本發(fā)明涉及是先張預(yù)應(yīng)力混凝土基礎(chǔ)管樁的制造工藝和基礎(chǔ)樁的施工方法。
目前在工礦企業(yè)、城市高層建筑、橋梁、港口碼頭，以及沿海地區(qū)的建筑工程中，為滿(mǎn)足基礎(chǔ)的承載能力，常采用樁基。由于工程的要求、基礎(chǔ)地質(zhì)的不同、以及施工技術(shù)水平等條件的限制，常采用灌注樁和打入樁。灌注樁又分為鉆孔、沖孔和人工挖孔灌注樁。打入樁有預(yù)制混凝土方樁、預(yù)制混凝土管樁以及鋼樁。鋼樁有防銹的問(wèn)題，尤其在地下水質(zhì)惡劣的情況下使用受到限制。為了節(jié)省鋼材、降低工程造價(jià)，目前國(guó)內(nèi)外采用混凝土樁愈來(lái)愈普遍。為了提高混凝土樁承受打樁機(jī)的沖擊力、提高樁的貫穿能力，即使在遇到復(fù)雜而堅(jiān)固的地層也能夠順利穿過(guò)而不發(fā)生斷樁現(xiàn)象。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外的工程師們?cè)谔岣呋炷翉?qiáng)度、用預(yù)應(yīng)力鋼筋制造預(yù)應(yīng)力混凝土樁作了大量的研究工作。例如，日本專(zhuān)利79140585號(hào)專(zhuān)利，發(fā)明人為了提高混凝土的強(qiáng)度，在混凝土中摻混著按體積比1%左右的鋼絲和為水泥重量的7-12%的添加劑，混凝土的抗壓強(qiáng)度R28＝767kg/cm2。采用上述的措施，混凝土的抗壓和抗拉強(qiáng)度都有所提高，但無(wú)疑增加了工程造價(jià)，而且制造工藝也相當(dāng)復(fù)雜。又例如，荷蘭專(zhuān)利73900號(hào)專(zhuān)利，發(fā)明人描述了一種可回收的預(yù)應(yīng)力加勁件，此加勁件由一預(yù)應(yīng)力加勁桿組成，并通過(guò)基礎(chǔ)樁的中空孔內(nèi)下部螺栓端導(dǎo)入一個(gè)固定在樁軸上的螺母旋緊，并有一個(gè)在驅(qū)入過(guò)程中承受樁上打樁機(jī)的沖擊力的端頭。這種結(jié)構(gòu)是可以節(jié)省鋼材，但是由于樁本身不含鋼筋，這就給運(yùn)輸和施工過(guò)程增加許多道工序，同時(shí)所用的樁帽和樁靴的結(jié)構(gòu)也相當(dāng)復(fù)雜。
本發(fā)明的目的是提供一種預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的制造方法，旨在促進(jìn)上述問(wèn)題的解決，實(shí)現(xiàn)一種預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，它既可用做打入樁，又可做埋入基礎(chǔ)樁。
本發(fā)明的任務(wù)是以如下方式完成的，預(yù)先成型的鋼筋骨架放置在鋼模里，澆注按高強(qiáng)混凝土設(shè)計(jì)配合比攪拌而成的混凝土混合料，然后張拉鋼筋施加預(yù)應(yīng)力，經(jīng)離心機(jī)離心成型，蒸汽養(yǎng)護(hù)脫模后，預(yù)應(yīng)力混凝土樁便算制成了。
本發(fā)明所用的高強(qiáng)混凝土設(shè)計(jì)配合比（按絕對(duì)體積法計(jì)算）是：
水泥450-600kg/M3
砂率0.27-0.35
水灰比0.28-0.36
減水劑（占水泥用量）0.5-2.0%
為了簡(jiǎn)化操作工藝，方便現(xiàn)場(chǎng)施工，本配合比可以摻入一種粉狀的減水劑。依據(jù)上述的設(shè)計(jì)配合比制作的混凝土抗壓強(qiáng)度R28＝800kg/cm2至1000kg/cm2。
本發(fā)明采用先張預(yù)應(yīng)力方法，利用離心機(jī)離心成型，其離心機(jī)轉(zhuǎn)速為300-1000轉(zhuǎn)/分。養(yǎng)護(hù)制度分為一次養(yǎng)護(hù)，其溫度為60℃-80℃，養(yǎng)護(hù)時(shí)間為5-9小時(shí);二次養(yǎng)護(hù)，可以采用高壓蒸汽養(yǎng)護(hù)，其養(yǎng)護(hù)溫度為180℃-200℃，時(shí)間為5-8小時(shí)，也可采用浸水養(yǎng)護(hù)，溫度為20℃-25℃，時(shí)間為12-16天，兩種方法同樣可以達(dá)到預(yù)期的效果。依據(jù)上述預(yù)應(yīng)力混凝土樁的制造方法，可以生產(chǎn)出預(yù)應(yīng)力混凝土樁的系列產(chǎn)品，其截面尺寸由直徑D為300毫米至1500毫米，長(zhǎng)度L為6米至14米，以適用于不同工程和地質(zhì)條件的需要。
依據(jù)本發(fā)明所制造的預(yù)應(yīng)力混凝土樁，包括一組澆注在混凝土中張拉鋼筋（2）和一組用以固定樁（1）與鋼套箍（5）的錨固桿（4），均勻分布在樁（1）的兩個(gè)端頭，其長(zhǎng)度為40厘米，直徑為12毫米，它與鋼套箍（4）的錨固盤(pán)（6）是用電焊牢固焊在一起，形成一個(gè)整體，張拉鋼筋（2）與錨固盤(pán)（6）采用鐓頭拉緊方式固定。為了使樁（1）端部在承受過(guò)大軸壓荷載情況下不發(fā)生局部裂縫，在樁（1）端部沿著L2長(zhǎng)度范圍內(nèi)，加密螺旋箍筋（3），隨著張拉鋼筋（2）直徑加粗，螺旋箍筋（3）的直徑也相應(yīng)的加粗。依據(jù)本發(fā)明所制造的預(yù)應(yīng)力混凝土樁，可在現(xiàn)場(chǎng)用電焊拼接，適用不同工程和地質(zhì)條件所需樁的長(zhǎng)度。樁與樁的連接是依靠在錨固盤(pán)（6）的預(yù)留坡口（7）的位置上進(jìn)行電焊，焊料填滿(mǎn)錨固盤(pán)（6）的預(yù)留坡口（7），然后涂刷專(zhuān)用防銹蝕劑，以防在特別惡劣的地層或海水的腐蝕，焊縫強(qiáng)度大于樁本身的強(qiáng)度，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明用該焊接方法安全可靠。
此外，為了檢驗(yàn)依據(jù)上述的制造方法所生產(chǎn)出的預(yù)應(yīng)力混凝土樁的抗沖擊力和穿透能力，在試驗(yàn)室里做如下的實(shí)驗(yàn)。用三根直徑D＝500mm，長(zhǎng)度L＝8m，混凝土設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度800kg/cm2的預(yù)應(yīng)力混凝土樁，做彎曲性能試驗(yàn)。其試驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算值進(jìn)行比較，開(kāi)裂彎矩理論計(jì)算值是根據(jù)TJ10-74規(guī)范公式：
Mf＝（σhⅡ+γRSL）Wo
計(jì)算而得。極限彎矩理論計(jì)算值是根據(jù)TJ10-74規(guī)范公式：
Mp＝〔RWA(r1+r2)/2+（Rys+σ′ya）Ayry〕(Sinπα)/(π)
計(jì)算而得。實(shí)驗(yàn)值與理論值的比較列于表1。
由此可以看出，極限彎矩的理論計(jì)算值和試驗(yàn)值是很接近的。由于預(yù)應(yīng)力混凝土樁主要用做大型建筑物和構(gòu)筑物的基礎(chǔ)，樁的本身軸壓承載能力是其重要性能之一，為檢驗(yàn)樁的制造工藝，同樣在試驗(yàn)室里利用三根直徑D＝500mm，長(zhǎng)度L＝3.5m，混凝土設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度為800kg/cm2，作樁的軸壓承載能力試驗(yàn)。其試驗(yàn)結(jié)果破壞荷載為800噸。承載能力理論計(jì)算值是根據(jù)TJ10-74規(guī)范公式：
Np＝φ（RaA+σ′yaAy′）＝798.5噸
可見(jiàn)，承載能力理論計(jì)算值與試驗(yàn)值極其相接近的。從國(guó)內(nèi)外大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，一般允許該試驗(yàn)所用樁的使用荷載不大于160噸，由此可知該樁的安全系數(shù)為5倍。
利用本發(fā)明生產(chǎn)的大直徑管樁的拼接，以埋入樁的形式代替澆注樁，其施工程序是，先用機(jī)械挖孔或沖孔，其挖孔或沖孔的直徑要不大于按設(shè)計(jì)要求的管樁直徑，待深入到持力層要求的嵌固深度后，用打樁機(jī)打入按設(shè)計(jì)要求截面的管樁，邊埋入邊拼接，直至達(dá)到設(shè)計(jì)深度，如果需要，可以在管樁中空孔內(nèi)回填砂卵石。該施工方法的目的是為了解決現(xiàn)場(chǎng)施工出現(xiàn)的問(wèn)題。其一，可以減小打樁的沖擊力，從而減小噪聲;其二，解決在城市里建筑物密集情況或者由于工程需要基礎(chǔ)樁過(guò)密的情況，為了減小樁與已有的建筑物或樁與樁之間因擠壓力過(guò)大而造成的破壞。
本發(fā)明所提供的制造工藝，方法簡(jiǎn)單，便于操作，適用于現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)，降低產(chǎn)品成本。由于混凝土強(qiáng)度高，樁的貫穿力強(qiáng)，而且樁與樁之間的連接方法簡(jiǎn)單可靠，加上不同長(zhǎng)度和直徑，可以適用不同工程的需要。
圖1為預(yù)應(yīng)力混凝土樁的構(gòu)造圖。圖中：〔1〕預(yù)應(yīng)力混凝土樁;〔2〕張拉鋼筋;〔3〕螺旋箍筋;〔4〕錨固桿;〔5〕鋼套箍;〔6〕鋼套箍的錨固盤(pán)。
圖2（a）為樁〔1〕與鋼套箍〔5〕的連接構(gòu)造圖;圖2（b）為鋼套箍〔5〕與錨固桿的連接構(gòu)造圖;圖2（c）為錨固盤(pán)的預(yù)留坡口〔7〕的放大構(gòu)造圖。
本發(fā)明的實(shí)施例：表2為三種高強(qiáng)混凝土的設(shè)計(jì)配合比。表3為三種管樁直徑的張拉鋼筋、螺旋箍筋、鋼套箍、錨固盤(pán)和預(yù)留坡口的具體數(shù)據(jù)和尺寸。
1、一種由離心成型和蒸汽養(yǎng)護(hù)而構(gòu)成的預(yù)應(yīng)力混凝土基礎(chǔ)樁，其特征在于：
(1)混凝土設(shè)計(jì)配合比：
水泥450kg/M3-600kg/M3
砂率0.27-0.35
水灰比0.28-0.36
減水劑(占水泥用量)0.5-2%，
(2)離心機(jī)變速離心成型，其轉(zhuǎn)速為300-1000轉(zhuǎn)/分，
(3)養(yǎng)護(hù)：
一次養(yǎng)護(hù)，溫度60-80℃，時(shí)間5-9小時(shí)，
二次養(yǎng)護(hù)，高壓蒸汽養(yǎng)護(hù)，溫度180℃-200℃，時(shí)間5-8小時(shí)，浸水養(yǎng)護(hù)，溫度20℃-25℃，時(shí)間12-16天，
(4)樁(1)包括一組澆注在混凝土張拉鋼筋[2]和一組用以固定樁(1)與鋼套箍(5)的錨固桿(4)；
(5)錨固桿(4)分布在樁(1)的兩個(gè)端部，其長(zhǎng)度為40厘米，直徑為12毫米。
(6)張拉鋼筋(1)與錨固盤(pán)(6)是用鐓頭拉緊方式固定。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的基礎(chǔ)樁，其特征在于摻入一種粉狀的減水劑。
3、一種由離心成型和蒸汽養(yǎng)護(hù)而構(gòu)成的預(yù)應(yīng)力混凝土基礎(chǔ)樁的施工方法，其特征在于：
（1）機(jī)械挖孔或沖孔，其直徑不大于樁的直徑，
（2）泥漿護(hù)壁，
（3）待深入到持力層要求的嵌固深度后，打入按設(shè)計(jì)要求截面的管樁，邊打入邊拼接，直至達(dá)到設(shè)計(jì)深度，
（4）樁與樁之間的連接是在錨固盤(pán)預(yù)留坡口（7）處電焊，焊料填滿(mǎn)預(yù)留坡口（7）。
4、根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的基礎(chǔ)樁，其特征在于基礎(chǔ)樁的混凝土抗壓強(qiáng)度為600kg/cm2-1000kg/cm2。