[发明专利]一种用于海洋环境的纤维复合桩及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种海洋工程中的桩基础结构，具体涉及一种用于海洋环境的纤维复合桩及其制备方法。

技术背景

随着我国经济的快速发展，我国先后建设了多座跨海大桥，对当地的经济和社会发展具有深远的意义。但是在海洋环境下，因为腐蚀造成的混凝土裂缝和钢筋的锈蚀会对结构的安全造成巨大的威胁。海水中含有大量的氯盐，氯离子是造成钢筋混凝土结构中钢筋锈蚀的主要原因。同时混凝土的碳化也会造成钢筋的锈蚀。混凝土是由水泥和粗骨料拌和而成，在海洋环境下，混凝土经受冻融循环破坏，会造成表面的开裂和剥落。桩基础在海洋环境下，按照腐蚀环境的不同，可以分为海洋大气区、飞溅区（或飞沫区）、潮差区、全浸区和海底土壤区五部分。飞溅区因为受到海水波浪的冲击，同时空气中氧气含量充足，在干湿交替和离子腐蚀各种因素的综合作用下，腐蚀最严重。

目前提高跨海大桥桩基础耐久性的方法主要有：①使用高性能混凝土，添加优质掺合料；②合理的钢筋保护层，保护层越厚，氯离子扩散到钢筋的距离就越远，但是影响结构力学性能的发挥；③在钢筋表面喷涂环氧涂层，隔绝氯离子。但是喷涂环氧涂层的钢筋在施工中极易发生损伤，对施工条件要求较高；④使用钢筋阻锈剂，提高对钢筋的保护能力；⑤外加电流阴极防护，采用了外加电流阴极防护系统，提高钢筋的耐久性。

另外在海洋环境下的桩基础，既要承担上部结构传递下来的竖向荷载，又要承载海水波浪冲击带来的水平荷载，因此需要一种既能提高竖向承载力，又能提高抗弯刚度，增加水平承载的桩基础。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明提供一种用于海洋环境的纤维复合桩及其制备方法。本发明根据FRP材料高强度、耐腐蚀的特性，使用FRP受力筋代替钢筋，同时在飞溅区包裹FRP布，来弥补FRP受力筋弹性模量低以及在荷载作用下挠度过大的缺点。

本发明提供一种用于海洋环境的纤维复合桩，包括桩身和桩尖，所述复合桩内设置有FRP筋笼，所述FRP筋笼包括桩身FRP筋笼和桩尖FRP筋笼，所述桩身FRP筋笼包括直径为20～25mm的FRP受力筋和直径为6～10mm的FRP箍筋，所述桩尖FRP筋笼包括直径为16mm的FRP受力筋和直径为6～10mm的FRP箍筋，飞溅区黏贴有2层FRP布，所述FRP布与桩身纵向轴线呈0～90°角。

进一步地，所述桩身和桩尖的基体材料为混凝土。

进一步地，所述FRP受力筋为表面带有螺纹的FRP棒材。

进一步地，所述FRP筋笼内还布设有桩顶FRP加密筋笼，所述桩顶FRP加密筋笼由直径8mm、“ㄇ”形FRP加密筋垂直交叉布设形成。

本发明还提供一种用于海洋环境下的纤维复合桩的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：制作纤维复合桩模板；

步骤2：首先制作FRP筋笼：在直径为20～25mm的FRP受力筋上绑扎直径为6～10mm的FRP箍筋，制成桩身FRP筋笼，在直径为16mm的FRP受力筋上绑扎直径为6～10mm的FRP箍筋，制成桩尖FRP筋笼；然后在FRP筋笼外设置50～100mm的混凝土保护层；

步骤3：把FRP筋笼放到纤维复合桩模板中，然后浇筑混凝土；

步骤4：混凝土浇筑完成并养护28d后，去除飞溅区表面浮浆，并将飞溅区表面打磨平整；

步骤5：在飞溅区表面涂刷底层树脂；

步骤6：对飞溅区表面凹陷部位用找平材料填补平整；

步骤7：在飞溅区表面涂抹漫渍树脂；

步骤8：把黏结树脂均匀地涂抹到FRP布上，将涂好黏结树脂的FRP布按照与桩身纵向轴线呈0～90°角黏贴于飞溅区，并顺纤维方向平稳压实。

进一步地，步骤2中还包括将直径8mm、“ㄇ”形FRP加密筋垂直交叉布设形成桩顶FRP加密筋笼，然后将桩顶FRP加密筋笼布设在桩身FRP筋笼内。

进一步地，步骤4中混凝土浇筑完成并养护28d后，还包括在桩身两侧安置张拉器具，预先张拉FRP布；步骤8中还包括在FRP布和混凝土完全黏结之后，去掉桩身两侧的张拉器具。

进一步地，还包括飞溅区黏贴的FRP布为2层。

本发明与现有技术相比，取得以下改进技术效果：

1、在荷载作用下，桩身混凝土发生裂缝时，FRP布和防水的黏结层可以隔离开桩身混凝土和海水等极端环境，防止混凝土发生冻融循环破坏。另外FRP受力筋也具有良好的耐腐蚀效应。