一種現(xiàn)澆定向鋼纖維混凝土大直徑管樁樁模及其施工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種管樁樁模及其施工方法，特別是一種現(xiàn)澆定向鋼纖維混凝土大直徑管樁樁模及其施工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]我國地域遼闊，軟土廣泛分布在沿海地區(qū)，特別是經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的長(zhǎng)江三角洲與珠江三角洲。在軟土地區(qū)修建公路、鐵路、橋梁等需要對(duì)軟土地基進(jìn)行加固處理，而樁基及其復(fù)合地基技術(shù)是應(yīng)用最為廣泛的地基處理技術(shù)。如何在節(jié)省材料用量用費(fèi)的同時(shí)提高樁身承載力，提高地基加固質(zhì)量，是研究人員長(zhǎng)期關(guān)注的熱點(diǎn)課題之一。
[0003]在本發(fā)明之前，專利號(hào)ZL02112538.4和ZL01273182.X等申請(qǐng)文件中，已經(jīng)對(duì)現(xiàn)澆混凝土大直徑管樁(簡(jiǎn)稱為PCC樁)進(jìn)行了公開。由于PCC樁，以較少的混凝土用量得到較大的承載力，因此是一種經(jīng)濟(jì)合理、性價(jià)比優(yōu)越的樁型。PCC樁為素混凝土樁，它具有水平抗剪強(qiáng)度不夠大等缺點(diǎn)，所以很難用于水平向荷載很大的情況。因此，增加樁身抗剪強(qiáng)度是PCC樁的一個(gè)研究方向，如鋼釬維混凝土的引入等。
[0004]現(xiàn)有的鋼纖維混凝土的成型工藝是將砂、石、水泥等原材料和鋼纖維一起混合，力口入拌和水?dāng)嚢杈鶆颍肽Ｕ駬v密實(shí)。按照這種工藝成型的鋼纖維混凝土，鋼纖維在混凝土中隨機(jī)亂向分布。實(shí)際工程中能有效提供抗剪強(qiáng)度的鋼纖維的分布方向應(yīng)與樁軸向一致，因而采用傳統(tǒng)工藝制備的鋼纖維混凝土，只有與樁軸向方向一致或接近的小部分才起到增大樁身抗剪強(qiáng)度的作用。現(xiàn)有成型工藝的缺點(diǎn)在于混凝土中鋼纖維的有效利用效率很低，相當(dāng)部分的鋼纖維無法發(fā)揮期望的抗剪作用，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致制備鋼纖維混凝土的原材料用量大大增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種抗剪強(qiáng)度高、鋼纖維用料少、成本低的現(xiàn)澆定向鋼纖維混凝土大直徑管樁樁模及其施工方法。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
一種現(xiàn)澆定向鋼纖維混凝土大直徑管樁樁模，包括同心設(shè)置的外管和內(nèi)管，外管和內(nèi)管之間形成一個(gè)空腔結(jié)構(gòu)，該空腔結(jié)構(gòu)的頂部連接有振動(dòng)頭，空腔結(jié)構(gòu)的底部連接有活動(dòng)樁靴，外管的頂部設(shè)置有與空腔結(jié)構(gòu)相通的進(jìn)料口，其特征在于:所述外管的外壁底部均勻纏繞有樁模線圈，樁模線圈的正負(fù)極引出線與設(shè)置于樁模外側(cè)的直流電源控制器相連接；所述樁模線圈及正負(fù)極引出線的外側(cè)均設(shè)置有線圈保護(hù)裝置。
[0007]所述樁模線圈的匝數(shù)為500-800匝。
[0008]位于所述樁模線圈外側(cè)的線圈保護(hù)裝置為主要由兩個(gè)半圓環(huán)鋼片組成的保護(hù)鋼片。
[0009]位于所述正負(fù)極引出線外側(cè)的線圈保護(hù)裝置為焊接于外管管壁上且呈棱形的保護(hù)角鋼。
[0010]一種現(xiàn)澆定向鋼纖維混凝土大直徑管樁樁模的施工方法，包括以下步驟:
第一步，樁模線圈安裝:在外管的外壁底部均勻涂一層粘結(jié)絕緣漆，將樁模線圈均勻纏繞于粘結(jié)絕緣漆之上，待粘結(jié)絕緣漆干燥后，再在樁模線圈外側(cè)涂一層覆蓋絕緣漆作為保護(hù)層。
[0011]第二步，線圈保護(hù)裝置安裝:在第一步安裝完成的樁模線圈及樁模線圈的正負(fù)極引出線的外側(cè)安裝線圈保護(hù)裝置；正負(fù)極引出線從對(duì)應(yīng)的線圈保護(hù)裝置中穿出，并與直流電源控制器相連接。
[0012]第三步，樁模沉入地基:啟動(dòng)振動(dòng)頭，并向下振動(dòng)，整個(gè)樁模均在振動(dòng)頭的帶動(dòng)下，下沉至設(shè)定的深度；下沉過程中，活動(dòng)樁靴在土壓力作用下保持閉合狀態(tài)。
[0013]第四步，均勻注入鋼纖維混凝土:將鋼釬維混凝土通過進(jìn)料口向空腔結(jié)構(gòu)內(nèi)均勻注入。
[0014]第五步，空腔結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生軸向磁場(chǎng):開啟直流電源控制器，樁模線圈通電，空腔結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生沿樁模軸向的磁場(chǎng)。
[0015]第六步，樁模拔出:待注入的鋼釬維混凝土體積達(dá)到空腔結(jié)構(gòu)總體積的1/3時(shí)，使振動(dòng)頭向上振動(dòng)，整個(gè)樁模向上運(yùn)動(dòng)拔出；在樁模拔出過程中，活動(dòng)樁靴因鋼纖維混凝土的自重作用，自動(dòng)打開，而鋼纖維混凝土仍繼續(xù)均勻注入；在振動(dòng)狀態(tài)下，鋼纖維混凝土中的鋼纖維分布方向與第五步中的磁場(chǎng)方向保持一致，達(dá)到定向分布。
[0016]第七步，現(xiàn)澆定向鋼纖維混凝土大直徑管樁的形成:樁模繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng)，直至完全拔出，這時(shí)，地基中將形成環(huán)形的現(xiàn)澆定向鋼纖維混凝土大直徑管樁。
[0017]所述第一步中，粘結(jié)絕緣漆的高度為從外管的外壁底部至外管的1/2高度處。
[0018]所述第四步中，鋼纖維混凝土主要由膠凝材料、砂、石、減水劑和鋼纖維混合制備。
[0019]所述第四步中，鋼纖維的長(zhǎng)度為5-6cm，直徑為0.8-1.2cm。
[0020]所述第四步中，所述鋼纖維混凝土的坍落度范圍為100-150_。
[0021 ] 所述第五步中，直流電源控制器開啟后，樁模線圈中的直流電流為10-50A，空腔結(jié)構(gòu)內(nèi)能產(chǎn)生磁感應(yīng)強(qiáng)度為1XlO-3T?50X10,的磁場(chǎng)。
[0022]本發(fā)明采用上述結(jié)構(gòu)及方法后，具有如下有益效果:
1.本發(fā)明采用對(duì)現(xiàn)澆鋼纖維混凝土施加穩(wěn)定磁場(chǎng)的方法，利用磁感應(yīng)效應(yīng)來達(dá)到鋼纖維在混凝土中定向分布的目的。從而，克服了現(xiàn)有鋼筋混凝土大直徑管樁樁身水平承載力低、鋼纖維混凝土成型工藝所導(dǎo)致的鋼纖維隨機(jī)亂向分布、有效利用效率低和很大部分鋼纖維不能發(fā)揮應(yīng)有的抗剪作用的缺點(diǎn)。
[0023]2.利用本發(fā)明的樁模及施工方法，所制備的現(xiàn)澆定向鋼纖維混凝土大直徑管樁較原有方法和樁模所澆筑的鋼纖維混凝土大直徑管樁，樁身抗剪強(qiáng)度提高50%?100%，或者可以減少達(dá)到相同樁身抗剪強(qiáng)度所需的鋼纖維20%?60%。
[0024]3.對(duì)傳統(tǒng)素混凝土 PCC樁進(jìn)行改進(jìn)，定向分布鋼纖維大直徑管樁的水平承載力大大提聞，可作為聞層建筑、橋梁、基坑支護(hù)等的粧基礎(chǔ)，大大拓展了應(yīng)用范圍。
[0025]4.僅對(duì)原有的樁模施工機(jī)具進(jìn)行較少的改進(jìn)，增加少量造價(jià)，仍能發(fā)揮大直徑管樁側(cè)摩阻力大的承載性能，以較少的混凝土用量得到較高的承載力，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0026]圖1顯示了本發(fā)明中一種現(xiàn)澆定向鋼纖維混凝土大直徑管樁樁模施工方法的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，A為樁模線圈安裝示意圖；B為線圈保護(hù)裝置安裝示意圖；C為樁模下沉示意圖；D為鋼纖維混凝土灌注示意圖；E為樁?？涨唤Y(jié)構(gòu)內(nèi)磁場(chǎng)形成及樁模振動(dòng)拔出示意圖；F為樁模完全拔出及鋼纖維混凝土大直徑管樁形成示意圖；
圖2顯示了本發(fā)明中一種現(xiàn)澆定向鋼纖維混凝土大直徑管樁樁模的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3顯示了本發(fā)明中線圈保護(hù)裝置的立體示意圖；
圖4顯示了本發(fā)明中的保護(hù)鋼片的俯視圖；
圖5顯示了本發(fā)明中的保護(hù)角鋼的俯視圖；
圖6顯示了本發(fā)明中所使用的直流電源控制器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]其中有:1.外管;2.內(nèi)管;3.進(jìn)料口 ;4.活動(dòng)粧靴；5.振動(dòng)頭；6.保護(hù)角鋼；7.保護(hù)鋼片；8.螺栓；9.樁模線圈；10.正負(fù)極引出線；11.半圓環(huán)鋼片；12.空腔結(jié)構(gòu)；13.直流電源控制器；14.電流調(diào)節(jié)旋鈕；15.電源開關(guān)；16.現(xiàn)澆定向鋼纖維混凝土大直徑管樁；
17.鋼纖維分布方向。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖和具體較佳實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0029]如圖2和圖3所示，一種現(xiàn)澆定向鋼纖維混凝土大直徑管樁樁模，包括同心設(shè)置的外管I和內(nèi)管2，外管I和內(nèi)管2之間形成一個(gè)空腔結(jié)構(gòu)12，該空腔結(jié)構(gòu)12的頂部連接有振動(dòng)頭5，空腔結(jié)構(gòu)12的底部連接有活動(dòng)樁靴4。
[0030]外管I的頂部設(shè)置有與空腔結(jié)構(gòu)12相通的進(jìn)料口 3，進(jìn)料口 3內(nèi)還優(yōu)選設(shè)置有混凝土分流器，從而能使后續(xù)鋼纖維混凝土均勻進(jìn)行灌注。
[0031]上述外管I的外壁底部，優(yōu)選從外壁底部至外管I的1/2高度處，均勻纏繞有樁模線圈9。樁模線圈9的匝數(shù)優(yōu)選為500-800匝；樁模線圈9的正負(fù)極引出線10與設(shè)置于樁模外側(cè)的直流電源控制器13相連接。
[0032]直流電源控制器13為現(xiàn)有技術(shù)，如圖6所示，包括電源開關(guān)15和直流調(diào)節(jié)旋鈕14。電源開關(guān)15控制是否向樁模線圈12內(nèi)通直流電，直流調(diào)節(jié)旋鈕14用于控制所通直流電的電流大小。
[0033]上述樁模線圈9及正負(fù)極引出線10的外側(cè)均設(shè)置有線圈保護(hù)裝置。
[0034]線圈保護(hù)裝置的優(yōu)選設(shè)置方式為:
1.如圖2、圖3和圖4所示，位于樁模線圈9外側(cè)的線圈保護(hù)裝置為主要由兩個(gè)半圓環(huán)鋼片11組成的保護(hù)鋼片7，兩個(gè)保護(hù)鋼片7通過螺栓8固定在外管I上。
[0035]2.如圖2、圖3和圖5所示，位于正負(fù)極引出線10外側(cè)的線圈保護(hù)裝置為焊接于外管I管壁上且呈棱形的保護(hù)角鋼6。
[0036]上述保護(hù)鋼片7和保護(hù)角鋼6的厚度均優(yōu)選由3mm的鋼板制成。
[0037]作為替換，樁模線圈9外側(cè)的線圈保護(hù)裝置也可以是圓柱形套筒或兩個(gè)半圓形