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2020混凝土科學技術獎
【科技進步類】一等獎:系列化高性能預制樁成套關鍵技術研發與應用
時間:2021-01-07    來源:中國混凝土與水泥制品協會    分享:
本項目進行了高性能預制樁成套關鍵技術的研發與應用,在深基礎核心要素預制樁的設計理論、材料 性能、施工工藝等方面進行了全面系統的工作。




2021年度中國混凝土與水泥制品協會混凝土科學技術獎已經啟動,歡迎業內企事業單位及從業人員,持續關注協會官方公眾號【混凝土科技獎】的相關信息。


2020年度中國混凝土與水泥制品協會

混凝土科學技術獎?科技進步類

獲獎項目展示





2020年度中國混凝土與水泥制品協會混凝土科學技術獎工作于2020年6月啟動,至12月圓滿完成。報名期間共收到有效申報項目61項。經過專家評審委員會的初評及終評,共計39個項目獲獎,包括一等獎2項、二等獎15項、三等獎22項,其中“科技進步類”13項、“基礎理論類”2項、“技術革新類”24項。



一等獎項目:系列化高性能預制樁成套關鍵技術研發與應用



主要完成單建華建材(中國)有限公司



主要完成人:張雁、茍德勝、李斌斌、陳巧、毛永平、毛由田、王衛民、金忠良、李志高、謝曉鐘、姚棟、趙偉華、向立軍、張釗茂、楊廣超


項目概況


改革開放以來,在我國經濟快速發展的進程中,國家大規?;A設施建設帶動了包括預制混凝土樁在內的水泥混凝土制品行業的發展,基礎建設投資不斷增長,預制混凝土樁行業得到了長足發展,其在產品多樣性、年產能、生產工藝、生產設備及施工裝備等方面都有了較大提升。目前預制樁已成為基礎工程中的主要樁型,每年應用近4億米,取得了顯著的經濟效益和社會效益。同時在工程應用中也存在如下問題急需解決:

  • 預制混凝土樁產品的多樣性不足;
  • 應用領域較窄,主要集中在建筑工程;
  • 高承載性能、耐腐蝕性能、抗震能力等技術創新工作不足;
  • 樁間連接技術發展滯后;
  • 小直徑樁抗水平承載力能力較弱;
  • 單樁豎向承載力不能滿足工程要求;
  • 采用傳統工法沉樁在部分地質條件下沉樁效果不佳。

針對現有因常規管樁單樁承載力不足導致超高層建筑中無法采用管樁、護岸支擋工程中錯誤使用預制樁導致事故多發、復雜地質環境和腐蝕環境下應用預制樁受限等問題,項目組通過長期系統的研發,在系列新型高強高性能預制樁及其成套技術研發、護岸支擋系列樁型及其成套技術研發、高效機械接頭發明、植樁工法的工程應用性研發等四個方面取得自主創新突破,研發了系列高性能、高強混凝土預制樁及其成套技術,建立了系統的設計方法和技術標準,形成了完整的工程應用體系,實現高承載力預制樁的應用、復雜地質和腐蝕環境下的樁基礎應用及支擋工程中正確應用,并廣泛應用于建筑工程、公路、鐵路、水利、港航等工程建設各個領域的樁基工程。重點開展了以下工作:

  • 耐腐蝕預制混凝土管樁的研發;
  • 預制超高強(強度等級高于C100)混凝土管樁的創新研發與工程應用;
  • 大尺寸離心預制構件及成套技術的研發;
  • 高烈度地震區域用樁的研發;
  • 高強預應力混凝土方樁的研發;
  • 地基處理用預制混凝土管樁的研發;
  • 護岸支擋用樁的研發;
  • 預制樁接樁技術研發;
  • 新型植樁工法應用研發。
主要創新點

1.研發了系列高強、高性能新型混凝土預制樁技術

研發了強度等級高于C100的混凝土及超高強管樁(C105~C125),驗證材料力學指標及超高強管樁的力學性能;研發了用于腐蝕環境下樁基工程的防腐樁,實現其抗凍、抗滲、氯離子遷移、碳化、抗硫酸鹽等指標均超過100年耐久性要求;研發了高延性、高韌性、高抗變形能力的混合配筋管樁及其抗彎等強接頭的構造設計方法,實現了其在深厚軟土基坑工程中的應用;研發了大尺寸(Φ800~Φ1600mm)離心預制構件及其成套工藝技術裝備;研發了高承載力、高抗彎能力、高抗震能力的鋼管混凝土管樁,揭示了混凝土與鋼管不同材料離心結合后的協同工作機理與性能;研發了高強預應力實心方樁,提升結構耐打性及單樁承載力;研發了地基處理用管樁產品及配套樁帽產品。

防腐樁

地基處理用管樁施工現場

2.研發了多種用于護岸、支擋工程的新型預制樁及其制造、施工成套技術,實現護岸支擋工程非開挖、低影響、生態化、裝配化建造。

研發了弧形截面高強混凝土波浪樁,首次提出了非對稱弧形截面不同受力方向承載力計算方法,開發了弧形骨架自動成型設備、模具、施工精度控制系統、配套施工機具;研發了混合配筋護壁樁及其制造技術,具有良好的樁間防滲性能,同時混合配筋結構提升了樁身水平承載力及延性;研發了大長寬比(大于2)、混凝土填充率達85%以上的高強預應力離心混凝土板樁,開發了自平衡模具、骨架自動成型及控制設備,并專門研究其泵送工藝及離心工藝。研發了具有木紋效果的仿木樁,開發了多種效果成型模具。

波浪樁截面形狀及拼接圖

3.發明了抱箍式和膨脹咬合式快速機械連接接頭,實現接頭與樁身強度、防腐性能等效,得到理論和試驗的驗證。

研發了快速、高效、性能可靠的抱箍式快速機械連接,實現樁與樁之間的連接接頭強度不小于樁身強度;發明了快速、高效、性能可靠的膨脹咬合式快速機械連接,實現了混凝土樁與樁之間的連接接頭強度不小于樁身強度;研制了與各類快速機械連接適配的抗拔管樁;研制出可用于抗拔工程的預應力混凝土抗拔樁。

接頭構件及樁身抗拉試驗

4.試驗與工程應用驗證了適用于不同地質與環境的預制樁新型植樁方法,提出了質量驗收要點及承載力計算分析方法。

采用水泥土原位攪拌、高壓旋噴等多種工藝驗證了適用于多種土層的非取土植樁工法。有效解決預制樁在軟土中樁身強度發揮不足、在密實砂層中穿越困難、在老黏土地區偏位上浮等問題;開展了中掘引孔、旋挖等鉆孔取土后植入預制樁的工法研究,驗證了適用于基巖淺埋、密實砂卵石以及穿透硬夾層等地質的取土植樁工法。解決預制樁入巖、穿越溶洞及密實砂卵石應用等問題;提出由植樁法預制樁樁身強度控制單樁承載力的設計原則、植樁法的質量驗收要求及承載力計算分析方法。

攪拌植樁工藝

應用效果

通過本項目技術,將現有的管樁混凝土強度等級由C80提升至C105及以上,可以大幅度提高單樁承載力特征值,減少樁數和承臺面積,在樁基礎工程中更具優勢。

通過高性能防腐蝕混凝土管樁的研制,解決中、強腐蝕環境下預制管樁的應用難題,中、強腐蝕環境下,樁身無附加防腐成本,有效節約造價,進而擴大預制樁的使用范圍;大尺寸離心構件及其工藝的研發使大直徑管樁、預制離心橋墩等在交通工程及上部結構中的應用成為可能,大邊長異形離心構件突破傳統板樁制造工藝,其質量更穩定、支擋高度更高、施工造價更低;對于基坑支護或支擋工程中,混合配筋預應力混凝土管樁的抗彎、抗剪能力、變形能力等均優于同直徑甚至更大直徑的灌注樁。

港珠澳大橋人工島樁基礎工程

為適應工程需求,提高樁體接頭力學性能,發展了管樁接頭的構造設計,突破其在基坑和支擋工程應用中的局限性;在相同水平和豎向承載力的條件下,相對于大直徑管樁,鋼管混凝土管樁樁徑小、自重輕,可以有效發揮承載能力,極大提高施工效率,且與大直徑管樁造價相當;相對于鋼管樁,鋼管混凝土管樁身抗彎剛度大,高厚比小,等承載力替換有效節約鋼材;波浪樁拼接形成波浪形擋土結構,結構新穎、造型美觀,四向定位導向架沉樁精度高;護壁樁外方內圓截面,截面剛度大,擋土高度大,增加非預應力螺紋鋼,樁身延性好,樁側凹槽注漿后防滲效果好,適用范圍廣;仿木紋管樁木紋效果逼真,可代替木樁滿足各類景觀需求,承載力高、耐久性好、綜合經濟性好;抱箍式和膨脹咬合式機械連接的研制,節約現場施工工期,提高接頭的強度,減少現場監管力度,進而減少機械投入和人工投入,接頭處防水膠封閉,提高樁身的防腐和耐久性。

波浪樁施工效果

植樁法應用研究拓展了預制樁應用范圍,針對預制樁在部分地質條件成樁難、無法充分發揮樁身強度的問題提供了解決方案,且對相關施工要點及設計原則作出要求,使預制樁在復雜地質條件下及環境條件下的應用成為可能。
企業介紹

建華建材集團,混凝土制品與技術綜合服務商,國家住宅產業化基地,創建于1992年,其前身是建華管樁集團。

建華建材“讓建筑更安全”為使命,堅持“走正道、負責任、心中有別人”的企業文化,遵循“以人為本,無為而治”的管理理念,堅守“用戶第一,信譽至上”的企業宗旨,弘揚“求實、務實,提高辦事效率,參與市場競爭”的企業精神。建立基于建筑工程項目的生態圈,為社會提供低碳環保、可持續發展的技術成果。

經過二十余年發展,不斷地進行技術改造、革新、提高產品質量、擴大市場份額,逐步形成規?;洜I,目前,建華建材產銷量在中國市場占有率達 30%以上,為向客戶提供專業的混凝土預制構件產品和技術解決方案。提供從地下基礎工程到上部結構工程的全流程產品,如管樁、方樁、鋼管混凝土樁、異型樁等樁基礎產品,箱涵、管廊、頂管等管道產品,梁、板、柱、架、樓梯等混凝土PC部件,以及圍欄、花架、桌椅、臺面等各類混凝土裝飾構件,產品廣泛應用于民用建筑、工業廠房、鐵路、機場、公路、水利、市政、電力通訊、裝飾裝修等各類工程領域,并提供勘察設計、產品供應、施工管理、方案優化、工程應用咨詢等系列標準化服務和定制服務。

截止到2020年12月,建華建材集團在國內18個省、2個直轄市和2個自治區成立并投產了60多處生產基地。緊緊抓住“長三角”、“珠三角”、“環渤海灣”三大區域經濟增長點,在全國設有近300個銷售服務網點,覆蓋全國大部分區域。在加大全國布點,搶占市場制高點的同時,建華建材積極探索國外市場,并于2012年在越南成立首家海外生產基地,闊步走向世界。為更大程度地滿足海外市場需求,2018年1月集團在越南成立第二家海外生產基地,目前,建華建材通過沿海沿江生產基地自建碼頭,產品銷售可覆蓋東南亞及周邊各國。

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