CN207714308U - 一种用于海洋环境的纤维复合桩 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种海洋工程中的桩基础结构，具体涉及一种用于海洋环境的纤维复合桩；所述纤维复合桩包括桩身和桩尖，所述复合桩内设置有FRP筋笼，所述FRP筋笼包括桩身FRP筋笼和桩尖FRP筋笼，所述桩身FRP筋笼包括直径为20～25mm的FRP受力筋和直径为6～10mm的FRP箍筋，所述桩尖FRP筋笼包括直径为16mm的FRP受力筋和直径为6～10mm的FRP箍筋，飞溅区黏贴有2层FRP布，所述FRP布与桩身纵向轴线呈0～90°角。本实用新型中的纤维复合桩具有延展性好、耐久性能好，自重轻等优点，可应用于桥梁、港口工程中。

Description

一种用于海洋环境的纤维复合桩

技术领域

本实用新型涉及一种海洋工程中的桩基础结构，具体涉及一种用于海洋环境的纤维复合桩。

背景技术

随着我国经济的快速发展，我国先后建设了多座跨海大桥，对当地的经济和社会发展具有深远的意义。但是在海洋环境下，因为腐蚀造成的混凝土裂缝和钢筋的锈蚀会对结构的安全造成巨大的威胁。海水中含有大量的氯盐，氯离子是造成钢筋混凝土结构中钢筋锈蚀的主要原因。同时混凝土的碳化也会造成钢筋的锈蚀。混凝土是由水泥和粗骨料拌和而成，在海洋环境下，混凝土经受冻融循环破坏，会造成表面的开裂和剥落。桩基础在海洋环境下，按照腐蚀环境的不同，可以分为海洋大气区、飞溅区（或飞沫区）、潮差区、全浸区和海底土壤区五部分。飞溅区因为受到海水波浪的冲击，同时空气中氧气含量充足，在干湿交替和离子腐蚀各种因素的综合作用下，腐蚀最严重。

目前提高跨海大桥桩基础耐久性的方法主要有：①使用高性能混凝土，添加优质掺合料；②合理的钢筋保护层，保护层越厚，氯离子扩散到钢筋的距离就越远，但是影响结构力学性能的发挥；③在钢筋表面喷涂环氧涂层，隔绝氯离子。但是喷涂环氧涂层的钢筋在施工中极易发生损伤，对施工条件要求较高；④使用钢筋阻锈剂，提高对钢筋的保护能力；⑤外加电流阴极防护，采用了外加电流阴极防护系统，提高钢筋的耐久性。

另外在海洋环境下的桩基础，既要承担上部结构传递下来的竖向荷载，又要承载海水波浪冲击带来的水平荷载，因此需要一种既能提高竖向承载力，又能提高抗弯刚度，增加水平承载的桩基础。

实用新型内容

鉴于现有技术的不足，本实用新型提供一种用于海洋环境的纤维复合桩；本实用新型根据FRP材料高强度、耐腐蚀的特性，使用FRP受力筋代替钢筋，同时在飞溅区包裹FRP布，来弥补FRP受力筋弹性模量低以及在荷载作用下挠度过大的缺点。

本实用新型提供一种用于海洋环境的纤维复合桩，包括桩身和桩尖，所述复合桩内设置有FRP筋笼，所述FRP筋笼包括桩身FRP筋笼和桩尖FRP筋笼，所述桩身FRP筋笼包括直径为20～25mm的FRP受力筋和直径为6～10mm的FRP箍筋，所述桩尖FRP筋笼包括直径为16mm的桩尖FRP受力筋和直径为6～10mm的FRP箍筋，飞溅区黏贴有2层FRP布，所述FRP布与桩身纵向轴线呈0～90°角。

进一步地，所述桩身和桩尖的基体材料为混凝土。

进一步地，所述FRP受力筋为表面带有螺纹的FRP棒材。

进一步地，所述FRP受力筋与所述FRP箍筋通过绑扎固定连接。

进一步地，所述FRP筋笼内还布设有桩顶FRP加密筋笼，所述桩顶FRP加密筋笼由直径8mm、“ㄇ”形FRP加密筋垂直交叉布设形成。

进一步地，所述FRP筋笼外设置有50～100mm的混凝土保护层。

进一步地，所述FRP布为预应力FRP布。

本实用新型与现有技术相比，取得以下改进技术效果：

1、在荷载作用下，桩身混凝土发生裂缝时，FRP布和防水的黏贴层可以隔离开桩身混凝土和海水等极端环境，防止混凝土发生冻融循环破坏。另外FRP材料也具有良好的耐腐蚀效应。

2、在桩基础外围包裹FRP布，海水中离子向FRP布内部的扩散符合Fick第二定律。桩基础外围包裹单层的FRP布可以在30年内防止海水中的离子扩散到桩基础内部。目前我国跨海大桥的使用年限一般为100至120年，在桩身腐蚀最严重的飞溅区包裹双层FRP布，可以在60年内防止海水中的离子扩散到桩基础混凝土表面。再根据FRP复合桩的具体使用环境，按照《水工混凝土施工规范》设置合理的保护层厚度，完全可以达到要求的使用年限。

3、受到水平荷载时，纤维复合桩通过在桩身包裹的FRP布，实现FRP受力筋、FRP布和桩身混凝土三者共同受力，减小FRP受力筋承担的荷载，有效提高水平承载力。

4、本实用新型中FRP布与桩身纵向轴线的角度为0～90°，可以满足不同竖向承载力和水平承载力的需求，即使在FRP布与桩身纵向轴线的角度为0°或者90°时，因为FRP布的纤维走向与FRP布长度方向呈一定角度，也可以提供水平承载力或竖向承载力。

5、本实用新型通过FRP受力筋和FRP布的共同使用，克服了FRP材料弹性模量小，在荷载作用下，变形较大的缺点，提高FRP材料使用中的延性，充分发挥材料的性能。

6、纤维复合桩可以根据工程的质量要求和工程造价，灵活选用合适的纤维材料，如碳纤维聚合物（CFRP），玻璃纤维聚合物（GFRP），芳纶纤维聚合物（AFRP），玄武岩纤维聚合物（BFRP）。

7、通过张拉桩身包裹的FRP布形成预应力纤维复合桩，使纤维复合桩在受到荷载作用之前，就已经发挥其一部分的材料性能，最大限度地提高纤维复合桩的抗弯刚度，提高纤维复合桩的水平承载力。

附图说明

图1是纤维复合桩立面图。

图2是方形纤维复合桩飞溅区横截面图。

图3是方形纤维复合桩立面图。

图4是方形纤维复合桩桩顶FRP加密筋笼示意图。

图5是圆形纤维复合桩飞溅区横截面图。

图6是环形纤维复合桩飞溅区横截面图。

图7是纤维复合桩内FRP受力筋纵截面图。

图8是飞溅区FRP布黏贴示意图。

附图中标号为：1为混凝土，2为桩顶FRP加密筋笼，21为FRP加密筋，3为FRP筋笼，31为FRP受力筋，32为FRP箍筋， 4为FRP布，5为混凝土保护层，6为海洋大气区，7为飞溅区，8为潮差区，9为全浸区，10为海底土壤区。

具体实施方式：

下面结合附图1～8和具体实施方式对本实用新型进一步说明。

实施例1

一种方形纤维复合桩，包括桩身和桩尖，所述桩身长19.3m，所述桩尖长0.7m，桩身横截面为边长0.45m的正方形；所述复合桩内设置有FRP筋笼，所述桩身FRP筋笼包括8根直径为20mm的FRP受力筋和直径为6～10mm的FRP箍筋，FRP箍筋依次在8根FRP受力筋和复合桩立面中间4根FRP受力筋上绑扎，如图2所示；所述桩尖FRP筋笼由直径为16mm的FRP受力筋和直径为6mm的FRP箍筋绑扎而成；所述FRP受力筋为表面带有螺纹的FRP棒材；所述FRP筋笼还包括桩顶FRP加密筋笼，所述桩顶FRP加密筋笼布设在桩身FRP筋笼内，其顶部与FRP受力筋处于同一平面，由直径8mm、“ㄇ”形FRP加密筋垂直交叉布设形成，如图3～4所示，FRP加密筋之间间距为40mm，FRP加密筋水平方向长360mm，垂直方向长280mm；飞溅区黏贴有2层FRP布，所述FRP布与桩身纵向轴线呈60°角。

如图3所示，桩身FRP筋笼的FRP受力筋上端560mm长的部分绑扎有直径为10mm的FRP箍筋，间距为70mm，接着1000mm长的FRP受力筋上绑扎有直径为8mm的FRP箍筋，间距为100mm，然后16800mm长的FRP受力筋上绑扎有直径为8mm的FRP箍筋，间距为200mm，最下端1000mm长的FRP受力筋上绑扎有直径为6mm的FRP箍筋，间距为100mm；桩尖FRP筋笼的FRP箍筋间距为50mm。所述FRP筋笼外设置50mm混凝土保护层，使纤维桩的力学性能充分发挥；所述桩身和桩尖的基体材料为混凝土。

实施例2

一种圆形纤维复合桩，包括桩身和桩尖，桩身长19.3m、桩尖长0.7m、桩身横截面为直径0.6m的圆形；所述复合桩内设置有FRP筋笼，所述桩身FRP筋笼由8根直径为22mm的FRP受力筋和直径为6～10mm的FRP箍筋绑扎而成，如图5所示；所述桩尖FRP筋笼由直径为16mm的FRP受力筋和直径为6mm的FRP箍筋绑扎而成；所述FRP受力筋为表面带有螺纹的FRP棒材；飞溅区黏贴有2层FRP布，所述FRP布与桩身纵向轴线呈45°角。

桩身FRP筋笼的FRP受力筋上端560mm长的部分绑扎有直径为10mm的FRP箍筋，间距为70mm，接着1000mm长的FRP受力筋上绑扎有直径为8mm的FRP箍筋，间距为100mm，然后16800mm长的FRP受力筋上绑扎有直径为8mm的FRP箍筋，间距为200mm，最下端1000mm长的FRP受力筋上绑扎有直径为6mm的FRP箍筋，间距为100mm；桩尖FRP筋笼的FRP箍筋间距为50mm。所述FRP筋笼外设置50mm混凝土保护层，使纤维桩的力学性能充分发挥；所述桩身和桩尖的基体材料为混凝土。

实施例3

一种环形纤维复合桩，包括桩身和桩尖，桩身长19.3m、桩尖长0.7m、桩身横截面为为环形，其中外环直径为0.6m，内环直径为0.3m；所述复合桩内设置有FRP筋笼，所述桩身FRP筋笼由8根直径为25mm的FRP受力筋和直径为6～10mm的FRP箍筋绑扎而成，如图6所示；所述桩尖FRP筋笼由直径为16mm的FRP受力筋和直径为6mm的FRP箍筋绑扎而成；所述FRP受力筋为表面带有螺纹的FRP棒材；飞溅区黏贴有2层FRP布，所述FRP布与桩身纵向轴线呈90°角。

桩身FRP筋笼的FRP受力筋上端560mm长的部分绑扎有直径为10mm的FRP箍筋，间距为70mm，接着1000mm长的FRP受力筋上绑扎有直径为8mm的FRP箍筋，间距为100mm，然后16800mm长的FRP受力筋上绑扎有直径为8mm的FRP箍筋，间距为200mm，最下端1000mm长的FRP受力筋上绑扎有直径为6mm的FRP箍筋，间距为100mm；桩尖FRP筋笼的FRP箍筋间距为50mm。所述FRP筋笼外设置50mm混凝土保护层，使纤维桩的力学性能充分发挥；所述桩身和桩尖的基体材料为混凝土。

实施例4

一种方形纤维复合桩，与实施例1不同之处在于：

所述FRP筋笼外设置75mm混凝土保护层；

所述FRP布与桩身纵向轴线呈0°角；

其它与实施例1相同。

实施例5

一种方形纤维复合桩，与实施例1不同之处在于：

所述FRP筋笼外设置100mm混凝土保护层；

所述FRP布与桩身纵向轴线呈75°角；

其它与实施例1相同。

实施例6

一种预应力方形纤维复合桩，与实施例1不同之处在于：

所述飞溅区黏贴有1层FRP布；

所述FRP布为预应力FRP布；在混凝土浇筑完成并养护28d后，对飞溅区表面进行处理，去除表面浮浆，并将表面打磨平整，在桩身两侧安置张拉器具，预先张拉将要粘贴在飞溅区的FRP布；在FRP布和桩身混凝土完全黏结之后，去掉桩身两侧的张拉器具；FRP材料的弹性模量较低，当应变较大时，才能充分发挥其性能；预应力纤维复合桩通过预先给在桩身包裹的FRP布一个预加的应力，使FRP材料在纤维复合桩在受到荷载之前，已经产生一定的应变。当桩身受到荷载作用时，能够充分发挥材料的性能，并能最大限度的提高纤维复合桩的抗弯刚度；当设计的桩需要承担较大的水平荷载时，选择预应力纤维复合桩；

其它与实施例1相同。

实施例7

一种预应力圆形纤维复合桩，与实施例2不同之处在于：

所述FRP布为预应力FRP布；在混凝土浇筑完成并养护28d后，对飞溅区表面进行处理，去除表面浮浆，并将表面打磨平整，在桩身两侧安置张拉器具，预先张拉将要粘贴在飞溅区的FRP布；待FRP布和桩身混凝土完全黏结之后，去掉桩身两侧的张拉器具；

其它与实施例2相同。

实施例8

一种预应力环形纤维复合桩，与实施例3不同之处在于：

所述FRP布为预应力FRP布；在混凝土浇筑完成并养护28d后，对飞溅区表面进行处理，去除表面浮浆，并将表面打磨平整，在桩身两侧安置张拉器具，预先张拉将要粘贴在飞溅区的FRP布；待FRP布和桩身混凝土完全黏结之后，去掉桩身两侧的张拉器具；

其它与实施例3相同。

实施例9

一种预应力方形弹性纤维复合桩，与实施例6不同之处在于：

所述FRP布与桩身纵向轴线呈0°角；

其它与实施例6相同。

实施例10

一种预应力方形弹性纤维复合桩，与实施例6不同之处在于：

所述FRP布与桩身纵向轴线呈75°角；

其它与实施例6相同。

以上所述之实施例，只是本实用新型的较佳实施例而已，仅仅用以解释本实用新型，并非限制本实用新型实施范围，对于本技术领域的技术人员来说，当然可根据本说明书中所公开的技术内容，通过置换或改变的方式轻易做出其它的实施方式，故凡在本实用新型的原理及工艺条件所做的变化和改进等，均应包括于本实用新型申请专利范围内。

Claims (7)

1.一种用于海洋环境的纤维复合桩，包括桩身和桩尖，其特征在于，所述复合桩内设置有FRP筋笼，所述FRP筋笼包括桩身FRP筋笼和桩尖FRP筋笼，所述桩身FRP筋笼包括直径为20～25mm的FRP受力筋和直径为6～10mm的FRP箍筋，所述桩尖FRP筋笼包括直径为16mm的FRP受力筋和直径为6～10mm的FRP箍筋，飞溅区黏贴有2层FRP布，所述FRP布与桩身纵向轴线呈0～90°角。

2.根据权利要求1所述的复合桩，其特征在于，所述桩身和桩尖的基体材料为混凝土。

3.根据权利要求1所述的复合桩，其特征在于，所述FRP受力筋为表面带有螺纹的FRP棒材。

4.根据权利要求1所述的复合桩，其特征在于，所述FRP受力筋与所述FRP箍筋通过绑扎固定连接。

5.根据权利要求1所述的复合桩，其特征在于，所述FRP筋笼内还布设有桩顶FRP加密筋笼，所述桩顶FRP加密筋笼由直径8mm、“ㄇ”形FRP加密筋垂直交叉布设形成。

6.根据权利要求1所述的复合桩，其特征在于，所述FRP筋笼外设置有50～100mm的混凝土保护层。

7.根据权利要求1～6任一所述的复合桩，其特征在于，所述FRP布为预应力FRP布。