专利名称：配有可回收钢绞线的预应力混凝土桩及施工方法
技术领域：
本发明属于地下空间基坑围护工程技术领域，特别是涉及一种配有可回收钢绞线的预应力混凝土桩及施工方法。
背景技术：
钢筋混凝土结构在弯矩的作用下，结构受拉侧混凝土会开裂，如果将裂缝宽度限制在容许的0.2-0.25mm以内，钢筋的拉应力也只能达到150_250MPa，这就使高强钢筋在钢筋混凝土结构中无法充分发挥作用，同样也不可能发挥高强混凝土的作用。而且，带裂缝工作的钢筋混凝土结构，受拉区混凝土材料不能充分发挥作用、结构刚度下降较大。高强钢筋和高强混凝土具有较高的性价比。目前地下空间基坑围护结构形式经常采用多道支撑+钢筋混凝土桩或多道预应力锚杆(锚索)+钢筋钢混凝土桩。由于钢筋的抗拉强度低，因此钢筋用量大，而且钢筋不可回收；另外，在土体压力作用下，钢筋混凝土桩受拉侧的混凝土会产生裂缝，带裂缝工作的钢筋混凝土桩截面抗弯刚度将会明显降低，因此，当场地地质条件较差、基坑周边环境保护要求较严格时，通常需要采用具有较大直径、配筋较多的钢筋混凝土桩，以使钢筋混凝土桩具有足够的承载力和刚度，以此来保证地下结构施工安全和基坑周边地面沉降能控制在允许范围值内，这样无疑将会增加工程造价。中国专利申请第201210245291.1号公开了一种竖向挡土结构上配有预应力筋的基坑围护结构及施工方法，由于该基坑围护结构中的预应力筋底部呈U字形，并且底部没有安装锚具，因此回收预应力筋需要较大的拉拔力，所以施工难度大。中国专利申请第200420029700.5号中公开了一种采用预应力混凝土用钢棒的混凝土灌注桩，该混凝土灌注桩与普通混凝土桩的区别是采用预应力混凝土用钢棒，由于钢棒上没有施加预应力，因此桩体抗裂、抗拉性能并没有得到提高，而且钢棒不可回收。中国专利申请第01253503.6,03113753.9、01126590.6 和 200410081456.1 号中公开了多种预应力混凝土桩及施工方法，但其共同的缺点也是其上的预应力筋不可回收。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种桩截面抗弯刚度和承载力较大、并且能够降低工程造价的配有可回收钢绞线的预应力混凝土桩及施工方法。为了达到上述目的，本发明提供的配有可回收钢铰线的预应力混凝土桩包括混凝土桩体、多根竖向螺纹钢筋、多根单列式预应力筋、螺旋筋、多个外锚具和多个内锚具；其中混凝土桩体为圆柱体形混凝土结构；多根竖向螺纹钢筋和多根预应力筋沿混凝土桩体的周边布置；螺旋筋采用绑扎或焊接的方式设置在竖向螺纹钢筋和预应力筋的外侧；每根钢铰线的下端和上端分别安装有一个内锚具和外锚具。所述的竖向螺纹钢筋和预应力筋沿整个混凝土桩体周边以交替的方式设置；或预应力筋沿混凝土桩体局部周边布置，而其余周边仅配置竖向螺纹钢筋。
所述的预应力筋由一根或多根表面涂敷有一层防腐润滑油脂的钢铰线和套在其外部的波纹管或塑料管组成。所述的预应力筋单根沿混凝土桩体的周边布置，或多根并列在一起沿混凝土桩的周边配置。所述的竖向螺纹钢筋的直径为14-36mm，混凝土桩体的直径为600_2500mm，螺旋筋的直径为10-22mm，螺旋筋的螺距为80-300mm，混凝土强度等级为C30-C80，预应力筋和竖向螺纹钢筋的混凝土保护层厚度50-70_。本发明提供的配有可回收钢铰线的预应力混凝土桩的施工方法包括按顺序进行的下列步骤:I)首先沿拟建地下结构外缘的预设位置采用钻孔或人工挖孔进行成孔作业；2)将钢铰线表面涂敷一层防腐润滑油脂，然后在其外部套上波纹管或塑料管而形成预应力筋，并在每根预应力筋的下端安装一个内锚具，按照上述预应力混凝土桩的结构采用绑扎或焊接的方式将多根竖向螺纹钢筋、多根预应力和螺旋筋制作成钢筋笼；3)在每一个桩孔中分别插入一个钢筋笼，然后向桩孔中灌注混凝土，待混凝土凝固硬化后形成混凝土桩体；4)待上述混凝土桩体养护到设计要求的强度后，在所有混凝土桩体的顶部进行钢筋混凝土圈梁的施作，在此过程中，应使竖向螺纹钢筋的上端伸入到钢筋混凝土圈梁内，预应力筋的上端伸出钢筋混凝土圈梁的顶面外；5)待钢筋混凝土圈梁养护到设计要求的强度后，利用张拉工具对钢铰线进行张拉，采用外锚具将预应力筋的上端锚固在钢筋混凝土圈梁的顶面，从而完成对预应力混凝土桩施加预应力；6)开始基坑土方开挖和地下结构施作，待基坑内的地下结构施作完成后，利用张拉工具将钢铰线上端的外锚具去除，以去除预应力筋上的张拉力；7)用小锤多次敲打钢铰线的上端，以使内锚具上的弹性夹片从钢铰线的下端剥离；8)拉住钢铰线的上端并将其从混凝土桩体中抽出加以回收，即可完成所述的配有可回收钢铰线的预应力混凝土桩的施工过程。本发明提供的配有可回收钢铰线的预应力混凝土桩及施工方法具有如下有益效果:(I)由于预应力混凝土桩被施加有预应力，所以截面抗弯刚度大，因此有利于减少预应力混凝土桩向内的水平变形以及基坑外地面或建(构)筑物的沉降；(2)待地下结构施工完毕后可回收钢铰线并重复利用，因此可以节省资源，降低工程造价；(3)配有钢铰线的预应力混凝土桩可以采用较大的配筋率，较大地提高桩抗弯承载力，因此可减少混凝土用量和钻孔费用，从而降低工程成本，绿色环保。
图1为本发明提供的预应力混凝土桩与一道横撑联用时纵向结构剖视图；图2为本发明提供的预应力混凝土桩采用悬臂方式的纵向结构剖视图3为本发明提供的预应力混凝土桩与四道横撑联用时纵向结构剖视图；图4为竖向螺纹钢筋和预应力筋沿整个周边设置的预应力混凝土桩结构截面示意图。图5为预应力筋沿局部周边设置的预应力混凝土桩结构截面示意图。图6为预应力筋并列设置的预应力混凝土桩结构截面示意图。图7为预应力混凝土桩中螺旋筋结构示意图；图8为具有一根钢铰线的预应力混凝土桩中预应力筋结构剖视图。图9为具有多根钢铰线的预应力混凝土桩中预应力筋结构剖视图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明提供的配有可回收钢铰线的预应力混凝土桩及施工方法进行详细说明。如图1-图9所示，本发明提供的配有可回收钢铰线的预应力混凝土桩包括混凝土桩体1、多根竖向螺纹钢筋4、多根单列式预应力筋5、螺旋筋6、多个外锚具9和多个内锚具10 ;其中混凝土桩体I为圆柱体形混凝土结构，竖向螺纹钢筋4和预应力筋5均为竖向受力筋，竖向螺纹钢筋4和预应力筋5的数量需根据受力计算确定；多根竖向螺纹钢筋4和多根预应力筋5沿混凝土桩体I的周边布置；螺旋筋6采用绑扎或焊接的方式设置在竖向螺纹钢筋4和预应力筋5的外侧；每根预应力筋5的下端和上端分别安装有一个内锚具10和外锚具9。内锚具10的具体结构可参见中国专利申请第200710117673.5号中公开的内容。所述的竖向螺纹钢筋4和预应力筋5沿整个混凝土桩体I周边以交替的方式设置；或预应力筋5沿混凝土桩体I局部周边布置、而其余周边仅配置竖向螺纹钢筋4。所述的预应力筋5由一根或多根表面涂敷有一层防腐润滑油脂的钢铰线7和套在外部的波纹管或塑料管11组成。所述的预应力筋5单根沿混凝土桩体I的周边布置，或多根并列在一起沿混凝土桩I的周边配置。所述的竖向螺纹钢筋4的直径为14-36mm，混凝土桩体I的直径为600_2500mm，螺旋筋6的直径为10-22mm，螺旋筋6的螺距为80-300mm，混凝土强度等级为C30-C80，预应力筋5和竖向螺纹钢筋4的混凝土保护层厚度50-70_。本发明提供的配有可回收钢铰线的预应力混凝土桩的施工方法包括按顺序进行的下列步骤:I)首先沿拟建地下结构外缘的预设位置采用钻孔或人工挖孔进行成孔作业；2)将钢铰线7表面涂敷一层防腐润滑油脂，然后在其外部套上波纹管或塑料管11而形成预应力筋5，并在每根预应力筋5的下端安装一个内锚具10，按照上述预应力混凝土桩的结构采用绑扎或焊接的方式将多根竖向螺纹钢筋4、多根钢铰线5和螺旋筋6制作成钢筋笼；3)在每一个桩孔中分别插入一个钢筋笼，然后向桩孔中灌注混凝土，待混凝土凝固硬化后形成混凝土桩体I ;4)待上述混凝土桩体I养护到设计要求的强度后，在所有混凝土桩体I的顶部进行钢筋混凝土圈梁3的施作，在此过程中，应使竖向螺纹钢筋4的上端伸入到钢筋混凝土圈梁3内，预应力筋5的上端伸出钢筋混凝土圈梁3的顶面外；5)待钢筋混凝土圈梁3养护到设计要求的强度后，利用张拉工具对钢铰线7进行张拉，采用外锚具9将预应力筋5的上端锚固在钢筋混凝土圈梁3的顶面，从而完成对预应力混凝土桩施加预应力；6)开始基坑土方开挖和地下结构施作，待基坑内的地下结构施作完成后，利用张拉工具将钢铰线7上端的外锚具9去除，以去除预应力筋5上的张拉力；7)用小锤多次敲打钢铰线7的上端，以使内锚具10上的弹性夹片从钢铰线7的下端剥离；8)拉住钢铰线7的上端并将其从混凝土桩体I中抽出加以回收，即可完成所述的配有可回收钢铰线的预应力混凝土桩的施工过程。
权利要求
1.一种配有可回收钢绞线的预应力混凝土桩，其特征在于:所述的预应力混凝土桩包括混凝土桩体(I)、多根竖向螺纹钢筋(4)、多根单列式预应力筋(5)、螺旋筋(6)、多个外锚具(9)和多个内锚具(10);其中混凝土桩体(I)为圆柱体形混凝土结构；多根竖向螺纹钢筋(4)和多根预应力筋(5)沿混凝土桩体(I)的周边布置；螺旋筋(6)采用绑扎或焊接的方式设置在竖向螺纹钢筋(4)和预应力筋(5)的外侧；每根钢铰线(7)的下端和上端分别安装有一个内锚具(10)和外锚具(9)。
2.根据权利要求1所述的配有可回收钢绞线的预应力混凝土桩，其特征在于:所述的竖向螺纹钢筋(4)和预应力筋(5)沿整个混凝土桩体(I)周边以交替的方式设置；或预应力筋(5)沿混凝土桩体(I)局部周边布置、而其余周边仅配置竖向螺纹钢筋(4)。
3.根据权利要求1所述的配有可回收钢绞线的预应力混凝土桩，其特征在于:所述的预应力筋(5)由一根或多根表面涂敷有一层防腐润滑油脂的钢绞线(7)和套在其外部的波纹管或塑料管(11)组成。
4.根据权利要求1所述的配有可回收钢绞线的预应力混凝土桩，其特征在于:所述的预应力筋(5)单根沿混凝土桩体(I)的周边布置，或多根并列在一起沿混凝土桩(I)的周边配置。
5.根据权利要求1所述的配有可回收钢绞线的预应力混凝土桩，其特征在于:所述的竖向螺纹钢筋⑷的直径为14-36_，混凝土桩体⑴的直径为600-2500_，螺旋筋(6)的直径为10-22mm，螺旋筋(6)的螺距为80-300mm，混凝土强度等级为C30-C80，预应力筋(5)和竖向螺纹钢筋(4)的混凝土保护层厚度50-70_。
6.一种如权利要求1所述的配有可回收钢绞线的预应力混凝土桩的施工方法，其特征在于:所述的施工方法包括按顺序进行的下列步骤: 1)首先沿拟建地下结构外缘的预设位置采用钻孔或人工挖孔进行成孔作业； 2)将钢绞线(7)表面涂敷一层防腐润滑油脂，然后在其外部套上波纹管或塑料管(11)而形成预应力筋(5)，并在每根钢铰线(7)的下端安装一个内锚具(10)，按照上述预应力混凝土桩的结构采用绑扎或焊接的方式将多根竖向螺纹钢筋(4)、多根预应力筋(5)和螺旋筋(6)制作成钢筋笼； 3)在每一个桩孔中分别插入一个钢筋笼，然后向桩孔中灌注混凝土，待混凝土凝固硬化后形成混凝土桩体(I); 4)待上述混凝土桩体(I)养护到设计要求的强度后，在所有混凝土桩体(I)的顶部进行钢筋混凝土圈梁⑶的施作，在此过程中，应使竖向螺纹钢筋⑷的上端伸入到钢筋混凝土圈梁⑶内，预应力筋(5)的上端伸出钢筋混凝土圈梁(3)的顶面外； 5)待钢筋混凝土圈梁(3)养护到设计要求的强度后，利用张拉工具对钢铰线(7)进行张拉，采用外锚具(9)将预应力筋(5)的上端锚固在钢筋混凝土圈梁(3)的顶面，从而完成对混凝土桩施加预应力； 6)开始基坑土方开挖和地下结构施作，待基坑内的地下结构施作完成后，利用张拉工具将钢铰线(7)上端的外锚具(9)去除，以去除预应力筋(5)上的张拉力； 7)用小锤多次敲打钢绞线(7)的上端，以使内锚具(10)上的弹性夹片从钢绞线(7)的下端剥离； 8)拉住钢绞线(7)的上端并将其从混凝土桩体(I)中抽出加以回收，即可完成所述的配有可回收钢绞线的 预应力混凝土桩的施工过程。
全文摘要
一种配有可回收钢绞线的预应力混凝土桩及施工方法。该预应力混凝土桩包括混凝土桩体、多根竖向螺纹钢筋、多根单列式预应力筋、螺旋筋、多个外锚具和多个内锚具；其中混凝土桩体为圆柱体形混凝土结构；多根竖向螺纹钢筋和多根预应力筋沿混凝土桩体的周边布置；螺旋筋采用绑扎或焊接的方式设置在竖向螺纹钢筋和预应力筋的外侧；每根钢铰线的下端和上端分别安装有一个内锚具和外锚具。本发明具有如下有益效果预应力混凝土桩的截面抗弯刚度和抗弯承载力较大，能减少预应力混凝土桩向内水平变形及基坑外地面或建筑(构)物沉降，可减少桩截面直径，并且钢绞线可回收，因此节省资源，降低工程造价，绿色环保。
文档编号E02D5/58GK103174134SQ20131011048
公开日2013年6月26日 申请日期2013年4月1日 优先权日2013年4月1日
发明者江婕瑞, 张先锋, 江水德, 宋仪, 李保国, 赵正蓉, 杨世东, 贺维国, 王宁, 徐玉峰, 朱剑平 申请人:中铁隧道勘测设计院有限公司