先张法预应力混凝土桩、生产方法及桩与承台的连接方法

摘要

本发明提供一种先张法预应力混凝土桩，所述桩包括钢筋笼（1）和混凝土，所述钢筋笼（1）包括纵向受力的纵向筋（11）和受剪切力的箍筋（12），所述纵向筋（11）为预应力钢筋，所述箍筋（12）呈螺旋状缠绕在所述纵向筋（11）上，所述钢筋笼（1）的两端设有端板（2），其特征在于，所述桩体上还设置有吊环（4），所述吊环（4）由两个呈“几”字型的第一吊钩（41）和第二吊钩（42）交叉连接而成。此外，本发明还提供一种桩与承台的连接方法。本发明的桩体中设置的吊环可有效解决现有技术中单个吊环所存在的缺陷，增加吊环与钢筋笼以及与混凝土桩体的连接强度，可以减少甚至避免吊环周围混凝土的开裂现象。

说明书

技术领域

本发明涉及预应力混凝土预制品构件领域，尤其涉及先张法预应力混凝土桩及其生产方法，以及桩与承台的连接方法。

背景技术

目前混凝土制品种类繁多，按其作用可分为承重的、非承重的以及装饰性的混凝土制品；按成型的方法可主要分为：现浇的混凝土制品和工厂预制的混凝土制品，如大型的桥梁、桩基等。其中现浇的混凝土制品会受到风、雨、地下水位、地下土层特性的影响，导致施工周期、施工质量、综合造价均难以控制，且会严重影响环境。尤其是在刮风的天气，会导致尘土风扬，大大致使雾霭的产生，影响环境及人体的健康。因此相对于现浇的混凝土制品，工厂预制的混凝土制品具有较大优势。而具体到预制构件的种类，其可进一步区分为非预应力预制构件和预应力预制构件两种。相对于预应力构件，非预应力构件一般短、小，轻质型的较多，而且用钢量较大，而预应力构件在各种大跨度工程桩基中则应用较多。尤其是近30多年来，由现浇的混凝土制品转向预制的混凝土制品，由非预应力预制构件逐步转向预应力的预制构件，逐渐成为一种趋势。而其中在桩基材料中，预应力构件在工程建筑约占60%。公路，铁路、港务、码头的使用量也正在呈上升的趋势。

按照预制品构件的形状和材质，预应力桩基的种类目前主要有管桩、实心方桩、空心方桩，钢桩等。其中管桩、空心方桩主要采用先张法离心成型工艺，钢筋为PCB-1420-35-L-HG，在市场中占主导地位，但因其壁厚较薄，不适合在中等及以上腐蚀地区使用。在上述区域只能采用实心方桩，但实心方桩的钢筋为HRB400或HRB335级钢，钢筋无法焊接，端部制作复杂，混凝土强度标号一般在C40以下。在现有技术中，比如CN201220644958.0、CN201220697077.5、CN201210550070.5、CN201220700172.6、CN201210546171.5、CN201210497029.6、CN2012201948.0、CN201110231105.4、CN201915400等专利，均涉及实心方桩的制作方法，但都无法解决在实心方桩制作过程中所涉及的一些问题，比如桩端采用结构复杂的网片结构，而且实心桩由于重量较大，在对桩进行吊装的过程中，更容易出现吊钩附近的混凝土开裂等现象；此外，在将桩与承台连接时，桩头两端利用波纹套管灌浆养护混凝土，工艺也比较复杂。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足之处，提供一种结构简单、操作方便、生产成本低、劳动强度低、力学性能好、吊装时桩体不容易开裂的先张法预应力混凝土桩及其生产方法；此外，本发明还提供一种桩与承台之间的连接方法。

为了达到上述目的，本发明提供一种先张法预应力混凝土桩，所述桩包括钢筋笼和混凝土，所述钢筋笼包括纵向受力的纵向筋和受剪切力的箍筋，所述纵向筋为预应力钢筋，所述箍筋呈螺旋状缠绕在所述纵向筋上，所述钢筋笼的两端设有端板，其特征在于，所述桩体上还设置有吊环，所述吊环由两个呈“几”字型的第一吊钩和第二吊钩交叉连接而成。

所述第一吊钩的横截面与桩体纵轴线相平行，所述第二吊钩的横截面与桩体纵轴线相垂直，所述第一吊钩和第二吊钩的顶部紧靠在一起。

所述第一吊钩与所述钢筋笼的纵向筋搭接或绑扎连接。 

所述第二吊钩的底部弯钩与纵向筋钩接。

所述第一吊钩或/和第二吊钩上还绑扎或焊接有加强筋。

所述桩体上设置有套筒，所述套筒为圆柱体或锥体，内壁设有螺纹。

所述套筒包括端部套筒或/和侧面套筒。

所述端部套筒通过固定于端板的螺栓孔内、焊接于端板上或绑扎在纵向筋上的方式与钢筋笼或桩体连接在一起。

所述侧面套筒以预埋的方式设于桩体的侧面。

所述桩体上还设用于与承台连接的锚固钢筋，所述锚固钢筋包括纵向锚固筋和侧向锚固筋，所述纵向锚固筋和侧向锚固筋分别插入在所述端部套筒和侧面套筒中。

所述沉筋孔和螺栓孔之间还设置有过渡槽。

所述端板外形为方形，为实心或中间空心。

所述纵向筋的抗拉强度为800Mpa以上，伸长率不低于4%。

所述箍筋的直径为3mm以上，抗拉强度不低于400Mpa。

所述纵向筋从其外边缘到混凝土外边缘距离不小于32mm。

所述吊环到桩体端部的距离为桩体长度的0.2～0.5。

此外，本发明还提供一种先张法预应力混凝土桩的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）制作钢筋笼：将预应力钢筋定长切断，形成纵向筋，利用滚焊机将箍筋呈螺旋状焊接在纵向筋上，形成钢筋笼；

（2）安装吊环：将吊环与钢筋笼连接，所述吊环由两个呈“几”字型的第一吊钩和第二吊钩交叉连接而成，所述第一吊钩的横截面与桩体纵轴线相平行，所述第二吊钩的横截面与桩体纵轴线相垂直，所述第一吊钩和第二吊钩的顶部紧靠在一起，其中，所述第一吊钩与所述钢筋笼的纵向筋搭接或绑扎连接，所述第二吊钩的底部弯钩与纵向筋钩接；

（3）预应力张拉：在钢筋笼的两头安装上金属端板，整体放入内腔为方形的模具内，将金属端板与张拉机相连，利用张拉机对纵向筋进行预应力张拉；

（4）布料和成型：向上述模具内浇注混凝土，采用自密实混凝土成型混凝土或振动成型；

（5）养护：将成型后的桩通过自然养护或蒸汽养护的方式处理后，即可得成桩。

在上述布料和成型步骤前，还包括安装套筒的步骤，所述套筒固定于端部或钢筋笼侧面，包括端部套筒或/和侧面套筒：其中端部套筒以固定于端板的螺栓孔内、焊接于端板上或绑扎在纵向筋上的方式与钢筋笼或桩体连接在一起；侧面套筒以预埋的方式设于桩侧面。

此外，一种将上述桩与承台进行连接的方法，其特征在于，将所述纵向锚固筋和侧向锚固筋的一端分别旋入到桩身的端部套筒和侧面套筒中，所述纵向锚固筋和侧向锚固筋的另一端与承台连接。

本发明具有如下有益效果：

（1）本发明的桩体中设置的由两个“几”字型吊钩交叉连接形成的吊环可有效解决现有技术中单个吊环所存在的缺陷，增加吊环与钢筋笼以及与混凝土桩体的连接强度，在起吊时，可减少甚至避免吊环周围混凝土的开裂现象；

（2）本发明的桩体中采用预应力高强钢材作纵向筋，采用C40以上的高标号混凝土，可大大提高了桩身的抗裂弯矩、抗压承载力、抗剪承载力、抗拉承载力等，同时所用钢筋的总体重量大大减轻；

（3）本发明的桩体中还设置有套筒，其可起到锚固筋的作用，加强桩与承台的连接强度，提高桩与承台的抗拔、抗剪性能、减少锚固筋的用量、减少综合造价，提高施工效率。

附图说明

图1为本发明先张法预应力混凝土桩的优选实施例的示意图，其中未显示吊环与桩体的连接结构；

图2为本发明先张法预应力混凝土桩的优选实施例的示意图，其中显示了吊环与桩体的连接结构；

图3为本发明吊环与钢筋笼连接的示意图；

图4为本发明吊环与钢筋笼连接的另一示意图；

图5为本发明吊环的立体图；

图6为本发明的桩与承台连接的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步描述：

如图1至图4所示，为本发明的先张法预应力混凝土桩的一个优选实施例的示意图。如图1所示，本发明的桩包括钢筋笼1和混凝土，钢筋笼1包括纵向受力的纵向筋11和受剪切力的箍筋12，纵向筋11呈近似方形布置，为预应力钢筋，两端还经过了墩头处理，箍筋12呈螺旋状缠绕包裹在纵向筋11上，并且用焊接的方式，比如电焊滚焊的方式将二者固定在一起；钢筋笼的两端设有金属端板2，金属端板2上设置有沉筋孔21和螺栓孔22，所述沉筋孔21和螺栓孔22之间还设置有过渡槽23；沉筋孔21上部直径大，下部直径小，这样纵向筋11和端板2连接时，先穿过螺栓孔22，再通过过渡槽23横移进入沉筋孔21内，由于纵向筋11经过墩头处理，这样纵向筋11的墩头就会落入沉筋孔21内，完成与端板2的连接；所述桩体两端还设置有套箍3。

此外，如图2至图5所示，在钢筋笼1上面还设置有多个吊环4，每个吊环4均由两个呈“几”字型的金属或复合材料制成的第一吊钩41和第二吊钩42交叉连接而成，其中第一吊钩41的横截面基本上与桩体纵轴线相平行，第二吊钩42的横截面基本上与桩体纵轴线相垂直，第一吊钩41和第二吊钩42的顶部紧靠在一起。

吊环4还与钢筋笼和桩体连接在一起，具体连接方式如下：第一吊钩41与钢筋笼的纵向筋11搭接或绑扎连接；第二吊钩42的底部弯钩与纵向筋11钩接；所述第一吊钩41或第二吊钩42上还绑扎或焊接数根加强筋43，以提高吊环4与混凝土的结合强度。上述吊环和桩体的连接方式可有效解决现有技术中单个吊环所存在的缺陷。现有技术的单个吊环在起吊时经常造成吊环周围混凝土的大量开裂，而本发明中的上述技术方案可增加吊环与钢筋笼以及与混凝土桩体的连接强度，在起吊时，可减少甚至避免吊环周围混凝土的开裂现象。优选地，吊环4设置在距离端部的0.2L～0.5L（L为桩长）处，也即吊环到桩体端部的距离为桩体长度的0.2～0.5。

其中，纵向筋11采用抗拉强度800Mpa以上的钢筋，其伸长率不低于4%；箍筋12采用直径3mm以上的钢筋，其抗拉强度不低于400Mpa，反弯次数不少于3次。制作桩体所采用的混凝土的强度在C40以上，可采用自密实混凝土成型或振动成型。上述高强度的纵向筋和箍筋以及C40以上的高标号混凝土的综合使用可大大提高桩身的抗裂弯矩、抗压承载力、抗剪承载力、抗拉承载力等，而且同时可大大减少所使用的钢筋的总重量。与国家标准图集《预制钢筋混凝土方桩》（图集号：04G361）中所推荐的用作纵向筋和箍筋的钢筋相比，以截面尺寸为400×400mm、桩长为16m的方桩为例，使用本发明的上述钢筋作为纵向筋和箍筋，纵向筋和箍筋的重量可分别减轻50%和20%左右。

优选地，预应力钢筋从其外边缘到混凝土外边缘距离不小于32mm或根据工程环境使用要求进行确定，以保证给预应力钢筋提供足够的混凝土保护层。

优选地，端板2外形近似方形，为实心或中间空心。

优选地，所述的先张预应力实心方桩，其预应力在钢筋入模后进行预应力张拉或布好混凝土后进行施加预应力。

优选地，桩体两端还设用于与承台7加强锚接的锚固钢筋，包括纵向锚固筋51和侧向锚固筋52。

优选地，如图6所示，为了方便上述桩与承台7连接，上述的桩体的端部和侧面设置有套筒6，从而纵向锚固筋51和侧向锚固筋52可以插入上述套筒6内，方便安装和与承台连接。套筒为圆柱体或锥体，头部内侧设有螺纹丝牙。套筒可分为端部套筒和侧面套筒，其中：端部套筒可通过固定于端板的螺栓孔22内、焊接于端板上或绑扎在纵向筋上的方式与钢筋笼或桩体连接在一起；而侧面套筒则以预埋的方式设于桩侧面，其可与纵向筋连接，也可不连接。

上述套筒的作用在于，在接桩或桩与承台连接施工中，纵向锚固筋51和侧向锚固筋52可分别插入端部套筒和侧面套筒中，加强桩与承台的连接强度，提高桩与承台的抗拔、抗剪性能、减少锚固筋的用量、减少综合造价，提高施工效率。同时相对于现有技术中的在桩体两端设置波纹套管进行灌浆处理的技术方案，本发明的套筒不需要灌浆及养护混凝土，同时可发挥锚固筋的作用，进一步提高桩身与承台的连接强度，减少综合造价，提高施工效率。

下面结合具体生产过程，对本发明的先张法预应力混凝土桩的生产方法进行详细说明。具体来说，包括以下步骤：

（1）制作钢筋笼：采用自动切割机将抗拉强度为800Mpa以上、伸长率不低于4%的预应力钢筋定长切断，形成纵向筋11，利用滚焊机将直径3mm以上、抗拉强度不低于400Mpa的箍筋12呈螺旋状焊接在纵向筋11上，形成大致成方形或圆形的钢筋笼；

（2）安装“几”字形吊环：吊环4通过人工绑扎或焊接的方式固定于桩两端，其中，第一吊钩41与钢筋笼的纵向筋11搭接或绑扎连接，第二吊钩42的底部弯钩与纵向筋11钩接，第一吊钩41或第二吊钩42上还绑扎或焊接数根加强筋43；

（3）安装套筒：通过人工绑扎或焊接，将套筒固定于端部或钢筋笼侧面，其中端部套筒可通过固定于端板的螺栓孔22内、焊接于端板上或绑扎在纵向筋上的方式与钢筋笼或桩体连接在一起；而侧面套筒则以预埋的方式设于桩侧面，其可与纵向筋连接，也可不连接；

（4）预应力张拉：在钢筋笼的两头安装上金属端板2，整体放入内腔为方形的模具内，将金属端板2与张拉机相连，利用张拉机对纵向筋进行预应力张拉；

（5）布料：向上述模具内浇注强度在C40以上的混凝土，采用自密实混凝土成型混凝土或振动成型；

（6）养护：将成型后的桩通过自然养护或蒸汽养护的方式处理后，即可得成桩。

在上述生产过程中，上述的一些步骤并非严格按照上述顺序进行，比如，在钢筋笼制作完成后，吊环和套筒的安装步骤并不需要一定具有先后顺序，先安装吊环再安装套筒或者先安装套筒再安装吊环均可以。此外，在安装完上述吊环和套筒后，张拉步骤和布料步骤也并不需要一定具有先后顺序，可以先张拉再布料或者先布料再张拉。具体操作可根据实际生产的情况进行。

此外，本发明还提供一种将本发明的桩与承台进行连接的方法。参照图6，上述方法具体如下：在整根桩连接完成并压入到设计要求后，将纵向锚固筋51和侧向锚固筋52的一端分别旋入到桩身的端部套筒和侧面套筒中，而纵向锚固筋51和侧向锚固筋52的另一端与承台7连接，形成一个钢筋笼及混凝土组合的承台7。

综上所述，以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之变化，都应落在本发明的保护范围内。