[发明专利]一种高耐久性管桩及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于土木工程、桥梁工程、港口工程桩基础技术领域，尤其涉及一种高耐久性管桩及其制造方法。

背景技术

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 μm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 μm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，本发明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。

发明内容

本发明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。

本发明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 mm~1400 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1~3%；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0.2%~3%的减水剂、0.05%~0.3%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1 mm。

所述管节两端的钢套箍的设置范围120~300 mm，其厚度优选为1.5~3.0 mm。