玻璃钢管模的大直径预应力混凝土管桩及其制备方法

1.一种玻璃钢管模的大直径预应力混凝土管桩的制备方法，其特征在于，步骤1根据管桩设计长度，进行玻璃钢管外模(1)和预应力纵筋(3)下料，预应力纵筋(3)镦头处理后，采用滚焊成笼加工工艺，将预应力纵筋(3)和螺旋箍筋(4)焊接形成桩身钢筋骨架，钢筋骨架定位放置在玻璃钢管外模(1)内，两端安装钢端板(5)和钢板套箍(6)，根据混凝土内衬(2)的体积要求，将新拌混凝土用泵导向灌入玻璃钢管外模(1)管内；
步骤2在玻璃钢管外模(1)的外围，装配拼装多节段钢套管工作构件(7)，每个钢套管工作构件(7)的节段长2m～3m，采用法兰盘(9)连接，玻璃钢管外模(1)与钢套管工作构件(7)之间的缝隙，使用木制的楔形块(8)楔紧；
步骤3将张拉杆(10)与钢端板(5)连接，张拉杆(10)与预应力锚固板(11)连接，通过张拉杆(10)，采用千斤顶对预应力纵筋(3)进行张拉，张拉至钢筋强度的70％后，用大螺母将张拉杆(10)固定在钢套管工作构件(7)尾部位置的预应力锚固板(11)上；
步骤4吊装离心机就位，离心机转动钢套管工作构件(7)，带动玻璃钢管外模(1)转动，混凝土内衬(2)离心定形，蒸气养护后，预应力放张、脱模，管桩成型，所述玻璃钢管外模(1)是大直径的玻璃钢夹砂管、玻璃钢复合管成品。

玻璃钢管模的大直径预应力混凝土管桩及其制备方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种土木工程的混凝土预制管桩及其制备方法，应用于桥梁、港口工程等领域的地基处理，可方便地在现场制作出任意桩长的管桩。\n背景技术\n[0002] 我国沿海地区的大型桥梁和港口工程很多采用钢管桩和预应力混凝土管桩作为地基处理措施。钢管桩具有穿透能力强、承载能力高、挤土效应小、接桩方便、水平抗弯能力强、吊装重量小等优点，但钢管桩易腐蚀、价格高。预应力混凝土预制管桩具有造价低、接桩方便、施工周期短、预制质量易保证等优点，但其运输费高、水平抗弯能力差、防腐性差、锤击沉桩时易损。\n[0003] 随着大跨径桥梁、大吨位码头的迅猛发展，大直径超长管桩需求量日益增加。大直径超长预应力混凝土预制管桩特点是直径为800毫米～1600毫米、单节长度长为30米～\n50米的预制管桩。传统的预应力混凝土预制管桩是工厂制作的，超长管桩长途搬运困难，且存在着模具规格单一，单节桩身长度固定，需要接桩或截桩处理等问题，桩的模具长度固定与工程设计桩长变动的矛盾尤其突出。\n[0004] 土木工程领域亟需一种价格低、桩长任意、可现场制作、抗锤击能力强、防腐性能高、水平抗弯能力高的大直径新型管桩。目前，在土木工程领域中，大直径的玻璃钢夹砂管、玻璃钢复合管等等已得到广泛应用，其具有耐腐蚀性能好、轻质高强、使用寿命长、规格多、价格低等特点。利用大直径玻璃钢管材作为预制管桩外模板，外围配置临时承担预应力张拉锚固力的装配拼装式多节段钢套管工作构件(一节段长约2m～3m，法兰连接)，采用混凝土管桩离心制作工艺，在现场可制作出桩身长度任意的“玻璃钢管模的大直径预应力混凝土管桩”。桩身由内、外两层组成，外层为玻璃钢管模，内层为预应力混凝土内衬。本发明桩具有承载能力高、桩长任意、接头少、成本低、防腐性能强，水平抗弯承载能力大，抗锤击能力强，穿透能力高等优点。本发明桩可现场制作，克服了传统大直径先张法预应力混凝土管桩的桩身单节长度固定(模具固定长度不变)、超长管桩长途搬运困难、运输费高、预应力筋易锈蚀、运输吊装时易开裂等不足之处。\n发明内容\n[0005] 技术问题：本发明提供一种玻璃钢管模的大直径预应力混凝土管桩及其制备方法，所述预应力混凝土管桩基具有承载能力高、防腐性能强、抗弯承载能力大、抗锤击能力强的优点，所述制备方法能够制作桩长任意的预应力混凝土管桩。\n[0006] 技术方案：\n[0007] 本发明所述的一种玻璃钢管模的大直径预应力混凝土管桩，包括：玻璃钢管外模、混凝土内衬、钢端板和钢板套箍构成，混凝土内衬设在玻璃钢管外模内，混凝土内衬中配置由预应力纵筋及螺旋箍筋组成的钢筋骨架，钢端板设在桩的两端，所述钢板套箍设在钢端板上且位于玻璃钢管外模与混凝土内衬之间，预应力纵筋镦头锚固在钢端板的锚固孔内。\n[0008] 钢套管工作构件临时包裹玻璃钢管外模，两者之间缝隙用木制的三角块楔紧，钢套管工作构件承担预应力纵筋的张拉锚固力，离心机转动钢套管工作构件，带动玻璃钢管外模转动。\n[0009] 本发明所述的玻璃钢管模的大直径预应力混凝土管桩的制备方法，[0010] 步骤1根据管桩设计长度，进行玻璃钢管外模和预应力纵筋下料，预应力纵筋镦头处理后，采用滚焊成笼加工工艺，将预应力纵筋和螺旋箍筋焊接形成桩身钢筋骨架，钢筋骨架定位放置在玻璃钢管外模内，两端安装钢端板和钢板套箍，根据混凝土内衬的体积要求，将新拌混凝土用泵导向灌入玻璃钢管外模管内；\n[0011] 步骤2在玻璃钢管外模的外围，装配拼装多节段钢套管工作构件，每个钢套管工作构件的节段长2m～3m，采用法兰盘连接，玻璃钢管外模与钢套管临时工件之间的缝隙，使用木制的楔形块楔紧；\n[0012] 步骤3将张拉杆与钢端板连接，张拉杆与预应力锚固板连接，通过张拉杆，采用千斤顶对预应力纵筋进行张拉，张拉至钢筋强度的70％后，用大螺母将张拉杆固定在钢套管工件尾部位置的预应力锚固板上；\n[0013] 步骤4吊装离心机就位，离心机转动钢套管工件，带动玻璃钢管外模转动，混凝土内衬离心定形，蒸气养护后，预应力放张、脱模，管桩成型。\n[0014] 所述玻璃钢管外模是大直径的玻璃钢夹砂管、玻璃钢复合管成品。\n[0015] 所述钢套管工作构件是装配拼装式多节段钢套管，每个节段长2m～3m，节段间采用法兰连接，端部配有承担预应力张拉锚固力的张拉锚固板。\n[0016] 根据管桩节段的设计长度选用适合的玻璃钢夹砂复合管材料，在施工现场，进行玻璃钢管外模的下料；现场将胶粘界面剂搅拌均匀，灌入玻璃钢管外1内，采用离心法工艺，胶粘界面剂沿管壁涂抹均匀，进行玻璃钢管外模的内表面毛糙处理；根据混凝土内衬的设计强度要求，将砂、石、水泥、水、高效减水剂和活性粉末等精确计量，进行高强混凝土制备；预应力纵筋选用PC钢棒材料，根据桩身节段长度，将预应力纵筋精确定长、切断、镦头，螺旋箍筋选用冷拔低碳钢丝或低碳钢热轧圆盘钢筋，采用滚焊成笼加工工艺，将预应力纵筋和螺旋箍筋焊接形成桩身钢筋骨架；钢筋骨架定位放置在玻璃钢管外模内，两端安装钢端板和钢板套箍，钢板套箍内套插入玻璃钢管外模里面，在玻璃钢管外模与钢板套箍之间填充高强缓凝结构胶；根据混凝土内衬的体积要求，将新拌混凝土用泵导向灌入玻璃钢管外模管内，沿玻璃钢夹砂复合管均匀填充下半管，在张拉一端尽可能多布一些混凝土；玻璃钢管外模的外围，配置承担预应力张拉锚固的装配拼装式多节段钢套管工作构件(一个节段长约2m～3m，法兰连接)，形成钢套管临时工件，使用楔形块将玻璃钢管外模与钢套管临时工件之间的缝隙楔紧；钢端板与张拉杆连接，张拉杆与钢套管临时工件的锚固板连接，通过张拉杆，采用千斤顶对预应力纵筋进行张拉，张拉至钢筋强度的70％后，用大螺母将张拉杆固定在钢套管工件的锚固板上；吊装离心机就位，离心机转动钢套管工件，带动玻璃钢管外模转动，按初速、中速、中高速、高速的离心速度逐级加速，使新拌混凝土沿玻璃钢管外模的管壁均匀密实，管桩混凝土离心定形，离心时间一般为10min～20min；将离心成型后的带模离心管桩吊至常压蒸气养护池(坑)内，静停1h，缓慢升温至90℃～100℃，常压下养护6h～8h，使混凝土强度达到40MPa以上；用风动扳手卸去张拉螺栓及合模螺栓，进行放张、脱模，使桩体受到预应力；吊装离心管桩进入高压釜进行高温蒸气养护，最高温度为\n180℃～200℃，饱和蒸气压力为1.0MPa，养护时间8h～12h，使混凝土强度达到80MPa以上，经高压养护后的管桩可以直接出厂供桩。\n[0017] 玻璃钢管模的大直径预应力混凝土管桩，桩身由内、外两层组成，外层为玻璃钢管外模，内层为预应力混凝土内衬。利用大直径玻璃钢管材作为预制管桩外模板，外围配置临时承担预应力张拉锚固力的装配拼装式多节段钢套管工作构件(一节段长约2m～3m，法兰连接)，采用混凝土管桩离心制作工艺，在现场制作出桩身长度任意的大直径预应力混凝土管桩。\n[0018] 本发明桩具有承载能力高、可现场制作、防腐性能强、桩身抗弯承载能力大、桩长可任意、接桩焊接接头少、成本低、抗锤击能力强，穿透能力高等优点。本发明桩克服了传统大直径先张法预应力混凝土管桩的桩身长度固定(模具固定长度不变)、超长管桩长途搬运困难，运输费高，预应力筋易锈蚀、运输吊装时易开裂等不足之处。桩尖处，可方便地与钢管桩或钢桩靴焊接连接。\n[0019] 有益效果：本发明的玻璃钢管模的大直径预应力混凝土管桩新桩型，应用于建筑、桥梁和港口工程中的桩基础，可替代钻孔灌注桩、钢管桩、预应力混凝土管桩。本发明桩的桩身由内、外两层组成，外层为玻璃钢夹砂复合管，内层为预应力混凝土内衬。利用大直径玻璃管材作为外模板，外围配置临时承担预应力张拉锚固的装配拼装式多节段钢套管工作构件(一节段长约2m～3m，法兰连接)，采用混凝土管离心制作工艺，就可方便地制作任意长度的管桩，管桩可在现场或工厂制作。本发明桩具有承载能力高、防腐性能强、抗弯承载能力大、抗锤击能力强、穿透能力高、桩长任意、可现场制作、成本低等优点。本发明桩由于采用玻璃钢夹砂复合管作为外模，因而，可现场制作(可减少运输工作量)，桩长任意，克服了传统大直径先张法预应力混凝土管桩的桩身长度固定(模具固定长度不变)、超长管桩长途搬运困难、运输费高、预应力筋易锈蚀、运输吊装时易开裂等不足之处。与钢管桩相比，具有良好的防腐性能，耐久性高，维护费用低；与传统的预应力混凝土管桩相比，具有水平抗弯能力高、制作工艺简单、防腐耐久性好等优点。本发明桩外层玻璃钢夹砂复合管相当于增加了管桩的纵向普通钢筋和环向箍筋的配筋量，其抗弯性能比普通的预应力混凝土管桩有较大地提高，避免了长桩吊装开裂问题，管桩单节制作长度可显著增加；混凝土内衬的螺旋箍筋间距可适当放大，减少箍筋的用量；玻璃钢夹砂复合管对混凝土内衬具有侧向约束作用，提高了混凝土管桩的抗锤击能力和穿透能力。本发明桩尤其适用于大跨桥梁、大吨位码头、海洋工程中大直径超长桩基础工程。\n附图说明\n[0020] 图1是桩身配筋剖面示意图；\n[0021] 图2是桩身制备方法示意图；\n[0022] 图3是桩身断面示意图；\n[0023] 图4是桩身端头节点大样图。\n[0024] 图中有：玻璃钢管外模1；混凝土内衬2；预应力纵筋3；螺旋箍筋4；钢端板5；钢板套箍6；钢套管临时工件7，楔形块8，法兰盘9，张拉杆10，预应力锚固板11。\n具体实施方式\n[0025] 实施例1\n[0026] 一种玻璃钢管模的大直径预应力混凝土管桩，其特征在于，包括：玻璃钢管外模\n1、混凝土内衬2、钢端板5和钢板套箍6，混凝土内衬2设在玻璃钢管外模1内，混凝土内衬\n2中配置由预应力纵筋3及螺旋箍筋4组成的钢筋骨架，钢端板5设在桩的两端，所述钢板套箍6设在钢端板5上且位于玻璃钢管外模1与混凝土内衬2之间，预应力纵筋3镦头锚固在钢端板5的锚固孔内。\n[0027] 钢套管工作构件7临时包裹玻璃钢管外模1，两者之间缝隙用木制的三角块楔紧，钢套管工作构件7承担预应力纵筋3的张拉锚固力，离心机转动钢套管工作构件7，带动玻璃钢管外模1转动。\n[0028] 所述玻璃钢管外模是大直径的玻璃钢夹砂管、玻璃钢复合管成品。\n[0029] 实施例2\n[0030] 一种玻璃钢管模的大直径预应力混凝土管桩的制备方法，主要步骤如下：\n[0031] 步骤1根据管桩设计长度，进行玻璃钢管外模1和预应力纵筋3下料，预应力纵筋\n3镦头处理后，采用滚焊成笼加工工艺，将预应力纵筋3和螺旋箍筋4焊接形成桩身钢筋骨架，钢筋骨架定位放置在玻璃钢管外模1内，两端安装钢端板5和钢板套箍6，根据混凝土内衬2的体积要求，将新拌混凝土用泵导向灌入玻璃钢管外模1管内；\n[0032] 步骤2在玻璃钢管外模1的外围，装配拼装多节段钢套管工作构件7，每个钢套管工作构件7的节段长2m～3m，采用法兰盘9连接，玻璃钢管外模1与钢套管临时工件7之间的缝隙，使用木制的楔形块8楔紧；\n[0033] 步骤3将张拉杆10与钢端板5连接，张拉杆10与预应力锚固板11连接，通过张拉杆10，采用千斤顶对预应力纵筋3进行张拉，张拉至钢筋强度的70％后，用大螺母将张拉杆10固定在钢套管工件7尾部位置的预应力锚固板11上；\n[0034] 步骤4吊装离心机就位，离心机转动钢套管工件7，带动玻璃钢管外模1转动，混凝土内衬2离心定形，蒸气养护后，预应力放张、脱模，管桩成型。\n[0035] 所述钢套管工作构件是装配拼装式多节段钢套管，每个节段长2m～3m，节段间采用法兰连接，端部配有承担预应力张拉锚固力的张拉锚固板。\n[0036] 下面对本发明作出更为详细地说明：\n[0037] 玻璃钢管模的大直径预应力混凝土管桩，可在现场或工厂批量生产。本发明桩适合用于大型桥梁或大吨位码头桩基工程，以便发挥其优点。管桩直径宜为800mm～1600mm，预制单节桩长30m～50m每节制作长度宜为20～30倍管径，。施工工艺流程为：混凝土制备——玻璃钢管内表面界面毛糙处理——钢筋骨架制作——钢筋骨架进入玻璃钢管模——安装钢端板和钢板套箍——泵管导灌混凝土布料——现场拼装钢套管工件——预应力张拉——离心定形——初级蒸汽养护——放张、脱模——高压蒸汽养护——吊装运输——焊接接桩——沉桩施工。在玻璃钢管模的大直径预应力混凝土管桩现场制作或工厂制作施工作业中，必须注意抓紧抓细各环节，具体生产工艺要点如下：\n[0038] (1)高强混凝土制备\n[0039] 根据设计好的配合比，将砂、石、水泥、水、高效减水剂和微硅粉掺合料等经精确计量，用混凝土强制式搅拌机制成5cm～8cm的低坍落度的新拌混凝土，设计要求混凝土强度等级不低于C60或C80。\n[0040] (2)玻璃钢管内表面界面毛糙处理\n[0041] 胶粘界面剂宜由水性胶粘剂、高标号水泥、细石英砂、粉煤灰、微硅粉、高效减水剂、膨胀剂等组成，胶粘界面剂应搅拌均匀，灌入玻璃钢夹砂复合管内，采用离心法工艺，胶粘界面剂沿管壁涂抹均匀。外模为玻璃钢PVC复合管时，PVC内管壁宜带有螺纹凹槽，管桩混凝土内衬与玻璃钢PVC复合管内表面摩擦力增加，两者更好地共同工作。\n[0042] (3)钢筋骨架制作\n[0043] 预应力主筋采用低松驰型的预应力混凝土用钢棒(PC钢棒)，PC钢棒表面有周期性变化的刻痕，与混凝土有良好的握裹力，PC钢棒是低碳钢，具有良好的点焊性能，PC钢棒应精确定长、切断、镦头。螺旋箍筋采用直径为5mm～8mm的冷拔低碳钢丝或低碳钢热轧圆盘钢筋，桩外径800mm～1000mm，螺旋筋直径不应小于5mm；桩外径1000mm～1200mm，螺旋筋直径不应小于6mm；桩外径1200mm～1600mm，螺旋筋直径不应小于8mm。钢筋骨架螺距最大不宜超过200mm。距桩两端在1000mm～1600mm长度范围内，螺距为75mm～100mm。管桩钢筋骨架制作采用滚焊成笼加工工艺。\n[0044] (4)钢筋骨架进入玻璃钢管模\n[0045] 大直径塑料管外层缠绕玻璃纤维的工艺已经成熟，大直径玻璃钢夹砂复合管已得到广泛应用，其具有耐腐蚀性能好、轻质高强、使用寿命长、规格多、价格低等特点。玻璃钢复合管的内衬塑料可以选用聚氯乙烯、聚乙烯或聚丙烯塑料管，内衬塑料管内带有螺纹凹槽。表面宜为了增加桩与土体的摩擦力，玻璃钢夹砂复合管外表面宜带有螺纹凹槽。为了增加混凝土内衬与玻璃钢夹砂复合管的摩擦力，玻璃钢夹砂复合管内表面宜带有螺纹凹槽。\n[0046] 钢筋骨架进入玻璃钢复合管模时，应中心对齐。使用垫块，定位保护层厚度。\n[0047] (5)安装钢端板和钢板套箍\n[0048] 将制作好的玻璃钢夹砂复合管、钢筋骨架、钢端板(已焊套箍)按照图纸就位，钢筋骨架应在玻璃钢夹砂复合管内用定位垫块精确定位，安装钢端板和钢板套箍，钢板套箍应内套在玻璃钢夹砂复合管模中，在玻璃钢夹砂复合管与钢箍板间填充高强缓凝结构胶，玻璃钢夹砂复合管与钢端板应顶紧，钢端板与张拉杆、预应力钢筋锚固板等连接。\n[0049] (6)泵管导灌混凝土布料\n[0050] 根据每根离心管桩的新拌混凝土用量要求，将新拌混凝土用泵管导灌入玻璃钢夹砂复合管内，沿玻璃钢夹砂复合管均匀填充下半管，在张拉一端尽可能多布一些混凝土。\n[0051] (7)拼装钢套管工件\n[0052] 玻璃钢夹砂复合管外围配置承担预应力张拉锚固的装配拼装式多节段钢套管工作构件，节段套管间采用法兰、螺栓连接，一节段长约2m～3m，应保证钢管套能承担预应力张拉锚固力。使用楔形块将玻璃钢夹砂复合管与外围钢套管的缝隙楔紧，以保证离心转动时，带动玻璃钢夹砂复合管同步转动。\n[0053] (8)预应力张拉\n[0054] 采用千斤顶式的张拉机对合模后的离心管桩钢筋骨架进行整体张拉，张拉至钢筋强度的70％后，用大螺母将张拉杆固定在钢套管锚固板上。\n[0055] (9)离心定形\n[0056] 将带拼装钢套管模工件的离心管桩吊至离心机上方，按初速、中速、中高速、高速的离心速度逐级加速，离心时间一般为10min～20min。通过离心密实成型工艺，使新拌混凝土沿玻璃钢夹砂复合管外套均匀密实。离心结束后，将张拉端抬高，倾倒离心过程中产生的废浆水。\n[0057] (10)初级蒸气养护\n[0058] 将离心成型后的带模离心管桩吊至常压蒸气养护池(坑)内，静停1h，缓慢升温至\n90℃～100℃，常压下养护6h～8h，使混凝土强度达到40MPa以上。\n[0059] (11)放张、脱模\n[0060] 将初级蒸气养护后的带模离心管桩吊至专用脱模台位上，用风动扳手卸去张拉螺栓及合模螺栓，使桩体受到预应力，然后吊走套管模具。清理套管模具、锚固板、张拉杆。对于混凝土设计强度等级为C60的离心管桩，将脱模后的离心管桩直接吊运至成品堆场码堆，自然养护，达到出厂强度后即可出厂。\n[0061] (12)高压蒸养\n[0062] 设计混凝土强度等级为C80以上的离心管桩，需将脱模后的离心管桩再进入高压釜进行高温蒸气养护，最高温度为180℃～200℃，饱和蒸气压力为1.0MPa，养护时间8h～\n12h，使混凝土强度达到80MPa以上。经高压养护后的管桩可以直接出厂供桩。\n[0063] (13)吊装运输\n[0064] 玻璃钢管模的大直径预应力混凝土管桩具有较大的抗弯承载能力和抗裂弯矩，外层玻璃钢夹砂复合管相当于增加了管桩的非预应力筋结构配筋，其抗弯性能比普通的预应力混凝土管桩有较大地提高。因此，管桩单节制作长度可显著增加，以减少现场拼接接头，方便施工。建议单节预制长度为20～30倍管径；直径800mm-桩长16m～24m，直径\n1000mm-桩长20m～30m，直径1200mm-桩长24m～36m，直径1400mm-桩长28m～42m，直径1600mm-桩长32m～48m。管桩起吊时，用特别的吊钩勾住管桩的两端就可方便地起吊。\n玻璃钢管模的大直径预应力混凝土管桩宜现场制作、浮运运输。\n[0065] (14)焊接接桩\n[0066] 管桩焊接施工应按照规范进行施工，焊接接桩时，管桩中心应上下对直，用临时定位器进行定位，采用4～6处点焊临时固定，进行管桩接头焊接，焊缝焊接工艺不应少于3道，所有焊缝应牢固饱满，不得带有夹渣等焊接缺陷。\n[0067] (15)沉桩施工\n[0068] 玻璃钢管模的大直径预应力混凝土管桩沉桩可采用锤击沉桩或静力压桩沉桩方式，桩端可制成敞口式或加设桩尖式。