專利名稱：高強度預應力混凝土帶節管樁的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種建筑基礎用樁，特別是，本實用新型涉及一種高強度預 應力混凝土帶節管樁，所述混凝土帶節管樁具有優于直樁的支撐力。
背景技術：
預制混凝土管樁包括預應力混凝土管樁(代號PC管樁)、預應力高強混凝土
管樁(代號PHC或PRC管樁)及先張法薄壁預應力混凝土管樁(代號PTC管樁)。 預應力混凝土管樁有施工速度快，質量容易保證、有樁身強度高(C60 C80)， 沉樁能力強，單樁承載力高，施工周期短，造價低等優點。預應力混凝土管樁作為一 種新型的工程基樁，已被廣泛應用到高層建筑、民用住宅、公用工程、大跨度橋 梁、高速公路、港口、碼頭等工程中。
但在生產過程中，由于某種因素的影響，管樁產品也往往會出現一些外觀和 內在質量的缺陷和不足。尤其在樁身豎向承載力上。在樁基施工中，打裂、打斷 管樁的現象時有發生。其缺點主要表現如下。
(1)單樁承載力不滿足設計要求；(2)預應力管樁樁身質量；(3)預應力管 樁焊接質量和接頭連接問題；(4)樁位偏差過大；(5)樁管進水樁端強風化軟質 巖軟化；(6)節部容易開裂等問題。
上述問題與預應力混凝土管樁的結構、所使用的材料及其外部形狀有關。 為此，有人發明了帶節的預應力混凝土管樁。例如，公開號為特開平 11-048232的日本專利公開了一種帶節的預應力混凝土管樁。所述混凝土帶節管 樁系在所述管樁上間距形成多個節部，各個節部之間區域形成樁軸部，所述節部 直徑大于樁軸部，所述混凝土帶節管樁用混凝土將各部澆注一體。且所述帶節預 應力混凝土管樁中設置有鋼棒，由此，提高單樁承載力。然而，其節部仍存在容 易開裂等缺點。
上述問題也與預應力混凝土管樁的制造、養護方法等有關。
例如，混凝土的原材料主要有水泥、骨料、外加劑、水和摻合物等。作為摻
合料常用有粉煤灰、礦粉、磨細石英砂等。但是，水泥、骨料等因溫差大等原 因導致開裂。常用的粉煤灰、礦粉、磨細石英砂等摻合料的活性一般比水泥小， 早期強度較低，難以起到補助作用。但在堿性介質和硫酸鹽的激發下可增大其活 性(二次水化反應)，對混凝土的后期強度有利。
水泥水化反應是放熱反應，反應條件(介質的酸堿度反應時的溫度和壓力等) 發生改變(甚至微小的變化)都會影響水化物品晶體結構的形成和"熟化"的程度， 對混凝土強度產生很大的影響。
為此，在預應力混凝土管樁及其生產中，養護具有特別重要的意義。水泥與 水混合后很快就發生水化反應。反應從顆粒的表面開始，形成相應的水化物。水 化物溶于水，暴露出新的表面使反應繼續進行。首先形成以水化硅酸轉為主體的 半滲透膜層，包圍在水泥顆粒表面，隨著反應的進行，半滲透膜層逐漸擴大、延 伸、連結、形成充滿水泥顆粒之間空隙的凝膠體。凝膠體在不同的環境條件下失 水結晶、硬化而具有強度。
另外，粉煤灰、礦粉、磨細石英砂等摻合料的細度以單位重量面積表示，分
別在400-700mVkg、 350-600m7kg及300-400m7kg等。填充在水泥顆粒之間時， 難以降低孔隙尺寸及降低滲透性。并使得水化作用產生的氫氧化鈣晶體尺寸較大， 取向難以隨機。
又，由于上述細度所體現的比表面積較小，導致在骨料和鋼筋下面有泌水聚 集，界面強度降低，不利于進一步提高混凝土強度、密實性及耐久性。
通常，蒸壓養護是管樁混凝土獲得高強度的重要手段，是生產PHC或PRC 樁的必由之路。在高壓高溫的飽和蒸汽中，水的作用變得很活潑，水熱作用更進 一步促進水泥的水化反應，和晶體形態的重組與成熟。在常壓蒸汽養護條件下得 不到更高強度的托勃莫來石族水化產物。在高溫高壓條件下可能形成，并且由于 高溫高壓作用可使混凝土中最薄弱的集料界面得到很大的改善和提高。
對于混凝土帶節管樁來說，通常，先經常壓蒸汽養護之后，再經蒸(高)壓養 護。先經常壓蒸汽養護可以得到所述帶節管樁的80MPa以上的強度，但是在蒸壓 養護階段，因管樁體的溫度變化，而導致其節部因溫差發生開裂。
本發明人發現，籍由在原材料中加入硅灰(粉狀二氧化硅)，可防止在蒸壓養 護或其后階段發生節部開裂等情況。同時，本發明人發現，改變混凝土帶節管樁 的節部構造，及在所述混凝土帶節管樁樁體中加入鋼棒及鋼筋，也可防止在蒸壓 養護或其后階段發生節部開裂等情況，有利于其強度的提高。
實用新型內容
為此，本實用新型的目的在于，提供一種高強度預應力混凝土帶節管樁，所 述混凝土帶節管樁借助于節部連接高低差，從而使得在制樁時的拆模作業變得容 易了。另外，在樁的運搬及施工時，由于節部的存在及所述混凝土帶節管樁樁體 內嵌有PC鋼棒及鋼筋，還起到了增加強度的效果，再借助于硅灰的添加，可以防 止節部開裂現像的發生，提高強度，從而具有優異的支撐力。
本實用新型的高強度預應力混凝土帶節管樁的技術方案如下。
一種高強度預應力混凝土帶節管樁，所述混凝土帶節管樁系在所述管樁樁體 上間距形成多個環狀突起節部，各個節部之間的管樁樁體形成樁軸部，所述節部 直徑大于樁軸部，所述混凝土帶節管樁用混凝土將各部澆注一體，所述混凝土帶 節管樁樁體內嵌有PC鋼棒。
根據本實用新型的高強度預應力混凝土帶節管樁，所述高強度預應力混凝土
帶節管樁混凝土內添加有5 — 25%的平均粒徑0. 1_0. 5微米的硅灰(粉狀二氧化 硅)，由此，可以在常壓蒸汽養護之后得到80MPa以上的強度，且在其節部不因溫 度變化，發生開裂。
根據上述細度，微硅粉即硅灰顆粒可以填充在水泥顆粒之間，從微觀尺度提 供水泥漿的密實程度，將孔隙尺寸降低。同時，可以阻斷許多連通孔，大幅度降 低滲透性。另外，微小的硅灰顆粒在水泥顆粒周圍具有晶種作用，使得水化作用 產生的氫氧化鈣警惕尺寸更小，取向更加隨機。
根據本實用新型的高強度預應力混凝土帶節管樁，所述高強度預應力混凝土 帶節管樁混凝土內添加的硅灰平均粒徑為0. 15微米。
根據本實用新型的高強度預應力混凝土帶節管樁，所述混凝土帶節管樁的單 根支撐力，由于節部直徑的增大而增加了樁外周面積，從而其摩擦力得以增加， 又由于最靠近先端部的節部的直徑的同樣增大而增加了斷面積，從而其先端部支 撐力得以增加。
優選的是，根據本實用新型的高強度預應力混凝土帶節管樁，在所述混凝土 帶節管樁樁體內，在所嵌PC鋼棒之間，設置有異形鋼筋。
優選的是，根據本實用新型的高強度預應力混凝土帶節管樁，在所述混凝土 帶節管樁的樁軸部與節部之間，形成有錐部。借助錐部4a、 4b連接高低差以達到 增強節部的目的。
優選的是，根據本實用新型的髙強度預應力混凝土帶節管樁，在所述混凝土
帶節管樁樁體具有同樣斷面的樁軸部的區間，并于各節部的上下制成錐面4a、 4b， 再將各部分用混凝土澆注成型為一體。
優選的是，根據本實用新型的高強度預應力混凝土帶節管樁，所述混凝土帶 節管樁樁體內，所述樁軸部及節部的斷面為園形和正多邊形。
優選的是，根據本實用新型的高強度預應力混凝土帶節管樁，在所述混凝土 帶節管樁樁體內所嵌的PC鋼棒為6-12根。
優選的是，根據本實用新型的髙強度預應力混凝土帶節管樁，在所述混凝土 帶節管樁樁體內所嵌的每PC鋼棒之間設置有異形鋼筋2-3根。
優選的是，根據本實用新型的髙強度預應力混凝土帶節管樁，所述混凝土帶 節管樁樁體壁厚在60-80mm。
根據本實用新型的高強度預應力混凝土帶節管樁，在樁軸部與節部之間，由 于借助了錐部連接高低差，從而使得在制樁時的拆模作業變得容易了。另外，在 樁的運搬及施工時，由于節部的存在，還起到了增加強度的效果。
根據本實用新型，籍由改變混凝土帶節管樁的節部構造，另外，借助了錐部 連接高低差，由于節部的存在及所述混凝土帶節管樁樁體內嵌有PC鋼棒及鋼筋， 起到了增加強度的效果，再借助于硅灰的添加，可以防止節部開裂現像的發生， 提高強度，從而具有優異的支撐力。從而使得在制樁時的拆模作業變得容易了。 另外，在樁的運搬及施工時，由于節部的存在，還起到了增加強度的效果。
附圖的簡單說明
風la所示為本實用新型的斷面為圓形的高強度預應力混凝土帶節管樁示意圖。
圖lb所示為
圖1所示的混凝土帶節管樁剖視圖。
圖2所示為本實用新型的斷面為正多邊形的高強度預應力混凝土帶節管樁示 意圖。
圖3所示為以往的直樁示意圖。
圖4所示為本實用新型的高強度預應力混凝土帶節管樁的節部放大圖。 圖5所示為本實用新型的高強度預應力混凝土帶節管樁的使用狀態示意圖。 圖中，1為混凝土帶節管樁，2為混凝土帶節管樁的二節部之間的樁軸部，3 為混凝土帶節管樁的節部，4a、 4b為錐狀髙低差部，5a、 5b為上下端面，6為中
心孔。7為直樁，8為充填物，9為地盤，10為地盤與充填材料的界面，ll為鋼棒。
具體實施方式
下面參照附圖，就本實用新型的最佳實施方式加以詳細說明。 實施例1
本實用新型的高強度預應力混凝土帶節管樁的制造 原料
a)水泥優先采用強度等級不低于42.5的硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、 礦渣硅酸鹽水泥。水泥的安定性必須合格且與所用的減水劑相容性好，水泥膠砂 強度必須達到要求且有一定的富余量。
b) 骨料(砂、石)在混凝土中骨料約占混凝土體積的70%。它在混凝土 中起著骨架作用，可使混凝土比單獨的水泥漿具有更高的體積穩定性和更好耐久 性。骨料中如石粉和泥質含量偏高會直接影響到混凝土拌合物的和易性，給離心 效果帶來不利影響。
砂采用細度模數為2.3 3.4潔凈天然中砂，級配以II區為好，含泥量《 3.0%，使用河砂時切忌貝殼含量太多(可參考輕物質指標)。
碎石顆粒形狀以接近圓形的多面體或方形最好。最大粒徑不大于25 mm(薄 壁管樁粒徑不宜大于20 mm)且以連續級配為好。針片狀顆粒含量〈5 % ，石粉 含量〈3.0 % ，含泥量< 0.5 % ，抗壓強度大于水泥石強度的1.5倍以上。
骨料中石粉和泥質含量高對混凝土管樁質量影響很大。因為石粉的主要成分 多為石英及難溶的碳酸鹽礦物，往往可在骨料表面形成包裹層，妨礙骨料與水泥 石的粘結或以松散的顆粒出現，增大了表面積，增加了需水量。泥土多為一些粘 性物質所組成，遇水后體積膨脹對混凝土起破壞作用。
c) 外加劑減水率〉18% ，且與水泥的適應性強，對鋼筋無銹蝕作用，勻 質性好。嚴禁使用氯鹽類外加劑。
d) 水采用自來水或潔凈的河水，嚴格控制氯化物和硫酸鹽含量，不得使 用海水。
e) 摻合料磨細石英砂，硅灰等。所述高強度預應力混凝土帶節管樁混凝
土內添加有O. 1—20%的平均粒徑0. l—0.5微米的硅灰(粉狀二氧化硅)，由此，
可以在常壓蒸汽養護之后得到80MPa以上的強度，且在其節部不因溫度變化，發
生開裂。
本實用新型的硅灰使用挪威埃肯公司出品的埃肯微硅粉(E1 kem Microsilica)。其組成如下
Si02 92%，Fe203 0.8%，A1203 0.3%，CaO 0.4%,MgO 0.3%，Na20 0 .2 %， K20 0.9%。其平均粒徑在O. 15微米，則其單位重量的表面積表示的細度相 當于15， 000-25， 000m7kg。
在本實施例中，原材料中還有鋼筋。預應力主筋宜釆用預應力混凝土用鋼棒， 強度標準值1420MPa ，松弛率《2.5 % ，伸長率>5 %。螺旋箍筋宜采用冷拔低 碳鋼絲(〈b)，最大力下總伸長率(L0^ 200)不小于1.5% ，彎曲次數(次/180 ° )不小于4次。
根據本實施例，所述高強度預應力混凝土帶節管樁用混凝土將各部澆注一體， 所述管樁上間距4-8ra形成節部，節部周長138mm，節部外徑440mm，樁軸部外徑 300mm，截面積452cm2，壁厚60mm，所述混凝土帶節管樁樁體內嵌有的PC鋼棒， 其公稱直徑7.4mm，設置6根，各根截面積2. 4cm2。除了用預應力混凝土用鋼棒 之外，在鋼棒之間設置2根直徑較小(直徑4-5mm)的異形(螺紋)鋼筋ll。當然， 應其設置根數根據所述管樁尺寸及使用地盤等情況而定。
根據本實施例，布料工藝如同通常管樁所使用的工藝，但需注意由于布料 操作不細心，往往會使混凝土料成堆、大方量的下落，致使鋼筋籠焊點脫落，主 筋下塌，甚至箍筋散架。
管樁的強度是由混凝土以及鋼筋(包括箍筋)共同作用的結果。主筋塌落張拉 時容易斷筋，主筋不直定會造成管樁垂直受力不均，箍筋散架，就會失去或降低 徑向混凝土的約束力，最終導致管樁強度降低。
本實施例中，設計彎曲力矩為，耐開裂為7.8t-m，耐破壞為12.8t-m，設計 剪切力為10. 2t。
離心成型工藝，離心速度快，離心時間可以短些。離心速度慢，離心時間可 適當延長。簡言之，在一定的離心轉速下(也即一定的離心加速度下)，有一個最 佳的離心時間。離心參數的優劣要以離心效果為準則。
常壓蒸養
所述常壓蒸養條件為一個大氣壓和65-85"C溫度下進行。較好的是，在8(TC 和一個大氣壓下進行。
常壓蒸養可分為4個階段靜停、升溫、恒溫、降溫。靜停和較為緩慢的升 溫，對混凝土發育完整性有好處，可避免或減少混凝土微觀缺陷，對最終強度有 利。
實施例2
在實施例l的基礎上，增加蒸壓養護。 作為本實用新型的制造方法，系可在常壓養護之后，經一道蒸壓養護。
所述蒸壓養護是指管樁脫模后，再進高壓釜進行蒸壓養護。蒸壓養護可充分 發揮水泥二次反應作用，在同樣水泥用量的情況下，可明顯提高混凝土強度。
所述蒸壓養護條件為165-185。C和10-13個大氣壓下進行。較好的是，在180 "C和12個大氣壓下進行。
蒸壓養護是管樁混凝土獲得高強度的重要手段，是生產PHC樁必由之路。在 高壓高溫的飽和蒸汽中，水的作用變得很活潑，水熱作用更進一步促進水泥的水 化反應，和晶體形態的重組與成熟。在常壓蒸汽養護條件下得不到更高強度的托 勃莫來石族水化產物。在高溫高壓條件下可能形成，并且由于高溫高壓作用可使 混凝土中最薄弱的集料界面得到很大的改善和提高。
實施例3
除了硅灰的平均粒徑在0.25微米，所述管樁上間距8—12m形成節部，節部 周長157mm，節部外徑500mm，樁軸部外徑400mm，截面積684cm2，壁厚75mm，所 述混凝土帶節管樁樁體內嵌有的PC鋼棒，其公稱直徑9.2mm，設置8根，各根截 面積5. 12cm2之外，其他如同實施例1 。
另外，在各節部的上下形成錐部4a、 4b，并將各部以混凝土澆注為一體。在 離心成型時形成中心孔6，上端面5a，下端面5b均為平面狀。
圖4所示的為節部放大圖。樁軸部2與節部3之間，其上下由錐體連接。而 錐體的角度可自由設定。
本實施例中，設計彎曲力矩為，耐開裂為8.8t-m，耐破壞為15.2t-ra，設計 剪切力為15. 2t。
實施例4
除了硅灰的平均粒徑在O. 20微米，樁體內均布設有直徑為9. 2mm的6根鋼棒，
每二根鋼棒間不設置直徑較小的鋼筋之外，其他如同實施例1。 實施例5
除了硅灰的平均粒徑在0. 35微米，所述管樁上間距12 — 15m形成節部，節部 周長157mm，節部外徑500mm，樁軸部外徑400mra，截面積684cm2，壁厚110mm， 所述混凝土帶節管樁樁體內嵌有的PC鋼棒，其公稱直徑9. 2mm，設置10-12根， 各根截面積5. 12-7. 68cm2之外，其他如同實施例1。
實施例6
為將本實用新型的上述實施例的混凝土帶節管樁設置于地盤9上，先用與節 部直徑大體相同的螺旋式掘孔機在地盤9上掘孔，然后放入混凝土帶節管樁1。 在地盤9與混凝土帶節管樁軸部2的縫隙間注入由碎石或砂漿以及水泥漿構成的 充填材料。這時充填材8會被樁軸部3所擠壓而與混凝土帶節管樁形成一體，而 樁周摩擦力的剪斷界面也因此移位到地盤9與充填材8的界面10的位置上了。為 此，與圖3所示的直樁相比，具有同樣軸徑的混凝土帶節管樁1因其剪斷境界面 的增大，而使得樁周摩擦力獲得增加。
實施例7
對于上述實施例的管樁的先端部，由于充填材被最靠先端節部3與地盤的擠 壓，混凝土帶節管樁1與充填材8成為一體。為此由節部3的直徑構成的面積便 成為樁先端部的斷面積，這比圖3所示的直樁增大了先端部支撐力。另外，如果 樁的先端部附近的土壤9比較堅固的話，增加充填材9的強度會使先端部的支撐 力得到增加。
根據本實用新型，籍由改變混凝土帶節管樁的節部構造，及在樁軸部與節部 之間，由于借助了錐部連接高低差，從而使得在制樁時的拆模作業變得容易了。 又，由于節部的存在及所述混凝土帶節管樁樁體內嵌有PC鋼棒及鋼筋，還起到了
增加強度的效果，再借助于硅灰的添加，可以防止節部開裂現像的發生，提高強 度，從而具有優異的支撐力。
權利要求1.一種高強度預應力混凝土帶節管樁，所述混凝土帶節管樁系在管樁樁體上間距形成多個環狀突起節部，各個節部之間的管樁樁體形成樁軸部，所述節部直徑大于樁軸部，所述混凝土帶節管樁用混凝土將各部澆注一體，其特征在于，所述混凝土帶節管樁樁體內嵌有鋼棒。
2. 如權利要求1所述的高強度預應力混凝土帶節管樁，其特征在于，在所述 混凝土帶節管樁樁體內，在所嵌鋼棒之間，設置有異形鋼筋。
3. 如權利要求1所述的高強度預應力混凝土帶節管樁，其特征在于，在所述 混凝土帶節管樁的樁軸部與節部之間，形成有錐部。
4. 如權利要求1所述的高強度預應力混凝土帶節管樁，其特征在于，所述樁 軸部及節部的斷面為正多邊形。
5. 如權利要求1所述的高強度預應力混凝土帶節管樁，其特征在于，在所述 混凝土帶節管樁樁體內所嵌的鋼棒為6-12根。
6. 如權利要求1所述的高強度預應力混凝土帶節管樁，其特征在于，在所述 混凝土帶節管樁樁體內所嵌的每鋼棒之間設置有異形鋼筋2-3根。
7. 如權利要求1所述的高強度預應力混凝土帶節管樁，其特征在于，所述混 凝土帶節管樁樁體壁厚在60-110mm。
專利摘要一種高強度預應力混凝土帶節管樁，系在所述管樁樁體上間距形成多個環狀突起節部，各個節部之間的管樁樁體形成樁軸部，用混凝土將各部澆注一體，所述混凝土帶節管樁樁體內嵌有PC鋼棒及鋼筋。另外，根據本實用新型，在樁軸部與節部之間，由于借助了錐部連接高低差，從而使得在制樁時的拆模作業變得容易。另外，由于節部起到了增加強度的效果，有利于管樁的搬運及施工。
文檔編號E02D5/22GK201190281SQ20082005479
公開日2009年2月4日 申請日期2008年1月17日 優先權日2008年1月17日
發明者澤 會, 弘 祥 申請人:上海陸驅商貿有限公司