大直径先张法预应力混凝土管桩的制作方法

专利名称：：大直径先张法预应力混凝土管桩的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种建筑基础工程中用的混凝土管桩，特别涉及一种大直径先张法预应力混凝土管桩。
背景技术：
：在建筑工程中，对于城市高层建筑、桥梁、港口码头，为满足基础的承载能力，需要在地基上打桩，为了降低工程造价，一般采用钢筋混凝土管桩；为了提高混凝土管桩承受打桩机的冲击力，提高管桩的贯穿能力，普遍采用预应力钢筋制造混凝土管桩(PHC)，即将钢筋制成圆筒形骨架，置入钢模内，浇注混凝土，合拢钢模后对其进行张拉，使钢筋承受预应力，再通过离心机离心成型后进行养护。但是，目前生产的这种钢筋混凝土管桩，一般都是直径在1200毫米以下，单节长度在10米以内。随着国际上集装箱货轮越来越超大型化，同时对码头的水深要求也越来越高，甚至达到20米，桩身泥面以上的自由部分将达到23米，若要保证接头部位入土进到嵌固点(10倍的桩径)，即12米14米，桩的单节长度就需达到35米37米，目前国内缺少符合以上条件的预应力混凝土管桩。如工程需要更大直径的管桩只能选用钢管桩，而钢管桩的造价是混凝土管桩的23倍，而且还需长期付出很大的防腐措施费用。
发明内容本发明的技术问题是要提供一种直径大、单节长度超长的大直径超长度先张法预应力混凝土管桩。为了解决以上的技术问题，本发明提供了一种大直径先张法预应力混凝土管桩，钢筋骨架由圆形排列的张拉钢筋和绕在张拉钢筋的螺旋箍筋构成，置入钢模，浇注高强度混凝土，经预应力张拉后，再通过离心机离心成型，其中高强度混凝土的组份是水泥350kg/m3380kg/m:!;硅沙粉150kg/m:1160kg/m:';砂率0.230.30;水灰比0.260.28;减水剂占水泥用量2.01%2.4%;混凝土强度等级为C90。以上配合比的特点是充分利用高温高压蒸气养护工艺，将硅砂粉等量替代30%的水泥用量，使硅砂粉中的Si02与水泥水化反应生成的Ca(OH)2发生二次反应生成大量托勃莫来石，从而使混凝土强度明显提高并且达到C90。在PHC桩生产中对钢筋预张拉是一项重要工艺，对管桩的抗弯性能起决定性作用。一般在生产直径600毫米以下的管桩大部分采用张拉头法，即用螺杆牵引钢筋笼，达到规定拉力，用螺母将应力锁紧在钢模上(钢模起反力架作用)。这种工艺比较简单，但由于张拉头不够厚，且它与钢模内壁总会有一定间隙，加之螺杆较长，这样张拉油缸活塞与张拉杆、钢模轴线不是在同一中心上，再加上所有预应力钢筋长度不可能绝对一致，每根钢筋受力也略有差异，就容易造成端头板倾斜，导致端头板与管桩轴线不垂直。这种情况对小口径管桩反应还不太明显，但生产直径1300毫米、直径1400毫米的大口径管桩，若中心偏差一点延伸到端板外径就会造成明显的倾斜。为了解决这一缺点，采用张拉盘结构，使张拉的着力点不是集中在中心处螺杆上，而是分布在张拉盘的外周上，通过张拉机上刚性圆盘啮合拧紧在管桩端板上的刚性张拉盘张拉，再由大型锁紧螺母将张拉应力锁紧在钢模端口，保证张拉力受均匀，端头板不易倾斜，与管桩轴线保持垂直。张拉预应力采用张拉盘结构。所述的张拉盘结构，是在混凝土浇注钢模内，内置一比钢模内径略小的张拉盘，张拉盘与钢筋笼端板用螺栓连接，张拉盘伸出钢模外部位置有锁紧螺母，锁紧螺母与张拉盘的直径相同，张拉时用带油缸的张拉头顶住钢模张拉钢筋，同时以风动装置扳动锁紧螺母，将全部预应力受力在钢模上，钢模起反力架作用。采用张拉盘结构确保拉伸力受力均匀，端头板不易倾斜，特别适合大口径管桩。所述的混凝土管桩的外径D为800毫米1600毫米，长度为7米39米，或者是1)管桩外径0=800毫米，壁厚t:110毫米，张拉筋直径d^0毫米13毫米，共1530根，单节管桩长L为7米39米；2)管桩外径》1000毫米，壁厚t二130毫米，张拉筋直径d-9毫米14毫米，共3240根，单节管桩长L为7米39米；3)管桩外径D=1200毫米，壁厚t二150毫米，张拉筋直径d二10毫米14毫米，共3045根，单节管桩长L为7米39米；4)管桩外径》1300毫米，壁厚t^50毫米，张拉筋直径d二10毫米14毫米，共2448根，单节管桩长L为7米39米；5)管桩外径D=1400毫米，壁厚t^50毫米，张拉筋直径d40毫米14毫米，共2550根，单节管桩长L为7米39米。所述的离心成型方法是，将浇注混凝土的管桩置于钢模内，通过离心机1)低速140转/分160转/分，时间2分钟；2)中低速355转/分395转/分，时间2分钟；3)中速550转/分610转/分，时间23分钟；4)高速1000转/分1150转/分，时间14分钟。采用离心成型方法并设定低速、中低速、中速和高速，>确保混凝土高度密实，最大限度降低混凝土分层。本发明的优越功效在于1)本发明的混凝土管桩的直径大，为800毫米1600毫米，单节长度长为7米39米；2)本发明采用离心成型的方法，并设定低速、中低速、中速和高速，确保混凝土高度密实，最大限度降低混凝土分层；3)本发明优化混凝土配合比，以优质超细硅砂粉等量替代30%水泥，充分利用高温高压蒸气养护工艺特点，使混凝土强度达到C90。图1为本发明管桩的结构示意图；图2(包括图2A、2B)为图1的A-A向视图；图3为本发明张拉盘的结构示意图；图4为传统的张拉头法张拉预应力结构图；图中标号说明1—张拉钢筋；2—螺旋箍筋；3—端板裙圈；4—锚筋；5—张拉盘；6—钢筋笼端板；7—钢模；8—锁紧螺母；9一张拉头。具体实施方式请参阅附图所示，对本发明作进一步的描述。根据管桩的抗裂弯矩要求编制钢筋骨架，置入钢模浇注按高强度混凝土配合比搅拌而成的混凝土，合拢钢模对钢筋骨架同步施加预应力，以离心机按低速、中低速、中速和高速要求离心成型，带钢模进行第一次蒸气养护，脱模后对管桩进行第二次高温高压养护，预应力混凝土管桩制成。如图1和图2所示，大直径先张法预应力混凝土管桩，钢筋骨架由圆形排列的张拉钢筋1和绕在张拉钢筋1的螺旋箍筋2构成，置入钢模，浇注高强度混凝土，经预应力张拉后，再通过离心机离心成型，其中高强度混凝土的组份是水泥350kg/m3380kg/m:t;硅沙粉150kg/m3160kg/m:';砂率0.230.30;水灰比0.260.28;减水剂占水泥用量2.01%2.4%;混凝土强度等级为C90;以上混凝土配合比的特点是充分利用高温高压蒸气养护工艺，将硅砂粉等量替代30%的水泥用量，使硅砂粉中的Si02与水泥水化反应生成的Ca(0H)2发生二次反应生成大量托勃莫来石，从而使混凝土强度明显提高并且达到C90。在PHC桩生产中对钢筋预张拉是一项重要工艺，对管桩的抗弯性能起决定性作用。一般在生产直径600毫米以下的管桩大部分采用张拉头9法，如图4所示，即用螺杆牵引钢筋笼，达到规定拉力，用锁紧螺母8将应力锁紧在钢模7上(钢模起反力架作用)。这种工艺比较简单，但由于张拉头9不够厚，且它与钢模7内壁总会有一定间隙，加之螺杆较长，这样张拉油缸活塞与张拉杆、钢模轴线不是在同一中心上，再加上所有预应力钢筋长度不可能绝对一致，每根钢筋受力也略有差异，就容易造成端头板倾斜，导致端头板与管桩轴线不垂直。这种情况对小口径管桩反应还不太明显，但生产直径1300毫米、直径1400毫米的大口径管桩，若中心偏差一点延伸到端板外径就会造成明显的倾斜。为了解决这一缺点，采用张拉盘结构，使张拉的着力点不是集中在中心处螺杆上，而是分布在张拉盘5的外周上，通过张拉机上刚性圆盘啮合拧紧在管桩端板上的刚性张拉盘张拉，再由大型锁紧螺母8将张拉应力锁紧在钢模7端口，保证张拉力受均匀，端头板不易倾斜，与管桩轴线保持垂直。如图3所示，张拉预应力采用张拉盘5结构。所述的张拉盘5结构，是在混凝土浇注钢模7内，内置一比钢模7内径略小的张拉盘5，张拉盘5与钢筋笼端板6用高强螺栓连接，张拉盘5伸出钢模7外部位置有锁紧螺母8，锁紧螺母8与张拉盘5的直径相同，张拉时用带油缸的张拉头顶住钢模拉动张拉盘5，同时由风动装置扳动锁紧螺母8，将全部拉力固定在钢模7上，钢模7起反力架作用。采用张拉盘5结构确保拉伸受力均匀，端头板不易倾斜，特别适合大口径管桩。所述的混凝土管桩的外径D为800毫米1600毫米，长度为7米39米，或者是1)管桩外径D二800毫米，壁厚t^lO毫米，张拉筋直径^10毫米13毫米，共1530根，单节管桩长L为7米39米；2)管桩外径D二1000毫米，壁厚^130毫米，张拉筋直径d二9毫米14毫米，共3240根，单节管桩长L为7米39米；3)管桩外径D=1200毫米，壁厚t=150毫米，张拉筋直径d=10毫米14毫米，共3045根，单节管桩长L为7米39米；4)管桩外径D=1300毫米，壁厚t=150毫米，张拉筋直径d=10毫米14毫米，共2448根，单节管桩长L为7米39米；5)管桩外径D=1400毫米，壁厚t^50毫米，张拉筋直径d40毫米14毫米，共2550根，单节管桩长L为7米39米。所述的离心成型方法是，将浇注混凝土的管桩置于钢模内，通过离心机1)低速140转/分160转/分，时间2分钟；2)1中低速355转/分395转/分，时间2分钟；，3)中速550转/分610转/分，时间23分钟；4)高速1000转/分1150转/分，时间14分钟。大口径管桩由于直径大、管壁厚、模具内混凝土混合料比小口径管桩多得多，而且由于内径大离心加速度也比小管桩大得多，因此离心速度、离心时间都会有改变。离心成型的最终目的是既要保证混凝土密实，又要尽量减少混凝土分层(由于石子、黄砂、水泥、掺合料各自质量不同，在同样离心力作用下，颗料沉降速度差异很大，往往容易造成分层)。为了达到较好的离心效果，一般把离心速度的作用分为二阶段。慢速为第一阶段，其作用是在离心力作用下，使投入钢模内的混凝土混合料进行均匀分布；快速视为第二阶段，其主要作用是在离心力作用下，使混凝土混合物更加密实，并通过固体物的挤压，挤出混凝土中大量水份，从而使混凝土剩余水灰比最小，强度达到最佳。但是中速的作用也很重要，不只是从慢速到高速的过渡，因为没有适当的中速，旋转速度发生急剧变化，混凝土混合料尚未很好地分布到位，由于离心力的急剧增加，会导致混合料分离现象严重，影响了充分发挥离心密实效果。经过对离心成型原理的深入研究和反复的试验、摸索，最终确定了低速、中低速、中速、高速的离心参数表l<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>采用离心成型方法并设定低速、中低速、中速和高速，确保混凝土高度密实，最大限度降低混凝土分层。混凝土养护采取普通蒸气养护和高温高压蒸气养护，其中普通蒸气养护是时间约6小时，温度为80C"90C";高温高压蒸气养护是时间约12小时，温.度为175C°185C()，压力1.0±0.lMPa。依据以上的工艺方法，生产出直径为1300毫米、直径为1400毫米，单节长度39米的高强度预应力大直径管桩各项指标均达到和超过设计标准。针对大直径混凝土管桩都是应用于国家重点工程项目，海洋深水水工项目的特点，对混凝土管桩有特殊要求，经权威检测单位检测出以下的数据表2检测内容计量单位标准规定检测结果抗裂弯矩認m24402501极限抗裂弯矩KNm44004620混凝土抗冻性相对动弹性摸量%》7589.7重量损失率%《52.4氯离子扩散系数(RCM法)X10l2m7s《2.502.0权利要求1、一种大直径先张法预应力混凝土管桩，钢筋骨架由圆形排列的张拉钢筋和绕在张拉钢筋的螺旋箍筋构成，置入钢模，浇注高强度混凝土，经预应力张拉后，再通过离心机离心成型，其特征在于高强度混凝土的组份是水泥350kg/m3～380kg/m3；硅沙粉150kg/m3～160kg/m3；砂率0.23～0.30；水灰比0.26～0.28；减水剂占水泥用量2.01％～2.4％；混凝土强度等级为C90；张拉预应力采用张拉盘结构。2、按权利要求1所述的大直径先张法预应力混凝土管桩，其特征在于所述的张拉盘结构，是在混凝土浇注钢模内，内置一比钢模内径略小的张拉盘，张拉盘与钢筋笼端板用高强螺栓连接，张拉盘伸出钢模外部位置有锁紧螺母，锁紧螺母与张拉盘的直径相同，锁紧螺母将张拉应力固定在钢模上。3、按权利要求1所述的大直径先张法预应力混凝土管桩，其特征在于所述的混凝土管桩的外径D为800毫米1600毫米，长度为7米39米，或者是1)管桩外径0=800毫米，壁厚t二110毫米，张拉筋直径ci:10毫米13毫米，共1530根，单节管桩长L为7米39米；2)管桩外径D-1000毫米，壁厚tl30毫米，张拉筋直径d二9毫米14毫米，共3240根，单节管桩长L为7米39米；3)管桩外径D-1200毫米，壁厚t二150毫米，张拉筋直径(1=10毫米14毫米，共3045根，单节管桩长L为7米39米；4)管桩外径D=1300毫米，壁厚t二150毫米，张拉筋直径d40毫米14毫米，共2448根，单节管桩长L为7米39米；5)管桩外径D二1400毫米，壁厚^150毫米，张拉筋直径(5=10毫米14毫米，共2550根，单节管桩长L为7米39米。4、按权利要求1所述的大直径先张法预应力混凝土管桩，其特征在于所述的离心成型方法是，将浇注混凝土的管桩置于钢模内，通过离心机1)低速140转/分160转/分，时间2分钟；2)中低速355转/分395转/分，时间2分钟；3)中速550转/分610转/分，时间23分钟；4)高速1000转/分1150转/分，时间14分钟。全文摘要一种大直径先张法预应力混凝土管桩，钢筋骨架由圆形排列的张拉钢筋和绕在张拉钢筋的螺旋箍筋构成，置入钢模，浇注高强度混凝土，经预应力张拉后，再通过离心机离心成型，高强度混凝土的组份是水泥350kg/m³～380kg/m³；硅沙粉150kg/m³～160kg/m³；砂率0.23～0.30；水灰比0.26～0.28；减水剂占水泥用量2.01％～2.4％；混凝土强度等级为C90；张拉预应力采用张拉盘结构。本发明的优点是混凝土管桩的直径大，为800毫米～1600毫米，单节长度长为7米～39米；采用离心成型的方法，并设定低速、中低速、中速和高速，确保混凝土高度密实，最大限度降低混凝土分层。文档编号B28C7/04GK101239489SQ20081003439公开日2008年8月13日申请日期2008年3月7日优先权日2008年3月7日发明者峰卫,张卫国,陆仁军,黄启新申请人:上海柘中建设股份有限公司