CN213836632U - 一种uhpc预制异型桩 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种UHPC预制异型桩,包括空心圆柱形结构的桩身，桩身为由钢筋骨架和UHPC混凝土预制成型的非预应力钢筋混凝土桩，并且UHPC混凝土中添加有钢纤维，其桩身上还轴向间隔地一体成型多个用于增强桩身抗沉降能力的环形承力盘；承力盘为由两个受荷斜面和一个摩擦面成型在桩身上截面呈梯形结构的环形凸体，或承力盘为由两个受荷斜面成型在桩身上截面呈三角形结构的环形凸体；两个受荷斜面中处于下方的受荷斜面与水平面的倾角α为45°。本实用新型UHPC预制异型桩的制备方法工艺简单，无需传统的张拉与放张工艺环节，解决了传统工艺放张过程中钢模无法追随桩身压缩变形与钢模制造的难题。

Description

一种UHPC预制异型桩

技术领域

本实用新型涉及土木工程技术领域，特别是一种UHPC预制异型桩。

背景技术

基础工程中较大的沉降尤其是不均匀沉降易导致原本超静定的结构产生很大的次内力，引起结构的开裂甚至破坏。特别在软土地区对桩基的抗沉降能力有更高的要求，对于摩擦型桩往往需要增加桩长来获得较大的摩擦阻力，这样就大大增加了造价。传统的管桩、方桩桩身等截面，在软土地区中桩身的高强性能难以有效发挥，无法提供很大的机械咬合力和摩擦阻力。同时一般传统预制桩常用的锤击和静压法，不仅易对桩身造成损伤，还会造成噪声污染。

现有技术中有一种预应力混凝土管桩，桩体外壁轴向间隔设有多个环状凸起，可提高桩侧摩擦阻力，改善桩基承载力。该预制桩属异型桩，主要采用离心法进行生产，通过高强钢棒施加先张预应力，预应力通过外模进行锚固，需设置张拉系统和特制模板，离心完成后蒸养，蒸养结束后放张脱模。在放张的过程中桩身混凝土预压应力的大小，桩身会沿长度方向出现1.5～4mm的压缩。现有技术中这种预制桩的桩身凸起部位固定在钢膜内壁凹槽中，因此在放张过程中无法追随桩身变形，易在桩身与桩身凸起部位产生裂缝，严重时甚至会脱落。为解决此问题，只能采用制作难度大、造价更高的CN102825658 B预应力混凝土异型桩用内外模双重壁体式钢模，且预制桩身的凸起高度受到限制。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术的现状，而提供非预应力、高承载、质量优、模具成本低的一种UHPC预制异型桩。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：

一种UHPC预制异型桩,包括空心圆柱形结构的桩身，桩身为由钢筋骨架和UHPC混凝土预制成型的非预应力钢筋混凝土桩，并且UHPC混凝土中添加有钢纤维，其桩身上还轴向间隔地一体成型多个用于增强桩身抗沉降能力的环形承力盘；承力盘为由两个受荷斜面和一个摩擦面成型在桩身上截面呈梯形结构的环形凸体，或承力盘为由两个受荷斜面成型在桩身上截面呈三角形结构的环形凸体；两个受荷斜面中处于下方的受荷斜面与水平面的倾角α为45°。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

上述的承力盘在桩身上轴向等间隔地设置。

上述的承力盘的最大外径是桩身外径的1.2～1.6倍。

上述的承力盘的截面为等腰梯形，受荷斜面与摩擦面的夹角为圆弧倒角；或承力盘的截面为等腰三角形，两个受荷斜面的夹角为圆弧倒角。

上述的钢纤维的直径为0.15～0.25mm，长径比为60～120：1。

上述钢纤维的体积占UHPC混凝土体积的1%～2%。

上述的桩身的两端均预埋有桩端板，钢筋骨架为由轴向设置的非预应力钢筋和环向设置的箍筋绑扎或焊接构成的筒形体骨架，桩端板与钢筋骨架的非预应力钢筋焊接相连接。

与现有技术相比，本实用新型在桩身上间隔地成型有多个承力盘，承力盘的直径大于桩身的直径，因此能够起到桩的端承作用，从而增加桩与桩周土体间的机械咬合力和摩阻力，达到大幅提高基桩承载力，减小沉降变形的目的。本实用新型的桩采用UHPC混凝土制成，桩身内部分布有可提高桩身抗拉强度的钢纤维，混凝土强度可达120MPa至160MPa，因此桩身承载性能更高。本实用新型UHPC预制异型桩的制备方法工艺简单，无需传统的张拉与放张工艺环节，解决了传统工艺放张过程中钢模无法追随桩身压缩变形与钢模制造的难题。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图之一；

图2是本实用新型的结构示意图之二；

图3是本实用新型去掉桩端板时的俯看图；

图4是本实用新型承力盘的截面示意图之一；

图5是本实用新型承力盘的截面示意图之二；

图6是本实用新型承力盘的截面示意图之三。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施例作进一步详细描述。

图1至6是本实用新型的结构及其沉桩使用示意图。

其中的附图标记为：圆弧倒角R、桩身1、承力盘2、受荷斜面21、摩擦面22、桩端板3、非预应力钢筋4、箍筋5。

本实用新型公开了一种UHPC预制异型桩,该桩具有极强的机械咬合力和摩阻力，因此在软土地区对桩基的抗沉降能力有非常的高，它包括空心圆柱形结构的桩身1。本实用新型的桩身1为非预应力钢筋混凝土桩，其在制作过程中无需带有张拉系统的特制模板，因此无传统桩成型时的放张过程。桩身1由钢筋骨架和UHPC混凝土预制成型，并且为了进一步提高桩的力学性能，UHPC混凝土中添加有分布的钢纤维。UHPC是超高性能混凝土的简称，是一种具有高强度、高韧性和优异耐久性的新型水泥基材料，其各项力学性能指标介于混凝土与钢材之间，通过添加一定含量的钢纤维，其抗拉强度可达10Mpa以上。本实用新型的钢筋骨架为由轴向设置的非预应力钢筋4和环向设置的箍筋5绑扎或焊接构成的筒形体骨架。在本实用新型中，钢纤维的体积占UHPC混凝土体积的1%～2%，钢纤维的直径优选为0.15～0.25mm，长径比为60～120：1。

由图1和图2可以看出本实用新型的桩身1上轴向间隔地一体成型多个用于增强桩身抗沉降能力的承力盘2，承力盘2在桩身上轴向最佳为等间隔地设置，当然也可以根据需要布设。承力盘2的直径大于桩身1的直径，承力盘2的最大外径是桩身1外径的1.2～1.6倍。承力盘2增大了桩身1与桩周边土体的接触面，因此增加的与土体间的摩擦阻力。

实施例中，承力盘2可以如图1所示，为由两个受荷斜面21和一个摩擦面22成型在桩身上截面呈梯形结构的环形凸体，当然承力盘2也可以如图2所示，为由两个受荷斜面21成型在桩身上截面呈三角形结构的环形凸体。

本实用新型的两个受荷斜面21包括一个位于下方的下受荷斜面21和一个位于上方的上受荷斜面21。两个受荷斜面21中位于下方的受荷斜面21与水平面的倾角α最佳优选为45°。受荷斜面21具有端承的作用，受荷斜面21、摩擦面22均能极大地增强桩与土体的机械咬合力和摩阻力。

当本实用新型的承力盘2呈梯形结构时，有两种情况，第一种如图4所示，承力盘2的高h的高度等于摩擦面22的长a的长度。第二种如图5所示，承力盘2的高h的高度大于摩擦面22的长a的长度。

本实用新型为了避免应力集中，减少生产、运输以及施工过程中可能对承力盘2造成的损伤。如图4、图5所示，当承力盘2呈梯形结构时，承力盘2的受荷斜面21与摩擦面22的夹角补设计成圆弧倒角R。如图6所示，当承力盘2呈三角形结构时，两个受荷斜面21的夹角补设计成圆弧倒角R。

本实用新型当承力盘2的截面为梯形时，可以是等腰梯形，当承力盘2的截面为三角形时也可以是腰三角形。

如图1所示，本实用新型的桩身1的两端均预埋有桩端板3，桩端板3与钢筋骨架的非预应力钢筋4焊接相连接。设置桩端板3用于方便沉放连接桩。

本实用新型还提供了一种UHPC预制异型桩的制备方法，该方法包括以下步骤：

1)、按设计要求制作出带有承力盘成型腔的单层壁体式钢桩模；

2)、将非预应力钢筋4和箍筋5利用细铁丝绑扎或电焊焊接的方法制作出钢筋骨架，并在该钢筋骨架的两端焊接安装上桩端板3；

3)、将焊接有桩端板3的钢筋骨架吊放于内部清理干净并均匀涂刷好脱模剂的单层壁体式钢桩模内；

4)、将添加有钢纤维的UHPC混凝土料浇筑到放有钢筋骨架的单层壁体式桩模内，浇筑完成后合模；

5)、合模后通过离心工艺成型，随后送至养护池高温蒸汽养护至混凝土强度达到规定值后脱模，制备出UHPC预制异型桩。

本实用新型的一种UHPC预制异型桩，采用UHPC混凝土制成，混凝土强度可达120MPa～160MPa，是目前常规PHC管桩混凝土(C80)强度的1.5倍以上，桩身承载性能更高，桩身壁厚可以做到更薄，达到轻质高强效果。本实用新型的UHPC预制异型桩为在工厂预制成型，由于桩身内部分布有可提高桩身抗拉强度的钢纤维，从而能够取消桩身内部的预应力钢棒，进而在生产过程中可采用成本低、结构简单的单层壁体结构的钢模，取消生产过程中张拉与放张工艺环节，解决了放张过程中钢模无法追随桩身压缩变形与钢模制造的难题，因此UHPC预制异型桩承力盘的结构尺寸不再受限于钢模制造技术和生产脱模技术，可预制成凸起高度更大的承力盘。本实用新型的桩身设有多个承力盘，可充分利用桩身深度对各土层的抗力，扩大基桩与桩周土的面积，充分发挥机械咬合力和摩阻力，提高承力盘的端承作用，将原先只有一个端承点的摩擦端承桩变为多个端承点的端承摩擦桩，大幅提高基桩承载力，减小沉降变形。

超高性能混凝土,简称UHPC(Ultra-High Performance Concrete),也称作活性粉末混凝土；UHPC是一种高强度、高韧性、低孔隙率的超高强水泥基材料；它的基本配制原理是：通过提高组分的细度与活性，不使用粗骨料，使材料内部的缺陷（孔隙与微裂缝）减到最少，以获得超高强度与高耐久性。 UHPC堪称耐久性很好的工程材料，适当配筋的UHPC力学性能接近刚结构，同时UHPC具有优良的耐磨、抗爆性能。因此，UHPC特别适合用于大跨径桥梁、抗爆结构(军事工程、银行金库等)和薄壁结构，以及用在高磨蚀、高腐蚀环境。目前，UHPC已经在一些实际工程中应用，如大跨径人行天桥、公路铁路桥梁、薄壁筒仓、核废料罐、钢索锚固加强板、ATM机保护壳，等等。可以预计，还会有越来越多的应用。

本实用新型的最佳实施例已阐明，由本领域普通技术人员做出的各种变化或改型都不会脱离本实用新型的范围。

Claims (7)

1.一种UHPC预制异型桩,包括空心圆柱形结构的桩身(1)，其特征是：所述的桩身(1)为由钢筋骨架和UHPC混凝土预制成型的非预应力钢筋混凝土桩，并且所述的UHPC混凝土中添加有钢纤维；所述的桩身(1)上轴向间隔地一体成型多个用于增强桩身抗沉降能力的环形承力盘(2)；所述的承力盘(2)为由两个受荷斜面(21)和一个摩擦面(22)成型在桩身上截面呈梯形结构的环形凸体，或所述的承力盘(2)为由两个受荷斜面(21)成型在桩身上截面呈三角形结构的环形凸体；两个所述受荷斜面(21)中处于下方的下受荷斜面(21)与水平面的倾角α为45°。

2.根据权利要求1所述的一种UHPC预制异型桩，其特征是：所述的承力盘(2)在桩身上轴向等间隔地设置。

3.根据权利要求2所述的一种UHPC预制异型桩，其特征是：所述的承力盘(2)的最大外径是桩身(1)外径的1.2～1.6倍。

4.根据权利要求3所述的一种UHPC预制异型桩，其特征是：所述的承力盘(2)的截面为等腰梯形，所述的受荷斜面(21)与摩擦面(22)的夹角为圆弧倒角(R)；或所述的承力盘(2)的截面为等腰三角形，两个所述的受荷斜面(21)的夹角为圆弧倒角(R)。

5.根据权利要求4所述的一种UHPC预制异型桩，其特征是：所述的钢纤维的直径为0.15～0.25mm，长径比为60～120：1。

6.根据权利要求5所述的一种UHPC预制异型桩，其特征是：所述钢纤维的体积占UHPC混凝土体积的1%～2%。

7.根据权利要求6所述的一种UHPC预制异型桩，其特征是：所述的桩身(1)的两端均预埋有桩端板(3)，所述的钢筋骨架为由轴向设置的非预应力钢筋(4)和环向设置的箍筋(5)绑扎或焊接构成的筒形体骨架，所述的桩端板(3)与钢筋骨架的非预应力钢筋(4)焊接相连接。

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