一种预制UHPC管约束混凝土顶置路基桩板结构及施工工艺

技术领域

本发明属于交通基础工程技术领域，特别是涉及一种预制UHPC管约束混凝土顶置路基桩板结构及施工工艺。

背景技术

随着交通行业的高速发展，公路、铁路路基所面临的地质条件也越发的复杂，而桩基础则是满足复杂地质条件和使用荷载的重要基础要求之一。

目前，依据混凝土桩基结构，根据桩基截面的不同可分为实心桩和空心桩，且截面形状包括圆形桩、方形桩和异形桩等。依据桩基制成材料的不同，可分为预制钢管桩、预制混凝土桩、预制预应力混凝土桩、预制混凝土空心桩、预制钢管混凝土管桩及预制木桩等。

以空心桩为例，其具有桩体与周围土体接触面积大、排土量小、节省材料、自重轻、造价低、桩身质量可控性强、适用范围广、吊装方便，施工速度快、质量检测方便等优点，是应用最为广泛的桩基，空心桩的设计使得预制混凝土桩成为部分排土桩，可有效减少对周围建筑物以及已沉桩体的影响。

然而，受到复杂地质环境的影响和限制，传统结构的桩基在很多大型建筑工程、桥梁、路基等工程的运用过程中，每年都需要进行修复和更换，会产生高额的维护费用，特别是在含有酸、碱、盐等强腐蚀土质中应用时，将面临由于腐蚀而带来的安全隐患和更高的维护费用。

因此，开发一种承载力高、刚度大、抗震延性好、抗腐蚀性能优良的新型桩基，已经成为土木工程领域的研究热点。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种预制UHPC管约束混凝土顶置路基桩板结构及施工工艺，该结构中应用了由UHPC制作的薄壁管桩，将UHPC管桩在设计位置捶打到路基地基中，在利用旋转机具挖空UHPC管桩内部渣土，之后将钢筋骨架放入UHPC管桩内部，再在UHPC管桩内部浇筑混凝土，用以形成UHPC管约束混凝土桩，最后通过连接件将UHPC管约束混凝土桩与预制混凝土板连接起来，最终可形成预制UHPC管约束混凝土顶置路基桩板结构。在效果方面，由于UHPC薄壁管承载力高且弹性模量大，很容易打入地基中，便于施工，容易保证连接质量；此外，UHPC薄壁管可以约束内部混凝土，使混凝土处于三向受力状态，从而进一步提高桩体的承载能力和抗震延性；再有，UHPC具有极好的耐腐性能和耐久性，对其内部混凝土和钢筋起到极好的保护作用，从而有效提高了桩基的使用寿命。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种预制UHPC管约束混凝土顶置路基桩板结构，包括UHPC管桩、钢筋骨架及路基预制混凝土板；所述钢筋骨架由纵向钢筋和螺旋箍筋组成；所述UHPC管桩竖直固定插装在地基内，所述钢筋骨架固定设置在UHPC管桩内部，在设置有钢筋骨架的UHPC管桩内部填充有普通混凝土；所述路基预制混凝土板水平固定设置在UHPC管桩顶部。

所述UHPC管桩与路基预制混凝土板通过端板进行固定连接，在端板的上表面固定设置有若干上锚筋，上锚筋固定埋设在路基预制混凝土板中；在所述端板的下表面固定设置有若干下锚筋，下锚筋固定埋设在UHPC管桩内部的普通混凝土中。

所述路基预制混凝土板、端板、上锚筋及下锚筋为整体预制结构件。

在所述UHPC管桩的顶部预制固定安装有圈梁。

当所述端板的截面尺寸与UHPC管桩顶部的截面尺寸相同时，该端板属于内置式连接端板。

当所述端板的截面尺寸与路基预制混凝土板的截面尺寸相同时，该端板属于外伸式连接端板。

当所述UHPC管桩采用圆柱式等截面结构时，所述钢筋骨架整体也采用圆柱式等截面结构。

当所述UHPC管桩采用锥柱式变截面结构时，UHPC管桩的大径端朝上，所述钢筋骨架整体也采用锥柱式变截面结构。

一种预制UHPC管约束混凝土顶置路基桩板结构的施工工艺，包括如下步骤：

步骤一：选定好打桩位置，利用打桩机将UHPC管桩捶打到地基中；

步骤二：利用旋转机具将UHPC管桩内部的渣土清理干净；

步骤三：将钢筋骨架吊装放入已经清空渣土的UHPC管桩内部并固定；

步骤四：将普通混凝土浇筑入UHPC管桩内部；

步骤五：将路基预制混凝土板吊装到UHPC管桩顶部，使下锚筋没入UHPC管桩内部的普通混凝土中；

步骤六：待UHPC管桩内部的普通混凝土完全固化后，再在路基预制混凝土板上方开展路基填料浇筑工作。

本发明的有益效果：

本发明提供一种预制UHPC管约束混凝土顶置路基桩板结构及施工工艺，该结构中应用了由UHPC(Ultra-High Performance Concrete，超高性能混凝土材料)制作的薄壁管桩，将UHPC管桩在设计位置捶打到路基地基中，在利用旋转机具挖空UHPC管桩内部渣土，之后将钢筋骨架放入UHPC管桩内部，再在UHPC管桩内部浇筑混凝土，用以形成UHPC管约束混凝土桩，最后通过连接件将UHPC管约束混凝土桩与预制混凝土板连接起来，最终可形成预制UHPC管约束混凝土顶置路基桩板结构。在效果方面，由于UHPC薄壁管承载力高且弹性模量大，很容易打入地基中，便于施工，容易保证连接质量；此外，UHPC薄壁管可以约束内部混凝土，使混凝土处于三向受力状态，从而进一步提高桩体的承载能力和抗震延性；再有，UHPC具有极好的耐腐性能和耐久性，对其内部混凝土和钢筋起到极好的保护作用，从而有效提高了桩基的使用寿命。

附图说明

图1为本发明的一种预制UHPC管约束混凝土顶置路基桩板结构(UHPC管桩采用圆柱式等截面结构且采用内置式连接端板)的示意图；

图2为本发明的一种预制UHPC管约束混凝土顶置路基桩板结构(UHPC管桩采用圆柱式等截面结构且采用外伸式连接端板)的示意图；

图3为图1的A-A剖视图；

图4为本发明的一种预制UHPC管约束混凝土顶置路基桩板结构(UHPC管桩采用锥柱式变截面结构且采用内置式连接端板)的示意图；

图5为本发明的一种预制UHPC管约束混凝土顶置路基桩板结构(UHPC管桩采用锥柱式变截面结构且采用外伸式连接端板)的示意图；

图6为图4中B-B剖视图；

图中，1—UHPC管桩，2—普通混凝土，3—纵向钢筋，4—螺旋箍筋，5—路基预制混凝土板，6—端板，7—上锚筋，8—下锚筋，9—圈梁。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1～6所示，一种预制UHPC管约束混凝土顶置路基桩板结构，包括UHPC管桩1、钢筋骨架及路基预制混凝土板5；所述钢筋骨架由纵向钢筋3和螺旋箍筋4组成；所述UHPC管桩1竖直固定插装在地基内，所述钢筋骨架固定设置在UHPC管桩1内部，在设置有钢筋骨架的UHPC管桩1内部填充有普通混凝土2；所述路基预制混凝土板5水平固定设置在UHPC管桩1顶部。

所述UHPC管桩1与路基预制混凝土板5通过端板6进行固定连接，在端板6的上表面固定设置有若干上锚筋7，上锚筋7固定埋设在路基预制混凝土板5中；在所述端板6的下表面固定设置有若干下锚筋8，下锚筋8固定埋设在UHPC管桩1内部的普通混凝土2中。

所述路基预制混凝土板5、端板6、上锚筋7及下锚筋8为整体预制结构件。

在所述UHPC管桩1的顶部预制固定安装有圈梁9。

当所述端板6的截面尺寸与UHPC管桩1顶部的截面尺寸相同时，该端板6属于内置式连接端板。

当所述端板6的截面尺寸与路基预制混凝土板5的截面尺寸相同时，该端板6属于外伸式连接端板。

当所述UHPC管桩1采用圆柱式等截面结构时，所述钢筋骨架整体也采用圆柱式等截面结构。

当所述UHPC管桩1采用锥柱式变截面结构时，UHPC管桩1的大径端朝上，所述钢筋骨架整体也采用锥柱式变截面结构。

一种预制UHPC管约束混凝土顶置路基桩板结构的施工工艺，包括如下步骤：

步骤一：选定好打桩位置，利用打桩机将UHPC管桩1捶打到地基中；

步骤二：利用旋转机具将UHPC管桩1内部的渣土清理干净；

步骤三：将钢筋骨架吊装放入已经清空渣土的UHPC管桩1内部并固定；

步骤四：将普通混凝土2浇筑入UHPC管桩1内部；

步骤五：将路基预制混凝土板5吊装到UHPC管桩1顶部，使下锚筋8没入UHPC管桩1内部的普通混凝土2中；

步骤六：待UHPC管桩1内部的普通混凝土2完全固化后，再在路基预制混凝土板5上方开展路基填料浇筑工作。

实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。