CN108467237A - 一种纤维增强水泥基约束管灌注桩及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纤维增强水泥基约束管灌注桩及制备方法。所述约束管采用纤维增强水泥基复合材料，离心成型。现场施工成孔，放置约束管，管内安置钢筋笼后灌注混凝土，经现场养护硬化后即得本发明灌注桩。其内部钢筋混凝土结构受到外部纤维增强约束管的侧向约束作用，当其承压时将处于三向受压状态，其力学性能能够更为充分地发挥，具有较高的力学承载能力。另一方面外部的约束管又作为永久性模板，在混凝土灌注、养护期间减少了环境因素的干扰，使得现场灌注的混凝土成型质量高，成桩品质好。本发明纤维增强水泥基约束管灌注桩结构组合合理，能够充分发挥材料的力学性能，成桩质量高，单桩承载力高。

Description

一种纤维增强水泥基约束管灌注桩及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种灌注桩，具体说是一种纤维增强水泥基约束管灌注桩。

背景技术

桩基作为一种重要的基础形式，由于其能够贯穿整个软弱地基土层传力于地质优良的土层，克服了不良土层带来的消极影响，能够为上部结构提供较高的承载能力，因此被广泛应用于现代各种建筑物、构筑物地基中。作为桩基的基本组成单元的桩体的品质好坏直接影响桩基的承载能力，目前市场上的桩体按照施工制作工艺不同主要分为现场灌注桩、预制混凝土实心桩及预制预应力管桩，上述三种桩体为目前市场上主流桩体形式，各具特色，满足不同的工程要求。

目前市场上还存在一种与桩体十分相似的结构形式，即钢管混凝土结构，钢材的使用一方面改善了混凝土的脆性另一方面限制了混凝土结构的侧向变形，使其承压时承载能力能够得到成倍的增加，同时混凝土的参与又提高了钢材的刚度抑制了其受压时的屈曲破坏。二者共同作用使得结构具备了钢材与混凝土材料共同的优点，具有极高承载能力及相当的延性。就钢管混凝土结构来说其组成的材料性能能够更好地充分发挥，工程运用价值极高，在地上各类建筑中已经得到到大力的推广运用。但是在地下复杂潮湿的环境中由于钢材极易锈蚀破坏，因此严重地限制了其在地下工程中的使用。

同时当前研究发现通过向混凝土中加入高性能纤维组分可以改善混凝土的脆性，并在提高其延性的同时又增加了材料的力学强度及抗裂性能。并且就硅酸盐类无机材料本身而言，其相较于钢材在一般地下环境中不易被侵蚀破坏，并且通过低水灰比离心成型工艺可以提高结构的密实度，增加其抗渗性能，提高其在地下潮湿复杂环境中耐久性能。

发明内容

本发明的发明目的在于，克服现有技术存在的缺陷，提出了一种纤维增强水泥基约束管灌注桩，利用纤维增强约束管对内部钢筋混凝土的侧向约束作用，使得内部钢筋混凝土结构在承压时将处于三向受压状态，其力学性能能够得的到极大的发挥，具有较高的力学承载能力。同时外部约束管又作为永久性模板保证了灌注混凝土的成型质量。本发明同时给出了纤维增强水泥基约束管灌注桩的制备方法。

本发明一种纤维增强水泥基约束管灌注桩，由纤维增强水泥基约束管、钢筋笼和混凝土构成。所述钢筋笼套装在纤维增强水泥基约束管内，所述纤维增强水泥基约束管管体内部用所述混凝土密实灌注。

所述纤维增强水泥基约束管采用纤维增强水泥基复合材料制备。所述纤维增强水泥基复合材料的成分为水泥和在水泥中乱向均匀分布的有机纤维，有机纤维占水泥的质量百分比为3-8%，所述水泥采用强度等级不低于52.5的硅酸盐水泥。

所述的有机纤维为聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维、超高分子量聚乙烯纤维、聚乙烯醇纤维、聚酯纤维或聚甲醛纤维。

本发明所述纤维增强水泥基约束管的制备方法，其步骤是：

步骤1. 按照纤维增强水泥基复合材料成分配比准备水泥和有机纤维，加入减水剂和水。所述减水剂的添加量为纤维增强水泥基复合材料（粉体材料）的质量百分比1-2%，所述水的添加量为粉体材料的质量比（水灰比）0.25-0.40。然后，搅拌制成纤维增强水泥基复合材料浆体。

步骤2. 将步骤1配制的纤维增强水泥基复合材料浆体，采用离心浇铸成型工艺离心成型管体，并蒸压养护或自然养护，制得纤维增强水泥基约束管。

所述减水剂为聚羧酸减水剂、萘系减水剂、脂肪族减水剂等高效减水剂。

步骤3.在施工现场将纤维增强水泥基约束管随着钻机钻进成孔逐渐压入桩孔中，纤维增强水泥基约束管就位后，钢筋笼下入纤维增强水泥基约束管管体内部，然后向管体内灌注混凝土，边灌注混凝土边用***式振捣器振捣密实，经养护硬化后，即得本发明纤维增强水泥基约束管灌注桩，即：完成灌注桩施工。

所述钢筋笼、灌注混凝土为现有技术，满足现行规范设计要求即可，本发明对此重复赘述。

本发明纤维增强水泥基约束管灌注桩具有一下有益效果：

（1）承载能力高，具有比现有现浇或预制钢筋混凝土桩体更高的承载能力

作为围护结构的约束管对内部钢筋混凝土起到有效的侧向约束作用，使得内部钢筋混凝土结构承压时处于三向受压状态，其材料力学性能能够充分发挥，承压能力得到成倍提升。经初步测试本发明桩体具有比同等现浇或预制钢筋混凝土桩体更高的竖向承载能力。

（2）结构组合形式合理

纤维增强约束管作为永久性模板，保证内部灌注混凝土的成型质量，同时给与内部钢筋混凝土结构侧向约束作用；内部现浇钢筋混凝土结构作为主要受力结构，承受上部结构传递的大部分荷载，同时抑制约束管局部屈曲破坏现象的发生。二者相互协调共同工作。

（3）成桩品质好，质量高，经济价值高

由于约束管作为永久性模板，使得混凝土在现场浇筑、养护成型过程中，减少了环境因素的干扰，使其成型后的各项性能参数能够满足设计的要求。不需要额外的处理措施来保持其成型品质。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1：

纤维增强水泥基约束管灌注桩的生产流程及抗压承载能力测试

1.纤维增强水泥基约束管灌注桩的生产流程

（1）纤维增强水泥基约束管的制备

1）水泥选用P.O 52.5硅酸盐水泥。按照有机纤维占水泥的质量百分比3-8%准备粉体材料，有机纤维采用聚丙烯纤维，其长度为：3mm-6mm。加入聚羧酸高效减水剂，减水剂的添加量为粉体材料的质量百分比1.5%，按照水灰比0.3的量加入水，搅拌配制纤维增强水泥基复合材料浆体。

2）按照外径、壁厚及管长为φ500*22*500设计参数并依照现有管桩离心成型工艺及养护条件，制作纤维增强水泥基约束管。

（2）灌注混凝土及钢筋笼的制备

1）按照如下配比配置灌注混凝土：P.O 52.5硅酸盐水泥，掺量488kg/m3；细骨料砂子，掺量767kg/m3；粗骨料为5～20mm的级配碎石，掺量1051kg/m3；水，掺量185kg/m3；聚羧酸高效减水剂，掺量10kg/m3。采用强制式混凝土搅拌机搅拌制备混凝土拌和物，搅拌后预留三个150*150*150mm的立方体试块，试块与试件养护条件相同，于试件试验当日试压。试验时混凝土龄期均超过40天。如下表1.1所示

表1.1 混凝土材料性能表

2）钢筋笼的制备按照现有灌注桩钢筋笼设计规范制作满足要求适合约束管尺寸的钢筋笼。

（3）纤维增强水泥基约束管灌注桩（试验样品）的制备

1）将纤维增强水泥基约束管的底端用加固胶粘接10mm厚的钢板堵孔。

2）将约束管竖直，安置好钢筋笼后将混凝土自上口灌入，同时用***式振捣器振捣密实，注意不要触碰钢筋笼，待灌满后将管口混凝土抹平，自然养护28天。

3）养护结束后用高强水泥砂浆将上端的混凝土表面与抗侵蚀约束管抹平，然后再用加固胶粘接10mm厚的钢板作为盖板用以模拟实际工程中的桩顶构造。

实际施工工程中，在施工现场将纤维增强水泥基约束管随着钻机钻进成孔逐渐压入桩孔中，纤维增强水泥基约束管就位后，钢筋笼下入纤维增强水泥基约束管管体内部，然后向管体内灌注混凝土，边灌注混凝土边用***式振捣器振捣密实，经养护硬化后，即完成灌注桩施工。

2. 纤维增强水泥基约束管灌注桩承载力性能测试

（1）抗压承载能力测试

将制得的一组桩体进行轴压试验，该实验在中国矿业大学工程结构试验中心万能压力试验机上进行，上、下柱端采用刀口绞加载。试验前，用打磨机将其顶端打磨平整。试验时对其全程进行了观测。受荷初期，结构的变形和应变都较小，且与荷载成线性变化关系，未有肉眼可见变形。随着荷载不断加大，试件上部一侧板面出现突鼓，逐渐拓展到其他侧面，突鼓逐渐加大，最后钢管圆弧与矩形交界处焊缝上部开裂，停止加载。测得加载的最大值Nmax，经测试测得其抗压承载力为81.25Mpa。满足当前桩体承载力设计要求。由本实例的纤维增强水泥基约束管灌注桩可判定其承载能力满足当前行业及市场需要。

实施例2，与实施例1基本相同，所不同的是：

粉体材料中，有机纤维采用聚丙烯腈纤维，占水泥的质量百分比8%，其长度为3mm-6mm。加入萘系高效减水剂，减水剂的添加量为粉体材料的质量百分比2%，按照水灰比0.25的量加入水，搅拌配制纤维增强水泥基复合材料浆体。

实施例3，与实施例1基本相同，所不同的是：

粉体材料中，有机纤维采用聚乙烯醇纤维，占水泥的质量百分比3%，其长度为3mm-6mm。加入脂肪族高效减水剂，减水剂的添加量为粉体材料的质量百分比1%，按照水灰比0.4的量加入水，搅拌配制纤维增强水泥基复合材料浆体。

Claims (5)

1.一种纤维增强水泥基约束管灌注桩，其特征是：由纤维增强水泥基约束管、钢筋笼和混凝土构成；所述钢筋笼套装在纤维增强水泥基约束管内，所述纤维增强水泥基约束管管体内部用所述混凝土密实灌注。

2.根据权利要求1所述纤维增强水泥基约束管灌注桩，其特征是：所述纤维增强水泥基约束管采用纤维增强水泥基复合材料制备；所述纤维增强水泥基复合材料的成分为水泥和在水泥中乱向均匀分布的有机纤维，有机纤维占水泥的质量百分比为3-8%，所述水泥采用强度等级不低于52.5的硅酸盐水泥。

3.根据权利要求1所述纤维增强水泥基约束管灌注桩，其特征是：所述的有机纤维为聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维、超高分子量聚乙烯纤维、聚乙烯醇纤维、聚酯纤维或聚甲醛纤维。

4.一种制备权利要求1所述纤维增强水泥基约束管灌注桩的方法，其步骤是：

步骤1. 按照纤维增强水泥基复合材料成分配比准备水泥和有机纤维，加入减水剂和水；所述减水剂的添加量为纤维增强水泥基复合材料的质量百分比1-2%，所述水的添加量为纤维增强水泥基复合材料的质量比0.25-0.40；然后，搅拌制成纤维增强水泥基复合材料浆体；

步骤2. 将步骤1配制的纤维增强水泥基复合材料浆体，采用离心浇铸成型工艺离心成型管体，并蒸压养护或自然养护，制得纤维增强水泥基约束管；

步骤3.在施工现场，将纤维增强水泥基约束管随着钻机钻进成孔逐渐压入桩孔中，纤维增强水泥基约束管就位后，钢筋笼下入纤维增强水泥基约束管管体内部，然后向管体内灌注混凝土，边灌注混凝土边用***式振捣器振捣密实，养护硬化。

5.根据权利要求4所述制备权利要求1所述纤维增强水泥基约束管灌注桩的方法，其特征是：所述减水剂为聚羧酸减水剂、萘系减水剂或脂肪族减水剂。