[发明专利]抗震型预制混凝土实心方桩及其生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种预制混凝土实心方桩，特别是一种同时具有轴心受压承载力高、轴心受拉承载力高、受剪承载力和受弯承载力即水平承载力高，适合于在高抗震设防烈度区使用的抗震型预制混凝土实心方桩。属于建筑材料领域。

背景技术

预应力高强混凝土管桩从上世纪90年代在我国得到迅速发展，混凝土强度等级高达C80，采用离心工艺成型、常压蒸汽养护（恒温温度通常在80℃～85℃）和高压蒸汽养护制度（恒温温度通常在180℃左右，0.95～1.0MPa），从混凝土拌合，到预应力高强混凝土管桩出蒸压釜，可以在24h内可完成，生产效率高，单条生产线每天可生产3000米桩。预应力高强混凝土管桩主筋采用抗拉强度不低于1420 MPa、非比例延伸强度不小于1280 MPa的预应力钢棒，施加的张拉力为其抗拉强度的70%，混凝土的有效预压应力高。因此，预应力高强混凝土管桩具有高竖向承载力，沉桩中耐击打。但是，根据近年来预应力混凝土管桩应用研究的深入，对其水平承载力、特别是预应力混凝土管桩的水平承载力有不同的观点。例如，直径Ф400 mm、壁厚95 mm、混凝土强度等级为C80的A桩，即PHC- 400（95 ）A-C80 桩，轴心受压承载力为2286 KN，而轴心受拉承载力只有381 KN、受剪承载力只有146 KN，运输、施工过程中桩身易出现脆断问题。因此，国家标准以及部分省标准或者图集做出相关规定，预应力混凝土管桩适用范围为非抗震区和抗震设防烈度6度、7度的地区，若使用于抗震设防烈度8度的地区，则需另行验算；或者不宜在抗震设防烈度8度的地区使用。 

在高抗震设防烈度区，预制桩型的选择有限，主要有现场预制混凝土实心方桩和混凝土灌注桩两种。其中，预制混凝土实心方桩一般采用现场重叠法制作，一般不宜超过4层，待下层混凝土达到设计强度的30%以上时，才可以浇注上层桩，混凝土达到设计强度的70%方可起吊，达到设计强度的100%方可运输。现场制作通常采用自然养护，采用锤击方法沉桩时，混凝土养护龄期通常不少于28d；采用静力压桩时，即使蒸汽养护达到混凝土设计强度的100%时，还需要自然养护5d以上才能进行压桩，这种预制混凝土实心方桩产品设计、制作工艺的不足之处在于，①主筋均为普通钢筋，未施加预应力，混凝土的受拉承载力和受剪承载力没有得到改善，鉴于水泥混凝土具有0.04～0.06%的收缩和自身自重大，桩身较易产生裂缝。②自然养护条件下，养护温度和湿度均受天气影响，当环境湿度低于水泥混凝土内部湿度时，水泥混凝土内部的水分会迁移到外部，不仅造成水泥混凝土干燥收缩裂缝的产生，水分的迁移还会在水泥混凝土内部造成连续分布的孔隙，影响混凝土的力学性能和耐久性能；夏季的高温会加速硅酸盐水泥水化历程，从加速水化历程层面看夏季的高温对强度发展有帮助，但是夏季的高温会加速水分的迁移，造成干燥收缩裂缝，总体上夏季的高温对混凝土的力学性能和耐久性能产生负面影响；而较低的温度，会延缓硅酸盐水泥水化历程，造成强度发展缓慢，影响工期。这种现场制作工艺，即使采用蒸汽养护，养护温度也很难保证各部分温度均匀和恒定。③这种现场制作工艺，往往采用插入式振捣器进行振捣，由操作人员控制振动时间、振捣深度和间距等，插点是否均匀排列，是否逐点移动、顺序进行、没有遗漏，混凝土内部气泡是否排出，混凝土是否离析等均与操作人员密切相关，造成混凝土密实度难以控制。④与预应力混凝土管桩机械化、工程化制作工艺相比，现场预制混凝土方桩的工艺，无论是浇注、振捣、还是养护，花费时间长，生产效率低，难以满足工地需求。⑤与预应力混凝土管桩相比，方桩的这种实心设计，增大了截面惯性矩，有助于改善方桩的受拉承载力；其次，方桩的高钢筋用量，同样有助于改善方桩的受力性能，但由于混凝土无预应力，与预应力混凝土管桩比较，方桩桩身受拉承载力无明显提高。与PHC- 400（95 ）A-C80相比，Ф400 mm的内接正方形接近300×300 mm，外切正方形为400×400 mm，当裂缝控制为0.2 mm时，按荷载效应标准组合计算的桩身最大抗拉力，锤击桩、截面300×300、长度不超过12 m的C桩（C50），桩身抗拉力245 KN；锤击桩、截面400×400、长度不超过12 m的C桩（C50），桩身抗拉力385KN，与PHC- 400（95 ）A-C80的接近，主筋为8Ф18的钢筋，而PHC- 400（95 ）A-C80的主筋为7Ф9.0。