[发明专利]一种预应力桩3D打印系统及其使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种预制桩制作技术，尤其涉及一种预应力桩3D打印系统及其使用方法，主要适用于桩基工程等技术领域。

背景技术

预应力钢筋混凝土桩因其单桩承载力高、结构坚固耐久、不受地下水和潮湿变化的影响、施工速度快、功效高、工期短以及可按需要做成各种不同尺寸的断面和长度等优点而广泛应用于桩基工程中。预应力钢筋混凝土桩可分为实心桩和管桩两种。为了方便制作，预应力实心桩大多做成方形断面，预应力管桩则采用离心法制作。采用离心法制作预应力桩需要模板，并且要求桩的横截面是对称形状的，限制了桩身的截面形式；受交通运输条件的限制，预应力钢筋混凝土桩常被生产成固定长度的桩节(6～12m)，而现场应用时桩基设计深度是不确定的，这就使得在施工过程中需要接桩和截桩，这些工艺若施工不当，会严重影响预应力钢筋混凝土桩的承载效果；另外，由于制作工艺的限制，预应力桩的截面形式局限于方形或圆形，采用离心法制作预应力桩的过程中，由于粗细骨料在离心作用下的运动距离不同，会导致桩身截面材料不一致，从而影响预应力桩的承载效果；同时，离心法制作的预应力桩其桩外侧表面光滑，一定程度上降低了桩-土摩擦系数，从而影响其桩侧摩阻力，需要后期的桩侧处理使桩侧壁粗糙。

本发明之前，专利号为ZL201310697608.X的中国发明专利“一种建筑物梁构件的3D打印方法”，公开了一种结合水泥基材料的3D打印建筑物梁构件及其养护的技术方案；申请号为201410345502.8的中国发明专利申请“一种基于3D打印的钢筋砼结构及结构施工方法”，公开了一种3D打印的一种装配式钢筋砼结构及其施工方法；申请号为201410437818.X的中国发明专利申请“基于3D打印的混凝土剪力墙结构及其施工方法”，公开了一种结合混凝土材料的3D打印剪力墙结构及其施工方法；申请号为201410437931.8的中国发明专利申请“一种3D打印配筋砌体剪力墙结构及其施工方法”，公开了一种基于配筋砌块的3D打印砌体剪力墙结构及其施工方法；申请号为201410827859.X的中国发明专利申请“3D打印内隔墙及其施工方法”，公开了一种基于石膏等填充材料的3D打印内隔墙及其施工方法。但是，已有的技术方案都是针对结构工程中梁、墙等建筑结构，而尚未有针对桩基工程的技术方案，更没有针对预应力桩的3D打印技术方案。

因此，针对常规预应力桩制作、运输和施工过程中存在的缺陷与不足，结合3D打印技术，开发一种施工现场打印预应力桩的技术方法显得尤为重要。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，提出一种预应力桩3D打印系统及其使用方法，解决了现有技术中打印的预应力桩桩身长度与实际设计桩长不一致、预应力桩截面形式单一、离心法制作预应力桩导致的截面材料不一致和表面摩擦系数低的问题，在施工现场根据实际需要设计桩长，通过3D打印技术，制作相应长度的预应力桩，解决常规预应力桩施工过程中存在的接桩和截桩问题，可以制作多种截面形式的预应力桩或扩径，如方桩、圆形桩、管桩、X形桩、楔形桩、螺纹桩、竹节桩以及支盘桩等，克服由离心法技术造成的截面材料不一致的问题，粗糙的桩侧壁可以有效提高桩侧摩阻力。

技术方案：为实现上述目的，本发明的预应力桩3D打印系统，包括：材料供应装置和打印装置、打印移动装置和预制桩移动装置；控制装置分别与所述材料供应装置、打印装置、打印移动装置和预制桩移动装置相连接；所述材料供应装置包括料池和输料管，所述打印装置包括储料单元、打印单元和凝固单元，储料单元通过输料管与料池连接，打印单元和凝固单元设置在储料单元的下方并可在竖直方向上自由伸缩；所述打印移动装置包括支撑架和Y向滑轨，支撑架包括竖向支架和横向支架，竖向支架固定在地面，横向支架通过移动单元与竖向支架相连接，Y向滑轨与横向支架之间通过移动单元相连接，所述储料单元通过移动单元与Y向滑轨相连接；所述预制桩移动装置包括移动板车，移动板车上设置有推进单元为其提供动力，移动板车的上表面还设置有两个卡盘，两个卡盘之间设置有钢筋笼。

其中，所述钢筋笼包括非预应力钢筋和箍筋，所述箍筋作为钢筋笼的外表面，其形状决定了钢筋笼的截面形状，若干个非预应力钢筋等间距设置在箍筋的内表面，在箍筋所包围的区域内还规则地设置有预留孔。

其中，所述箍筋为圆形、方形或X形。

其中，所述移动板车通过轨道滚轮在地面导轨上移动。

其中，料池内设置有搅拌单元，所述输料管上设置有料浆泵，所述储料单元的内部设置有加热单元。