同，所述钢柱内腔填充有高强度砂浆11，FRP管内腔其他部分填充混凝土2。FRP管内设置钢柱10提高FRP管的承载能力。所述钢柱外表面套接有定位槽12，所述定位槽12可沿钢柱外表面转动，所述输送泵管7底部安装定位装置13，所述定位装置13包括固定件14和卡块15，所述卡块15与定位槽12相互适配。安装输送泵管7时，只需将定位装置上的卡块15卡入定位槽12内，方便确认输送泵管位置，定位槽12可沿钢柱外表面转动，便于输送泵管全方位填充混凝土，确保混凝土能够与FRP管内壁充分接触。
FRP管混凝土桩的施工方法，步骤如下:
（1）制作FRP管，
根据试验和施工要求，先确定FRP管尺寸以及FRP管内壁凹槽的构造，确定凹槽的角度、深度、宽度和间距参数；
（2）安装输送泵管，
所述输送泵管前端部安装有环形振动器，输送泵管口直径为6cm，所述输送泵管底部安装定位装置，所述定位装置包括固定件14和卡块15，所述卡块15与定位槽12相互适配，根据FRP管的直径确定输送泵管7的数量，FRP管内直径小于输送泵管口直径的五倍时，输送泵管7的数量为一根；FRP管内直径大于等于输送泵管口直径的五倍且小于输送泵管口直径的十五倍时，输送泵管7的数量为三根；FRP管内直径大于十五倍时，输送泵管7的数量为四根；FRP管内直径每增加输送泵管口直径5倍，增加一根输送泵管。
（3）放置FRP管，
先将FRP管竖直保持垂直并固定桩身，FRP管底部通过封装板封住，所述封装板9底部设置有至少一个限位槽16。
（4）确定钢柱数量并放置填充钢柱，
钢柱10数量与输送泵管的数量相同，钢柱10置于FRP管内腔，钢柱10底部卡入限位槽16内，限位槽与钢柱10大小数量均相适配，并在钢柱10内腔填充高强度砂浆17。
（5）灌注混凝土，
将输送泵管7置于FRP管内并推至桩底，输送泵管上的定位装置卡于钢柱的定位槽12上，所述定位装置上的卡块15沿定位槽12上下移动，通过输送泵管进行混凝土贯入作业，在混凝土灌入的过程中环形振动器进行振动，振动荷载按照混凝土浇筑过程中的振捣荷载规定进行，在FRP管内注入混凝土的过程中，输送泵管随之提升，提升速度为（0.4~0.9）*4V/πd2，V是输送泵管注入混凝土的平均瞬时流量速度，d为FRP管的内径；
（6）完成灌注混凝土，并封装养护，最终成型，
完成灌注混凝土后，再次在桩顶施加振动荷载，确保混凝土能够与FRP管内壁充分接触且不至于混凝土溢出为准，振动荷载量级按照混凝土浇筑过程中振捣荷载规定确定，完成后对桩顶混凝土进行抹平，并进行封装养护，最终成型。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种FRP管混凝土桩，包括FRP管和填充在FRP管体内的混凝土，其特征是：所述FRP管的内壁上具有凹槽，所述凹槽为螺纹槽或竖向槽或曲线槽，所述混凝土通过输送泵管灌入FRP管内，所述输送泵管前端部安装有环形振动器，所述混凝土内含细骨料和粗骨料，
所述FRP管内腔放置有至少一根钢柱，所述钢柱内腔填充有高强度砂浆，FRP管内腔其他部分填充混凝土，所述钢柱外表面套接有定位槽，所述定位槽可沿钢柱外表面转动，所述输送泵管底部安装定位装置，所述定位装置包括固定件和卡块，所述卡块与定位槽相互适配，所述输送泵管上的定位装置卡于钢柱的定位槽上，所述定位装置上的卡块沿定位槽上下移动。
2.根据权利要求1所述的FRP管混凝土桩，其特征是：所述螺纹槽呈顺时针或逆时针向下旋转，螺纹槽深度为FRP管壁厚度的1/5-1/15，所述螺纹槽的宽度为1.05d-1.05D, 螺纹间距为1.5d-2.5D，所述 d为所注入混凝土细骨料的平均粒径，D为所注入混凝土粗骨料的平均粒径，所述螺纹槽牙型角度α范围为大于等于0°且小于90°。
3.根据权利要求1所述的FRP管混凝土桩，其特征是：所述竖向槽或曲线槽深度为FRP管壁厚度的1/5-1/15，相邻凹槽之间的间距为FRP管内横截面周长的1/2-1/60，所述凹槽的宽度为1.05d-1.05D,所述 d为所注入混凝土细骨料的平均粒径，D为所注入混凝土粗骨料的平均粒径。
4.根据权利要求1或2或3所述的FRP管混凝土桩，其特征是：所述凹槽的横截面的形状为半圆形或为矩形或正方形，半圆形凹槽深度为半径。
5.根据权利要求1或2或3所述的FRP管混凝土桩，其特征是：所述凹槽的横截面为梯形，所述凹槽的深度为梯形横截面的高，凹槽底部为梯形下底，所述梯形下底为凹槽宽度，所述凹槽开口处为梯形上底边长为下底边长的0.5-0.9倍。
6.基于权利要求1所述的FRP管混凝土桩的施工方法，其特征是：步骤如下，
（1）制作FRP管，
根据试验和施工要求，先确定FRP管尺寸以及FRP管内壁凹槽的构造，确定凹槽的角度、深度、宽度和间距参数；
（2）安装输送泵管，
所述输送泵管前端部安装有环形振动器，输送泵管口直径为6cm，根据FRP管的直径确定输送泵管的数量；
（3）放置FRP管，
先将FRP管竖直保持垂直并固定桩身，FRP管底部通过封装板封住；
（4）灌注混凝土，
将输送泵管置于FRP管内中心位置并推至桩底，通过输送泵管进行混凝土贯入作业，在混凝土灌入的过程中环形振动器进行振动，振动荷载按照混凝土浇筑过程中的振捣荷载规定进行，在FRP管内注入混凝土的过程中，输送泵管随之提升，提升速度为（0.4~0.9）*4V/πd2，V是输送泵管注入混凝土的平均瞬时流量速度，d为FRP管的内径；
（5）完成灌注混凝土，并封装养护，最终成型，
完成灌注混凝土后，再次在桩顶施加振动荷载，确保混凝土能够与FRP管内壁充分接触且不至于混凝土溢出为准，振动荷载量级按照混凝土浇筑过程中振捣荷载规定确定，完成后对桩顶混凝土进行抹平，并进行封装养护，最终成型。
7.根据权利要求6所述的FRP管混凝土桩的施工方法，其特征是：在步骤（2）中，FRP管内直径小于输送泵管口直径的五倍时，输送泵管的数量为一根；FRP管内直径大于等于输送泵管口直径的五倍且小于输送泵管口直径的十五倍时，输送泵管的数量为三根；FRP管内直径大于十五倍时，输送泵管的数量为四根；FRP管内直径每增加输送泵管口直径5倍，增加一根输送泵管。
8.基于权利要求1所述的FRP管混凝土桩的施工方法，其特征是：步骤如下，
（1）制作FRP管，
根据试验和施工要求，先确定FRP管尺寸以及FRP管内壁凹槽的构造，确定凹槽的角度、深度、宽度和间距参数；
（2）安装输送泵管，
所述输送泵管前端部安装有环形振动器，输送泵管口直径为6cm，所述输送泵管底部安装定位装置，所述定位装置包括固定件和卡块，所述卡块与定位槽相互适配，根据FRP管的直径确定输送泵管的数量，FRP管内直径小于输送泵管口直径的五倍时，输送泵管的数量为一根；FRP管内直径大于等于输送泵管口直径的五倍且小于输送泵管口直径的十五倍时，输送泵管的数量为三根；FRP管内直径大于十五倍时，输送泵管的数量为四根；FRP管内直径每增加输送泵管口直径5倍，增加一根输送泵管；
（3）放置FRP管，
先将FRP管竖直保持垂直并固定桩身，FRP管底部通过封装板封住，所述封装板底部设置有至少一个限位槽；
（4）确定钢柱数量并放置填充钢柱，
钢柱数量与输送泵管的数量相同，钢柱置于FRP管内腔，钢柱底部卡入限位槽内，限位槽数量与钢柱大小数量均相适配，并在钢柱内腔填充高强度砂浆；
（5）灌注混凝土，
将输送泵管置于FRP管内并推至桩底，输送泵管上的定位装置卡于钢柱的定位槽上，所述定位装置上的卡块沿定位槽上下移动，通过输送泵管进行混凝土贯入作业，在混凝土灌入的过程中环形振动器进行振动，振动荷载按照混凝土浇筑过程中的振捣荷载规定进行，在FRP管内注入混凝土的过程中，输送泵管随之提升，提升速度为（0.4~0.9）*4V/πd2，V是输送泵管注入混凝土的平均瞬时流量速度，d为FRP管的内径；
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