CN205088677U - 高性能低预应力混凝土空心方桩 - Google Patents

Abstract

本实用新型分开了一种高性能低预应力混凝土空心方桩，其特征在于单元桩截面呈中央设有圆孔的方状形，单元桩的桩壁由混凝土和混凝土内相互平行的预应力为0.1σ-0.8σ的钢筋组成，单元桩的两端分别设有连接盘，钢筋的两端分别与连接盘相连接，相邻单元桩经连接盘焊接形成桩体，相连接的两连接盘外层涂刷厚度0.5-2.5mm的纤维树脂，纤维树脂层上再缠绕能提高防腐能力和抗拉能力的碳纤维布具有抗腐蚀性强、承载力大、生产成本低、耐久性长等，有效解决打桩假象问题，保证了施工时桩身的完整性，同时也有效提高了桩身的承载力，重量更轻便，生产运输时不会由于相互碰撞产生裂缝，现场施工时也不易产生断桩、桩身混凝土掉块等现象。

Description

高性能低预应力混凝土空心方桩

技术领域

本实用新型涉及建筑物的基础，具体地说是一种施工方便、使用寿命长、抗震效果好的高性能低预应力混凝土空心方桩。

背景技术

众所周知，桩是建筑物的基础，建筑物稳定首先需要可靠的桩基础，为此，《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）中专门对混凝土桩提出技术要求。目前施工中一般采用的是预应力混凝土实心方桩，如专利号为2012100044922，专利名称为“预应力混凝土实心方桩及制作方法”，其含有钢筋笼、混凝土，钢筋笼为组合式整体结构，由至少两只分别采用滑动焊接方法焊接而成的独体钢筋笼焊接或绑扎而成，桩体两端设有与钢筋笼连接的金属端板，钢筋笼的箍筋呈螺旋状焊接在主筋上，钢筋笼的主筋采用预应力混凝土桩用高预应力钢棒，其预应力0.7-0.9[σ]张拉，其强度满足每平方毫米大于1420牛，由于每只钢筋笼均采用滑动焊接方法焊接而成，使钢筋笼的本身结构强度大大提高，焊点强度损失小于或等于5%，钢筋笼预应力主筋的直径减小20%，这种高预应力混凝土实心方桩的不足：一是设计不合理，由于桩的主要作用是承受建筑物荷载，但是这种高预应力混凝土实心方桩采用的是高预应力钢棒，使用过程中如产生橫向力时桩的变形量过大，影响楼房的安全性；二是桩体间的连接没有保护措施，防腐性能差；三是采用普通的混凝土，其抗裂性能差，影响了预制桩的耐久性，由于出现裂缝，大气或侵蚀性介质易与钢筋和混凝土产生化学作用，降低桩身的安全性，特别是在海洋、盐碱土等腐蚀性强的环境中使用时会加速楼房使用寿命的缩减。

发明内容

本实用新型的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种耐腐蚀性强、使用寿命长的高性能低预应力混凝土空心方桩。

本实用新型所采用的技术方案是：

一种高性能低预应力混凝土空心方桩，包括桩体、桩头，桩体至少一节单元桩组成，其特征在于单元桩截面呈中央设有圆孔的方状形，单元桩的桩壁由混凝土和混凝土内相互平行的预应力为0.1σ-0.8σ的钢筋组成，单元桩的两端分别设有连接盘，钢筋的两端分别与连接盘相连接，相邻单元桩经连接盘焊接形成桩体，相连接的两连接盘外层涂刷厚度0.5-2.5mm的纤维树脂，纤维树脂层上再缠绕能提高防腐能力和抗拉能力的碳纤维布。

本实用新型所述的连接盘呈外模具体截面状、中央设有内模具体外径尺寸的通孔，普通螺纹钢筋的两端分别与连接盘的两端相连接。

本实用新型所述的两连接盘内的相互平行的普通螺纹钢筋由连接钢筋焊接或捆扎制作成筒状的钢筋笼，钢筋笼一端的连接盘上设有与定位机构连接的定位环，钢筋笼的另一端的连接盘上设有与张拉机构相连接的连接环。

本实用新型所述的连接盘表面涂刷厚度不小于0.5-2.5mm的纤维树脂层，再缠绕厚度小于1.5mm的碳纤维布，以能提高防腐能力和抗拉能力。

本实用新型的的优点效果是：

(1)与空心管桩相比，可增加混凝土的腐蚀裕量；与灌注桩相比，其在成桩过程中不与腐蚀性物质接触；(2)与管桩相比，在混凝土体积相同的情况下，方桩的表面积更大，可大幅提高摩擦桩承载力；(3)高性能低预应力混凝土空心方桩采用空心结构处理，节省原材料，生产成本大大降低，满足绿色施工要求；(4)连接盘处的防护和施加预应力的大小等经合理设计，使得混凝土空心方桩的抗腐蚀能力大大提高，完全可以满足中等腐蚀和一般强腐蚀的耐久性要求；(5)高性能低预应力混凝土空心方桩桩尖2m以上范围内采用空心混凝土预制，保证了方桩施工时的桩身完整性。在桩基施工需要穿越较厚较坚硬的夹层或场地中存在较多孤石和障碍物时，时常可见到一种打桩的假象：当一根桩的桩尖附近的桩身混凝土被打碎以后，破碎处以上的桩身混凝土随着上部锤击打桩而连续不断地破坏，表面上看，锤击一下桩身向下贯入一点，实质上这些锤击能量都用于破坏底部柱身混凝土并将其碎块挤压到四周的土层中，打桩入土深度仅仅是个假象而已。将桩尖2米范围内做空心处理可以有效解决打桩假象问题，保证了施工时桩身的完整性，同时也有效提高了桩身的承载力；(6)高性能低预应力混凝土空心方桩桩身承载力比同类型的方桩及管桩更高；由于桩身部位与管桩的构造相同，都是空心的，外部整体形状还是方形，因此桩身外表面积比相同管径的管桩的更大，对于摩擦桩提高承载力有着显著的影响。本高性能低预应力混凝土空心方桩同时兼具方桩与管桩的优点，承载力相对更高；(7)高性能低预应力混凝土空心方桩重量更轻，生产运输方便，施工时更不易产生裂缝，本方桩采用空心结构处理，相比同类型的方桩重量更轻便，生产运输时不会由于相互碰撞产生裂缝，现场施工时也不易产生断桩、桩身混凝土掉块等现象；(8)高性能低预应力混凝土空心方桩桩身混凝土更密实，更能保证桩身的完整性、密实度，由于方桩采用与管桩相同的空心结构，因此生产方桩流程中可采用离心法生产，而非普通空心方桩的人工振捣混凝土，显著提高了桩身混凝土的密实度，桩身承载力大大提高；(9)高性能低预应力混凝土空心方桩采用空心结构处理，节省原材料，生产成本大大降低，满足绿色施工“节材与材料资源利用技术”及建筑业新技术应用“混凝土技术”，建筑工程绿色施工“节材与材料资源利用技术要点”包括“推广使用高性能混凝土，减少资源消耗”。建筑业新技术应用“混凝土技术”包括“高耐久性混凝土、高强高性能混凝土”。本方桩采用高强度混凝土，掺加多种高性能外加剂，提高桩身混凝土的抗渗性、强度等多个指标。空心结构生产时也更节省原材料，有效降低生产成本；(10)满足桩基础的安全性和耐久性，高性能低预应力混凝土空心方桩施工完毕后，桩头用预制填芯块封堵，隔绝了外界侵蚀性等有害物质进入桩身内部加速混凝土腐蚀，满足桩基础的安全性和耐久性。

附图说明

图1是本实用新型的一种结构示意图。

图2是本实用新型中连接盘的结构示意图。

具体实施方式

下面对本实用新型作进一步说明：

如图所示，一种高性能低预应力混凝土空心方桩，包括桩体1、桩头2，桩体1至少一节单元桩组成，其特征在于单元桩截面呈中央设有圆孔的方状形，单元桩的桩壁由混凝土和混凝土内相互平行的预应力为0.1σ-0.8σ的钢筋4组成，单元桩的两端分别设有连接盘3，钢筋4的两端分别与连接盘3相连接，相邻单元桩经连接盘焊接形成桩体，连接盘3的厚度为8-16mm，连接盘3位于单元桩模具两端部，连接盘3间距为单元桩的长度，一般为1.0-2.0mm，连接盘3起到单元桩间的连接，相连接的两连接盘3外层涂刷厚度0.5-2.5mm的纤维树脂，纤维树脂层上再缠绕能提高防腐能力和抗拉能力的碳纤维布，本实用新型所述的连接盘呈外模具体截面状、中央设有内模具体外径尺寸的通孔，普通螺纹钢筋的两端分别与连接盘的两端相连接；所述的两连接盘内的相互平行的普通螺纹钢筋由连接钢筋焊接或捆扎制作成筒状的钢筋笼，钢筋笼一端的连接盘上设有与定位机构连接的定位环，钢筋笼的另一端的连接盘上设有与张拉机构相连接的连接环；所述的连接盘表面涂刷厚度不小于0.5-2.5mm的纤维树脂层，再缠绕厚度小于1.5mm的碳纤维布，以能提高防腐能力和抗拉能力。

本实用新型的制作工艺为：

步骤一、制作单元桩模具，单元桩模具由外模具体、内模具体、内模固定支架、钢筋笼固定支架、钢筋张拉装置组成，所述外模具体是由底模板和两侧的侧模板相互垂直固定连接成，其结构及它们之间的相互连接关系与现有技术相同，此不赘述，所述内模具体为一外径截面为圆形的柱杆或圆管，所述钢筋张拉装置由定位机构和张拉机构组成，定位机构为一固定物，张拉机构可以是机械式，也可以采用液压式，其结构及它们之间的相互连接关系与现有技术相同，此不赘述，

步骤二、制作钢筋笼，钢筋笼由相互平行的预应力为0.1σ-0.8σ的普通螺纹钢筋和连接盘组成，连接盘呈外模具体截面状、中央设有内模具体外径尺寸的通孔，普通螺纹钢筋的两端分别与连接盘的两端相连接，两连接盘内的相互平行的普通螺纹钢筋由连接钢筋焊接或捆扎制作成筒状的钢筋笼，钢筋笼一端的连接盘上设有与定位机构连接的定位环，钢筋笼的另一端的连接盘上设有与张拉机构相连接的连接环，将钢筋笼放入外模具体内并由钢筋笼固定支架定位，钢筋笼固定支架定位采用钢棒，钢棒的一端与外模具体连接定位，另一端与钢筋笼上的钢筋相连接，所述普通螺纹钢筋施加低预应力的起始应力一致，且所述单元桩内的相互平行的普通螺纹钢筋的张拉的预应力相等，以使桩体在起吊或运输时产生的弯矩相同，进一步提高桩体的整体性能，普通螺纹钢筋的屈服强度标准值为300N/mm2-500N/mm2，低预应力张拉值为0.1σ-0.9σ，通过对普通螺纹钢筋施加低预应力张拉，不但避免了桩体在起吊和运输时引起受弯而产生裂缝，同时，还能保证在施工过程中对桩体的击打或时间效应引起的预应力消减，显著减少了受压桩体的负载，

步骤三、安装内模具体，将内模具体由内模固定支架定位在外模具体内的钢筋笼内，内模固定支架也是采用钢棒，钢棒的一端与外模具体连接定位，另一端与内模具相连接，内模具是从钢筋笼的要端插入的，其工艺与其结构及它们之间的相互连接关系与现有技术相同，此不赘述，

步骤四、通过钢筋张拉装置对连接盘施力，对组成钢筋笼的相互平行的普通螺纹钢筋进行低预应力张拉，使普通螺纹钢筋预应力为0.1σ-0.8σ并保持张拉，最佳预应力为0.3~0.6σ，

步骤五、制作防锈、抗渗能力强的混凝土，混凝土由水泥15-25%、沙25-40%、石子35-65%、减水剂0.01-1%和阻锈剂0.01-1%组成，水泥采用强度等级不低于42.5级的抗硫酸盐水泥或经处理（掺入抗硫酸盐的外加剂或矿物掺合料）的硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥；细骨料宜采用洁净的天然硬质中粗砂，细度模数宜为2.8-3.1，采用人工砂时，细度模数可为2.9-3.3；粗骨料应采用碎石，连续级配，针片状颗粒不宜超过10%，含泥量应不大于1%，最大粒径不宜大于35mm，且不应超过钢筋净距的3/4；为提高防腐性能，掺入0.01-5%的高效减水剂、抗硫酸盐外加剂及钢筋阻锈剂等外加剂，还可掺入0.01-20%硅粉或粉煤灰等矿物掺合料，

步骤六、在管型内模具外表面、方形外模具内表面涂一层隔离剂，将制备好的高性能混凝土喂入模具并后人工捣实或离心密实混凝土，

步骤七、当桩身强度达到40~80%时，松开钢筋张拉装置并拆卸模具体，并根据设计长度将单元模经其端部的连接盘焊接相连成桩体，

步骤八、清洁桩体连接盘表面并涂刷厚度不小于0.5-2.5mm的纤维树脂层，最佳厚度小于1.5mm，纤维树脂层上再缠绕能提高防腐能力和抗拉能力的碳纤维布。

本实用新型所述的普通钢筋的屈服强度值为300N/mm²-500N/mm²的普通钢筋，普通钢筋的两端分别与连接盘焊接相连。

本实用新型所述的高性能混凝土在保证混凝土拌和物所需流动性的同时，尽可能降低用水量，减少水灰比，使混凝土的总孔隙，特别是毛细管孔隙率大幅度降低。水泥在加水搅拌后，会产生一种絮凝状结构。在这些絮凝状结构中，包裹着许多拌和水，从而降低了新拌混凝土的工作性。施工中为了保持混凝土拌和物所需的工作性，就必须在拌和时相应地增加用水量，这样就会促使水泥石结构中形成过多的孔隙。当加入减水剂的定向排列，使水泥质点表面均带有相同电荷。在电性斥力的作用下，不但使水泥体系处于相对稳定的悬浮状态，还在水泥颗粒表面形成一层溶剂化水膜，同时使水泥絮凝体内的游离水释放出来，因而达到减水的目的。许多研究表明，当水灰比降低到0.38以下时，消除毛细管孔隙的目标便可以实现，而掺入高效减水剂，完全可以将水灰比降低到0.38以下。

普通混凝土的水泥石中水化物稳定性的不足，是混凝土不能超耐久的另一主要因素。在普通混凝土中掺入活性矿物的目的，在于改善混凝土中水泥石的胶凝物质的组成。活性矿物掺料中含有大量活性SiO₂及活性Al₂O₃，它们能和水泥水化过程中产生的游离石灰及高碱性水化矽酸钙产生二次反应，生成强度更高、稳定性更优的低碱性水化矽酸钙，从而达到改善水化胶凝物质的组成，消除游离石灰的目的，使水泥石结构更为致密，并阻断可能形成的渗透路。此外，还能改善集料与水泥石的界面结构和界面区性能。这些重要的作用，对增进混凝土的耐久性及强度都有本质性的贡献。

本实用新型所述普通螺纹钢筋的屈服强度标准值为300N/mm2-500N/mm2，低预应力张拉值为0.1σ-0.9σ，通过对普通螺纹钢筋施加低预应力张拉，不但避免了桩体在起吊和运输时引起受弯而产生裂缝，同时，还能保证在施工过程中对桩体的击打或时间效应引起的预应力消减，显著减少了受压桩体的负载。

本实用新型掺用高效减水剂，提高混凝土抗渗能力，延缓混凝土腐蚀，在保证混凝土拌和物所需流动性的同时，尽可能降低用水量，减少水灰比，使混凝土的总孔隙特别是毛细管孔隙率大幅度降低。水泥在加水搅拌后，会产生一种絮凝状结构，在这些絮凝状结构中包裹着许多拌和水，从而降低了新拌混凝土的和易性。施工中为了保证混凝土拌和物的和易性，就必须在搅拌时增加用水量，这样就会促使水泥石结构中形成过多的孔隙。当加入减水剂的定向排列，使水泥质点表面均带有相同电荷。在电性斥力的作用下，不但使水泥体系处于相对稳定的悬浮状态，还在水泥颗粒表面形成一层溶剂化水膜，同时使水泥絮凝体内的游离水释放出来，因而达到减水的目的。许多研究表明，当水灰比降低到0.38以下时，消除毛细管孔隙的目标便可以实现，而掺入高效减水剂，完全可以将水灰比降低到0.38以下。

本实用新型掺入矿物掺合料（硅粉或粉煤灰），提高混凝土的抗渗性和强度，掺入矿物掺合料（硅粉或粉煤灰），充分起到微集料的作用，对混凝土配合比进行合理级配，使集料从粗、细到微，保证了混凝土的密实度，提高了混凝土的抗渗性和强度，同时掺合料中的二氧化硅与水泥水化过程中生成的氢氧化钙进行二次反应形成水化硅酸钙凝胶，使混凝土在硫酸盐类介质侵蚀中，不能与混凝土中的氧化钙形成膨胀结晶，防止了硫酸盐类物质的侵蚀破坏。

4对接头处及桩尖处进行防腐保护，对于中、强腐蚀环境，方桩的接头端板和桩尖处的外露钢筋必须进行防护处理。方桩出场时，对于外露钢筋部分可进行环氧树脂涂层；对于接头端板部分，中等腐蚀端板可刷速凝树脂，强腐蚀端板部分可刷速凝树脂并贴碳纤维布，这样既保证了防腐性能又可提高预制方桩端板接头处的抗拉强度。

本实用新型的优点效果是：(1)与空心管桩相比，可增加混凝土的腐蚀裕量；与灌注桩相比，其在成桩过程中不与腐蚀性物质接触；(2)与管桩相比，在混凝土体积相同的情况下，方桩的表面积更大，可大幅提高摩擦桩承载力；(3)高性能低预应力混凝土空心方桩采用空心结构处理，节省原材料，生产成本大大降低，满足绿色施工要求；(4)连接盘处的防护和施加预应力的大小等经合理设计，使得混凝土空心方桩的抗腐蚀能力大大提高，完全可以满足中等腐蚀和一般强腐蚀的耐久性要求；(5)高性能低预应力混凝土空心方桩桩尖2m以上范围内采用空心混凝土预制，保证了方桩施工时的桩身完整性。在桩基施工需要穿越较厚较坚硬的夹层或场地中存在较多孤石和障碍物时，时常可见到一种打桩的假象：当一根桩的桩尖附近的桩身混凝土被打碎以后，破碎处以上的桩身混凝土随着上部锤击打桩而连续不断地破坏，表面上看，锤击一下桩身向下贯入一点，实质上这些锤击能量都用于破坏底部柱身混凝土并将其碎块挤压到四周的土层中，打桩入土深度仅仅是个假象而已。将桩尖2米范围内做空心处理可以有效解决打桩假象问题，保证了施工时桩身的完整性，同时也有效提高了桩身的承载力，(6)高性能低预应力混凝土空心方桩桩身承载力比同类型的方桩及管桩更高；由于桩身部位与管桩的构造相同，都是空心的，外部整体形状还是方形，因此桩身外表面积比相同管径的管桩的更大，对于摩擦桩提高承载力有着显著的影响。本高性能低预应力混凝土空心方桩同时兼具方桩与管桩的优点，承载力相对更高，(7)高性能低预应力混凝土空心方桩重量更轻，生产运输方便，施工时更不易产生裂缝，本方桩采用空心结构处理，相比同类型的方桩重量更轻便，生产运输时不会由于相互碰撞产生裂缝，现场施工时也不易产生断桩、桩身混凝土掉块等现象，(8)高性能低预应力混凝土空心方桩桩身混凝土更密实，更能保证桩身的完整性、密实度，由于方桩采用与管桩相同的空心结构，因此生产方桩流程中可采用离心法生产，而非普通空心方桩的人工振捣混凝土，显著提高了桩身混凝土的密实度，桩身承载力大大提高，(9)高性能低预应力混凝土空心方桩采用空心结构处理，节省原材料，生产成本大大降低，满足绿色施工“节材与材料资源利用技术”及建筑业新技术应用“混凝土技术”，建筑工程绿色施工“节材与材料资源利用技术要点”包括“推广使用高性能混凝土，减少资源消耗”。建筑业新技术应用“混凝土技术”包括“高耐久性混凝土、高强高性能混凝土”。本方桩采用高强度混凝土，掺加多种高性能外加剂，提高桩身混凝土的抗渗性、强度等多个指标。空心结构生产时也更节省原材料，有效降低生产成本，(10)满足桩基础的安全性和耐久性，高性能低预应力混凝土空心方桩施工完毕后，桩头用预制填芯块封堵，隔绝了外界侵蚀性等有害物质进入桩身内部加速混凝土腐蚀，满足桩基础的安全性和耐久性。

Claims (4)

1.一种高性能低预应力混凝土空心方桩，包括桩体、桩头，桩体至少一节单元桩组成，其特征在于单元桩截面呈中央设有圆孔的方状形，单元桩的桩壁由混凝土和混凝土内相互平行的预应力为0.1σ-0.8σ的钢筋组成，单元桩的两端分别设有连接盘，钢筋的两端分别与连接盘相连接，相邻单元桩经连接盘焊接形成桩体，相连接的两连接盘外层涂刷厚度0.5-2.5mm的纤维树脂，纤维树脂层上再缠绕能提高防腐能力和抗拉能力的碳纤维布。

2.根据权利要求1所述的一种高性能低预应力混凝土空心方桩，其特征在于连接盘呈外模具体截面状、中央设有内模具体外径尺寸的通孔，普通螺纹钢筋的两端分别与连接盘的两端相连接。

3.根据权利要求1所述的一种高性能低预应力混凝土空心方桩，其特征在于两连接盘内的相互平行的普通螺纹钢筋由连接钢筋焊接或捆扎制作成筒状的钢筋笼，钢筋笼一端的连接盘上设有与定位机构连接的定位环，钢筋笼的另一端的连接盘上设有与张拉机构相连接的连接环。

4.根据权利要求1所述的一种高性能低预应力混凝土空心方桩，其特征在于连接盘表面涂刷厚度不小于0.85mm的纤维树脂层，再缠绕厚度小于1.5mm的碳纤维布。