无骨架无粘结后张预应力抗拔灌注桩及其施工方法

摘要

本发明涉及一种无骨架无粘结后张预应力抗拔灌注桩及其施工方法，以无粘结钢绞线代替传统灌注桩中的普通螺纹钢筋，并通过无粘结钢绞线的下端与位于桩体混凝土底端的底锚盘固定连接，无粘结钢绞线的上端与位于桩体混凝土顶端的顶锚盘通过挤压锚固定，以振动插筋器作为临时骨架插入桩身混凝土中，并对无粘结钢绞线施加预拉力，解决了灌注桩桩身混凝土在抗拉状态下桩体容易产生裂缝、影响桩体的耐久性，以及普通抗拔桩造价高用钢量大的问题。本发明可广泛应用于建筑物的灌注桩施工或建筑物或构筑物的抗拉、抗浮工程中。

说明书

 技术领域

 本发明涉及一种灌注桩及其施工方法，特别是一种无骨架无粘结后张预应力抗拔灌注桩及其施工方法。

背景技术

建筑工程中的抗拔灌注桩，通常是采用普通的钢筋混凝土灌注桩。由于配置普通螺纹钢筋的灌注桩在抗拉状态下，桩体容易产生裂缝，影响桩体的耐久性。普通二级三级螺纹钢的强度较低，为了满足抗拉承载力和耐久性裂缝控制的设计要求，通常抗拔灌注桩桩身钢筋用量很大，导致工程造价较高，而且钢筋间距小施工难度加大。 

发明内容

本发明的目的是提供一种无骨架无粘结后张预应力抗拔灌注桩及其施工方法。要解决配置普通螺纹钢筋的灌注桩在抗拉状态下，桩体容易产生裂缝，影响桩体的耐久性的技术问题；并解决抗拔灌注桩桩身钢筋用量很大，工程造价较高，钢筋笼施工难度大的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种无骨架无粘结后张预应力抗拔灌注桩，包括桩头超灌混凝土（1）、桩身混凝土（2）和桩底混凝土（3），其特征在于：还包括无粘结钢绞线（4），无粘结钢绞线的下端与位于桩体混凝土底端的底锚盘（7）固定连接，无粘结钢绞线的上端与位于桩体混凝土顶端的顶锚盘（5）通过挤压锚固定，作为临时骨架，顶锚盘（5）通过吊筋固定在桩顶、承台筏板或基础梁顶面，同时沿桩身混凝土（2）均匀分布有定位支架（6）。

所述顶锚盘（5）和底锚盘（7）为钢材或铸铁，由空心筒和边板一体成型，所述顶锚盘（5）的边板上表面为粗糙面，顶面有突出的挤压锚锚头（5.1），边板底面有内筒（5.2）和外筒（5.3），内筒比外卡长，内筒与外筒高度大于300mm，内筒和外筒上开有孔洞；所述底锚盘（7）的边板上表面为粗糙面，其上有突出的上筒（7.2），边板底面有突出的下筒（7.3）和突出底面的固定锚锚头（7.1），固定锚锚头（7.1）位于下筒（7.3）的外侧。

所述顶锚盘（5）和底锚盘（7）边板上对应均匀开有钢绞线穿孔（8）。

所述顶锚盘（5）和底锚盘（7）厚度不小于15mm， 顶锚盘（5）的外缘直径比桩体直径小50~100mm，底锚盘（7）的外缘直径比桩体直径小100～150mm，顶锚盘（5）和底锚盘（7）的边板中心开孔直径不小于120mm，边板上钢绞线穿孔（8）可穿入钢筋线数量1~3根，直径分别为20～40mm。

所述桩底混凝土（3）的厚度不小于200mm。

所述定位支架（6）由支架卡槽（6.1）、钢绞线固定带（6.2）组成。

所述的无骨架无粘结后张预应力抗拔灌注桩的施工方法，步骤如下：

步骤一，进行灌注桩桩孔成孔；

步骤二，根据灌注混凝土工艺不同，分为a）先浇注混凝土和b）后浇注混凝土，如采用先浇注混凝土则按下述a），如采用后浇注混凝土，则直接进入步骤三；

a）进行桩身混凝土浇注，桩顶超灌混凝土（1），桩身混凝土（2）和桩底混凝土（3）；

步骤三，形成无骨架组合件：将无粘结钢绞线（4）穿过分别位于底锚盘与顶锚盘的钢绞线穿孔（8），下端固定于底锚盘的固定锚锚头（7.1）上，上端固定于顶锚盘的挤压锚锚头（5.1）上；同时沿无粘结钢绞线（4）高度每隔3～5m设置一道定位支架（6）；

步骤四，形成临时骨架：将振动插筋器（10）的钢管（10.1）下端顶在底锚盘边板顶面，卡在底锚盘（7）的上筒（7.2）之内，上端与顶锚盘（5）的内筒（5.2）套接，并在内筒（5.2）内侧安装插栓（9），并张紧和固定无粘结钢绞线（4），顶锚盘（5）定位支架（6）底锚盘（7）以及振动插筋器（10）和无粘结钢绞线（4）共同形成临时骨架；

步骤五，临时骨架安放定位：根据灌注混凝土工艺不同，分为a）先浇注混凝土和b）后浇注混凝土，如采用先浇注混凝土则按下述a），如采用后浇注混凝土，则按下述b）。如是后浇注混凝土，则不需要安装振动锤（10.2）；

a）  随后将临时骨架吊起，安放于桩顶超灌混凝土（1）中，开动振动插筋器（10），临时骨架下放桩孔刚刚浇注的未凝固混凝土，穿过桩身混凝土（2）并置于桩底混凝土（3）顶部；

b）  随后将临时骨架吊起，安放于桩身钻孔中，底锚盘的下筒（7.3）距桩孔底部留有桩底混凝土（3）的高度，通过钢管（10.1）浇注混凝土，形成桩顶桩底混凝土（3）、桩身混凝土（2）和超灌混凝土（1）；

步骤六，振动插筋器钢管的拔出：释放顶住顶锚盘的插栓（9），轻微振动拔出振动插筋器的钢管（10.1）； 

步骤七，凿除桩顶超灌混凝土（1），在桩身混凝土（2）的强度达到设计强度的75%及以上时，采用穿心千斤顶对无粘结钢绞线（4）进行张拉，通过顶锚盘的挤压锚锚头（5.1）固定张拉力，也可以钢绞线穿过承台，在承台上表面张拉固定，张拉应力达到钢绞线极限强度的75%或者总张拉力达到单桩抗拔承载力特征值的1.25倍，停止张拉并锚定；

所述步骤七中，无粘结钢绞线（4）固定于桩顶，无粘结钢绞线（4）安装时留出高于桩顶不少于1.0m长度，在顶锚盘（5）的挤压锚锚头（5.1）上部100mm位置将无粘结钢绞线（4）用夹片套紧，然后将夹片以上无粘结钢绞线（4）打散并除油，弯折成60～75度角度后埋入承台筏板或基础梁中。 

所述振动插筋器（10）由钢管（10.1）和振动锤（9.2）组成，振动锤（9.2）连接在钢管的顶端。

所述钢管（10.1）为一节或两节或两节以上不同直径的钢管联接成，在后浇注混凝土工艺中，钢管作为灌注混凝土的导管，应保证连接部位没有孔洞缝隙。

与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：

1.      本发明所述无骨架无粘结后张预应力抗拔灌注桩，由于采用强度为普通钢筋3~5倍的钢绞线，既可降低钢材消耗，又可利用后张预应力的特点，改变桩体的受力状态，使其由受拉转变为受压，避免桩身开裂，提高耐久性；

2.      本发明通过锚盘和钢绞线的预压作用，可利用混凝土桩体受压产生的泊松效应（桩径外胀），增强桩土界面摩阻力，并使桩体下部土体摩阻力先行发挥，提高桩体与土体的整体性，从而提高桩的抗拔承载力。因此，无骨架无粘结后张预应力抗拔灌注桩具有承载力高、上拔位移小、耐久性好、材耗低、造价省等优点。

3.      本发明与普通灌注桩相比，桩长桩径相同的灌注桩，桩侧土为压缩模量大于4.0Mpa的中低压缩性土，长细比15～20，无骨架无粘结后张预应力抗拔灌注桩较普通抗拔灌注桩承载力可以提高10%；长细比20～30，骨架无粘结后张预应力抗拔灌注桩较普通抗拔灌注桩承载力可以提高20%；长细比大于30，骨架无粘结后张预应力抗拔灌注桩较普通抗拔灌注桩承载力可以提高30%。

4.      本发明与普通灌注桩相比，综合考虑承载力提高和配筋量减少产生的效益，并扣除锚具张拉固定增加的费用，无粘结后张预应力抗拔灌注桩较普通抗拔灌注桩的桩身配筋造价平均可以减少50%以上，单位抗拔承载力的造价平均可以节省20~30%。按照每根桩节约2000元计算，如全国每年抗拔灌注桩5万根采用此项技术，则可节约1亿元。

5.      本发明所述无粘结后张预应力抗拔灌注桩经过张拉锚定后，无粘结后张预应力抗拔桩在使用期间的桩身位移较普通抗拔桩更小（减小约30~50%），桩身耐久性更好。 

本发明克服了灌注桩抗拉性能差，用钢量大，造价高等缺点，解决了利用高强度的钢绞线代替普通螺纹钢，并能在浇筑混凝土后进行预应力钢绞线的埋置。

本发明可广泛应用于普通灌注桩尤其适用于抗拉灌注桩的施工。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

图１是本发明的桩身结构示意图。

图2是各部件组装连接示意图。

图3是顶锚盘平面图。

图4是图3A-A剖面图。

图5是底锚盘平面图。

图6是图5 B-B剖面图。

图7是定位支架平面图。

图8是定位支架立面图。

附图标记：1－桩头超灌混凝土、2－桩体混凝土、3－桩底混凝土、4－无粘结钢绞线、5－顶锚盘、5.1－挤压锚锚头、5.2－内筒、5.3－外筒、6－定位支架、6.1－空心卡槽、6.2－钢绞线固定带、7－底锚盘、7.1－固定锚锚头、7.2－上筒、7.3－下筒、8－钢绞线穿孔、9－插栓、10－振动插筋器、10.1－钢管、10.2－振动锤、11－孔洞。

具体实施方式　  

实施例参见图2～图8所示，一种无骨架无粘结后张预应力抗拔灌注桩，包括桩头超灌混凝土（1）、桩身混凝土（2）和桩底混凝土（3），其特征在于：还包括无粘结钢绞线（4），无粘结钢绞线的下端与位于桩体混凝土底端的底锚盘（7）固定锚连接，无粘结钢绞线的上端与位于桩体混凝土顶端的顶锚盘（5）通过挤压锚固定，钢绞线（4）和顶锚盘（5）底锚盘（7）定位支架（6）以及振动插筋器的钢管（10.1）组成临时骨架，临时骨架在桩孔中定位后，顶锚盘（5）通过吊筋固定在桩顶，也可固定在承台筏板或基础梁顶面，同时沿桩身混凝土（2）均匀分布有定位支架（6）。所述顶锚盘（5）和底锚盘（7）为钢材或铸铁，由空心筒和边板一体成型，所述顶锚盘（5）的边板上表面为粗糙面，顶面有突出的挤压锚锚头（5.1），边板底面有内筒（5.2）和外筒（5.3），内筒和外筒上开有孔洞（11）；所述底锚盘（7）的边板上表面为粗糙面，其上有突出的上筒（7.2），边板底面有突出的下筒（7.3）和突出底面的固定锚锚头（7.1），固定锚锚头（7.1）位于下筒（7.3）的外侧。所述顶锚盘（5）和底锚盘（7）边板上对应均匀开有钢绞线穿孔（8）。所述顶锚盘（5）和底锚盘（7）的筒体和边板厚度不小于15mm， 顶锚盘（5）的外缘直径比桩体直径小50~100mm，底锚盘（7）的外缘直径比桩体直径小100～150mm，顶锚盘（5）和底锚盘（7）的空心筒体净直径不小于120mm，边板上钢绞线穿孔（8）直径20～40mm。

所述桩底混凝土（3）的留有厚度不小于200mm。

所述定位支架（6）由支架卡槽（6.1）、钢绞线固定带（6.2）组成。

本发明的施工过程参见图1，具体步骤如下：

步骤一，进行灌注桩桩孔成孔；

步骤二，根据灌注混凝土工艺不同，分为a）先浇注混凝土和b）后浇注混凝土，如采用先浇注混凝土则按下述a），如采用后浇注混凝土，则直接进入步骤三；

a）进行桩身混凝土浇注，桩顶超灌混凝土（1），桩身混凝土（2）和桩底混凝土（3）；

步骤三，形成无骨架组合件：将无粘结钢绞线（4）穿过分别位于底锚盘与顶锚盘的钢绞线穿孔（8），下端固定于底锚盘的固定锚锚头（7.1）上，上端固定于顶锚盘的挤压锚锚头（5.1）上；同时沿无粘结钢绞线（4）高度每隔3～5m设置一道定位支架（6）；

步骤四，形成临时骨架：将振动插筋器（10）的钢管（10.1）下端顶在底锚盘边板顶面，卡在底锚盘（7）的上筒（7.2）之内，上端与顶锚盘（5）的内筒（5.2）套接，并在内筒（5.2）内侧安装插栓（9），并张紧和固定无粘结钢绞线（4），顶锚盘（5）定位支架（6）底锚盘（7）以及振动插筋器（10）和无粘结钢绞线（4）共同形成临时骨架；

步骤五，临时骨架安放定位：根据灌注混凝土工艺不同，分为a）先浇注混凝土和b）后浇注混凝土，如采用先浇注混凝土则按下述a），如采用后浇注混凝土，则按下述b）。如是后浇注混凝土，则不需要安装振动锤（10.2）；

c）  随后将临时骨架吊起，安放于桩顶超灌混凝土（1）中，开动振动插筋器（10），临时骨架下放桩孔刚刚浇注的未凝固混凝土，穿过桩身混凝土（2）并置于桩底混凝土（3）顶部；

d） 随后将临时骨架吊起，安放于桩身钻孔中，底锚盘的下筒（7.3）距桩孔底部留有桩底混凝土（3）的高度，通过钢管（10.1）浇注混凝土，形成桩顶桩底混凝土（3）、桩身混凝土（2）和超灌混凝土（1）；

步骤六，振动插筋器钢管的拔出：释放顶住顶锚盘的插栓（9），轻微振动拔出振动插筋器的钢管（10.1）； 

步骤七，凿除桩顶超灌混凝土（1），在桩身混凝土（2）的强度达到设计强度的75%及以上时，采用穿心千斤顶对无粘结钢绞线（4）进行张拉，通过顶锚盘的挤压锚锚头（5.1）固定张拉力，也可以钢绞线穿过承台，在承台上表面张拉固定，张拉应力达到钢绞线极限强度的75%或者总张拉力达到单桩抗拔承载力特征值的1.25倍，停止张拉并锚定；

所述步骤七中，无粘结钢绞线（4）固定于桩顶，无粘结钢绞线（4）安装时留出高于桩顶不少于1.0m长度，在顶锚盘（5）的挤压锚锚头（5.1）上部100mm位置将无粘结钢绞线（4）用夹片套紧，然后将夹片以上无粘结钢绞线（4）打散并除油，弯折成60～75度角度后埋入承台筏板或基础梁中。 

所述振动插筋器（10）由钢管（10.1）和振动锤（9.2）组成，振动锤（9.2）连接在钢管的顶端。

所述钢管（10.1）为一节或两节或两节以上不同直径的钢管联接成，在后浇注混凝土工艺中，钢管作为灌注混凝土的导管，应保证连接部位没有孔洞缝隙。