一种高耐久性管桩及其制造方法技术

本发明专利技术首先提供了一种高耐久性管桩，各管节以超高韧性水泥基复合材料UHTCC为管桩基体，在管壁内沿管桩长度方向配置纵向钢筋，并围绕纵向钢筋设置螺旋箍筋，在各管节两端部均设有钢端板及钢套箍，通过塞焊方式把纵向钢筋焊接在钢端板上，各管节通过端部钢端板焊接连接为一体。本发明专利技术很好地融合了钢管桩与预应力混凝土管桩共同的优点，保证了管桩在侵蚀严重的海洋环境下的耐久性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于土木工程、桥梁工程、港口工程桩基础
，尤其涉及。
技术介绍
管桩作为一种地基处理及桩基础形式从上个世纪初产生到现在已经得到了很大的发展，在土木工程、桥梁工程、港口工程等各类建筑工程中均已得到广泛应用。近年来，随着码头、跨海跨江大桥建设的蓬勃发展，不仅要求管桩有更高的承载力，而且还要适应外海海域复杂的地质条件以及严酷的海水腐蚀环境，同时还要考虑其施工时外海气候状况。当前，工程中主要应用管桩形式为钢管桩、预应力混凝土管桩几类。尽管钢管桩有着优良的力学性能和沉桩方便、可靠的优点，但其造价约为预应力混凝土管桩的3 10倍，而且抗腐蚀能力弱，耐久性差，特别是在干湿交替、温度差异、波浪反复冲击联合作用下的腐蚀极其严重的浪溅区需要经常性的维护。在直桩布桩形式及水平力较小的情况下，预应力混凝土管桩凭借其强度高、耐久性好、抗腐蚀能力强、抗渗能力高的特点在某些工况下替代了钢管桩。但混凝土抗击打能力差，若击打次数较大，容易出现桩身开裂以及桩顶破坏的现象。超高韧性水泥基复合材料UHTCC作为一种高性能水泥基复合材料，在拉伸荷载下表现出显著的拉应变硬化特征以及多条细密的裂缝形态，极限拉应变可达1%以上，最大裂缝宽度可以控制在100 Mffl之内，并有优良的抗渗、抗碳化、抗冻融、抗氯离子渗透的耐久性能和冲击韧性。UHTCC与纵向受力筋之间有着很好的变形协调性能，在弯曲开裂后，裂缝宽度增长非常缓慢，直到纵向受拉钢筋达到屈服，最大裂缝宽度仅有50 Mm左右。显然，这一裂缝宽度级别足以满足《港工混凝土设计规范》以及《混凝土耐久性设计规范》规定的在腐蚀极端严重的F环境作用等级下的裂缝宽度限值为0. 15 mm的要求。在无裂缝状态下，UHTCC的抗碳化性能与同强度普通混凝土相当，但在相同荷载预裂后，UHTCC裂缝处的碳化深度仅为对比混凝土的1/3，也就是说，UHTCC在正常工作状态下的抗碳化能力要远高于普通混凝土。其次，UHTCC抗渗性能优于相同强度等级普通混凝土，且随着龄期增长优势更明显，其56天龄期的渗透系数约为对比混凝土的1/3。快速氯离子试验和自由氯离子含量测定得到的氯离子渗透系数均表明，UHTCC具有明显优于普通混凝土的抵抗氯离子渗透性能。就管桩构件而言，若采用UHTCC材料代替普通混凝土，则不需要应用施加预应力的方式来保证裂缝的宽度要求，而仅凭借UHTCC的裂缝控制能力即可满足规范规定的裂缝宽度这一耐久性要求。基于此，本专利技术这种仅采用非预应力钢筋增强的超高韧性水泥基复合材料(RUHTCC)管桩可以作为一种新型的高耐久性管桩。
技术实现思路
本专利技术首先所要解决的技术问题是提供一种高耐久性管桩，很好地融合了钢管桩3与预应力混凝土管桩共同的优点，保证了管桩在侵蚀严重的海洋环境下的耐久性能。本专利技术通过以下技术方案实现一种高耐久性管桩由若干个管节组成；其中，各管节以超高韧性水泥基复合材料UHTCC为管桩基体，在管壁内沿管桩长度方向配置纵向钢筋，并围绕纵向钢筋设置螺旋箍筋，在各管节两端部均设有钢端板及钢套箍，通过塞焊方式把纵向钢筋焊接在钢端板上，各管节通过端部钢端板焊接连接为一体。所述高耐久性管桩的外径为300 mnTl400 mm，壁厚为60 150 mm。所述UHTCC由短纤维和砂浆基体组成，掺加的短纤维种类为聚乙烯醇纤维、聚乙烯纤维、芳香族聚酰胺纤维中的一种或几种，体积掺量为UHTCC总体积的广3% ；砂浆基体的组分重量比为水泥水精细骨料粉煤灰硅灰粒化高炉矿渣偏高岭土 = 1(0.27 2. 2): (0 3) (0 6.9): (0 0. 3) (0 0. 55) (0 0. 4)，精细骨料的最大粒径不大于0. 5 mm ；精细骨料、粉煤灰、硅灰、粒化高炉矿渣、偏高岭土的重量不同时为零；与此同时，还可以根据实际需要掺加适量的化学外加剂，如0. 29Γ3%的减水剂、0. 059Γ0. 3%的消泡剂、0. 003% 0. 02%的引气剂、0. 03% 0. 3%的增稠剂等。所述纵向钢筋为普通热轧钢筋或高强钢筋，其中普通热轧钢筋的型号为HRB335、HRB40 或 RRB400。所述的纵向钢筋不施加预应力。所述管节两端的钢端板为环形截面，内径与管桩内径相同，外径比管桩外径小1mmD所述管节两端的钢套箍的设置范围12(T300 mm，其厚度优选为1. 5^3. 0 mm。所述管桩桩底部位可以设置一段长度为0. Π. 2 m的桩尖以提高其贯入能力，桩尖形式为开口型钢管桩尖、十字形钢桩尖或锥形钢桩尖等。所述钢桩尖与桩底管节的钢端板通过焊接连为一体。所述的一种高耐久性管桩的制造方法为先制作管桩各管节，然后进行管节拼接成整桩，其具体制造步骤包括(1)绑扎桩体钢筋笼，隔30(T800mm在纵向钢筋上设置定位卡子，然后将钢筋笼放在下部的半圆外模内，在两端设置与壁厚一致钢端板，并将纵向钢筋塞焊在此钢端板上；(2)进行布料并合模，封闭管桩模板两端开口，将搅拌好的UHTCC均勻地布入下部的半圆外模内，然后合拢整个外模，完成桩模；(3)实施管节离心成形。将准备好的桩模吊装到离心机上，通过离心的施工工艺成形管节，具体操作流程为首先采用5(Γ110转/分的低速转动将UHTCC均勻分布在管壁，而后进行15(Γ260转/分的中速转动，使基体材料进一步分布均勻，最后采用28(Γ500转/分的高速转动使管壁密实成形；(4)进行蒸汽养护。离心施工结束后，先在25 30°温度下静置5飞小时，然后进行蒸汽养护，完成后拆除外模并继续洒水养护，保证其充分水化，达到设计的强度；(5)根据工程设计的长度要求，进行整桩的拼接。首先把各管节的端部钢端板预留坡口锈斑清除并打磨平整，采用点焊将相邻两段管节定位，然后进行分层连续焊接，直至焊接完成，此时制备完成高耐久性管桩。由于采用本专利技术的技术方案，本专利技术所提供管桩采用新型的非预应力钢筋增强超高韧4性水泥基复合材料(RUHTCC)，管桩充分利用了此材料的卓越的裂缝控制能力以及优良的抗冲击性能，不仅保证了高侵蚀性环境下的耐久性能，以及在沉桩过程中桩身的完整性，而且显著降低了日常运行期间的维护费用，延长了管桩的使用寿命，具有显著的经济效益。与大管桩和PHC桩相比，本专利技术管桩实现了不需施加预应力即可满足在侵蚀严重的海洋、江河环境下的裂缝宽度要求，从开裂到钢筋屈服裂缝宽度低于50 μ m,具有与大管桩及PHC桩相当的耐久性能。其次，UHTCC材料所具有的优良的冲击韧性，能够抵抗浪溅区海水的往复冲击作用，并且能够避免在沉桩过程中由于锤击作用而出现桩顶破坏以及桩身开裂等缺陷。与钢管桩相比，本专利技术管桩可以根除钢管桩抗腐蚀能力差的缺点，特别是能够改善在浪溅区的抗侵蚀能力，从而极大地提高管桩的耐久性，并进一步提高其正常使用寿命。其次，在经济效益方面，其造价要低于钢管桩，而且在日常的运行中不需要进行耐久性修复，节约了维护费用，从而降低了总的成本。而且，在本专利技术管桩底部设置一段钢管桩尖，可以有效提高其贯入能力，能够穿越比较密实的土层。从这几方面看来，本专利技术管桩具有优良的力学性能、耐久性能，以及良好的经济效益。因此，这一新型管桩能够广泛应用于耐久性要求很高的海洋以及江河等环境的地基处理。本专利技术所提供的制造方法将UHTCC材料应用于管桩本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐世烺，侯利军，李庆华，
申请(专利权)人：杭州固华复合材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：