CN113513016A - 一种预应力高强度混凝土混合配筋尖角桩及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种预应力高强度混凝土混合配筋尖角桩及其制备方法，其桩身的外截面形状为等边三角形，内截面为圆形空腔，其桩尖部分呈三棱锥形状；桩身的钢筋笼，包括：预应力钢棒主筋、非预应力钢筋、和箍筋；预应力钢棒主筋和非预应力钢筋间隔排列、纵向埋设在桩身内围设成一等边三角形，箍筋螺旋式环绕在预应力钢棒主筋和非预应力钢筋的外侧，钢筋笼的末端固定装设端头板，端头板的形状与桩身截面相同。本发明的结构使得角桩的桩身在土层的挤压下，来自各向的外力作用能够相互抵消，桩身截面的内力作用更加均衡。桩身的抗弯、抗剪性能均优于同直径的预应力混凝土管桩及混合配筋管桩。此外，桩身刚度的增强，也提高了角桩的耐打性和以及抗震性能。

Description

一种预应力高强度混凝土混合配筋尖角桩及其制备方法

技术领域

本发明属于混凝土预制桩的技术领域，具体涉及一种预应力高强度混凝土混合配筋尖角桩及其制备方法。

背景技术

桩基作为建筑物的持力部位，其重要性不言而喻。钢筋混凝土预制桩，作为当今建设工程中最常用的桩型，目前以圆形截面的管桩及方形截面的方桩最为常见。其主要原理都是通过桩机打入或压入地基中，作为建筑物的持力层或用来提高地基基础的承载力。管桩特点是工艺简单，成桩质量可靠，造价低；方桩特点是桩身刚度大，单桩承载力高，但生产工艺复杂，造价高，市场占有率不及管桩。

若能开发一种桩型，使之既有管桩工艺简单、成本低的优势，又具有方桩力学性能优异、桩身耐打性强的特点，将会使预应力混凝土预制桩的优势更加充分地体现出来，并且在桩身刚度、抗弯性、承载性及经济性等方面，有更进一步的提升。

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一在于提供一种工艺简单、承载力高的预应力高强度混凝土混合配筋尖角桩的制备方法。

本发明所要解决的技术问题之二在于提供一种工艺简单、承载力高的预应力高强度混凝土混合配筋尖角桩。

本发明是这样实现的：

一种预应力高强度混凝土混合配筋尖角桩，其桩身的外截面形状为等边三角形，内截面为圆形空腔，其桩尖部分呈三棱锥形状；所述桩身的钢筋笼，包括：预应力钢棒主筋、非预应力钢筋和箍筋；所述预应力钢棒主筋和所述非预应力钢筋间隔排列、纵向埋设在所述桩身内围设成一等边三角形，所述箍筋螺旋式环绕在所述预应力钢棒主筋和所述非预应力钢筋的外侧，所述钢筋笼的末端固定装设端头板，所述端头板的形状与所述桩身截面相同。

进一步地，所述桩身最薄处的混凝土壁厚为100-200mm。

进一步地，所述预应力高强混凝土混合配筋尖角桩的外直径为500-1000mm。

进一步地，所述端头板采用Q235B钢板。

如上所述的一种预应力高强度混凝土混合配筋尖角桩的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：高强混凝土的制备，具体包括：

准备如下重量份数组分的高强混凝土：水泥300-500份，矿物掺合料100-150份，粗骨料900-1200份，细骨料500-800份，水100-200份，减水剂5-20份，阻锈剂3-8份；

将粗骨料及细骨料投入强制式搅拌机中搅拌均匀，接着投入水泥、矿物掺合料及阻锈剂，接着加入5％的水进行搅拌，搅拌过程中逐渐加水至50％，然后继续添加减水剂与剩余50％水的混合物继续搅拌，制成坍落度在50-100mm的新拌混凝土；

步骤2：制作尖角桩，具体包括：

步骤21：编制钢筋笼：根据角桩边长大小，角桩长度，选用长度、直径适用的预应力钢棒作为主筋，与非预应力钢筋间隔布置，采用滚焊机将箍筋焊接固定在预应力钢棒主筋和非预应力钢筋的外围，编制成截面形状为等边三角形的钢筋笼；

步骤22：喂料、张拉、离心：

编制好的钢筋笼一端用端头板固定，另一端与预制的三棱锥形混凝土桩尖、张拉板相连，放置于特制形状的钢模上，采用机械或者人工喂料的方式，向钢模下半模投喂所述步骤1制备的混凝土，投喂完毕盖好上半模，旋紧钢模两侧的固定螺栓；钢模整体的内壁呈三角形，外壁为圆形，使角桩能够置于离心机之上进行离心成型，脱模后的桩身能够形成三棱柱的形状；喂料完毕，通过钢模一端的张拉板的张拉螺杆，采用张拉机对角桩施加预应力；张拉完毕后，将钢模吊放至离心机上方，按慢速-中速-高速的转速对角桩进行离心，经过离心后的桩身混凝土更密实，成型质量更佳；

步骤23：蒸汽养护、预应力放张、压蒸养护，具体包括：

离心完毕后，将角桩带钢模置于养护池中，按升温-恒温-降温的方式使桩身凝结硬化，达到脱模强度后，进行预应力放张并拆模；脱模后的角桩再转入高压釜中进行二次养护，包括升压-恒压-降压-降温四个阶段。

本发明的优点在于：

1、本发明制作的预应力高强混凝土混合配筋尖角桩，在混凝土中掺入了硅灰、粒化高炉矿渣粉及阻锈剂。硅灰、矿粉中的活性成分能够与水泥中的氢氧化钙反应生成铝硅酸钙，使混凝土的抗压、抗弯和劈裂抗拉强度得到增强，显著改善混凝土的碱—集料反应，保证构件后期强度的稳定增长；阻锈剂的加入，使混凝土在搅拌过程中产生许多微小的封闭气泡，从而提高了水泥的保水能力，使混凝土拌合物的泌水性大大减小，混凝土内部结构的连续性和均匀性进一步增强，孔径细化，从而抑制氯离子的活性，使其渗透作用大大减弱，减缓了钢筋的锈蚀，使构件能够经受住高氯盐、硫酸盐环境的长期侵蚀，保证了角桩良好的耐久性和较长的使用寿命。

2、本发明的预应力高强混凝土混合配筋尖角桩，桩身截面形状呈等边三角形，而等边三角形，是三角形中最稳定的结构。相比于管桩的圆形截面、方桩的四边形截面而言，显然角桩的三角形截面更加稳定，这就使得角桩的桩身在土层的挤压下，来自各向的外力作用能够相互抵消，桩身截面的内力作用更加均衡。桩身的抗弯、抗剪性能均优于同直径的预应力混凝土管桩及混合配筋管桩。此外，桩身刚度的增强，也提高了角桩的耐打性和以及抗震性能。

3、本发明的预应力高强混凝土混合配筋尖角桩，由于桩身采用角形截面，在土层中桩体与土的休止角比圆型截面大得多，桩身与土体的接触面积更大，意味着角桩比管桩在同等地质条件下能获得更大的承载力。同等外径的角桩，其桩身承载力相比于同外径的管桩，要高出15％以上，意味着角桩每KN承载力的造价要大大低于预应力混凝土管桩，且同外径的角桩相比于混合配筋管桩，其对钢材、混凝土等材料的消耗也大大减少，若在桩基工程中得到广泛使用，可节省大量的材料成本，从而使角桩具有更高的性价比。

4、本发明的预应力高强混凝土混合配筋尖角桩，采用了预应力钢棒与非预应力钢筋混合配筋的形式，使得角桩的桩身性能大大提高，相比于普通的PHC(高强混凝土预应力管桩)，抗裂弯矩能够提升10％以上，极限抗裂弯矩提升30％以上，桩身竖向承载力提升15％以上，桩身的延性可提高10％～30％，工作条件下的裂缝宽度可减小至50％，桩身的破坏形式呈塑性破坏，而安全性相比于PHC的脆性破坏，也有更大的保证。

5、本发明的预应力高强混凝土混合配筋尖角桩，继承并发扬了混凝土方桩施工破损率低的特点，在首节桩身上配以高强混凝土棱锥形桩头，其相比管桩、方桩而言，具有更好的耐冲击性能及更小的桩头破损率；三角形相比圆形而言，还有着更大的焊接周长，这充分保证了每节桩之间的有效焊接强度，大大减小了角桩在施工中出现接头脱焊或错位的现象，避免在高地下水位中出现接头开裂，保证了成桩质量。

6、本发明的预应力高强混凝土混合配筋尖角桩是一种新型混凝土预制管桩，它稳定性好，承载力高，桩身耐腐蚀性、耐久性强，同时，它的桩身刚度、抗弯性能，尤其是抗震性能，相比于同规格的管桩而言，有着非常明显的提升；但在材料消耗及成本造价上，对比方桩甚至是管桩，也有很大的优势。因此，在同直径、同材料的情况下，预应力高强混凝土混合配筋尖角桩的使用范围更广，力学性能更优异，性价比更突出，具有十分广阔的应用前景。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的描述。

图1是本发明一种预应力高强混凝土混合配筋尖角桩的桩身横截面示意图。

图2是本发明一种预应力高强混凝土混合配筋尖角桩的纵向剖面图。

图3是本发明一种预应力高强混凝土混合配筋尖角桩的钢模横截面示意图。

图4是本发明一种预应力高强混凝土混合配筋尖角桩的端头板的示意图。

图5是本发明一种预应力高强混凝土混合配筋尖角桩的立体结构示意图。

【具体实施方式】

如图1至图5所示，一种预应力高强度混凝土混合配筋尖角桩，其桩身1的外截面形状为等边三角形，内截面为圆形空腔，其桩尖部分4呈三棱锥形状。

桩身1的钢筋笼2，包括：预应力钢棒主筋21、非预应力钢筋23和箍筋22；预应力钢棒主筋21和非预应力钢筋23间隔排列、纵向埋设在桩身1内围设成一等边三角形，箍筋22螺旋式环绕在预应力钢棒主筋21和非预应力钢筋23的外侧，钢筋笼2的末端固定装设端头板3，端头板3的形状与桩身1的截面相同。端头板3采用Q235B钢板。

本发明的预应力高强混凝土混合配筋尖角桩的外直径(等边三角形的外接圆直径)为500-1000mm。桩身1最薄处的壁厚L1为100-200mm，预应力高强混凝土混合配筋尖角桩的外半径L2为250-500mm。

本发明通过如下方法进行制备，包括如下步骤：

步骤1：高强混凝土的制备，具体包括：

准备如下重量份数组分的高强混凝土：水泥300-500份，矿物掺合料100-150份，粗骨料900-1200份，细骨料500-800份，水100-200份，减水剂5-20份，阻锈剂3-8份；

将粗骨料及细骨料投入强制式搅拌机中搅拌均匀，接着投入水泥、矿物掺合料及阻锈剂，接着加入5％的水进行搅拌，搅拌过程中逐渐加水至50％，然后继续添加减水剂与剩余50％水的混合物继续搅拌，制成坍落度在50-100mm的新拌混凝土；

步骤2：制作尖角桩，具体包括：

步骤21：编制钢筋笼2：根据角桩边长大小，角桩长度，选用长度、直径适用的预应力钢棒21作为主筋，与非预应力钢筋23间隔布置，采用滚焊机将箍筋22焊接固定在预应力钢棒主筋21和非预应力钢筋23的外围，编制成截面形状为等边三角形的钢筋笼2；

步骤22：喂料、张拉、离心：

编制好的钢筋笼2一端用端头板3固定，另一端与预制的三棱锥形混凝土桩尖4、张拉板相连，放置于特制形状的钢模5(如图3所示)上，采用机械或者人工喂料的方式，向钢模下半模52投喂步骤1制备的混凝土，投喂完毕盖好上半模51，旋紧钢模5两侧的固定螺栓；钢模5整体的内壁呈三角形，外壁为圆形，使角桩能够置于离心机之上进行离心成型，脱模后的桩身能够形成三棱柱的形状；喂料完毕，通过钢模5一端的张拉板的张拉螺杆，采用张拉机对角桩施加预应力；张拉完毕后，将钢模5吊放至离心机上方，按慢速-中速-高速的转速对角桩进行离心，经过离心后的桩身混凝土更密实，成型质量更佳；

步骤23：蒸汽养护、预应力放张、压蒸养护，具体包括：

离心完毕后，将角桩带钢模置于养护池中，按升温-恒温-降温的方式使桩身凝结硬化，达到脱模强度后，进行预应力放张并拆模；脱模后的角桩再转入高压釜中进行二次养护，包括升压-恒压-降压-降温四个阶段。

在具实施中，优选的一实施例：所述水泥选用42.5硅酸盐水泥；所述砂选用细度模数2.0-3.0连续集配，含泥量≤1％的天然河砂。

在具实施中，优选的一实施例：所述矿物掺合料由重量比1:2的硅灰与S95粒化高炉矿渣粉组成。

在具实施中，优选的一实施例：所述减水剂采用聚羧酸高性能减水剂；所述阻锈剂采用JK-H2O(A)复合氨基醇钢筋阻锈剂。

以下表1为本发明的三组实施例和二组对照例的混凝土组分配比，表2为本发明的三组实施例和二组对照例制备得到的混凝土的检测性能对比，表3为本发明的一组外径500mm的实施例与同直径的PHC、PRC的性能对比。

表1：实施例与对照例混凝土配合比单位(份)

表2：实施例与对照例混凝土检验结果

表3：实施例与对照例桩身检验结果

通过上述表1、表2和表3中实施例与对照例的试验结果分析，用于制作本发明预应力高强混凝土混合配筋尖角桩的高强混凝土，在各组分配比合理的情况下，材料的性能得以充分发挥，配制出的混凝土性能相当可观。其抗压强度能够达到C80以上，在耐久性、抗侵蚀性等方面，亦有不俗的表现。此外，桩的抗弯、抗剪、抗压等力学性能相比PHC管桩及PRC混合配筋管桩来看，都有显著的提升，但其对钢材的消耗，相比于PRC，却无明显增加。

本发明在普通管桩的生产工艺上进行改良，首先要将圆形管模的内壁加工成内接等边三角形的形状，且管模分上、下半模，视使用条件及桩型大小不同，可制成外直径在500-1000mm的预应力高强混凝土混合配筋尖角桩；接着制作钢筋笼，钢筋笼由主筋、非预应力钢筋及箍筋焊接而成，端头两侧的箍筋应加密；而后采用高强混凝土浇筑合模，经过预应力张拉、离心及养护的工艺后制作成预应力高强混凝土混合配筋尖角桩。相比于同规格的管桩而言，它稳定性好，承载力高，桩身耐腐蚀性、耐久性强，同时，它的桩身刚度、抗弯性能，尤其是抗震性能，对比混合配筋管桩也有着非常大的提升；但在材料消耗及成本造价上，相比于混合配筋管桩来说，具有很大的优势。

以上所述仅为本发明的较佳实施用例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种预应力高强度混凝土混合配筋尖角桩，其特征在于：其桩身的外截面形状为等边三角形，内截面为圆形空腔，其桩尖部分呈三棱锥形状；所述桩身的钢筋笼，包括：预应力钢棒主筋、非预应力钢筋和箍筋；所述预应力钢棒主筋和所述非预应力钢筋间隔排列、纵向埋设在所述桩身内围设成一等边三角形，所述箍筋螺旋式环绕在所述预应力钢棒主筋和所述非预应力钢筋的外侧，所述钢筋笼的末端固定装设端头板，所述端头板的形状与所述桩身截面相同。

2.如权利要求1所述的一种预应力高强度混凝土混合配筋尖角桩，其特征在于：所述桩身最薄处的混凝土壁厚为100-200mm。

3.如权利要求1所述的一种预应力高强度混凝土混合配筋尖角桩，其特征在于：所述预应力高强混凝土混合配筋尖角桩的外直径为500-1000mm。

4.如权利要求1所述的一种预应力高强混凝土混合配筋尖角桩，其特征在于：所述端头板采用Q235B钢板。

5.如权利要求1所述的一种预应力高强度混凝土混合配筋尖角桩的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：高强混凝土的制备，具体包括：

准备如下重量份数组分的高强混凝土：水泥300-500份，矿物掺合料100-150份，粗骨料900-1200份，细骨料500-800份，水100-200份，减水剂5-20份，阻锈剂3-8份；

将粗骨料及细骨料投入强制式搅拌机中搅拌均匀，接着投入水泥、矿物掺合料及阻锈剂，接着加入5％的水进行搅拌，搅拌过程中逐渐加水至50％，然后继续添加减水剂与剩余50％水的混合物继续搅拌，制成坍落度在50-100mm的新拌混凝土；

步骤2：制作尖角桩，具体包括：

步骤21：编制钢筋笼：根据角桩边长大小，角桩长度，选用长度、直径适用的预应力钢棒作为主筋，与非预应力钢筋间隔布置，采用滚焊机将箍筋焊接固定在预应力钢棒主筋和非预应力钢筋的外围，编制成截面形状为等边三角形的钢筋笼；

步骤22：喂料、张拉、离心：

编制好的钢筋笼一端用端头板固定，另一端与预制的三棱锥形混凝土桩尖、张拉板相连，放置于特制形状的钢模上，采用机械或者人工喂料的方式，向钢模下半模投喂所述步骤1制备的混凝土，投喂完毕盖好上半模，旋紧钢模两侧的固定螺栓；钢模整体的内壁呈三角形，外壁为圆形，使角桩能够置于离心机之上进行离心成型，脱模后的桩身能够形成三棱柱的形状；喂料完毕，通过钢模一端的张拉板的张拉螺杆，采用张拉机对角桩施加预应力；张拉完毕后，将钢模吊放至离心机上方，按慢速-中速-高速的转速对角桩进行离心，经过离心后的桩身混凝土更密实，成型质量更佳；

步骤23：蒸汽养护、预应力放张、压蒸养护，具体包括：

离心完毕后，将角桩带钢模置于养护池中，按升温-恒温-降温的方式使桩身凝结硬化，达到脱模强度后，进行预应力放张并拆模；脱模后的角桩再转入高压釜中进行二次养护，包括升压-恒压-降压-降温四个阶段。

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