一种新型混凝土管桩

1.本公开涉及桩基础技术领域，具体的涉及一种新型混凝土管桩。


背景技术：

2.随着我国基础设施建设的高速发展，越来越多的预应力高强度混凝土管桩在土木工程领域得到广泛应用。预应力高强度混凝土管桩具有制桩工期短、造价低、耐压性好、力学性能优、单桩承载能力高等特点，在我国具有广泛的应用。针对密实砂土层、强风化岩层等地层环境，预应力高强度混凝土管桩具有良好的适应性。在滨海地区或含盐量较高的地层，由于桩基础遭受环境中氯离子、硫酸根离子侵蚀影响，桩基础的耐久性问题面临严峻的挑战。目前，我国对预应力高强度混凝土管桩在侵蚀性环境中的耐久性设计方法及配套防腐蚀措施较少，而预应力高强度混凝土管桩自身不具备耐腐蚀功能，加之混凝土强度等级要求不得低于c80，所以预应力高强度混凝土管桩防腐蚀问题显得尤为重要。预应力高强度混凝土管桩属于隐蔽工程，桩体或桩接头遭受严重腐蚀后，其整体稳定性、抗压、抗弯性能都会有所降低，特别是破坏没有预兆，对人身财产安全构成极大威胁，因此设计一种耐腐蚀性能好的预应力高强度混凝土管桩是目前桩基础设计需要解决的技术难题。
3.常用的提高预应力混凝土管桩、预应力高强度混凝土管桩耐腐蚀性的措施有：(1)采用防腐涂层、防腐护甲，(2)调整混凝土材料和配合比，(3)优选焊接接头方法，(4)增加预留保护层厚度。
4.目前，同类型专利有各种耐腐蚀处理措施，专利授权公告号cn101343870a公开了桩身采用frp筋替换钢筋的方式进行防腐，但桩的抗压强度不一定能实现等强；专利授权公告号cn 2093391302 u公开了桩身采用环氧树脂涂层和布置加强筋的方式解决桩的耐久性问题，但是混凝土的防腐尚未解决。虽然这两种方法在一定程度上延缓预应力高强度混凝土管桩老化的时间，但是在腐蚀性强的地层中使用受到限制，未能从根本上解决高强度和耐腐蚀性兼容问题。


技术实现要素：

5.针对现有的技术方案的不足，本实用新型旨在提供一种新型混凝土管桩，解决预应力高强度混凝土管桩耐腐蚀性的问题，并在原有高强度基础上利用纤维增强复合材料再次进行补强加固，提高其承载力、抗渗、抗裂性能，可以解决现有预应力高强度混凝土管桩中耐久性和高强度兼容性难题。
6.为实现上述实用新型目的，本实用新型的一个或多个实施例提供了下述技术方案：
7.本实用新型公开了一种新型混凝土管桩，包括：
8.本体，包括筋体和模具体；
9.模具体，包括下端板和上端板；下端板和上端板之间设置有内环氧树脂层，所述内环氧树脂层外设置内管；内管外设置有预设距离的外管，外管外设置外环氧树脂层；外环氧
树脂层外设置外布层；
10.筋体，位于预应力混凝土层中中，沿预应力混凝土层圆周面环形阵列预应力筋；
11.通过内管与外管之间连接预应力混凝土层，将模具体与筋体连接为整体结构。
12.进一步的技术方案，上端板底部固定有固定缓冲垫。
13.进一步的技术方案，下端板顶部设置有管桩固定座。
14.进一步的技术方案，上端板、下端板厚度均不小于1.6cm。
15.更进一步的技术方案，管桩固定座顶部设置有固定缓冲垫。
16.进一步的技术方案，管桩固定座截面形状、尺寸与下端板的固定缓冲垫的截面形状、尺寸相对应；管桩固定座厚度至少为2mm。
17.进一步的技术方案，管桩固定座、上端板、下端板、缓冲垫上均设置有主筋孔，主筋孔的形状和位置对应预应力筋的形状和位置。
18.进一步的技术方案，箍筋采用玻璃纤维光圆筋，直径不小于4mm。
19.进一步的技术方案，预应力筋直径为10-16mm。
20.进一步的技术方案，沿预应力混凝土层内圆周方向均布：6根外径300mm-500mm的预应力筋，10根外径500-800mm的预应力筋，12根外径800-1200mm的预应力筋。
21.进一步的技术方案，外环氧树脂层厚度至少为2mm。
22.进一步的技术方案，外布层宽度至少为40mm。
23.进一步的技术方案，外布层至少采用5层。
24.进一步的技术方案，预应力筋外圆周面上设置箍筋用以固定预应力筋。
25.进一步的技术方案，箍筋沿着预应力筋高度方向均布。
26.以上一个或多个技术方案的有益效果是：
27.1.通过预应力玻璃纤维增强复合材料筋替代传统钢筋，其本身具有轻质、抗拉强度高、耐腐蚀性好的特性，能够抵抗地层中氯离子的侵蚀，并且经济、施工高效；
28.2.含预应力筋的高强度混凝土管桩具有较好的抗剪性能；通过碱矿渣混凝土替代普通混凝土，不仅具有较好的阻锈性、抗渗性，也具有很好的抗硫酸盐腐蚀性、较高的抗压强度，能达到c80高强度等级，满足耐久性和高强性要求；
29.3.通过设计内、外管在增强轴心受压能力，显著提高桩体强度性能，提高抗裂性；
30.4.通过设置内环氧树脂层增加内管提高耐磨性，并阻挡内管内侧部分有害腐蚀性离子侵蚀；通过设置外环氧树脂层来粘结外管和外布层，提高一体性，并且阻挡外管外侧部分有害腐蚀性离子侵蚀；
31.5.通过设置外cfrp布层与gfrp管协同工作，补强加固桩体的抗压、抗裂能力；管桩固定座、端板采用耐候钢具有优良的耐蚀性，使构件抗腐蚀延寿、减薄降耗，省工节能特点。
附图说明
32.下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
33.图1为本实用新型整体结构俯视剖面图；
34.图2为本实用新型正视剖面图；
35.图3为管桩固定座俯视图；
36.图4为管桩固定座侧视图；
37.图中，1、内环氧树脂层；2、内管；3、预应力混凝土层；4、外管；5、外环氧树脂层；6、外布层；7、管桩固定座；8、缓冲垫；9、上端板；10、下端板；11、箍筋；12、预应力筋；13、主筋孔。
具体实施方式
38.实施例1
39.现在结合附图对本实用新型做进一步详细的说明。
40.本实用新型采用的内管和外管均为gfrp材料制作的管件结构，外布层采用的是cfrp材料制作的层状结构，预应力筋采用的是gfrp材料制作的实心柱状结构。
41.请参阅如图1-4，本实用新型公开了一种新型混凝土管桩，包括：本体，包括筋体和模具体；其中模具体包括下端板和上端板；下端板和上端板之间设置有内环氧树脂层，所述内环氧树脂层外设置内管；内管外设置有预设距离的外管，外管外设置外环氧树脂层；外环氧树脂层外设置外布层；其中筋体包括预应力混凝土层，预应力混凝土层中沿其圆周面环形阵列预应力筋；通过内管与外管之间连接预应力混凝土层，将模具体与筋体连接为整体结构。
42.筋体制作按施工规范要求绑扎预应力筋、箍筋。根据实际工程方案，配筋、布筋方式按国家现行《预应力混凝土管桩技术标准》(jgjt406-2017)设计，并确定整体的管桩桩长、外径、壁厚。筋体的作用是：增强整个管桩的整体强度。
43.筋体内的预应力筋，采用的是单层而非双层，位于预应力混凝土层内，沿其圆周方向上均匀布置6根外径尺寸为300mm-500mm的预应力筋，均匀布置10根外径500-800mm预应力筋，均匀布置12根外径800-1200mm预应力筋。
44.预应力筋参数如下：仅配置玻璃纤维增强复合材料筋，加入玻璃纤维含量不低于含量75％，直径为10-16mm，抗拉强度标准值≥650mpa，剪切强度≥110mpa，极限拉应变ε≥1.2％，弹性模量≥40gpa，具体强度参数需根据实际工程进行设计。
45.环形阵列的预应力筋的外圆周面上还设置多处箍筋，沿着预应力筋竖直方向均布，箍筋可采用玻璃纤维光圆筋，直径不小于4mm，箍筋间距加密区45mm，非加密区80mm，箍筋间距根据实际工程进行调整。
46.内部沿圆周方向均匀布设预应力筋的预应力筋，通过碱矿渣混凝土替代普通混凝土，不仅具有较好的阻锈性、抗渗性，也具有很好的抗硫酸盐腐蚀性、较高的抗压强度，能达到c80高强度等级，满足耐久性和高强性要求。其中碱矿渣混凝土层配合比(kg/m3)——水：矿粉：水玻璃：粗砂：细沙：石＝2.33：17.55：9.8：18：12.6：58.5。
47.下端板10、管桩固定座7焊接成型，管桩固定座7上侧用粘合剂固定缓冲垫8，再固定于模具体下端；将对应型号的上端板9用粘合剂固定缓冲垫8，再安装于模具体上端，模具制作时已预留好各构件的位置、孔道；将筋体放入模具体中，筋体上端依次穿过缓冲垫8、上端板9的主筋孔道，筋体下端依次穿过缓冲垫8、管桩固定座7、下端板10的主筋孔道，并按设计尺寸对齐；将预制好的内管2、外管4分别用粘合剂固定在筋体的内侧和外侧，上端对齐上侧缓冲垫8、上端板9后固定，下端对齐下缓冲垫8、管桩固定座7、下端板10后固定。
48.其中，上端板、下端板、管桩固定座、缓冲垫包括主筋孔，主筋孔的构造按国家现行《预应力混凝土管桩技术标准》(jgjt406-2017)设计。
49.其中，缓冲垫8采用橡胶材料，上端、下端的缓冲垫8均按对应端的管桩截面形状设计，上端的缓冲垫8的截面尺寸应与上端板形状、尺寸对应，下端的缓冲垫8的截面尺寸应与管桩固定座的形状、尺寸对应，厚度均不小于2mm。
50.其中，内管2、外管4为预制缠绕形gfrp管，参数：弹性模量为21.93gpa，纤维缠绕方向为55
°
，极限应变为0.012，厚度5-10mm，具体实施尺寸、强度参数实际工程方案来预制，内管2外径应比预应力混凝土层内径小2-3mm，外管4内径应比预应力混凝土层外径大2-3mm。
51.其中，管桩固定座7和下端板10由q235钢制作，两个构件通过电弧焊焊接，上端板9、下端板10厚度均不小于1.6cm，管桩固定座7凸起外壁壁厚不低于10mm。
52.其中，外布层6参数选择：弹性模量为158.8gpa，沿纤维方向的抗拉强度2859.3mpa，cfrp条带宽不小于40mm，单层厚度不小于0.1mm，缠绕不小于5层，具体实施的外布层6参数、厚度、缠绕层数按管桩实际工程方案来确定和布置。外布层6与内管、外管一起使用可以补强加固桩体的抗压、抗裂能力。
53.内环氧树脂层、外环氧树脂层，通俗解释：材质像胶水一样，涂刷一定次数，形成一定厚度，并且凝固后，形成一层既可以粘结、也可以抗磨、抗渗的物质。
54.通过设置内环氧树脂层增加内管耐磨性，并阻挡内管内侧部分有害腐蚀性离子侵蚀；外环氧树脂层来粘结外管和外cfrp布层，提高一体性，并且阻挡外管外侧部分有害腐蚀性离子侵蚀。
55.实施例2
56.预应力grfp筋采用玻璃纤维增强复合材料筋与普通钢筋组合配筋组合的方式。
57.本实用新型的工作过程：首先，制作筋体；按施工规范要求绑扎预应力筋12、箍筋11。然后，装模；将对应型号的下端板10、管桩固定座7焊接成型，管桩固定座7上侧用粘合剂固定缓冲垫8，再固定于管桩模具体下端板；将对应型号的上端板9用粘合剂固定缓冲垫8，再安装于管桩模具体上端板，模具体制作时已预留好各构件的位置、孔道；将筋体放入模具体，筋体上端依次穿过缓冲垫8、上端板9的主筋孔，筋体下端依次穿过缓冲垫8、管桩固定座7、下端板10的主筋孔，并按设计尺寸对齐；将预制好的内管2、外管4分别用粘合剂固定在上述gfrp筋笼的内侧和外侧，上端对齐上侧缓冲垫8、上端板9后固定，下端对齐下缓冲垫8、管桩固定座7、下端板10后固定。然后，制作预应力混凝土层；制备碱矿渣混凝土，并灌入模具体。预应力筋c80碱矿渣混凝土层3配合比(kg/m3)——水：矿粉：水玻璃：粗砂：细沙：石＝2.33：17.55：9.8：18：12.6：58.5。然后，合模；张拉预应力筋，使用锚具锚固于上、下端板；然后，施加预应力的方式、预应力筋锚具的选择根据现有技术择优。然后，离心，养护，脱模，完成管桩整体制作。通过上述五个步骤制作的管桩通过锚具、管桩固定座、上下端板的固定可以实现其稳固性。然后，涂刷环氧树脂；经过步骤五处理后的管桩内、外壁涂刷环氧树脂层数层，完成内环氧树脂层1、外环氧树脂层5的制作，其厚度不得小于2mm；外环氧树脂层5会提供足够的粘结力。然后，缠绕cfrp布，制作外cfrp布加强层6。最后，沉桩；沉桩施工方式采用静压或锤击沉桩。
58.上述未经描述的构件按按国家现行《预应力混凝土管桩技术标准》(jgjt406-2017)设计，未经描述的制作工艺按现行工艺择优。
59.上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用
新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。