[发明专利]一种现浇X形大直径空心定向钢纤维混凝土桩的桩模及施工方法

说明书

技术领域

本发明属于土木建筑工程技术领域，特别涉及一种现浇X形大直径空心定向钢纤维混凝土桩的桩模及其施工方法。

背景技术

在软土地区修建公路、铁路、桥梁等需要对软土地基进行加固处理，而桩基及其复合地基技术是应用最为广泛的地基处理技术。桩基础竖向承载力由桩侧摩阻力和桩端阻力两部分组成，在深厚软土地基中桩侧摩阻力的发挥显得尤为重要。其中如何提高单位材料强度利用率、在节省建筑材料用量的同时提高桩基承载力，是研究人员长期关注的重要课题之一。

在本发明之前，中国专利“现浇X形大直径空心混凝土桩及其施工方法”（专利号：ZL201010215965.4），结合现浇X形混凝土桩和现浇混凝土大直径管桩的技术优点，同时考虑桩侧异形截面形式和桩芯土对提高单位混凝土材料利用率和桩基承载力的作用，是一种经济合理、性价比优越的桩型。但此种桩是素混凝土桩，它的缺点在于水平抗剪强度较小，因而难以用于水平向荷载很大的工况，其使用范围大受限制。因此考虑使用可显著增加桩身水平承载力的钢纤维混凝土进行浇筑。

通常采用的钢纤维混凝土的制备工艺是将砂、石、水泥等原材料和钢纤维一起混合，加入拌和水搅拌均匀，入模振捣密实。按照这种传统工艺成型的钢纤维混凝土，钢纤维在混凝土中随机乱向分布。在实际工程中，只有与桩轴向方向一致或接近的小部分的钢纤维才起到有效提高桩身水平承载力的作用。现有制备工艺的缺点在于混凝土中钢纤维的有效利用效率很低，相当部分的钢纤维无法发挥期望的抗剪作用，同时也会导致制备钢纤维混凝土的原材料用量大大增加。

发明内容

本发明的目的在于克服现浇X形大直径空心混凝土桩水平承载力不足的缺陷，在考虑桩侧异形截面形式和桩芯土对提高单位混凝土材料利用率和桩基竖向承载力的同时，结合定向钢纤维混凝土显著提高桩身水平承载力的优势，提供一种经济高效的现浇X形大直径空心定向钢纤维混凝土桩的桩模及其施工方法。

本发明通过以下技术方案实现：

一种现浇X形大直径空心定向钢纤维混凝土桩的桩模，包括同心设置的桩模外管和桩模内管，桩模外管和桩模内管之间形成一个空腔结构，桩模外管和桩模内管的顶部通过可拆卸法兰盘与打桩机的振动头相连，桩模外管和桩模内管的底部连接有活瓣桩靴，桩模外管的顶部设置有与空腔结构相通的进料口，其特征在于：还包括直流电源控制器，所述圆形桩模内管外侧底部至1/5~1/2高度预刻螺旋形凹槽，螺旋形凹槽上方至顶部预刻两条竖向直线形凹槽，直流线圈缠绕螺旋形凹槽设置，且直流线圈的正负极接线通过直线形凹槽引出与直流电源控制器连接。

所述的现浇X形大直径空心定向钢纤维混凝土桩的桩模，所述桩模外管为 X型桩模外管，所述桩模内管为圆形桩模内管。

所述的现浇X形大直径空心定向钢纤维混凝土桩的桩模，所述活瓣桩靴具有和桩模套管外轮廓形状相同的X形，包括锁轴和活瓣。

所述的现浇X形大直径空心定向钢纤维混凝土桩的桩模，所述螺旋形凹槽内涂制一层自干型粘结绝缘漆。

所述的现浇X形大直径空心定向钢纤维混凝土桩的桩模，所述直流线圈匝数为500 ~ 600。

一种现浇X形大直径空心定向钢纤维混凝土桩的施工方法，包括以下步骤，

（1）    将桩模和打桩机在指定的打桩位置就位，在沉桩之前将活瓣桩靴闭合；

（2）    启动振动打桩机，带动与之连接的空腔结构的桩模缓慢沉入地基，且每下沉1.5~2.5m 留振0.5~1.5min，活瓣桩靴在土压力作用下保持闭合状态，保护空腔结构桩模下沉至设计深度；

（3）    通过进料口向桩模空腔结构内注入均匀一定量的由胶凝材料、砂、石、高效减水剂和钢纤维按公知比例混合制备的钢纤维混凝土；

（4）    接通直流电源控制器，向内层套管凹槽中缠绕的直流线圈通电，在桩模空腔结构内产生磁场，在空腔范围内的磁场与桩轴向基本一致；

（5）    启动振动拔管，在振动状态下钢纤维混凝土粘滞阻力较小，钢纤维在磁场作用下排布方向趋于与磁场方向一致，达到定向分布状态；

（6）    重复步骤(3) 至(5)，直至桩模向上拔出地面，形成现浇X 形大直径空心定向钢纤维混凝土桩。

所述现浇X形大直径空心定向钢纤维混凝土桩的施工方法，钢纤维混凝土选用的钢纤维长度为8~10cm，直径为1.0 ~1.5mm。

所述现浇X形大直径空心定向钢纤维混凝土桩的施工方法，振动拔管上拔速率为0.5-1.2m/min，且每拔管1m 留振1.5min。