專利名稱：纖維增強復合深水橋梁混合樁施工方法及其混合樁的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種橋梁基礎技術，尤其涉及一種纖維增強復合深水橋梁混合樁施工 方法及其混合樁。
背景技術：
目前，橋梁以及基礎設施行業在腐蝕環境中出現了很嚴重的問題，傳統的鋼筋混 凝土樁或木樁在正常環境條件使用年限可達到設計要求，但在潮濕或者有著風暴潮汐作用 的濱海環境中會加速鋼筋的銹蝕，混凝土退化。隨著國家經濟建設的發展，許多深水中需建 大型橋梁，從而產生海水腐蝕性的問題。這些橋梁的基礎型式多采用超長大直徑鉆孔灌注 樁。在常規設計中，護筒只起到保護樁身作用，一般是不考慮參與受力的，將有護筒的樁段 當成與下部的鋼筋混凝土樁段一樣設計。深水橋梁樁基施工方法，采用纖維增強復合樁，即FRP管混合樁，運用新穎的方法 進行施工，在沉樁的過程中FRP復合樁起到護筒的作用。在樁基使用過程中，FRP管既有優 異的耐腐蝕性能，保護內部樁體，又能約束內部樁體，提高混凝土樁體的承載性能。FRP管混合樁基礎相對于傳統樁基礎，它不僅能夠承受豎向荷載，還能承受水平荷 載，更能長久的保持良好的承載性能，具有優越的受力特性和經濟性能。當FRP護管的長度 超過河水沖刷線以后，樁體實際上形成了 “上大下小”的變截面大直徑混合樁即上部為類 似于FRP或FRP鋼管混凝土樁、下部為鋼筋混凝土樁的混合樁身；另外，在護筒范圍內，由于 護筒的環箍效應，該段樁體將呈現出鋼管_混凝土組合結構的承載特性，其豎向和水平承 載能力都有了明顯的提高。國內外已有將FRP板樁用于實際工程的例子，但是FRP管混合樁基礎還沒有得到 應用。
發明內容
本發明提供一種纖維增強復合深水橋梁混合樁施工方法及其混合樁，由本發明得 到的橋梁基礎或混合樁能夠提高承載力且耐腐蝕。本發明采用如下技術方案本發明所述的一種纖維增強復合深水橋梁混合樁施工方法，包括以下步驟①將鋼板卷制成筒，并進行焊接形成鋼管，②將碳纖維增強塑料即FRP粘貼于鋼管外側，形成FRP管，并與鋼管成為一體形成 FRP復合管，再將FRP復合管就位并固定，③采用振動或錘擊將FRP復合管安裝到橋梁樁基預定位置，④在管內鉆孔達到設計深度，將綁扎好的鋼筋籠置于孔內，所述FRP復合管兼做 鉆孔護筒，⑤澆筑混凝土，形成內部鋼筋混凝土，所述內部鋼筋混凝土與FRP復合管一起構 成混合樁。
本發明所述混合樁，包括內置鋼筋籠的混凝土樁身，在混凝土樁身的外部套設鋼 管，在鋼管的外部套設FRP管。與現有技術相比，本發明具有以下優點深水橋梁樁基施工方法，是針對傳統鋼筋混凝土樁基礎在大型深水橋梁中的施工 方法，在沉樁過程中可能遇到海水侵蝕、混凝土難以凝固達到預定強度等等問題，應用纖維 增強塑料FRP (Fiber Reinforced Polymer，簡稱為FRP)管混合樁基的施工方法。FRP管混 合樁是一種用于深水橋梁的基礎形式，它以普通鋼筋混凝土或鋼管混凝土樁為原型，在樁 外部增設FRP管，利用粘結劑如環氧樹脂水下粘結劑使其成為整體，形成耐腐蝕性能良好 的基礎結構形式。其截面形式如圖1所示。當超過河水沖刷線之后，截面如圖2所示。1、該施工方法應用了一種纖維增強復合管，即FRP外管。纖維增強復合管，FRP管既能在施工過程中作為鉆孔護筒，又能在使用過程中起到 防腐保護內部樁身，并能約束內部鋼管混凝土樁身，提高樁承載能力。2、FRP管具有良好的耐腐蝕性能，保證混合樁在深水基礎中使用壽命達到設計要 求。傳統的普通鋼筋混凝土樁在正常環境條件下使用年限可達到設計要求，但在某些 惡劣環境條件下鋼筋混凝土會銹蝕。混凝土結構中鋼筋銹蝕的主要原因有(1)因混凝土保護層過薄或密實性較差，空氣中的二氧化碳滲入保護層，使保護層 碳化，鋼筋銹蝕，混凝土脹裂。(2)氯離子腐蝕。當由于施工原因混凝土中加入了外加劑，或冬季為防止混凝土橋 梁、路面結冰而撒鹽等，都會導致氯離子與鋼筋和混凝土發生復雜的電化學反應，從而導致 鋼筋銹蝕，混凝土順筋脹裂，結構失效。(3)混凝土結構處于侵蝕性和暴露環境，導致鋼筋提前銹蝕。大型深水橋梁基礎處于海水環境中，海水中存在著大量的氯離子。根據上述原因， 我們可推斷其中的樁基礎會因鋼筋混凝土的腐蝕存在非常重要的耐久性的問題。FRP材料具有獨特的性質在建筑材料中脫穎而出(1)輕質高強，應用在大跨度、 大截面的結構中，方便施工，更減輕自重，降低施工難度；(2)抗拉強度高，FRP筋的抗拉強 度遠遠超過鋼筋，與高強鋼絲差不多；(3)熱膨脹系數與混凝土接近，保證了 FRP材料與混 凝土在不同溫度環境下能協同工作；(4)有著良好的耐腐蝕性能，在酸、堿、氯鹽和潮濕的 環境中。能長期使用，對于深水橋梁基礎有著重大的意義。據有關資料介紹，美國每年因鋼材銹蝕造成的損失高達700億美元。據美國有關 部門統計，20世紀50年代前建造的橋梁大部分因鋼筋銹蝕而破壞嚴重。目前美國近60萬 座橋梁中，有近10萬座鋼筋銹蝕嚴重。英國建造在海洋及含氯化物介質的環境中的鋼筋混 凝土結構中，因鋼筋銹蝕需要重建或更換鋼筋的占1/3以上。在日本，由于較多地區采用 海沙作為混凝土中的細骨料，使鋼筋銹蝕成為一個嚴重的問題。對沖繩地區177座橋梁和 672座房屋的調查表明，橋面板和混凝土梁的損壞率達到90%以上，校舍一類民用建筑的 損壞率也在40%以上。我國在1981年對華南18座鋼筋混凝土碼頭的調查表明，盡管使用 期僅7 15年，但有16座碼頭的鋼筋嚴重銹蝕。1984年對浙江鎮海的22座中小型海工建 筑物的調查表明，967根構件中由于鋼筋銹蝕導致順筋開裂破壞的有538根，占構件總數的 56%。而進入21世紀以后，鋼材料的腐蝕問題更加嚴重。
國內外已經有將FRP材料用于實際工程的例子，如位于Bay Ridge, Brooklyn, New York的碼頭，以及將FRP板樁墻作為止水帷幕等等。2、樁截面承載能力提高FRP管混合樁正截面承載力由三部分疊加而成，分別是FRP管，鋼管以及增強鋼筋 混凝土芯三部分的承載力。對于圓形截面的樁進行承載力計算，采用的基本假定與矩形截 面構件相同，簡化方法也與矩形截面構件類似。但是由于復合樁圓形截面的縱筋受力鋼筋 是沿截面周邊均勻布置，因此在計算方法上也有其不同點。混合樁在豎向和水平荷載作用下的承載能力狀況則需要更進一步的推導。根據理 論分析，我們可知，鋼管混凝土的正截面承載能力由于結合了鋼筋和混凝土的優點，避免了 鋼筋易屈曲的特點，約束了混凝土使其強度得到提高，從而使得整截面的承載力有了較大 的提高。類推，在鋼管外部粘貼了 FRP材料的混合樁其承載能力必定會有所提高。
圖1是本發明混合樁的結構示意圖，其中，圖Ia是混合樁的縱向剖視圖，圖Ib是 混合樁的A-A剖視圖。圖2是受侵蝕后的混合樁示意圖，其中，圖2a是受侵蝕后的混合樁的縱向剖視圖， 圖2b是受侵蝕后的混合樁的B-B剖視圖，圖2c是受侵蝕后的混合樁的C-C剖視圖。圖中，IFRP管，2鋼管，3鋼筋籠，4混凝土。
具體實施例方式實施例1一種纖維增強復合深水橋梁混合樁施工方法，包括以下步驟①將鋼板卷制成筒，并進行焊接形成鋼管2，②將碳纖維增強塑料即FRP粘貼于鋼管外側，形成FRP管1，并與鋼管2成為一體 形成FRP復合管，再將FRP復合管就位并固定，③采用振動或錘擊將FRP復合管安裝到橋梁樁基預定位置，④在管內鉆孔達到設計深度，將綁扎好的鋼筋籠3置于孔內，所述FRP復合管兼做 鉆孔護筒，⑤澆筑混凝土，形成內部鋼筋混凝土 4，所述內部鋼筋混凝土 4與FRP復合管一起 構成混合樁。實施例2一種實施實施例1所述纖維增強復合深水橋梁混合樁施工方法的混合樁，包括內 置鋼筋籠3的混凝土樁身4，在混凝土樁身4的外部套設鋼管2，在鋼管2的外部套設FRP管1。
權利要求
一種纖維增強復合深水橋梁混合樁施工方法，其特征在于，包括以下步驟①將鋼板卷制成筒，并進行焊接形成鋼管(2)，②將碳纖維增強塑料即FRP粘貼于鋼管外側，形成FRP管(1)，并與鋼管(2)成為一體形成FRP復合管，再將FRP復合管就位并固定，③采用振動或錘擊將FRP復合管安裝到橋梁樁基預定位置，④在管內鉆孔達到設計深度，將綁扎好的鋼筋籠(3)置于孔內，所述FRP復合管兼做鉆孔護筒，⑤澆筑混凝土，形成內部鋼筋混凝土(4)，所述內部鋼筋混凝土(4)與FRP復合管一起構成混合樁。
2.一種實施權利要求1所述纖維增強復合深水橋梁混合樁施工方法的混合樁，包括內 置鋼筋籠(3)的混凝土樁身(4)，其特征在于，在混凝土樁身(4)的外部套設鋼管(2)，在鋼 管(2)的外部套設FRP管(I)0
全文摘要
本發明公開了一種纖維增強復合深水橋梁混合樁施工方法及其混合樁，所述的纖維增強復合深水橋梁混合樁施工方法，包括以下步驟①將鋼板卷制成筒，并進行焊接形成鋼管，②將碳纖維增強塑料即FRP粘貼于鋼管外側，形成FRP管，并與鋼管成為一體形成FRP復合管，再將FRP復合管就位并固定，③采用振動或錘擊將FRP復合管安裝到橋梁樁基預定位置，④在管內鉆孔達到設計深度，將綁扎好的鋼筋籠置于孔內，所述FRP復合管兼做鉆孔護筒，⑤澆筑混凝土，形成內部鋼筋混凝土，所述內部鋼筋混凝土與FRP復合管一起構成混合樁。所述的混合樁，包括內置鋼筋籠的混凝土樁身，在混凝土樁身的外部套設鋼管，在鋼管的外部套設FRP管。
文檔編號E02D5/38GK101962951SQ20101028143
公開日2011年2月2日 申請日期2010年9月14日 優先權日2010年9月14日
發明者周香琴, 戴國亮, 龔維明 申請人:東南大學