CN101041964B - 先张法预应力混凝土异型管桩的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种先张法预应力混凝土异型管桩的制作方法，除按常规方法制作管桩桩体(1)外，它还包括制作环状体横隔(2)：制作环状体横隔(2)的钢筋笼，将其轴向间隔固定在管状桩体(1)的钢筋笼上并装上横隔模板，同时浇注管状桩体(1)和环状体横隔(2)。该方法制作的管桩能有效提高管桩的刚度与延性及抗弯、抗裂能力且不增加沉桩力、无外凸起扰动土体、能保证管桩结构层混凝土质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种建筑用混凝土构件的制作方法，具体讲是一种先张法预应力混凝土异型管桩的制作方法。
背景技术
现有技术的先张法预应力混凝土管桩是采用先张法预应力工艺和混凝土离心法成型制成的一种空心圆柱体的预应力混凝土预制构件。它一般分为预应力混凝土管桩(简称PC桩)、预应力高强度混凝土管桩(简称PHC桩)和预应力混凝土薄壁管桩(简称PTC桩)。在众多桩基中，先张法预应力混凝土管桩具有单桩承载力较高、设计选用范围较广、对地质条件的适应力较强、成桩施工环境较好、施工速度较快等优点。它已广泛应用于各种类型建筑的地基处理。目前，土木工程中使用的先张法预应力混凝土管桩均是按国家标准《先张法预应力混凝土管桩》GB13476-1999和行业标准《先张法预应力混凝土薄壁管桩》JC888-2001和相关的国家建筑标准图集或其他相关省标准图集生产和应用的。
但随着其推广应用面的不断扩大，现有技术的沿轴向等内、外径延伸的先张法预应力混凝土管桩逐步呈现出以下缺点：其刚度与延性及抗弯、抗裂能力仍显不足，尤其是该管桩在软地基基础中应用时如在沉桩施工过程中，往往由于挤土作用或土方开挖等工况使得管桩产生过大位移、桩裂乃至断桩等工程事故常有发生，从而影响其推广使用。
中国专利先后公开了发明人为提高单桩极限承载能力而设计出的两种异型管桩：在管桩桩体上每轴向间隔一段距离，设置一径向向外变大的凸起，其形状可为梯形，也可为竹节状。从客观上分析，若用该管桩来克服以上现有技术的缺点仍有以下不足：1、在沉桩施工过程中需要的沉桩力即锤击力或抱压力增大，易出现因沉桩力大于无凸起管桩壁的材料强度而产生压碎混凝土管桩的现象；2、在沉桩施工过程中，外凸起所经过的土体要反复受到外凸起地扰动，易出现孔隙水压力提高等各种不利于沉桩的因素，从而影响沉桩进度与质量；3、外凸起在管桩制作中由于离心工艺使混凝土产生结构分层是不可避免的，普通管桩从外壁到内壁是混凝土层、砂浆层和水泥浆层，但有了外凸起后，则易出现混凝土层集中到外凸起处而使管桩结构层(外壁)混凝土质量下降、从而影响管桩承载力的现象；4、由于外凸起虽角度大于90°，但由于尺寸较小，所以，脱模时对混凝土局部质量仍有一定的影响。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种能有效提高管桩的刚度与延性及抗弯、抗裂能力、基本避免管桩过大位移、开裂乃至断裂等工程事故发生且不增加沉桩力、无外凸起扰动土体、制作时能保证管桩结构层混凝土质量的先张法预应力混凝土异型管桩的制作方法。
本发明的技术方案是，提供一种先张法预应力混凝土异型管桩的制作方法，包括制作管状桩体的钢筋笼和制作两端板；将管状桩体的钢筋笼和两端板安装在横卧的下半圆钢模内；浇注管状桩体的混凝土；将管状桩体的上半圆钢模与下半圆钢模合拢并固紧；张拉管状桩体的预应力筋；对管状桩体进行离心成型、蒸养、拆模得成品；它还包括制作横隔；所述制作横隔指制作钢筋混凝土或加有工程纤维的钢筋混凝土或金属制作并与管状桩体的钢筋混凝土成一整体的环状体横隔：
现浇法制作：
制作多个环状体横隔的钢筋笼；在制作管状桩体的钢筋笼和端板后，将环状体横隔的钢筋笼按设计的轴向间隔距离固定连接在管状桩体的钢筋笼的纵向预应力筋或螺旋筋上；将管状桩体的钢筋笼和端板连同安装在其内的横隔钢筋笼安装在横卧的管状桩体的下半圆钢模内；安装横隔的模板；在浇注管状桩体的混凝土的同时浇注环状体横隔的混凝土或加有工程纤维的混凝土；再继续将管状桩体的上半圆钢模与下半圆钢模合拢并固紧及后续的工序。
或预制后浇法制作：
制作与管状桩体的钢筋混凝土成一整体的钢筋混凝土或加有工程纤维的钢筋混凝土的环状体横隔：
制作多个环状体横隔的钢筋笼及连接管状桩体钢筋笼用的拉接筋；安装横隔的模板并预留出连接管状桩体钢筋笼用的拉接筋；浇注混凝土或加有工程纤维的混凝土，成型，蒸养，拆模得到其外径大于管状桩体规定内径的环状体横隔的预制件；将环状体横隔的预制件按设计的轴向间隔距离经拉接筋固定连接在管状桩体的钢筋笼的纵向预应力筋或螺旋筋上；将管状桩体的钢筋笼和端板连同安装在其内的环状体横隔的预制件安装在横卧的管状桩体的下半圆钢模内；再继续以后的浇注管状桩体的混凝土及后续的工序。
或制作与管状桩体的钢筋混凝土成一整体的金属的环状体横隔：
制作多个金属的环状体横隔，其外径大于管状桩体的规定内径，其嵌于管状桩体的管壁内的环状体横隔的上、下端面上有多个用于与混凝土锚固的锚固筋，其金属环状体横隔的外圆周上有多个用于与管状桩体的钢筋笼固定连接的拉接筋，在制作管状桩体的钢筋笼和端板后，将金属的环状体横隔按设计的轴向间隔距离经拉接筋固定连接在管状桩体的钢筋笼的纵向预应力筋或螺旋筋上；将管状桩体的钢筋笼和端板连同安装在其内的环状体横隔的预制件安装在横卧的管状桩体的下半圆钢模内；再继续以后的浇注管状桩体的混凝土及后续的工序。
在现浇法制作中，所述环状体横隔两侧的模板优选采用两块环形薄钢板，其外径均等于管状桩体合拢后的钢模的内径，其两块环形薄钢板的中心孔内有细钢丝网，模板上有容置管状桩体的钢筋笼的纵向预应力筋或螺旋筋的孔或开口，模板固定在管状桩体的钢筋笼上。
在预制后浇法制作中，所述钢筋混凝土或加有工程纤维的钢筋混凝土的环状体横隔的预制件的外径优选大于管状桩体的规定内径40～60mm；所述金属的环状体横隔的外径优选大于管状桩体的规定内径80～120mm。
所述锚固筋优选锚固钢筋，所述拉接筋优选拉接钢筋，如优选型号为HPB235或HRB335的钢筋；所述制作金属的环状体横隔优选制作钢质环状体横隔。
采用以上结构后，本发明先张法预应力混凝土异型管桩的制作方法与现有技术相比，具有以下显著优点和有益效果：
与现有技术中传统的沿轴向等内、外径延伸的先张法预应力混凝土管桩相比，本发明由于在管状桩体的内孔中轴向间隔设有起加强作用的横隔，有效提高了管桩的刚度与延性及抗弯、抗裂能力(参见具体实施方式中的试验报告)，使该管桩在软地基基础中应用时如在沉桩施工过程中，基本避免了管桩过大位移、开裂乃至断裂等工程事故地发生，从而保证了该管桩的大面积推广使用，尤其是在沿海地区的软土地基上的大面积推广使用。
与现有技术在管桩桩体上每轴向间隔一段距离设置一径向向外变大凸起的异型管桩相比，本发明由于是采用内横隔，而管桩沿轴向方向等外径，所以：
1、在沉桩施工过程中不需要增加沉桩力即锤击力或抱压力，避免了因沉桩力大于无凸起管桩壁的材料强度而产生压碎混凝土管桩的现象。
2、在沉桩施工过程中，外管壁不会对所经过的土体进行反复地扰动，避免出现孔隙水压力提高等各种不利于沉桩的因素，有效保证了沉桩进度与质量。
3、在管桩制作中由于离心工艺的作用，使水泥砂层、砂浆层位置内移，克服了外凸起在管桩制作中由于离心工艺而使混凝土产生结构分层、进而使管桩结构层(外壁)混凝土质量下降、从而影响管桩承载力的现象；使管桩结构层混凝土质量提高，承载力增强。
4、脱模时，无论是管状桩体与环状体横隔同时浇注或不同时浇注，都不会影响管状桩体的质量，尤其是采用同时浇注，还可以有效改善混凝土分层的缺陷，反而对提高管状桩体质量有利。
本发明制作方法还具有制作过程无特殊技术要求、其制作工艺简便，劳动效率高等优点。
附图说明
图1是本发明异型管桩的剖视结构示意图。
图2是沿图1中A-A线的剖视图。
图3是本发明异型管桩的采用现浇法制作混凝土环状体横隔时的剖视结构(放大)示意图。
图4是本发明异型管桩的采用预制后浇法制作混凝土环状体横隔时的剖视结构示意图。
图5是本发明异型管桩的采用预制后浇法制作金属环状体横隔时的剖视结构示意图。
图中所示1、管状桩体，2、环状体横隔，3、横隔的模板，4、桩体的预应力筋或螺旋筋，5、锚固筋，6、拉接筋，7、管状桩体的下半圆钢模。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1、图2所示。
本发明先张法预应力混凝土异型管桩，包括用钢筋混凝土制作的两端有连接用的端板的沿轴向等内、外径延伸的管状桩体1。
本发明先张法预应力混凝土异型管桩特点是，在管状桩体1的内孔中轴向间隔设有起加强作用的横隔。所述横隔为钢筋混凝土制作或加有工程纤维(市面有售)的钢筋混凝土制作或金属制作并与管状桩体1的钢筋混凝土成一整体的环状体横隔2。所述金属优选钢材，所述钢材优选型号为Q235的钢材。
所述横隔的轴向间隔距离为不等距或等距间隔2～5米。
本发明先张法预应力混凝土异型管桩的制作方法如下：
制作方法之一(参见图3)：现浇法制作：
制作设有与管状桩体1的钢筋混凝土成一整体的钢筋混凝土或加有工程纤维的钢筋混凝土的环状体横隔2的异型管桩：
按现有技术的方法制作管状桩体1的钢筋笼和制作两端板；制作多个环状体横隔2的钢筋笼；将环状体横隔2的钢筋笼按设计的轴向间隔距离固定连接如焊接或扎接在管状桩体1的钢筋笼的纵向预应力(钢)筋4或螺旋(钢)筋4上；将管状桩体1的钢筋笼和端板连同安装在其内的横隔钢筋笼安装在横卧的管状桩体1的下半圆钢模7内；所述的钢模只有外模而没有内模；安装环状体横隔2两侧的模板3，模板3采用两块环形薄钢板(如厚0.6～0.8mm)，模板3上有容置管状桩体1的钢筋笼的纵向预应力筋4或螺旋筋4的孔或开口(图中未示出)且固定在管状桩体1的钢筋笼的纵向预应力筋4或螺旋筋4上，两块模板3的外径均等于管状桩体1合拢后的上半圆(图中未示出)和下半圆(均指横卧时)外钢模的内径，模板3的中心孔内有细(如直径0.1mm)的钢丝网，按常规可知，两块模板3相互之间平行；浇注管状桩体1的混凝土，同时浇注环状体横隔2的混凝土或加有工程纤维的混凝土，按常规可知，浇注混凝土的量均预先计算好，一般略高出下半圆钢模的上平面和横隔的模板3的半径；将管状桩体1的上半圆钢模与下半圆钢模合拢并固紧；张拉管状桩体1的预应力筋；对管状桩体1及环状体横隔2进行离心成型，即成为设有与管状桩体1连成整体的其中心孔小于管状桩体1内孔的环状体横隔2的管状桩体1；再按常规方法蒸养、拆模得管状桩体1成品。所述环状体横隔2的模板3实际上与管状桩体1及环状体横隔2固连成一体，而模板3的中心孔内的细钢丝网则将离心出的少量多余水排出。
制作方法之二：预制后浇法制作：
所述预制后浇法制作中分制作设有钢筋混凝土或加有工程纤维的钢筋混凝土的环状体横隔2的异型管桩和制作设有金属的环状体横隔2的异型管桩。
制作设有与管状桩体1的钢筋混凝土成一整体的钢筋混凝土或加有工程纤维的钢筋混凝土的环状体横隔2的异型管桩(参见图4)：
制作管状桩体1的钢筋笼和两端板；按常规技术制作多个环状体横隔2的钢筋笼及连接管状桩体1钢筋笼用的拉接筋6；安装横隔2的模板并预留出连接管状桩体1钢筋笼用的拉接筋6；浇注混凝土或加有工程纤维的混凝土、成型、蒸养、拆模得到环状体横隔2的预制件(即预制的环状体横隔2)；所述钢筋混凝土或加有工程纤维的混凝土的环状体横隔2的预制件的外径大于管状桩体1规定内径即预先设计的管状桩体1的管内径的40～60mm，即待管状桩体1成型后环状体横隔2的预制件的圆周边缘有部分嵌入管状桩体1的内壁内；将环状体横隔2的预制件按设计的轴向间隔距离经拉接筋6固定连接在管状桩体1的钢筋笼的纵向预应力筋4或螺旋筋4上；将管状桩体1的钢筋笼和端板连同安装在其内的环状体横隔2的预制件安装在横卧的管状桩体1的下半圆钢模7内；所述的钢模只有外模而没有内模；浇注管状桩体1的混凝土，浇注混凝土的量均预先计算好，一般略高出下半圆钢模7的上平面；将管状桩体1的上半圆钢模与下半圆钢模7合拢并固紧；张拉管状桩体1的预应力筋；对管状桩体1进行离心成型，即成为设有与管状桩体1连成整体的其中心孔小于管状桩体1内孔的环状体横隔2的管状桩体1，再按常规方法蒸养、拆模得管状桩体1成品。
或制作设有与管状桩体1的钢筋混凝土成一整体的金属如Q235钢的环状体横隔2的异型管桩(参见图5)：
制作管状桩体1的钢筋笼和两端板；采用常规技术制作多个金属如型号为Q235的钢材的环状体横隔2，其外径大于管状桩体1的规定内径约80～120mm，换句话说，待管状桩体1制作成成品后，钢质的环状体横隔2外径径向伸入管状桩体1的内壁约二分之一至三分之二；其嵌于管状桩体1的管壁内的钢质环状体横隔2的上、下端面上有多个用于与混凝土固紧的锚固筋5，其嵌于管状桩体1的管壁内的环状体横隔2的外圆周上有多个用于与管状桩体1的钢筋笼固定连接的拉接筋6；将金属材料的环状体横隔2按设计的轴向间隔距离经拉接筋6固定连接在管状桩体1的钢筋笼的纵向预应力筋4或螺旋筋4上；将管状桩体1的钢筋笼和端板连同安装在其内的钢质环状体横隔2安装在横卧的管状桩体1的下半圆钢模7内；浇注管状桩体1的混凝土，浇注混凝土的量均预先计算好，一般略高出下半圆钢模7的上平面；将管状桩体1的上半圆钢模与下半圆钢模合拢并固紧；张拉管状桩体1的预应力筋；对管状桩体1进行离心成型，即成为设有与管状桩体1连成整体的其中心孔小于管状桩体1内孔的环状体横隔2的管状桩体1；再按常规方法蒸养、拆模得管状桩体1成品。所述锚固筋5与拉接筋6一般采用钢筋如型号为HPB235或HRB335的钢筋。
下面给出本发明设有与管状桩体1的钢筋混凝土成一整体的钢筋混凝土环状体横隔2的异型管桩的刚度与延性及抗弯抗裂性能试验结果及分析：
试验采用对比方式，取二种不同管桩：一种是现有技术的标准管桩PTC500×65，第二种是本发明设有钢筋混凝土环状体横隔2的异型管桩。其试验结果比较列于下表。
管桩刚度与延性及抗弯抗裂性能试验结果及比较
注：比较标准计算值为基准。
从上述试验结果比较可知，各管桩的实测极限弯矩均大于理论计算值，说明其制作工艺和质量有保证。但是刚度和极限弯矩以及构件的延性就有很大的不同，标准管桩即第一种管桩极限弯矩仅比计算值大8％，而第二种管桩提高近30％。同时其构件延性提高也是很明显，第一种管桩极限状态时(试验跨度7.2m)跨中挠度仅18.4mm，仅相当于L/400，而第二种管桩构件在达36.3mm，相当于L/200，。而且极限状态前一级时的裂缝最大宽度也有明显区别，第一种管桩在0.4mm左右，而第二种管桩达1.0mm。同时裂缝的条数也分别依次是第一种3条、第二种9条，平均裂缝间距是346mm、287mm，说明本发明第二种异型管桩的延性提高也是十分显著的。
尤其值得一提的是两种管桩的极限状态虽然均为钢筋拉断的标志，但是结果也有很大的区别，本发明第二种管桩断筋数量很少仅1根，所以卸载后裂缝闭合非常好，几乎目测不到裂缝，而且刚度恢复也很好，管桩仍然梃直，与未做试验前大体相同，仍具有一定承载力。而现有技术的管桩则由于多根预应力筋拉断，极限状态后桩最大裂缝宽度超过4mm以上，而且裂缝处桩的变形不能恢复，全无承载的可能。
需要说明的是，以上仅给出本发明设有与管状桩体1的钢筋混凝土成一整体的钢筋混凝土环状体横隔2的异型管桩刚度与延性及抗弯抗裂性能试验结果及分析，说明采用钢筋混凝土横隔对提高管桩刚度与延性及抗裂和抗弯能力有明显效果。然而依据常识可知，在钢筋混凝土的横隔2内加入一定量的工程纤维，其强度必然高于普通钢筋混凝土横隔2的强度，换句话说，采用加工程纤维的钢筋混凝土横隔的管桩的刚度与延性及抗裂能力和抗弯能力必然等同或优于采用普通钢筋混凝土横隔的管桩的刚度与延性及抗裂能力和抗弯能力。同样，依据常识可知，钢材的强度远高于钢筋混凝土的强度，如Q235钢的抗压强度设计值f＝215N/mm2，而管桩(PC)桩的钢筋混凝土即横隔的钢筋混凝土的强度等级为C60时，其抗压强度设计值fc＝27.5N/mm2，。显而易见，钢质横隔的强度远高于普通钢筋混凝土横隔的强度。换句话说，采用钢质横隔的管桩刚度与延性及抗裂能力和抗弯能力也等同或优于采用普通钢筋混凝土横隔的管桩的刚度与延性及抗裂刚度和抗弯能力。所以，上述试验结果完全能说明本发明先张法预应力混凝土异型管桩具有上述发明内容中所述的优点和有益效果。
本发明的结构及其制作方法不仅局限于以上实施例，而允许有多种变化，如：制作方法中，有些步骤的顺序不是很严格，如制作管状桩体1的钢筋笼与制作环状体横隔2的钢筋笼可同时进行，也可任意先做其中的一个；而横隔的厚度和环状体的外径、中心孔的直径及锚固筋和拉接筋的设置则更是根据具体的管桩直径及功能要求的不同而不同；等等。以上变化均在本发明的保护范围内。
Claims (4)
1.一种先张法预应力混凝土异型管桩的制作方法，包括制作管状桩体(1)的钢筋笼和制作两端板；将管状桩体(1)的钢筋笼和两端板安装在横卧的下半圆钢模内；浇注管状桩体(1)的混凝土；将管状桩体(1)的上半圆钢模与下半圆钢模合拢并固紧；张拉管状桩体(1)的预应力筋；对管状桩体(1)进行离心成型、蒸养、拆模得成品；它还包括制作横隔；其特征在于：所述制作横隔指制作钢筋混凝土或加有工程纤维的钢筋混凝土或金属制作并与管状桩体(1)的钢筋混凝土成一整体的环状体横隔(2)：
现浇法制作：
制作多个环状体横隔(2)的钢筋笼；在制作管状桩体(1)的钢筋笼和端板后，将环状体横隔(2)的钢筋笼按设计的轴向间隔距离固定连接在管状桩体(1)的钢筋笼的纵向预应力筋或螺旋筋上；将管状桩体(1)的钢筋笼和端板连同安装在其内的横隔钢筋笼安装在横卧的管状桩体(1)的下半圆钢模(7)内；安装横隔(2)的模板(3)；在浇注管状桩体(1)的混凝土的同时浇注环状体横隔(2)的混凝土或加有工程纤维的混凝土；再继续将管状桩体(1)的上半圆钢模与下半圆钢模合拢并固紧及后续的工序；
或预制后浇法制作：
制作与管状桩体(1)的钢筋混凝土成一整体的钢筋混凝土或加有工程纤维的混凝土的环状体横隔(2)：
制作多个环状体横隔(2)的钢筋笼及连接管状桩体(1)钢筋笼用的拉接筋(6)；安装横隔(2)的模板并预留出连接管状桩体(1)钢筋笼用的拉接筋(6)；浇注混凝土或加有工程纤维的混凝土，成型，蒸养，拆模得到其外径大于管状桩体(1)规定内径的环状体横隔(2)的预制件；将环状体横隔(2)的预制件按设计的轴向间隔距离经拉接筋(6)固定连接在管状桩体(1)的钢筋笼的纵向预应力筋(4)或螺旋筋(4)上；将管状桩体(1)的钢筋笼和端板连同安装在其内的环状体横隔(2)的预制件安装在横卧的管状桩体(1)的下半圆钢模(7)内；再继续以后的浇注管状桩体(1)的混凝土及后续的工序；
或制作与管状桩体(1)的钢筋混凝土成一整体的金属的环状体横隔(2)：
制作多个金属的环状体横隔(2)，其外径大于管状桩体(1)的规定内径，其嵌于管状桩体(1)的管壁内的环状体横隔(2)的上、下端面上有多个用于与混凝土锚固的锚固筋(5)，其金属环状体横隔(2)的外圆周上有多个用于与管状桩体(1)的钢筋笼固定连接的拉接筋(6)，在制作管状桩体(1)的钢筋笼和端板后，将金属的环状体横隔(2)按设计的轴向间隔距离经拉接筋(6)固定连接在管状桩体(1)的钢筋笼的纵向预应力筋(4)或螺旋筋(4)上；将管状桩体(1)的钢筋笼和端板连同安装在其内的环状体横隔(2)的预制件安装在横卧的管状桩体(1)的下半圆钢模(7)内；再继续以后的浇注管状桩体(1)的混凝土及后续的工序。
2.根据权利要求1所述的先张法预应力混凝土异型管桩的制作方法，其特征在于：在现浇法制作中，所述环状体横隔(2)两侧的模板(3)采用两块环形薄钢板，其外径均等于管状桩体(1)合拢后的钢模的内径，其两块环形薄钢板的中心孔内有细钢丝网，模板(3)上有容置管状桩体(1)的钢筋笼的纵向预应力筋(4)或螺旋筋(4)的孔或开口，模板(3)固定在管状桩体(1)的钢筋笼上。
3.根据权利要求1所述的先张法预应力混凝土异型管桩的制作方法，其特征在于：在预制后浇法制作中，所述钢筋混凝土或加有工程纤维的钢筋混凝土的环状体横隔(2)的预制件的外径大于管状桩体(1)的规定内径40～60mm；所述金属的环状体横隔(2)的外径大于管状桩体(1)的规定内径80～120mm。
4.根据权利要求1或2或3所述的先张法预应力混凝土异型管桩的制作方法，其特征在于：所述锚固筋(5)指锚固钢筋；所述拉接筋(6)指拉接钢筋；所述制作金属的环状体横隔(2)指制作钢质环状体横隔(2)。
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