CN203373740U - 分段配筋的预应力混凝土桩 - Google Patents

Abstract

一种分段配筋的预应力混凝土桩，该分段配筋的预应力混凝土桩按上段和下段分别配筋，混凝土桩上段底部离盾构机顶边缘不少于0.1m，预应力混凝土桩上段采用部分无粘结预应力混凝土构件计算配筋，配置竖向螺纹钢筋、由钢绞线构成的竖向预应力筋和螺旋钢筋；预应力混凝土桩下段采用全无粘结预应力混凝土结构计算配筋，配置从上段沿伸下来的竖向预应力筋、圆形非金属箍筋和/或竖向非金属筋。盾构机吊装井或地下结构施工完毕后将预应力混凝土桩配置的钢绞线回收后，盾构机就可以从预应力混凝土桩下段掘进通过。本实用新型预应力混凝土桩的截面抗弯刚度和抗弯承载力较大，钢绞线可回收，节省资源，降低工程造价，绿色环保，盾构机可以从预应力混凝土桩下段掘进穿越。

Description

分段配筋的预应力混凝土桩

技术领域

本实用新型涉及一种用于地下空间基坑围护的混凝土桩。特别是涉及一种要考虑盾构机掘进通过的基坑挡土结构用的分段配筋的预应力混凝土桩。

背景技术

盾构法隧道采用盾构机掘进土体，盾构机进、出吊装井或车站端头井时,都必须穿过盾构机吊装井或车站端头井施工时构筑的挡土结构。通常吊装井或端头井挡土结构采用钢筋混凝土结构。盾构机无法直接掘进通过钢筋混凝土结构(钢筋混凝土桩或地下连续墙)，需要人工将挡土结构拆除后方可通过。在井壁拆除到盾构通过这段时间内，井壁拆除后的外侧土体直接暴露,容易出现涌水和坍方，进而造成周围地层沉降。目前国内普遍采用注浆，搅拌桩等工艺对挡土结构外土体进行加固，工程造价较高。

盾构机下穿既有线地铁车站时,盾构机同样需要掘进先期施作的挡土结构(即先期建造地铁车站时的基坑围护结构)，由于无法采用人工拆除挡土结构，目前需要把盾构机要穿过的挡土结构上的相应部位的钢筋用玻璃纤维筋代替。挡土结构上用玻璃纤维筋替代钢筋，盾构机的刀具就可以直接切削，挡土结构不需人工拆除。但是，与普通钢筋比较，玻璃纤维筋的弹性模量较低，玻璃纤维筋塑性差，延性率低，玻璃纤维筋的价格明显比钢筋的高；配玻璃纤维筋的混凝土构件弯曲破坏前，变形较小，配纤维筋混凝土构件受弯具有脆性破坏特性，工程结构原则上不应采用脆性破坏的受力构件。与钢筋混凝土挡土结构比较，配玻璃纤维筋混凝土桩的工程费用较高。

竹材作为工程结构材料在某些领域应用已有几百年的历史。顺纹抗拉强度平均值在113MPa～330MPa之间，顺纹抗拉弹性模量的平均值在8.5GPa～32.5GPa之间。综合国内外研究，应用于混凝土结构单元中的竹筋的力学性能：容许弯曲压应力为65MPa，容许拉应力为400MPa，容许剪应力为4.5MPa，容许粘结应力为0.3MPa。竹材是可再生资源。

专利200920319316.1提供一种下方进行盾构穿越施工的基坑围护结构，该基坑围护结构通过将地下连续墙的墙趾设于盾构顶上方不少于0.5m处以使盾构机可以从其下方穿过，并在基坑两侧的每对地下墙之间设置横向的地下墙短墙支撑，以约束基坑开挖期间地下墙向坑内方向的水平位移，超短地下连续墙的外侧还设有连续排列的型钢水泥土搅拌桩，盾构机穿越段基坑底部具有采用全断面旋喷加固构成的加固土体。该实用新型专利只适用于沿海软土地区，采用的措施多，工期长，工程费用较高。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种截面抗弯刚度和承载力较大，可回收钢绞线，并使盾构机能顺利掘进通过的分段配筋的预应力混凝土桩。

本实用新型所采用的技术方案是：一种分段配筋的预应力混凝土桩，预应力混凝土桩按上段和下段分别配筋，预应力混凝土桩上段配置：多根竖向螺纹钢筋、多根竖向预应力筋和螺旋钢筋，其中，所述的竖向螺纹钢筋和竖向预应力筋沿混凝土桩体周边以交替的方式且相隔60mm-300mm距离设置，所述的螺旋钢筋通过绑扎或焊接固定在竖向螺纹钢筋和竖向预应力筋的外侧；预应力混凝土桩下段配置：由预应力混凝土桩上段延伸下来的多根竖向预应力筋和多个圆形非金属箍筋，其中竖向预应力筋沿混凝土桩体周边相隔60mm-300mm距离设置，多个圆形非金属箍筋通过绑扎上下间隔60mm-300mm距离固定在竖向预应力筋的外侧；沿混凝土桩体竖向通长设置的多根竖向预应力筋的下端和上端分别安装有一个内锚具和外锚具。

所述的预应力混凝土桩下段还配置有多根竖向非金属筋，当配置多根竖向非金属筋时，所述的竖向预应力筋和竖向非金属筋沿混凝土桩体周边以交替的方式且相隔60mm-300mm距离设置，多个圆形非金属箍筋通过绑扎竖向间隔60mm-300mm距离固定在竖向预应力筋和竖向非金属筋的外侧，所述的竖向非金属筋的上端伸入到预应力混凝土桩上段中，并采用铁丝与位于预应力混凝土桩上段内对应位置的竖向螺纹钢筋绑扎，所述的竖向非金属筋采用天然竹材制作或玻璃纤维筋，所述的竖向非金属筋的宽度或直径为15mm～40mm。

所述的预应力混凝土桩上段底部至盾构机顶边缘的距离大于等于0.1m，预应力混凝土桩上段配置的竖向螺纹钢筋的底部和螺旋钢筋的底部至盾构机顶部边缘大于等于0.1m；

所述的竖向预应力筋是由表面涂敷有一层防腐润滑油脂的钢绞线和套在该钢绞线外部的套管构成，所述的套管是波纹管或塑料管，所述的内锚具和外锚具分别对应设置在钢绞线的下端和上端。

所述的竖向预应力筋是以单根或两根以上并列在一起的方式沿预应力混凝土桩周边设置。

所述的圆形箍筋采用天然竹材制作或玻璃纤维筋。

所述的混凝土桩体的直径为700mm～2000mm，竖向螺纹钢筋的直径为18mm～32mm，螺旋钢筋的直径为10mm～22mm，螺旋钢筋的螺距为100～300mm，竖向螺纹钢筋和竖向预应力筋的混凝土保护层厚度为70mm，圆形非金属箍筋的宽度或直径为15mm～40mm。

所述的预应力混凝土桩上段采用普通混凝土浇筑，混凝土强度等级为C35～C70；所述的预应力混凝土桩下段采用普通混凝土或钢纤维混凝土浇筑，混凝土强度等级为C35～C70，当采用钢纤维混凝土时，每立方米混凝土中掺入钢纤维40kg～120kg。

本实用新型的分段配筋的预应力混凝土桩，预应力混凝土桩的截面抗弯刚度和抗弯承载力较大，钢绞线可回收，节省资源，降低工程造价，绿色环保，盾构机可以从预应力混凝土桩下段顺利掘进穿越。

附图说明

图1是应用于车站端头井的分段配筋的预应力混凝土桩剖视图；

图2是应用于换乘站的分段配筋的预应力混凝土桩剖视图；

图3是分段配筋的预应力混凝土桩上段第一种结构配筋俯视图；

图4是分段配筋的预应力混凝土桩上段第二种结构配筋俯视图；

图5是分段配筋的预应力混凝土桩下段第一种结构配筋俯视图；

图6是分段配筋的预应力混凝土桩下段第二种结构配筋俯视图。

图中

1：圆柱形混凝土桩体    2：竖向螺纹钢筋

3：竖向预应力筋        4：螺旋钢筋

5：圆形非金属箍筋      6：竖向非金属筋

7：端头井              8：盾构机

9：地铁车站

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本实用新型的分段配筋的预应力混凝土桩做出详细说明。

如图1—图6所示，本实用新型的一种分段配筋的预应力混凝土桩，预应力混凝土桩按上段和下段分别配筋，预应力混凝土桩上段配置：多根竖向螺纹钢筋2、多根竖向预应力筋3和螺旋钢筋4，其中，所述的竖向螺纹钢筋2和竖向预应力筋3沿混凝土桩体1周边以交替的方式且相隔60mm-300mm距离设置，所述的螺旋钢筋4通过绑扎或焊接固定在竖向螺纹钢筋2和竖向预应力筋3的外侧；预应力混凝土桩下段配置：由预应力混凝土桩上段延伸下来的多根竖向预应力筋3和多个圆形非金属箍筋5，其中竖向预应力筋3沿混凝土桩体1周边相隔60mm-300mm距离设置，多个圆形非金属箍筋5通过绑扎竖向间隔60mm-300mm距离固定在竖向预应力筋3的外侧；沿混凝土桩体1竖向通长设置的多根竖向预应力筋3的下端和上端分别安装有一个内锚具和外锚具。所述的圆形箍筋5采用天然竹材制作或玻璃纤维筋。

所述的预应力混凝土桩下段还配置有多根竖向非金属筋6，当配置多根竖向非金属筋6时，所述的竖向预应力筋3和竖向非金属筋6沿混凝土桩体1周边以交替的方式且相隔60mm-300mm距离设置，多个圆形非金属箍筋5通过绑扎竖向间隔60mm-300mm距离固定在竖向预应力筋3和竖向非金属筋6的外侧，所述的竖向非金属筋6的上端伸入到预应力混凝土桩上段中，并通过铁丝与位于预应力混凝土桩上段内对应位置的竖向螺纹钢筋2绑扎，所述的竖向非金属筋6采用天然竹材制作或玻璃纤维筋，所述的竖向非金属筋6的宽度或直径为15mm～40mm。

所述的预应力混凝土桩上段底部至盾构机8顶边缘的距离大于等于0.1m，预应力混凝土桩上段配置的竖向螺纹钢筋2的底部和螺旋钢筋4的底部至盾构机8顶部边缘大于等于0.1m；

所述的竖向预应力筋3是由表面涂敷有一层防腐润滑油脂的钢绞线和套在该钢绞线外部的套管构成，所述的套管是波纹管或塑料管，所述的内锚具和外锚具分别对应设置在钢绞线的下端和上端。

在上述结构中：

所述的竖向预应力筋3是以单根或多根并列在一起沿预应力混凝土桩周边设置。

所述的混凝土桩体1的直径为700mm～2000mm，竖向螺纹钢筋2的直径为18mm～32mm，螺旋钢筋4的直径为10mm～22mm，螺旋钢筋4的螺距为100～300mm，竖向螺纹钢筋2和竖向预应力筋3的混凝土保护层厚度为70mm，圆形非金属箍筋5的宽度或直径为15mm～40mm。

所述的预应力混凝土桩上段采用普通混凝土浇筑，混凝土强度等级为C35～C70；所述的预应力混凝土桩下段采用普通混凝土或钢纤维混凝土浇筑，混凝土强度等级为C35～C70，当采用钢纤维混凝土时，每立方米混凝土中掺入钢纤维40kg～120kg。

本实用新型的一种分段配筋的预应力混凝土桩的施工方法，包括如下步骤：

1）首先沿拟建地下结构或盾构机吊装井外缘预设位置采用钻孔或人工挖孔进行桩孔作业；

2）将设定长度的钢绞线表面涂敷一层防腐润滑油脂，然后在外部套上波纹管或塑料管而形成竖向预应力筋3，并在每根钢铰线的下端安装一个内锚具；

3）按照分段配筋的预应力混凝土桩的配筋制作成钢筋笼；

所述的按照分段配筋的预应力混凝土桩的配筋制作成钢筋笼是：预应力混凝土桩上段配置：将竖向螺纹钢筋2和竖向预应力筋3沿混凝土桩体1周边以交替的方式且相隔60mm-300mm距离设置，将螺旋钢筋4通过绑扎或焊接固定在竖向螺纹钢筋2和竖向预应力筋3的外侧；预应力混凝土桩下段配置：由预应力混凝土桩上段延伸下来的多根竖向预应力筋3和多个圆形非金属箍筋5，其中竖向预应力筋3沿混凝土桩体1周边相隔60mm-300mm距离设置，多个圆形非金属箍筋5采用铁丝竖向间隔60mm-300mm距离绑扎在竖向预应力筋3的外侧；沿混凝土桩体1竖向通长设置的多根竖向预应力筋3的下端和上端分别安装有一个内锚具和外锚具。

或者在所述的预应力混凝土桩下段还配置有多根竖向非金属筋6，当配置多根竖向非金属筋6时，所述的竖向预应力筋3和竖向非金属筋6沿混凝土桩体1周边以交替的方式且相隔60mm-300mm距离设置，多个圆形非金属箍筋5采用铁丝竖向间隔60mm-300mm距离绑扎在竖向预应力筋3和竖向非金属筋6的外侧，所述的竖向非金属筋6的上端伸入到预应力混凝土桩上段中，并通过铁丝与位于预应力混凝土桩上段内对应位置的竖向螺纹钢筋2绑扎，所述的竖向非金属筋6采用天然竹材制作或玻璃纤维筋，所述的竖向非金属筋6的宽度或直径为15mm～40mm。

4）在每一个桩孔中分别插入一个钢筋笼，然后向桩孔中灌注混凝土，待混凝土凝固硬化后形成混凝土桩体1；

5）待混凝土桩体1养护到设计要求的强度后，在所有混凝土桩体1的顶部进行钢筋混凝土冠梁和第一道混凝土支撑的施作，或者是待混凝土桩体1养护到设计要求的强度后，在所有混凝土桩体1的顶部进行钢筋混凝土冠梁施作并待该钢筋混凝土冠梁养护到设计要求的强度后进行第一道钢管支撑施作；在钢筋混凝土冠梁施作过程中，要将竖向螺纹钢筋2的上端伸入到钢筋混凝土冠梁内，竖向预应力筋3的上端伸出钢筋混凝土冠梁的顶面外；

6）待钢筋混凝土冠梁和第一道混凝土支撑养护到设计要求的强度后，或是待第一道钢管支撑施作完成后，利用张拉工具对步骤2）中所述的钢铰线进行分批张拉，采用外锚具将竖向预应力筋（3）的上端锚固在钢筋混凝土冠梁的顶面，从而完成对混凝土桩施加预应力；

7）开始基坑土方开挖、地下结构或盾构机吊装井施作，待基坑内的地下结构施作完成后，利用张拉工具将钢铰线上端的外锚具去除，以去除竖向预应力筋3上的张拉力；

8）用小锤多次敲打钢绞线的上端，以使内锚具上的弹性夹片从钢绞线的下端剥离；

9）拉住钢绞线的上端并将钢绞线从混凝土桩体1中抽出加以回收；

10）将盾构机掘进穿越范围的分段配筋的预应力混凝土桩中的全部钢铰线回收后，盾构机就开始掘进通过预应力混凝土桩下段。

实施例：

某地铁车站为换乘站（见图2），先期施工的车站基坑深度17m，基坑围护结构采用三道钢管支撑+混凝土桩，混凝土桩截面直径1000mm，间距1200mm，配置26根螺纹钢筋（设计强度335MPa、直径28mm），桩嵌固深度8m，冠梁高度0.8m，桩顶标高-1m，桩有效长度24m。后期建造的地铁区间隧道采用盾构法施工，盾构机直径5.8m，盾构机顶边缘部离先期地铁车站基坑底部0.5m，后期地铁区间隧道盾构机要掘进通过先期车站基坑围护挡土结构。

在后期地铁线路中心线左右8.4m范围内采用7根分段配筋的预应力混凝土桩，桩直径1000mm，间距1200mm，嵌固深度8m，冠梁高度0.8m，桩顶标高-1m，桩有效长度24m。预应力混凝土桩按上段和下段分别配筋，预应力混凝土桩上段长度16.0m，预应力混凝土桩上段底部离盾构机顶边缘上方0.5m。预应力混凝土桩上段配置10根竖向螺纹钢筋2（设计强度360MPa、直径25mm）、13根竖向预应力筋3（钢绞线设计强度1860MPa、直径15.2mm、双根钢绞线）和螺旋钢筋4（设计强度300MPa、直径12mm），螺旋钢筋4通过绑扎或焊接固定在竖向螺纹钢筋2和预应力筋3的外侧；预应力混凝土桩下段配置13根竖向预应力筋3（该竖向预应力筋3是由上段的13根竖向预应力筋3向下延伸而一体构成的）和多个圆形非金属箍筋5（采用竹材制作，非金属箍筋的截面宽度30mm、厚度不少于10mm），多个圆形非金属箍筋5的竖向间距为200mm，采用直径4mm的铁丝将圆形非金属箍筋5绑扎固定在竖向预应力筋3的外侧。预应力混凝土桩上段配置的竖向螺纹钢筋2底部和螺旋钢筋4底部离盾构机顶边缘上方0.5m。预应力混凝土桩上段与下段均采用C40混凝土。

分段配筋的预应力混凝土桩施工方法包括按顺序进行的下列步骤：

1）首先沿拟建地下结构或盾构机吊装井外缘预设位置(盾构机掘进段)采用钻孔或人工挖孔进行成孔作业；

2）将钢绞线表面涂敷一层防腐润滑油脂，然后在其外部套上波纹管或塑料管而形成竖向预应力筋3，并在每根钢铰线的下端安装一个内锚具，按照前面所述的分段配筋的预应力混凝土桩的配筋制作成钢筋笼；

3）在每一个桩孔中分别插入一个钢筋笼，然后向桩孔中灌注混凝土，待混凝土凝固硬化后形成混凝土桩体1；

4）待混凝土桩体1养护到设计要求的强度后，在所有混凝土桩体1的顶部进行钢筋混凝土冠梁和第一道混凝土支撑的施作，或者是待混凝土桩体1养护到设计要求的强度后，在所有混凝土桩体1的顶部进行钢筋混凝土冠梁施作并待该钢筋混凝土冠梁养护到设计要求的强度后进行第一道钢管支撑施作；在钢筋混凝土冠梁施作过程中，要将竖向螺纹钢筋2的上端伸入到钢筋混凝土冠梁内，竖向预应力筋3的上端伸出钢筋混凝土冠梁的顶面外；

5)待钢筋混凝土冠梁和第一道混凝土支撑养护到设计要求的强度后，或是待第一道钢管支撑施作完成后，利用张拉工具对步骤2）中所述的钢铰线进行分批张拉，采用外锚具将竖向预应力筋（3）的上端锚固在钢筋混凝土冠梁的顶面，从而完成对混凝土桩施加预应力；

6)开始基坑土方开挖和地下结构施作，待基坑内的地下结构施作完成后，利用张拉工具将钢铰线上端的外锚具去除，以去除竖向预应力筋3上的张拉力；

7)用小锤多次敲打钢绞线的上端，以使内锚具上的弹性夹片从钢绞线的下端剥离；

8)拉住钢绞线的上端并将其从混凝土桩体1中抽出加以回收；

9)将盾构机要掘进范围的预应力混凝土桩中的全部钢铰线回收后，盾构机就可以开始掘进通过预应力混凝土桩下段。

Claims (8)

1.一种分段配筋的预应力混凝土桩，其特征在于：预应力混凝土桩按上段和下段分别配筋，预应力混凝土桩上段配置：多根竖向螺纹钢筋（2）、多根竖向预应力筋（3）和螺旋钢筋（4），其中，所述的竖向螺纹钢筋（2）和竖向预应力筋（3）沿混凝土桩体（1）周边以交替的方式且相隔60mm-300mm距离设置，所述的螺旋钢筋（4）通过绑扎或焊接固定在竖向螺纹钢筋（2）和竖向预应力筋（3）的外侧；预应力混凝土桩下段配置：由预应力混凝土桩上段延伸下来的多根竖向预应力筋（3）和多个圆形非金属箍筋（5），其中竖向预应力筋（3）沿混凝土桩体（1）周边相隔60mm-300mm距离设置，多个圆形非金属箍筋（5）通过绑扎上下间隔60mm-300mm距离固定在竖向预应力筋（3）的外侧；沿混凝土桩体（1）竖向通长设置的多根竖向预应力筋（3）的下端和上端分别安装有一个内锚具和外锚具。 

2.根据权利要求1所述的分段配筋的预应力混凝土桩，其特征在于，所述的预应力混凝土桩下段还配置有多根竖向非金属筋（6），当配置多根竖向非金属筋（6）时，所述的竖向预应力筋（3）和竖向非金属筋（6）沿混凝土桩体（1）周边以交替的方式且相隔60mm-300mm距离设置，多个圆形非金属箍筋（5）通过绑扎竖向间隔60mm-300mm距离固定在竖向预应力筋（3）和竖向非金属筋（6）的外侧，所述的竖向非金属筋（6）的上端伸入到预应力混凝土桩上段中，并采用铁丝与位于预应力混凝土桩上段内对应位置的竖向螺纹钢筋（2）绑扎，所述的竖向非金属筋（6）采用天然竹材制作或玻璃纤维筋，所述的竖向非金属筋（6）的宽度或直径为15mm～40mm。 

3.根据权利要求1所述的分段配筋的预应力混凝土桩，其特征在于，所述的预应力混凝土桩上段底部至盾构机（8）顶边缘的距离大于等于0.1m，预应力混凝土桩上段配置的竖向螺纹钢筋（2）的底部和螺旋钢筋（4）的底部至盾构机（8）顶部边缘大于等于0.1m； 

4.根据权利要求1所述的分段配筋的预应力混凝土桩，其特征在于，所述的竖向预应力筋（3）是由表面涂敷有一层防腐润滑油脂的钢绞线和套在该钢绞线外部的套管构成，所述的套管是波纹管或塑料管，所述的内锚具和外锚具分别对应设置在钢绞线的下端和上端。 

5.根据权利要求1所述的分段配筋的预应力混凝土桩，其特征在于，所述的竖向预应力筋（3）是以单根或两根以上并列在一起的方式沿预应力混凝土桩周边设置。 

6.根据权利要求1所述的分段配筋的预应力混凝土桩，其特征在于，所述的圆形箍筋（5）采用天然竹材制作或玻璃纤维筋。 

7.根据权利要求1所述的分段配筋的预应力混凝土桩，其特征在于，所述的混凝土桩体（1）的直径为700mm～2000mm，竖向螺纹钢筋（2）的直径为18mm～32mm，螺旋钢筋（4）的直径为10mm～22mm，螺旋钢筋（4）的螺距为100～300mm，竖向螺纹钢筋（2）和竖向预应力筋（3）的混凝土保护层厚度为70mm，圆形非金属箍筋（5）的宽度或直径为15mm～40mm。 

8.根据权利要求1所述的分段配筋的预应力混凝土桩，其特征在于，所述的预应力混凝土桩上段采用普通混凝土浇筑，混凝土强度等级为C35～C70；所述的预应力混凝土桩下段采用普通混凝土或钢纤维混凝土浇筑，混凝土强度等级为C35～C70。 

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