预应力混凝土空心方桩

预应力混凝土空心方桩（精选九篇）

预应力混凝土空心方桩 篇1

根据国家发展与改革委员会发改办工业[2007]1415号“关于印发2007年行业标准修订、制定计划的通知”, 《预应力离心混凝土空心方桩》被正式列入2007~2008年度建材行业标准制定计划, 该标准的起草工作由嘉兴学院土木工程研究所、上海中技桩业股份有限公司负责, 并邀请部分相关单位组成标准制定工作小组, 共同完成该项标准的制定工作。

1 制定目的

近年来, 随着我国现代化建设事业的大力推进, 沿海省市的基础建设工程中所需的新型基桩产品――预应力离心混凝土空心方桩 (简称“空心方桩”) 的量逐年增大, 在浙江、湖北、上海、云南、天津等省市推广使用近5年, 全国现已有生产企业20多家, 每年的产量有500多万m, 目前已成为我国生产量较大的一种新型基桩材料。该产品与现有的同规格管桩、普通方桩相比, 在使用过程中具有以下特点: (1) 空心方桩为外方内圆形结构, 运输中容易绑扎、固定; (2) 由于空心方桩结构截面为方形, 外表面平整, 采用抱压施工时出现桩身抱碎事故率较低; (3) 空心方桩在软土地基施工后, 当基坑开挖时, 出现桩位倾斜的情况比管桩少; (4) 空心方桩基础的承台较管桩小, 可降低基础工程量和工程成本等。目前该产品没有适用的建材行业标准, 各生产单位按各自的企业标准组织生产, 该标准的制定将促进空心方桩新产品的推广和应用, 制定该标准已十分紧迫。

2 国内外标准

国内:与本标准产品相近的标准有:JC934-2004《预制钢筋混凝土方桩》;2006沪G/T-502《先张法预应力混凝土空心方桩》推荐性应用图集;JG197-2006《预应力混凝土空心方桩》;苏G/T17-2008《先张法预应力混凝土空心方桩》推荐性应用图集;中国建筑标准设计研究院正在编制空心方桩的全国性图集。建设部行业标准JG197-2006的发布, 在一定程度上也曾引导企业的生产和检测机构的质量监督检验, 但随着行业的发展, 该标准的一些内容已不符合我国空心方桩的生产实际情况, 难以指导我国空心方桩的生产、设计和质量监督检测。

国外:没有找到相关产品标准。

3 标准条款的主要说明

本标准共分九章:1.范围;2.规范性引用文件;3.产品分类;4.原材料及一般要求;5.技术要求;6.试验方法;7.检验规则;8.标志、产品合格证;9.贮存、运输。

本标准根据我国预应力离心混凝土空心方桩的生产和使用现状进行编制, 有关条款的内容说明如下。

条款1范围

规定了本标准内容和适用范围。

目前, 国内空心方桩产品主要用于工业与民用建筑、港口、市政、桥梁、铁路、公路、水利等工程。

条款2规范性引用文件

根据GB/T1.1-2000《标准化工作导则第1部分标准的结构和编写规则》6.2.3条的规定, 列出了正文中引用标准文件的一览表。

条款3产品分类

条款3.1空心方桩按混凝土强度等级分为:预应力离心混凝土空心方桩、预应力离心高强混凝土空心方桩等两种类型, 其代号分别为KFZ和HKFZ。

条款3.2~3.3空心方桩的产品规格系根据桩正截面边长、内径确定。目前, 空心方桩的正截面外周均为正方形, 由于混凝土离心作业, 空心方桩正截面中部呈中空圆形, 见图1。目前生产和使用的主要规格有:250mm×250mm、300mm×300mm、350mm×350mm、400mm×400mm、450mm×450mm、500mm×500mm、550mm×550mm、600mm×600mm, 但是随着空心方桩的推广应用, 650mm×650mm、700mm×700mm、750mm×750mm、800mm×800mm、900mm×900mm、950mm×950mm、1000mm×1000mm等规格也将在水利、港口、码头、桥梁等大型工程中应用。

空心方桩的型号按桩身结构抗弯性能分为A型、AB型、B型和C型。从理论上说, 空心方桩的型号应该以桩身混凝土的有效预压应力值的大小来加以分类, 但由于空心方桩的生产和使用时间不长, 对它的系统研究不够充分, 本标准按照GB13476-1992《先张法预应力混凝土管桩》中产品型号确定的办法, 对空心方桩的型号加以规定。

研究表明, 与管桩相类似, 空心方桩的抗弯性能主要取决与桩的预应力钢筋和正截面形状, 在一定程度上与混凝土强度的相关性较小。对于采用C60混凝土的KFZ与采用C80混凝土的HKFZ, 两者之间的抗弯性能差异不大, 所以本标准没有对KFZ和HKFZ分别加以规定, 而是采用统一的指标。

在结构形式上, 管桩的混凝土壁厚相对均匀, 在不同方向的壁厚一致。空心方桩在不同方向的混凝土厚度是不同的。因此, 不能套用壁厚的概念来对空心方桩的正截面加以描述, 本标准采用正截面中心的内径作为空心方桩的主要尺寸指标。

空心方桩规格相同, 但若内径不同, 其桩身正截面的抵抗矩就不同, 力学性能也就存在较大差异, 因此本标准对相同规格不同内径的情况分别加以规定。

条款3.4采用边长、内径、长度、型号及产品类型等五项指标作为空心方桩标记的主要参数。

条款4原材料及一般要求

条款4.1.1空心方桩生产一般采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥。粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥等由于其早强性能较差, 没有被列入推荐使用范围。

条款4.1.2优质建筑用天然砂资源越来越少, 人工砂逐渐代替天然砂已成趋势, 但人工砂一般比天然砂粗些, 因此, 标准中特别作了说明。近年来, 工程界对混凝土结构的耐久性十分重视, 标准中对集料的含泥量、氯离子含量和硫化物及硫酸盐含量提出了明确要求。

由于高压蒸汽养护过程中, 石灰石质集料表面的水化物质发生化学反应, 将具有较高强度的碳酸钙型钙矾石分解, 从而降低混凝土的强度。因此, 本标准规定若采用高压蒸汽养护工艺生产空心方桩, 不宜使用石灰石质的集料。

条款4.1.3预应力钢棒、螺旋筋、端板等主要钢材均已经制定了相应的国家标准或行业标准, 本标准对这些标准直接加以引用。与管桩一样, 空心方桩的预应力钢筋一般均采用预应力混凝土用钢棒, 高强钢丝、钢绞线、Ⅲ级钢、Ⅳ级钢等已经淘汰。对于GB/T5223.3中, 延性35级的钢棒, 其断后伸长率为7%。但在生产实践中大量的经验表明, 7%的指标是偏低的, 7%的断后延伸率的钢棒, 生产过程中经常会出现镦头脱帽或镦头拉脱现象, 实际生产中一般控制在8%~10%的范围才具有可靠保障。

GB1499.1中的光圆钢筋的最小直径为6mm, 因此, 实际生产中当螺旋筋直径要求小于6mm时, 只能采用冷拔低碳钢丝。

条款4.1.4~4.1.5根据国家有关标准提出技术要求。

条款4.1.6硅砂粉、粉煤灰、磨细矿渣微粉等掺合料的应用技术在空心方桩生产中已经逐渐推广, 对改善混凝土性能、提高空心方桩产品质量、降低生产成本等有十分积极的意义。但对于一些新型掺合料的使用, 要求必须进行使用前的试验验证, 确认符合混凝土质量和空心方桩质量要求后, 才能使用。由于现阶段我国的科技管理作了调整, 不再建议采用技术鉴定的方式 (改为项目验收等) , 因此本标准提出试验验证的要求。

条款4.2.1预应力钢筋的定长精度对制品预应力的建立十分重要, 必须对同一空心方桩用钢棒的长度加以限定。由于镦头过程中钢棒长度会缩短, 而且其缩短量的影响因素较多 (如电压、电流、设备性能、操作人员熟练程度等) , 因此规定钢棒镦头后的长度相对差值对预应力的建立更具有其合理性。为此, 本标准规定同根空心方桩中预应力钢筋镦头后长度的相对差值:对于下料长度大于15m时不得大于2mm, 下料长度小于等于15m时不得大于1.5mm。

与GB13476标准一致, 本标准规定钢筋镦头部位的强度不得低于该材料抗拉强度的90%

条款4.2.2与管桩不同, 空心方桩桩身截面不同方向, 所表现的力学性能是不同的。因此, 桩身截面中预应力钢筋的分布要实现完全均匀是难以做到的。由于桩身截面呈正方形, 因此, 最小的预应力钢棒配筋数设定为4根, 这与截面均匀的管桩存在较大的差异。

与GB13476标准一致, 本标准规定钢筋骨架焊接成型后, 与螺旋筋焊接处预应力钢筋的强度损失不得大于该材料抗拉强度的5%。

此外, 钢筋骨架成型的上拱度对桩的混凝土保护层厚度影响较大, 而低于3mm时, 可满足螺旋筋的保护层偏差要求, 因此, 本标准规定钢筋骨架的焊接上拱度不超过3mm。

条款4.2.3根据空心方桩在上海、浙江、江苏等地的工程应用中, 预应力离心混凝土空心方桩被用作抗拔桩的应用实例较多, 为了便于选型及推广应用, 按照JGJ94-2008《建筑桩基技术规范》相关计算方法, 空心方桩的抗拉性能作为一项技术指标提出。

条款5技术要求

条款5.1.1国家已经颁布了混凝土质量控制标准GB50164, 空心方桩生产中混凝土质量控制可以参照这项国家标准, 但是这项标准主要针对建筑工程中的普通混凝土, 特别是空心方桩生产中混凝土集料引用GB/T14684《建筑用砂》和GB/T14685《建筑用卵石、碎石》 (注:我国混凝土砂石料标准存在2类标准――国家标准和建设部行业标准, 我国水泥制品行业的标准体系中均引用砂石料的国家标准, 但建设行业的标准体系中却引用建设部的行业标准) , 而GB50164标准引用的混凝土集料标准却是建设部的行业标准, 因此, 空心方桩的混凝土生产质量控制要完全执行GB50164标准还是存在标准体系的差异, 但是可以参照GB50164的有关规定执行。

条款5.1.2制品的混凝土强度是指制品结构中混凝土的强度, 而不是指采用制品生产过程中的新拌混凝土制作的试件经同条件养护后测定的试块强度。“空心方桩的混凝土强度”和“空心方桩用混凝土强度”是两个不同的概念, 后者就是通常所指的立方体抗压强度。两者差异的主要原因是由于制品与混凝土试件的成型方式不同。但是, 现在的测试技术还没有能力直接测定制品结构中的混凝土强度 (注:混凝土无损检测的可靠性不强, 如钻芯检测混凝土强度, 在其钻芯过程中必然对混凝土细观结构产生破坏, 从而影响其强度检测结果的可靠性) , 参考GB13476-1999标准的编制说明, 大量的试验研究表明, 对于W/C为0.3左右的低水灰比离心混凝土, 与制品同条件养护的标准试件的强度与桩身结构强度基本接近, 因此, 在实际生产质量控制中, 完全可以用混凝土试件的强度来表征空心方桩的结构强度。本标准规定的预应力离心混凝土空心方桩的混凝土设计强度等级为C60、预应力离心高强混凝土方桩的混凝土设计强度等级为C80, 各等级混凝土的强度就是指同条件养护的混凝土试件的强度。

条款5.1.3根据GB50010《混凝土结构设计规范》第6.1.4条规定, 预应力混凝土结构构件在施加预应力时, 所需的混凝土抗压强度不宜低于设计混凝土强度等级值的75%。本标准中, 最低的设计混凝土强度等级为C60, 本标准规定其控制值为45MPa。

条款5.1.4混凝土桩出厂后一般直接进行基础施工, 为了保证工程质量, 提出出厂时混凝土强度必须达到设计强度。

条款5.2.1~5.2.2研究表明, 离心混凝土的抗渗性较普通混凝土的抗渗性高, 根据日本管桩标准和国标GB13476-1999的有关规定, 提出空心方桩的混凝土保护层厚度最小控制值为25mm。对于用于腐蚀环境下的空心方桩, 应根据设计要求采取选用合适的水泥类别、增加混凝土保护层厚度等技术措施。

条款5.3~5.4参照GB13476的有关规定, 结合空心方桩的特点, 提出了空心方桩的外观质量、尺寸、保护层厚度和抗弯性能的控制要求。

条款5.5参照管桩结构计算办法, 确定空心方桩的抗弯性能技术指标。

1) 桩身抗裂弯矩计算

式中, γ1—混凝土离心工艺系数, 取1.70;

γ2—空心方桩制作偏差截面抵抗矩影响系数, 取0.90;

σce—桩身混凝土有效预压应力值, A型桩取4.0MPa, AB型桩取6.0MPa, B型桩取8.0MPa, C型桩取10.0MPa;

ftk—混凝土抗拉强度标准值, 根据GB50010-2002, C60混凝土取2.85MPa;

W0—桩换算截面受拉边缘的弹性抵抗矩, 考虑截面中钢筋的影响, 计算时乘1.03的调整系数。

2) 桩身的极限弯矩计算 (与管桩标准GB13476、JC888等标准相一致)

桩身抗弯弯矩Mu计算采用单一系数法, 具体如下:

式中, γ3—极限弯矩计算单一系数, A型桩取1.5, AB型桩取1.65, B型桩取1.8;C型桩取2.0。

条款6试验方法

条款6.1.1~6.1.2混凝土试件制备参照GB13476的有关规定。新拌混凝土抗压强度试验方法直接引用GB50204、GB/T50081等国家标准的有关内容。由于空心方桩生产采用蒸汽养护方式, 根据国标GB50204, 可以在蒸汽养护结束并在试件拆模后置于标准养护条件下养护, 至总龄期28d后进行混凝土抗压强度试验。

参照GB13476相关的规定, 本标准提出, 对于采用压蒸养护生产工艺, 混凝土试件进行抗压强度检验的龄期为1d。

条款6.2~6.3参照GB13476相关的规定, 结合空心方桩的特点, 提出了空心方桩的外观质量、尺寸、保护层厚度和抗弯性能等试验方法。由于抗弯试验内容较多, 标准将在附录C中专例, 具体就试验过程作详细的叙述。

由于空心方桩的正截面为正方形, 不同方向所表现的力学性能不同于管桩, 因此, 在抗弯试验中空心方桩应成正截面方式平放。

条款7检验规则

条款7.2.1出厂检验为空心方桩产品交货时必须进行的检验, 应包括混凝土抗压强度、外观质量、尺寸偏差及抗裂弯矩等4个项目。一般由厂级质量检验部门在产品堆放时分批进行验收, 产品经出厂检验合格, 才能作为合格品交付, 防止不合格品出厂。

条款7.2.2.1出厂检验时混凝土抗压强度检验的批量和抽样按GBJ107的有关规定执行。

条款7.2.2.2外观质量应逐根检验, 直接将不合格的产品剔除, 以保证基础工程的质量。

条款7.2.2.3同类别、同规格、同型号的空心方桩连续生产300000m为一批进行尺寸偏差的检验, 但在三个月内生产总数不足300000m时仍作为一批, 在外观质量检验合格的产品中随机抽取10根进行检验。

条款7.2.2.4在外观质量和尺寸偏差检验合格的产品中随机抽取二根进行抗裂弯矩的检验。

条款7.2.3.1出厂检验时混凝土抗压强度的检验评定应按GBJ107执行。

条款7.2.3.2~7.2.3.4参照GB13476相关的规定, 结合空心方桩的特点, 提出了空心方桩外观质量、尺寸偏差、抗裂弯矩等的检验评定。

对外观质量, 标准5.3.1条的表3中第4、5、6、7、8项为主要技术指标, 表3中第1、2、3、9项为次要技术指标。若主要技术指标中有一项不合格, 判外观质量为不合格。若符合表3中主要技术指标的规定, 但次要技术指标中存在不合格项, 经修补后能符合相应规定的, 判外观质量为合格。

条款7.2.3.5混凝土抗压强度、抗裂弯矩、外观质量和尺寸偏差全部合格, 则判该批产品为出厂检验时合格, 否则判为不合格。

条款7.3.1~7.3.2型式检验是对产品各项质量指标进行全面检验, 即对标准中规定的技术要求全部进行检验或检查, 以评定产品质量是否全面符合标准, 是否全部达到设计质量要求。型式检验一般由厂级技术检验部门或有关质量监督检测部门在下列情况之一, 对产品质量进行检验:

a) 新产品投产或老产品转厂生产的试制定型鉴定;

b) 当结构、材料、工艺有较大改变时;

c) 生产企业每半年必须进行型式检验一次;

d) 停产半年以上恢复生产时;

e) 出厂检验结果与上次型式检验有较大差异时。

包括混凝土抗压强度、外观质量、尺寸偏差、保护层厚度、抗弯性能等项目, 必要时由双方协商, 还可增加试验项目。

条款7.3.3在同类别、同规格、同型号的出厂检验合格的产品中随机抽取10根进行外观质量和尺寸偏差检验, 10根中随机抽取二根进行极限弯矩检验。抗弯试验完成后, 在二根中抽取一根, 在空心方桩中部同一截面的二处不同部位测量保护层厚度。

条款7.3.4.1根据同龄期批次空心方桩的混凝土抗压强度检验的原始纪录, 按GBJ107规定检验评定。

由于空心方桩的生产规模较大, 混凝土试件的制作量很大, 生产过程中混凝土试件不可能留置太多, 同时, 受试件龄期的影响 (一般为28d, 超过此期限后缺少统一性和对比的意义) , 型式检验不可能采用留置的混凝土试件进行检测。参照其它水泥制品相关标准, 本标准采取“检查同龄期批次空心方桩的混凝土抗压强度检验的原始记录”。

也有一些质量监督部门, 采取当场检测混凝土试件的办法, 相对而言其可靠性要高一些, 但由于试件的留置所限, 采用的混凝土试件并非与管桩产品的批次相对应, 有些企业采取临时加工的办法 (压蒸养护时1d就可以特定制作) , 因此, 也存在不确定性。

条款7.3.4.2~7.3.4.5参照GB13476的相关规定, 结合空心方桩的特点, 提出了空心方桩外观质量、尺寸偏差、保护层厚度、抗弯性能等的检验评定。其中, 每根桩的外观质量检测按7.2.3.2条执行。每根桩若主要技术指标中有一项不合格, 判外观质量为不合格;若符合本标准主要技术指标的规定, 但次要技术指标中存在不合格项, 经修补后能符合相应规定的, 判外观质量为合格。

条款7.3.4.6在混凝土抗压强度、保护层厚度、抗弯性能、外观质量和尺寸偏差全部合格时, 则判该批产品为型式检验合格, 否则判为不合格。

条款8标志、产品合格证

条款8.1标志应位于距端头1000~1500mm处的空心方桩外表面, 其内容包括制造厂的厂名或产品注册商标、空心方桩标记、制造日期或空心方桩编号。

条款8.2产品合格证应包括下列内容:a) 合格证编号;b) 采用标准编号;c) 空心方桩类别、规格、型号及长度;d) 产品数量;e) 混凝土强度等级;f) 空心方桩编号;g) 制造厂厂名、制造日期、出厂日期;h) 检验员签名或盖章 (可用检验员代号表示) 。

条款9贮存、运输

条款9.1.1~9.2.3标准强调空心方桩堆放场地应坚实平整;混凝土空心方桩应按类别、规格、型号及长度分别堆放, 这样便于产品出厂管理;堆放层数不宜超过表1的规定。堆放层数太高, 容易出现桩身折断开裂等质量事故;空心方桩吊装应轻起轻放, 严禁抛掷、碰撞、滚落, 并符合设计吊点位置要求;空心方桩在运输过程中应捆绑牢固, 防止运输过程中碰撞、滑动及滚落, 减少伤亡事故。

条款附录A (资料性附录) 空心方桩的抗拉性能指标

根据空心方桩市场应用情况, 在上海、浙江、江苏等地的工程中, 预应力离心混凝土空心方桩被用作抗拔桩的应用实例较多, 为了便于选型及推广应用, 按照JGJ94-2008《建筑桩基技术规范》相关计算方法, 将空心方桩的抗拉性能作为一项技术指标。

(1) 根据裂缝控制

(1) 空心方桩受拉时, 在荷载效应标准组合下的一级裂缝及非准永久组合的二级裂缝, 承载力控制值应符合如下规定:

(2) 空心方桩受拉时, 在荷载效应准永久组合下, 二级裂缝承载力控制值应符合如下规定:

式中, N—空心方桩桩身轴向受拉承载力, k N;

σce—桩身混凝土有效预压应力, MPa;

A—空心方桩桩身横截面积, mm2;

ftk—混凝土轴心抗拉强度标准值, MPa。

(2) 根据桩身结构控制

根据桩身结构控制, 空心方桩的桩身受拉承载力设计值应符合下列规定:

式中, N—空心方桩桩身轴向拉力设计值, k N;

fpy—预应力钢筋的抗拉强度设计值, MPa;

Ap—预应力钢筋截面面积, mm2。

条款附录B (资料性附录) 空心方桩表面缺陷修补方法

资料性附录B空心方桩在成品出库时, 对外观质量及尺寸偏差规定, 结合资源利用, 将社会效益最大化, 在外观质量不满足使用要求时, 可对表面缺陷进行适当处理, 本标准将空心方桩的表面缺陷处理方法作为一项技术指标及应用参考依据在资料性附录B中体现, 即资料性附录B为空心方桩表面缺陷修补方法。

条款附录C (规范性附录) 空心方桩抗弯性能试验方法

空心方桩抗弯性能试验方法主要参考国标GB13476中管桩的抗弯试验方法确定。

当抗弯试验用的空心方桩长度过短时, 抗弯性能试验的检验值易受剪切力的影响。根据日本有关同类产品标准中的检验规定, 只有当空心方桩长度L满足:L≥5× (6a+1.0) /3时 (见表2) , 可以消除剪切力的影响, 按此条件得到试验用的最短单节桩长。

当检验接头弯矩时, 往往试验桩超长。当长度超过一定范围, 空心方桩会因自重而断裂, 从而影响检验结果。因此, 标准中增加了对单节桩长和两根桩焊接后的长度作了限制, 不得超过本标准规定的上限值, 也不得小于最短单节桩长。

空心方桩不是大型混凝土构件, 试验加载过程的受力稳定较快, 结构加载过程中的持续荷载时间不必太长, 本标准规定为3min。

弯矩计算公式与国标GB13476一致。考虑到抗弯试验时加载跨度的影响, 对于规格较大且长度超过15m的空心方桩, 加载的跨度根据GB50152《混凝土结构试验方法标准》作了相应调整。

4 结束语

预应力离心混凝土空心方桩是近年来研发的一种新型基桩材料, 由于没有适用的标准, 给企业生产、工程设计、施工、检测、监理、验收等带来诸多不便, 不利于空心方桩大规模的推广应用。

《预应力离心混凝土空心方桩》建材行业标准的发布实施, 将明确规范离心方桩生产企业的质量控制要求, 对进一步提高产品的质量、保证建设工程设计、施工、检测、监理、验收等将起到十分积极的作用。

本标准是在充分调研国内空心方桩生产的基础上提出的。由于编者的水平有限, 加上技术的发展十分迅速, 空心方桩标准在实施过程中肯定会有许多需要完善和提高的内容, 欢迎行业同仁及时与我们联系, 以便将标准的制修定工作尽可能跟上时代的发展, 努力使我们的标准工作为大家服务好。

摘要：简述了建材行业标准《预应力离心混凝土空心方桩》的编制背景、编制目的和意义, 详细说明了标准条文的具体内容, 提出了实施过程中应注意的问题。

预应力混凝土空心方桩 篇2

1 堆放场地应平整坚实，最下层与地面接触的垫木应有足够的宽度和高度，堆放时桩应稳固，不得滚动；

2 应按不同规格、长度及施工流水顺序分别堆放；

3 当场地条件许可时，宜单层堆放；当叠层堆放时，外径为500～600 的桩不宜超过4 层，外径为300～400 的桩不宜超过5 层；

4 叠层堆放桩时，应在垂直于桩长度方向的地面上设置2 道垫木，垫木应分别位于距桩端0.2倍桩长处；底层最外缘的桩应在垫木处用木楔塞紧；

浅谈防治预应力混凝土空心板裂缝 篇3

关键词：预应力；混凝土；空心板；裂缝；防治

一、概述

预应力空心板是桥梁工程的主要有?力结构，保证混凝土的预制质量至关重要，该预制厂预制空心板的数量600片，均为先张法预应力混凝土空心板，下面是20米预应力空心板施工的有关参数。

结构类型：跨径20m预应力混凝土空心板。

混凝土设计强度：50Mpa

混凝土配合比：水泥：砂：碎石：水：减水剂

＝1：1.3：2.3：0.3：0.01

水泥用量：500kg/m3

水泥类型：赛马P.O42.5#R

砂：中宁小洪沟料场

碎石：中宁清水河石料场。

水：机井水

减水剂：湛江产FDN－5型高效减水剂。

二、裂缝的产生

空心板在混凝土浇筑完成拆膜后，沿连接筋竖向产生长度50－150mm，宽度为0.02－0.08mm，顶面也出现50－100mm，宽度为0.02－0.12mm的裂缝。凿开混凝土裂缝发现，裂缝深度在0－5mm之间，初步判定为收缩裂缝或温度裂缝。不影响空心板正常使用，但考虑预应力钢绞线放张后，有使混凝土顶面抗拉强度降低，致使裂缝长度、宽度和深度增长的可能，为此，分析裂缝产生的原因和改进措施是完全必要的。混凝土裂缝在浇筑后要一个24h内产生，这时混凝土最敏感产生震动裂缝、收缩裂缝和沉降。

三、裂缝产生原因分析

鉴于预应力混凝土空心产生裂缝，技术人员立即对施工中的各个五节进行了分析。

1、原材料因系。水泥采赛马P.O42.5R,经检验符合规定要求，水泥用量：500kg/m3。

高强混凝土帐于其水泥用量大多在（450－600kg/m3），是普通混凝土的1.5－2倍。这样在混凝土生成过程中由于水泥水化而引起的体积收缩即自缩就大于普通混凝土，出现收缩裂缝的机率也大于普通混凝土。

高强混凝土因采用高标号水泥且用量大，这样在混凝地圭硬化过程中，水化放热量大，将加大混凝土的最高温升，从而使混凝土的温度收缩应力加大。

碎石采用水洪沟料场碎石，级配符合规范要求，压碎值8.3％＜12％（规范指标），含泥量0.7％不符合规范要求。

砂采用水洪沟中砂，含泥量4.2％＞3％，不符合规范要求，细度模数Mx＝2.7，級配符合规范要求。

水采用机井水，属饮用水。

减水剂为湛江生瓣FDN－5，符合规范要求。

碎石和砂含泥量超标，对混凝土表面裂缝有一定影响，水泥用量过大，达到了规范要求的最高限，这是混凝土表面产生裂缝的主要因素。

2、设备因素。对张拉设备进行校验，如果张拉用的千斤顶油表度数不准，张拉力超过设计值，造成台座变形位移，假如浇注完混凝土后，台座发生变形，混凝土表面变会产生裂纹。经检查，设备符合要求，台座地基满足要求，没有发现台座变形、位移、下沉现象。

3、施工工艺因素。（1）混凝土的拌制。拌和设备是500型强制式搅拌机，操作方面，拌和時间为1min左右，时间过短，从而影响混凝土的均匀性，取其坍洛度为3.5，判定水灰比超过了设计用量，水灰比过大，混凝土干缩量加大，产生干缩裂缝。（2）混凝土浇注。工地采用插入式振动器振密，振捣过程出现过振现象，致使混凝土表面粗细集料离析，靠近模板的混凝土表面细集料集中。（3）混凝土养生。现场操作往往是等混凝土脱模后才开始养生，空心板顶面祼露在大气中，夏季最高气温35℃，加快了水份的蒸发，致使表面干缩裂缝。

4、混凝土内箍筋的影响因素 由于钢筋和混凝土膨胀率的差异，钢材的膨胀率大于混凝土的膨胀率，混凝土表面的拉应力小于钢筋膨胀所产生应力，从而使混凝土表面拉裂。

5、混凝土自身应力形成的裂缝 （1）收缩裂缝。混凝土凝固时，一些水份与水泥颗粒结合，使体积减少，称为凝缩。另一些水份蒸发，使体积减小，称为干缩，凝缩和干缩合称为收缩。混凝土的干燥过程中由于表面逐步扩展到内部的，在混凝土内呈现含水梯度。因此产生靓面收缩大，内部收缩小的不均匀收缩，致使三月面混凝土承受拉力，内部混凝土承受压力。当表层混凝土所产生的拉力超过其抗拉强度时，便产生收缩裂缝。（2）温度裂缝：混凝土受水泥水化放热、阳光照射、夜间降温等因素影响而出现冷热变化时，将发生收缩和膨胀，产生温度应力，温度应力超过混凝土抗拉强度时，即产生裂缝。可以初步推断是由于水化热过大引起的温度裂缝。

四、裂缝的预防措施

1、严把原材料质量关。进场材料必须经严格检验后方能使用，对高标号混地土使用高标号水泥，减少水泥用量，水泥初凝时间必须大于45分钟。细集料使用级配良好的中砂，细度模数Mx应大于2.6，含泥量小于2％。粗骨料使用质地坚硬、级配良好的碎石，含泥量小于1％，针片状颗粒含量应小于5％。严格控制水灰比，保证水的用量控制在标准之内。

2、混凝土拌和：细致分析混凝土集料的配比，控制混凝土的水灰比，减少混凝土的坍落度，合理掺加塑化剂和减水剂。混凝土拌和时间控制在2min，不能过短，也不能过长。搅拌时间短混合料不均匀，时间过长，会破坏材料的结构。保证混凝土的均匀性，严格控制加水量，经常检测混凝土的坍落度，以保证混凝具有良好的和易性。

3、混凝土的浇注：混凝土浇注应选择一天中温度较底的时候进行，采用插入式振捣器振捣时，移动间距不应超过振捣器作用半径的1.5倍，对每一振捣部位必须振动到混凝土停止下沉，不在冒出气泡，表面呈现平坦、泛浆，边振动边徐徐提出振动棒，避免过振，造成混凝土离析。

4、混凝土养护：不论是收缩裂缝还是温度裂缝，混凝土的养护最为关键。等混凝土脱模之后才开始洒水养护，使混凝土表面始终保持在湿润状态，不允许混凝土在高温下祼露暴晒。由于水泥在水化过程中产生很大的热量，混凝土浇注宛成后必须在侧模外喷水散热，以免混凝土由于温度过高，体积膨胀过大，在冷却后体积收缩过大产生裂缝，养护时间不少于两周。

5、芯模：充气胶囊在使用前应经过检查，不得漏气，有些空心板混凝土顶面裂缝就是由于混凝土地未达到2.5Mpa时，芯模漏气，致使顶面混凝土开裂。因此，预制之前检查芯模是否完好格外重要。

五、结论

通过以上改进措施，混凝土表面裂缝逐渐消失。预应力混凝土空心板是桥梁的承担结构，因此，在预制过程前，一定要制定出施工工艺规程，对所有参与施工的人员进行技术交底；掌握关键工序的技术要点，严格按规范要求检测各项指标，发现异常，及时找出问题产生的原因，采取合理的处理措施加以解决，确保混凝土空心的预制质量。

参考文献

［1］《公路桥涵施工技术规范》

［2］《公路工程水泥混凝土试验规程》

［3］《公路施工手册》

预应力混凝土空心方桩 篇4

部分预应力构件因其良好的抗震性能在国外(尤其是地震多发的国家)已得到广泛应用。如在日本,有关建筑行业协会对部分预应力桩进行了大量研究并开发出PRC桩(增强型混凝土管桩)。長江拓也等人研究了横向配筋对PRC抗震性能的影响,得出横向配筋率的提高可提高桩体耐震性,增强桩体破坏后性能。岸田慎司和青島一樹等学者通过实验方法对PRC桩进行了变形和力学性能的研究,并从包络线和吸收能量的角度分析了PRC的横向补强筋和纵向非预应力筋的作用。

近年来,国内部分科研院校及企业对部分预应力管桩也作了一些研究,如浙江大学和浙东建材集团有限公司等,进行了产品的研发和生产,并编写了相关图集,取得了一定的成果。

综合国内外经验,部分预应力桩较之预应力桩,具有较好的抗震性能,适合抗震设防烈度较高的地区使用,可为建筑物安全性、抗震性提供更充分的保障。本文对已研发出的部分预应力混凝土空心方桩的类型、性能、制作工艺(也适用于部分预应力混凝土管桩)及应用推广做了介绍分析。

1 产品设计与分析

以GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》为基础,结合GB/T 50476—2008《混凝土结构耐久性设计规范》、GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》等,引用材料力学等力学原理,结合国内外先进的研发设计理念对研发的桩型进行力学分析。在此基础上进行了部分预应力混凝土空心方桩等桩型设计。

图1为部分预应力空心方桩配筋图,其中R1、R2表示倒圆角大小;B表示边长;Bp表示钢筋轴线距离;D表示内圆直径。

通过技术攻关,主要开发出外边长为300mm、325mm、350mm、375mm、400mm、425mm、450mm、475mm、500mm等部分预应力混凝土空心方桩及相应的生产工艺。

结构设计人员在分析各相关规范、标准、力学公式的基础上,联合软件开发公司开发出部分预应力混凝土空心方桩力学性能计算软件,在设定部分预应力混凝土空心方桩基本参数(如外形尺寸、钢筋种类、张拉参数等)的前提下,可方便、快捷地进行计算及数据处理,为研发新桩型奠定了基础。预应力混凝土空心方桩软件设计界面如图2所示。

2 产品测试与分析

为加强产品测试数据的可靠性和准确性,特委托国家水泥混凝土质量监督检验中心对部分预应力混凝土空心方桩进行检测。

试验桩的混凝土强度等级为C60,预应力PC钢棒PCB-1420-35-HG符合GB/T 5223.3—2005《预应力混凝土用钢棒》中的规定,螺旋筋采用乙级冷拔钢丝,其性能符合JC/T540《混凝土制品用冷拔低碳钢丝》规定,非预应力筋采用HRB400螺纹钢,直径10mm和18mm,其性能符合GB 1499.2—2007《钢筋混凝土用钢第2部分:热轧带肋钢筋》有关规定并做了进厂检验。

试验主要测定部分预应力混凝土空心方桩的抗弯性能,并对其变形性能进行综合测定,在此基础上分析其抗震及抵御不可抗力作用的能力。试验按照JG 197—2006《预应力混凝土空心方桩》推荐检测方法进行抗弯检测,对所研发的外边长为300mm、400mm、500mm的新桩型进行抗弯检测。图3为空心方桩抗弯试验示意图。

注:1─空心方桩;2─滚动铰支座;3─固定铰支座;4─支墩;5─下垫板;6─上垫板;7─分配梁固定铰支座;8─分配梁;9─分配梁滚动铰支座;b—加载支座到跨中距离。

试验中部分预应力混凝土空心方桩表现出较好的变形能力,以400(240)为例,部分预应力混凝土空心方桩主要体现为挠度的改变、裂缝条数增加及均匀扩展,详见表1、图4和图5。

在试验过程中测得部分预应力混凝土空心方桩和预应力混凝土空心方桩在裂缝开展范围上有较大不同,预应力混凝土空心方桩方位一般为中心点向外1000mm左右,而部分预应力混凝土空心方桩裂纹范围最高可达到2400mm,进一步证明了部分预应力混凝土空心方桩良好的变形性能。

为进一步分析部分预应力混凝土空心方桩抗震性能,结合力学和变形特征,分析桩体在破坏力作用下吸收能量的能力,绘制力-挠度曲线(见图6),曲线和横轴包围面积即为桩体在破坏力作用下吸收能量。图6中400(240)A-18-12、400(240)A-10-12、400(240)A-12在破坏作用下吸收能量分别为10527k J、9514k J、3108k J。

另外,试验桩达到极限抗弯强度后继续加载直至破坏,主要破坏形式为钢筋断裂,破坏后因变形回弹,荷载降低,稳定后继续加载,测得该产品残余强度较高,破坏后抗弯能力可达到极限抗弯强度的85%左右,具有较好抵御再破坏能力。

经分析,部分预应力混凝土空心方桩在抗震、变形、力学性能上的优势主要体现在以下三个方面:

(1)抗震能力:主要表现为可吸收更多的地震能(即破坏能),以对比桩为例,可达到原来桩型的3~4倍(见图6)。

注:400(240)A-18-12为在400(240)A桩基础上配有直径为18mm的螺纹钢筋的12m桩。400(240)A-10-12为在原来400(240)A桩基础上配有直径为10mm的螺纹钢筋的12m桩。400(240)A-12为外边长为12m的A桩。

(2)变形性能:主要体现在裂缝和挠度两个方面,部分预应力混凝土空心方桩在裂缝数量和裂缝开展方面都具有良好的性能,增加裂缝数量从而延缓裂缝宽度的开展;挠度方面,依据本次试验结果,在非预应力比例较小情况下,最大挠度得到较为明显的提高,非预应力比例加大,构件抗弯刚度得到大幅度提高,挠度相对减小。

(3)力学性能:计算和试验表明配有HRB 400覫10的400(240)A-10-12极限弯矩(158k N·m)为原来桩型极限弯矩(113k N·m)的139.8%,配有HRB400覫18mm的400(240)A-18-12极限弯矩(251.5k N·m)为原来桩型极限弯矩(113k N·m)的222.3%,提高幅度较为明显。

3 制作工艺

部分预应力混凝土空心方桩采用的工艺是在原预应力桩生产线基础上,调整了部分工艺,并对原有设备进行了局部改造,主要增加了非预应力筋滚焊工艺,同时,对张拉工艺也进行了一定改进,提高了生产效率,部分预应力混凝土空心方桩工艺流程图如图7所示。

4 应用与推广

检验结果表明,部分预应力混凝土空心方桩具有较好的抗震、变形和力学性能,可在抗震设防烈度较高的地区推广使用,具有较好的市场推广价值。同时也对部分预应力混凝土空心方桩进行了一些工程应用,取得了良好的效果。

目前,一些地区预应力混凝土管桩的适用范围进行了一定调整,应用区域受到一定限制(如抗拔桩和一些抗震地区),且整个行业竞争激烈,企业须通过加强市场开拓提高自身竞争力。在这个条件下,部分预应力混凝土预制桩的开发是一个较好的发展方向。

5 结语

(1)部分预应力混凝土空心方桩产品的开发具有较好的理论依据和现实基础。

(2)通过部分预应力混凝土空心方桩(外边长400mm)抗弯能力的计算和试验,验证了部分预应力混凝土空心方桩的抗震能力、变形性能和力学性能。该类型构件破坏后残余强度较高,具有一定的抵御再破坏能力,可在地震设防烈度较高地区使用。

预应力混凝土空心方桩 篇5

1 预应力混凝土方桩的发展

随着预制式方桩的发展, 逐渐在生产和建筑中的广泛应用, 又以其生产的质量比较稳定, 在施工的具体的应用上效率也非常的高, 而且其检测的手段也相对简单, 在各类建筑工程的施工过程中, 钢筋混凝土的实心桩由于具有加工生产的便利性以及接桩安全和沉桩速度较快等特点, 在具体的施工过程中更加的常用, 因此这类实心桩具有非常悠久的应用史, 尤其是在以摩阻力为基础, 端承受力为辅的软土地基中, 因为其周长比较大, 使得单位面积上的承受力也比较大。可是这种钢筋混凝土实心桩也存在着自重较大、耗材大等缺点, 而且在实际的应用中无法充分发挥钢筋混凝土的抗拉和抗压性能, 在具体的沉桩过程中, 也容易发生挤土效应, 在实际的经济收效上不是太高。因此, 近来, 应发展的要求和科技进步, 预应力混凝土空心桩就应用而生了, 它的出现正好可以完美的将在实心桩遇到的问题加以解决, 因此其在当下的应用已经取得了非常成功的成效, 无论在经济效益还是社会效益上都实现了盈利。

2 预应力混凝土方桩的相关介绍

2.1 空心方桩的主要特点

从图1可以非常清晰的了解到空心方桩的特点。首先, 空心方桩的外形同实心桩一样, 都是正四边形的形状, 但是其内部却是空心的, 它的直径在150到760的规格之间, 它的外形边长一般在250到1000之间, 另外它的每节的最大桩长在12到15米之间, 这些都是为了满足不同的承载力需求而进行设计的。它一方面很好的保留了实心桩能够提供摩擦阻力的性能, 同时又有效的减少了在沉降过程中混凝土的用量, 以及沉桩时发生的挤土效应, 而且在截面的惯性矩和刚度上都有所提升;其次, 由于预应力的钢筋混凝土的方桩在设计上采用的是高温的混凝土和高强度的钢筋作为生产原料, 其中HKFZ型桩混凝土强度等级不低于C80:KFZ型桩和TKFZ型薄壁桩混凝土强度等级不低于C60;钢筋的抗拉强度标准值大于1400MPa。根据预应力钢筋直径、数量的不同, 又可分为A、AB、B型各种桩型, 以适应不同的长细比和穿越各种土层的要求。它通过离心法工艺和预应力技术, 充分发挥了混凝土抗压强度高和钢筋抗拉强度大的优点, 使单位承载力所需要的混凝土用量和钢筋用量有了较大下降, 经济效益明显提高;再者, 这种空心桩的应用范围是非常的广泛的, 由于它的高强度, 因而其具有非常优良的抗震性能, 这使其可以在抗震设防在8度以内的地区应用, 而且在铁路、公路、港口等重大的工程建筑项目中也可以加以运用。最后就是它的外形便于存放和运输, 不容易滚动。

2.2 空心桩和传统的实心桩相比具有的优点

空心桩和实心桩在生产上对于材料混凝土和钢筋的运用上相比, 会发现空心桩可以节省很大的一部分材料, 相对于实心桩的高消耗而言, 空心桩无疑更加复合当前社会提倡节约低碳的主题, 而且虽然用料减少了, 可是在具体的应用过程中, 效果更加显著, 更加能够有效的克服在实心桩应用中存在的一些缺陷, 因此它的应用前景一定非常的美好。

3 预应力混凝土空心方庄具体应用中的注意事项

首先, 在进行施工时, 如果桩身的内部的混凝土强度与预先设计的强度相符时, 应该将桩静置而且经过蒸汽的养护之后方可法进行施工;在进行沉桩的施工时, 应该尽量使得桩身保持垂直, 要利用经纬仪严格的测量, 确定误差不超过0.5%, 因为一旦出现较大的偏差时, 会使得桩身容易开裂;其次, 进行接桩的操作施工时, 通常采用的是钢端板焊接的方式, 在桩身离地面还有一米的距离时即可进行焊接、接桩, 接桩时要时刻观察两节桩身的衔接情况, 保证彼此的圆角和直角相互正对, 要在桩顶清理干净之后进行定位板的固定, 接着再将上段的桩吊放在下段桩的端板上, 利用定位板将上下段的桩接直, 如果在两段桩的衔接处有空隙, 要利用锲形的铁片加以焊接固定。接头处坡口槽电焊应分三层对称进行, 焊接时应减小焊接变形, 焊缝应连续饱满;焊后清除焊渣, 检查焊缝饱满程度。焊接完成后应等接头温度与周围环境温差在100℃以内才能沉桩, 一般情况下静压桩等候6分钟、锤击桩等候8分钟为宜, 不得用水淋等方式快速冷却;再者在桩冒和送桩器的选择上, 要保持外形上的相互匹配, 而且在强度和刚度等的选取上也一定要保持合格, 桩冒和送桩器的下端应该采用开孔的方式来加强桩内部同外界的互通性能, 避免由于气压或水压过大导致出现气锤或者水锤, 从而影响桩头的质量;在接桩、送桩的过程中要保持动作的连贯性, 尽量使得每次沉桩的操作都一次到底, 避免中间的出现的短暂性停歇;还有在沉桩的过程中, 如果出现贯入度不正常, 桩身出现略微的偏差或位移时, 为了避免桩身或者桩顶的损坏应立即停止沉桩, 通过分析出现这种情况的原因并且加以解决, 接着方可继续施工;另外, 对于空心桩一般不应该进行截桩的操作, 如果遇到特殊的情况必须要截桩时, 应该采用机械分割的方法将无需截掉的那部分桩身加以固定, 然后再沿着钢箍的上边缘进行切割, 钢箍绝对不可以利用人力进行强行的截除, 可以利用气割法进行切割;最后, 就是在空新装的工程中, 基坑的挖掘时应该注意的事项: (1) 严禁边打桩边开挖基坑; (2) 饱和土和粉土地层的基坑开挖宜在沉桩全部完成15天后进行; (3) 挖土应分层均匀进行, 且桩周土体高差不宜大于lm, 开挖的土方不得堆积在基础周围, 应及时外运; (4) 机械开挖时, 应小心操作, 不得碰到桩身, 挖到桩顶标高0.4米以上后, 宜改用人工挖除余土, 以保证桩身的质量。

4 结语

通过上面的分析可知, 预应力混凝土空心桩现在的应用前景非常好, 它结合了实心桩和空心桩的优点, 又由于其具有各种优良的应用特色, 不仅可以节省材料的使用, 还有利于提升工程的地基质量, 这正好契合了当下我国发展的主题, 向着可持续发展迈进了更加深入的一步, 具有非常大的市场潜力和市场前景。而且随着其在工程中的应用越来越广泛, 会逐渐完善各项优良的特点, 克服一些可能出现的弊端从而为节能、环保做出贡献。

参考文献

[1]上海建设工程标准定额管理总站.先张法预应力混凝土空心方桩图集.2006.

[2]陈志均, 徐向阳.预应力混凝土空心方桩在工程中的应用和控制要点[J].2006.

[3]董宁祺, 朱建舟.预应力钢筋混凝土空心桩的应用[J].材料设备.住宅科技, 2007.

[4]刘煜华, 陈征宙, 彭志军.预制空心桩施工挤土效应分析[J].2005.

预应力混凝土空心方桩 篇6

关键词：预应力混凝土空心方桩,管桩,优越性

预应力离心混凝土空心方桩是一种新型的桩基产品, 它集预制混凝土方桩和管桩技术优点为一体, 是一种新型换代产品。具有技术先进、质量可靠、性价比高、节材、降耗、环保等特点。

按混凝土的等级强度及混凝土承载面的大小可分为预应力混凝土空心方桩 (KFZ) 、预应力高强混凝土空心方桩 (HKFZ) 和预应力混凝土薄壁空心方桩 (TKFZ) , 其中, TKFZ主要用于以摩擦为主的工程桩;KFZ用于一般承载力工程中;而HKFZ主要适用于承载力要求较高的工程中。TKFZ和KFZ强度为C60, HKFZ强度为C80。空心方桩的规格主要有250×250～1 000×1 000, 以50为级差。相对于预应力管桩而言有以下突出的优点。

1同规格的方桩和管桩, 方桩的摩擦力要比管桩的大

以500桩为例:方桩的截面积为250 000 mm2, 而管桩的截面积为196 250 mm2。可以看出同样规格的方桩和管桩, 方桩的截面积要大得多, 且呈方形 (或多边形) 的外形, 在土层中桩体周边土与土的休止角比圆形桩的摩擦系数要大很多。这说明同种规格的桩在同等地质条件下, 方桩要比管桩获得更大的承载力。经对比分析, 方桩每千牛承载力造价要低于管桩的工程造价。所以, 在选桩型时, 完全可以选择比管桩规格较小的方桩, 这样就可以降低工程基础造价。

2同规格的方桩承载力要远大于管桩

以400方桩和500管桩对比看, 400的方桩竖向承载力设计值为2 066 kN, 500管桩设计承载力为1 920 kN。而在实际设计中, 设计师通过理论计算, 用350的空心方桩完全可以替代500的空心圆桩使用。从表1可以看出, 仅从桩基造价角度, 方桩比圆桩节约成本近10%。

3承台或墙下布桩基础的经济技术对比分析

根据桩基技术规范, 各桩间的中心距不宜小于桩外边长 (直径) 的3.5倍。以单个4桩承台为例, 仍以400方桩和500管桩对比计算 (取桩中心距相邻承台边距离为D) , 400方桩的承台尺寸为3.5D+1.0D+1.0D=5.5D=2 200 mm。500管桩的承台尺寸为5.5D=2 750 mm。承台减小, 相应地承台厚度和钢筋含量及规格也会减少。根据经验分析计算, 承台基础或布桩基础, 用400空心方桩代替500的管桩可以节约20%左右工程造价 (不含桩基造价) 。从技术角度, 对于设计承载力较大的桩基础, 可能会出现较大的圆桩布置不下的情况。根据国家规范规定, 承台桩间的中心距不应小于桩外边长的3倍, 桩中心距承台边不得小于D, 布桩平面系数按土层特征、周边建筑环境及国家相关的规范等确定。受此限制, 所布桩数量会受到制约。那么在建筑承载力足够大的情况下, 较大的管桩可能就无法布置, 这时, 规格较小的方桩就会发挥较大的优势。

4空心方桩的挤土效应小于管桩

在施工中, 桩基施工的挤土效应对施工的影响是无法忽略的。在设计相近承载力的条件下, 选择较小的空心方桩当然挤土效应小于空心管桩。如:400的空心方桩当然比500的管桩体积要小, 挤土量少, 挤土效应也小, 这对施工和周边环境的影响要小很多。

5空心方桩的抗剪力较大

根据理论计算分析, 同等桩径的方桩抗剪力是管桩的2倍～3倍, 而日本测试的是4.5倍。这说明空心方桩的抗震性能比管桩优越得多, 在地震多发地带和高层建筑及大面积地下室建筑中值得推广应用。

6空心方桩施工较方便, 破损率小

由于方形桩头耐冲击力好, 所以桩头破损率较小, 且方形桩焊接周长较长, 焊接牢靠, 不易脱节。另外, 方形桩的连接方式, 宜开发非焊接的快速连接方式, 可以提高施工效率。最近, 有些桩基研发单位正在研究空心方桩新型的快速连接方式。

预应力混凝土空心方桩 篇7

关于预压应力对预应力混凝土管桩和空心方桩 (以下简称预应力桩) 桩身轴心受压承载力设计值 (以下简称轴压设计值) 的影响, 从预应力桩在我国开始使用至今还没有一个统一的结果。本文针对预应力对预应力混凝土管桩和空心方桩的轴心受压承载力的影响进行了分析讨论, 希望能引起预应力桩有关设计、生产和使用单位对预应力桩的最主要指标———轴压承载力设计值的重视, 并通过讨论、交流得出一个较统一、合理的计算方法。

1 关于轴压设计值的两种不同观点

1.1 第一种观点

第一种观点认为在预应力桩加载前, 混凝土己承受了预压应力, 它必然降低混凝土继续承受压力的能力, 同一规格的预应力桩有A型、AB型、B型和C型四个型号, 因A型桩所承受的预压应力最小, 它的轴压设计值最大, 随预压应力的逐级递增, 轴压设计值将逐级递减, C型桩预压应力最大, 它的轴压设计值最小, 持此观点的代表标准有:

(1) 江苏省工程建设标准设计, 苏G03-2012预应力混凝土管桩, 2012年8月1日实施[1]。

(2) 国家建筑标准设计图集, 08SG306预应力混凝土空心方桩, 2008年9月1日实施[2]。

标准 (1) 、 (2) 设计中预应力桩轴压设计值的计算方法见公式 (1) :

(3) 福建省工程建设标准, DBJ13-86-2007预应力混凝土管桩基础技木规程, 2007年8月1日实施[3]。

(4) 福建省工程建设标准设计, 闽2012-G-124先张法预应力高强混凝土管桩, 2012年11月1日实施[4]。

标准 (3) 、 (4) 设计中预应力桩轴压设计值的计算方法见公式 (2) :

(5) 湖北省工程建设标准, DB42/489-2008预应力混凝土管桩基础技木规程, 2008年10月1日实施[5]。

(6) 辽宁省工程建设标准, DB21/T1565-2007预应力混凝土管桩基础技木规程, 2008年1月24日实施[6]。

标准 (5) 、 (6) 设计中预应力桩轴压设计值的计算方法见公式 (3) :

式 (1) ~ (3) 中:Rp为预应力桩轴压承载力设计值, k N;fc为混凝土轴心抗压强度设计值, N/mm2;A为管桩桩身横截面面积, mm2;σce为混凝土有效预压应力, N/mm2。有的标准用σpc表示, 为了统一说明, 本文均采用σce;ψ为沉桩工艺系数。苏G03-2012标准取0.7, 08SG36标准设计图集取0.85;φ为系数。DB42/489-2008标准取0.3, DB21/T1565-2007标准取0.33;fce为管桩桩身混凝土抗压强度, PC桩取60MPa, PHC桩取80 MPa。

以PHC覫600mm、壁厚110mm的管桩和PHS边长600mm、内径360mm的空心方桩为算例, 分别按公式 (1) 、 (2) 、 (3) 计算, 结果见表1。表中σce等均取自相应标准中的数值。

从表1中可见, 覫600mm×110mm PHC桩的轴压设计值Rp:苏G03-2012中C型桩比A型桩降18%, 闽2012-G-124中B型桩比A型桩降16.8%, DB42/489-2008和DB21/T1565-2007中C型桩比A型桩约降7.8%;08SG36中边长600mm内径360mm的空心方桩B型桩比A型桩降9%, 这对C、B型桩在我国的推广应用带来相当大的阻力。

1.2 第二种观点

第二种观点认为同一规格的预应力桩有A型、AB型、B型和C型四个型号, 工程实际应用证明轴压设计值Rp应该是C型>B型>AB型>A型。得出此结论的理由是:当A型桩沉桩发生困难时, 或沉桩过程中桩的破损率太高时就要更换用AB型桩, 当AB型桩还不行则用B型桩, 逐级向上提升, 这说明预应力桩轴压设计值从A型起是逐级向上增大的。如果预应力桩轴压设计值A型桩最大, 逐级递减, 则轴压设计值大的A型桩打不下去而轴压设计值小的AB型、B型能打下去应该是讲不通的。如果是顶压或抱压沉桩更不好理解。现因试验数据不多, 从安全考虑同一规格的预应力桩不分A型、AB型、B型和C型桩, 轴压设计值均相同。预应力桩轴压设计值 (未考虑压曲影响) 可按公式 (4) 计算:

式中, Rp、fc、A同公式 (1) ;ψc为综合折减系数。

持这观点的代表有以下标准:

(1) 国家建筑标准设计图集, 10G409预应力混凝土管桩, 2010年9月1日实施[7]。

(2) 广东省工程建设标准, DBJ/T 15-22-2008锤击式预应力混凝土管桩基础技术规程, 2008年12月10日实施[8]。

(3) 云南省工程建设标准, DBJ 53/T-22-2007先张法预应力混凝土管桩基础技木规程, 2008年3月1日实施[9]。

(4) 天津市工程建设标准, DB29-110-2010预应力混凝土管桩技木规程, 2010年10月1日实施[10];

(5) 天津市工程建设标准设计, 津10G306先张法预应力混凝土管桩, 2010年12月27日实施[11]。

(6) 江苏省工程建设标准设计, 苏G/T17-2012先张法预应力离心混凝土空心方桩, 2012年8月1日实施[12]。

(7) 四川省工程建设标准, DB51/5070-2010先张法预应力高强混凝土管桩基础技木规程, 2010年12月1日实施[13]。

(8) 安徽省工程建设标准, DB34/T1198-2010先张法预应力混凝土管桩基础技木规程, 2010年8月9日实施[14]。

(9) 山东省工程建设标准, DBJ14-040-2006预应力混凝土管桩基础技木规程, 2008年5月1日实施[15]。

(10) 吉林省工程建设标准, DB22/T497-2010静压预应力混凝土管桩基础技木规程, 2010年11月1日实施[16]。

公式 (4) 表面上看似乎未考虑预压应力对预应力桩轴压设计值的影响, 实际我们称它为综合折减系数, 不但考虑沉桩工艺的影响, 还考虑混凝土残留预压应力对预应力桩轴压承载力设计值的影响。现说明如下:

预应力桩轴压承载力设计值表达式应该是:

式中, Rp为预应力桩轴压承载力设计值, k N;fc为混凝土轴心抗压强度设计值, N/mm2, 对C80级混凝土取35.9N/mm2;A为管桩桩身横截面面积, mm2;ρ为含钢率;σ′ce为混凝土应力到抗压强度标准值时混凝土中的残留预压应力值, N/mm2;σce为混凝土有效预压应力, N/mm2:Ap为预应力桩中预应力钢筋面积, mm2;ψhc为预应力桩沉桩工艺系数;εcp为混凝土应力到抗压强度标准值时的压缩应变值 (不包含混凝土收缩、徐变) 取0.003;Ep为预应力钢筋弹性横量, N/mm2, 取2×105N/mm2。

从公式 (4) 和 (5) 可以解出ψhc, 见公式 (7) 。

由上述公式 (5) 、 (6) 和 (7) 可以算出预应力桩的轴压承载力设计值Rp。同样以PHC覫600mm、壁厚110mm的管桩和PHS边长600mm、内径360mm的空心方桩为算例, Rp计算结果见表2。

从表2可见, 对同一规格的预应力桩不管是A型、AB型、B型和C型桩的Rp计算结果均比较接近。

再按公式 (4) 计算表2中的算例, 计算结果如下:

覫600mm×110mm PHC管桩轴压承载力设计值Rp按10G409标准计算:

PHS边长600mm、内径360mm方桩轴压承载力设计值Rp按苏G/T-17-2012标准计算:

按公式 (4) 的计算结果和表2中的轴压承载力设计值Rp非常接近, 为简化计算, 在各标准设计推荐公式 (4) 计算预应力桩轴压承载力设计值是完全可以的。

2结语

(1) 预应力桩轴压承载力设计值与加荷到混凝土压应力达到强度标准值时仍在混凝土中的残留预压应力值有关, 故在计算公式中不能直接减去预应力桩未承受压力时的有效预压应力, 应减去的是残留预压应力值, 因有效预压应力值随着预应力桩加荷的增加而减小。

(2) 预应力桩因预压应力的作用, 在沉桩过程中, 能降低桩的损坏情况, 故沉桩工艺系数应随预压应力的增加而提高, 见表2中ψhc值的变动情况。

(3) 按照公式 (4) 计算的预应力桩轴压承载力设计值与实际情况较为相符, 应在标准设计或工程设计中推广使用。

摘要：介绍了目前预压应力对预应力混凝土管桩和空心方桩桩身轴心受压承载力设计值的影响所持有的两种不同观点, 并指出按照文中公式 (4) 计算的预应力桩轴压承载力设计值与实际情况较为相符, 值得推广使用。

预应力混凝土空心方桩 篇8

由于国家标准《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011)于2011年的7月26日发布了公告,新标准于2012年8月1日开始实施。江苏省建设厅、标准站组织主编单位及相关人员修订了江苏省的《先张法预应力离心混凝土空心方桩》标准设计图集,本次修订在社会各界的关注及媒体舆论的监督下,相关内容基本符合国家规范,但与江苏省的管桩技术规程还是存在许多差异,与旧苏标有较大的改进。

1 编制依据

本次修订根据国家现行标准及规范的有关规定,结合江苏省近几年空心方桩的生产和使用现状,省标准站及专家们力求做到技术指标先进合理、生产及施工现场可操作性、结构计算方法协调统一,主要增加或更新了《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)、《工业建筑防腐蚀设计规范》(GB50046-2008)、《建筑地基基础设规范》(GB50007-2011)、《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)、《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)及生产用原材料砂、石、钢棒、水泥、外加剂等标准,同时应用了江苏省的《预应力混凝土管桩技术规程》(DGJ32/TJ109-2010)[1]。

2 适用范围

本次修订后的空心方桩在应用上比之前的标准图集作了更加明确的规定[2,3],为设计人员在选用空心方桩时提供了便利,主要体现在:

(1)在抗震设防烈度7度以下可以使用,7度以上应慎用,如宿迁等地;

(2)仅适用于非液化土、轻微液化土场地,且结构高度不超过24 m的建(构)筑物,如扬州、镇江、南通部分区域液化土层较厚的场地应慎用或采取措施;

(3)具有中等腐蚀性区域的场地不应使用或应单独设计,增加防腐蚀措施;

(4)适用于设计年限为50年及以下的桩基础工程;

(5)不宜或不应采用的适用范围参见江苏省《预应力混凝土管桩基础技术规程》(DGJ32/TJ109)的规定;

(6)结构高度不大于100 m且结构高度大于60m的应选用边长不小于500的空心方桩。部分桩型只能在高度24 m以下的丙类建筑桩基础中使用(如边长300的空心方桩),且在使用各桩型时提出了长径比的要求;用作端承桩时长径比不宜大于60,摩擦桩时长径不大于80,接头个数不得超过3个。对于桩端嵌入遇水易软化的强风化岩、全风化岩和非饱和土的空心方桩,沉桩后应对桩端以上约2 m范围内采取防渗措施,如采用膨胀混凝土填芯。

3 原材料及构造要求

3.1 原材料

本次修订了空心方桩生产所使用的原材料全部采用现行的材料标准,对直接影响桩身质量的原材料指标列出了具体的技术参数,如砂的含泥量不得超过1%,石的含泥量不得大于0.5%等,但部分材料的指标取值严重错误,如钢筋的抗拉强度设计值取1 005 MPa、延伸率≥7%、钢筋的1 000 h松弛值≤2%等,是不符合修约规则规定的,正确取值应分别为抗拉强度设计值1 000 MPa、延伸率≥7.0%、1 000 h松弛值≤2.0%。这些数据的取值错误,将直接影响到空心方桩力学性能的大小,误导设计人员。

3.2 构造要求

3.2.1 钢筋的混凝土保护层厚度

本次修订对空心方桩的主要指标钢筋的混凝土保护层厚度做了最小规定,即不得小于35 mm,比旧版的空心方桩图集规定的钢筋混凝土保护层厚度增加了10 mm,大部分常用规格桩型的壁厚(内径)也随之增加,这将有利于桩身的耐久性能。

3.2.2 钢筋的最小配筋率

新实施的《建筑地基基础设计规范》(GB50007)对预制桩的最小配筋率有明确的要求,本次修订增加了“空心方桩的预应力钢筋最小配筋率不得低于0.5%”。

3.2.3 钢筋笼的构造

钢筋笼的构造在加密区长度上,苏G/T17-2008规定的加密区长度为1 000～1 500 mm,生产企业难以把握这个要求,造成市场上两端加密区有不同长度的空心方桩的钢筋笼,工程监理无法判别合格与否。新版空心方桩图集苏G/T17-2012对此作了最小要求,同时螺距也作了相应调整。本次修订为“空心方桩的螺旋筋间距为75 mm,每节两端各不小于2 000 mm长度范围内箍筋加密区间距为45 mm”。

3.2.4 螺旋筋直径和间距偏差

旧版的空心方桩图集规定边长450 mm以下的箍筋直径不应小于4 mm,而修订后的图集对螺旋箍筋直径均增加了1 mm。新版的空心方桩图集苏G/T17-2012具体规定了箍筋直径,空心方桩边长为300～450 mm时,不应小于5 mm;空心方桩边长为500～600 mm时,不应小于6 mm;空心方桩边长为800 mm时,不应小于7 mm;空心方桩边长为1 000 mm时,不应小于8 mm;同时增加了骨架成型后的允许偏差,预应力钢筋间距允许偏差为±5 mm,螺距允许偏差为±5 mm。

以上规定虽然参考了江苏省的《预应力混凝土管桩技术规程》(DGJ32/TJ109-2010),但其钢筋混凝土保护层厚度小于其里面规定的40 mm,同时部分型号规格的空心方桩钢筋直径也小于9.0 mm的规定。

3.2.5 取消桩套箍

本次修订为了节约生产本成,提高市场竞争力,取消了空心方桩两端的桩套箍,低于国家标准设计图集《预应力混凝土空心方桩》(08SG360)。这对生产企业控制产品质量是一个比较高的挑战,即桩两端极易漏浆和空洞,在施工焊接时也难以散热,采用锤击法或顶压法施工时桩头易碎裂,应采取有效措施,保证桩身质量。

4 结构配筋形式

旧版的空心方桩图集苏G/T17-2008同一截面采用同一直径的钢筋和钢筋分布时呈一定的弧状(图1)。

由于国家现行相关标准及规范对钢筋混凝土保护层厚度和钢筋最小配筋率作了规定,本次修订为了达到桩身材料用量小、生产成本最低,在结构配筋上作了调整。空心方桩同一截面的钢筋分布采用了方形、均匀、平行的方式(图2)。其中边长为350 mm(内径160 mm)、边长400 mm(内径240 mm)、400 mm(内径200 mm)、500 mm(内径310 mm)、500 mm(内径280 mm)、550 mm(内径310 mm)的A型桩同一截面采用了两种不同直径的配筋形式,见表1。

以上情况,因新版的螺旋箍筋直径比以往增加了1 mm,且采用方形、均匀、平行的布筋方式,在生产过程中,因其螺旋筋强度高、缠绕弧度小,钢筋笼极易松散。由于空心方桩是采用预先施加预应力的工艺,即在桩的一端对预应力钢筋同时施加应力,而采用同一截面不同直径的配筋,若用目前的生产工艺,预应力钢筋的受力是不均匀的。如果要改善这种情况,只有投入大量的人力、费用进行生产设备改造,否则成型后的空心方桩容易出现裂缝等质量问题。当然,考虑到生产工艺的质量控制及建筑物的安全,工程设计人员可优先选用AB型的空心方桩。

5 力学性能计算

5.1 竖向抗压承载力

空心方桩目前在工程中主要用于低承台的竖向受压,其桩身的结构竖向抗压承载力设计值计算公式本次未做调整,但工作条件系数由旧版的工作条件系数0.75修改为0.6,随之计算后的承载力设计值也减小15%～20%,见表2。

式中:ψc为空心方桩成桩工艺条件系数,旧标取值:ψc=0.75,新标取值:ψc=0.6。

5.2 受拉承载力设计值

当个别工程采用空心方桩作为承压桩的同时需考虑受拉时,新修订后的图集苏G/T17-2012为了便于工程设计人员简单、便捷的选用抗拔性能,增加了桩身的受拉性能,相比苏G/T17-2008,钢筋用量增加,其受拉性能有较大的提高,见表3。

6 检验要求

空心方桩成品的外观质量要求有了很大的改变,特别是常见的合缝漏浆、粘皮、磕损等深度,由10 mm统一修改为5 mm,桩段长度L由旧版的+0.5%、-0.4%统一修改为+0.05%L、-0.05%L,端部倾斜由≤0.4%D修改为0.5%B,保护层厚度由旧版的+10,-5 mm修改为+5,0 mm,这基本上符合江苏省的管桩基础技术规程的外观质量要求。

7 结语

(1)修订后的空心方桩标准设计图集苏G/T17-2012比之前的苏G/T17-2008有较大的变化,新版标准图集取消了边长250 mm规格,边长300 mm的空心方桩仅适用于结构高度不大于24 m的丙类建筑物桩基础。

(2)新标在适用范围、长径比、构造要求、外观质量及检验要求与管桩差别不大。

(3)根据江苏省建设厅、省标准站对本图集的解释,此次编制的空心方桩图集是江苏省通用图集,不涉及任何专利,任何生产、施工、设计、建设企业均可按本图集进行生产和销售,同时也取消了个别企业的简介。

(4)由于钢筋混凝土保护层厚度和钢筋最小配筋率增加了,竖向承载力的工作条件系数由0.75调为0.6后,其竖向承载力特征值也随之下降,但其抗剪、抗拉性能也明显增强,生产的综合成本大幅增加,工程技术人员在选用空心方桩与管桩或其他桩种时,应从桩材、承台、底板等综合考虑整个桩基础成本。

参考文献

[1]DGJ32/TJ109,预应力混凝土管桩基础技术规程[S].

[2]苏G/T17-2008,先张法预应力离心混凝土空心方桩[S].

预应力混凝土空心方桩 篇9

厦门港某作业区码头, 工程拟建5000 吨级通用泊位1 个, 以及相应配套的陆域、土建、给排水、消防、供电、照明等设施。根据钻探资料, 基于码头工程所在位置的地质条件, 码头采用高桩梁板式结构, 桩基础拟采用PHC管桩和预应力空心砼方桩两种桩型进行比选。

2 桩基布置方案

( 1) 方案一: PHC管桩。码头平台基础采用打入 φ800PHC管桩 ( AB型) 结构。码头长153m, 宽22m, 共分3 个结构段, 。码头平台共23 榀排架, 排架间距7m, 单个排架共布7 根 φ800PHC管桩 ( AB型) , 其中有1 对叉桩、1 对半叉桩、4 根直桩。根据地质钻探, 桩端持力层为全风化岩花岗岩; ( 2) 方案二: 预应力空心砼方桩。桩基结构采用打入600 × 600mm预应力钢筋砼空心方桩, 排架间距为6m, 共27 榀排架。其余布置与方案一相同。以上两种桩基结构方案均能满足使用要求, 且各具优势: ①PHC管桩由专业厂家大批量自动化生产, 桩身质量稳定可靠; 桩身采用C80 以上的混凝土, 先张法预应力制作, 承载力高, 抗弯性能好; 制作周期短, 耐久性好; ②预应力空心砼方桩作为一种传统桩型, 在工程实践中已广泛采用, 积累了丰富的经验。

3 价值工程基本原理

价值工程 ( Value Engineering, VE) , 产生于20 世纪40 年代的美国, 是一种把功能与成本、技术与经济结合起来进行技术经济评价的方法。通过对产品或作业的功能分析, 力图以最低的成本, 实现产品的必要功能。价值工程的基本原理公式为V = F/C, 式中, V表示研究对象的价值; F表示研究对象的功能; C表示研究对象的成本。式中表明, 对象价值的大小取决于功能和成本, 在功能不变的情况下, 成本越低, 价值越大; 在成本不变的情况下, 功能越大, 价值越大。

4 价值工程分析

选择价值工程对象的方法有经验分析法、百分比分析法、ABC分析法、价值指数法、强制确定法等。本文根据价值工程对象的特点及自身条件采用强制确定法进行分析, 强制确定法的基本思路是项目中每一构件的功能和成本应当是匹配的。如果某一构件的成本很高, 而其功能在构件中所处的重要性又较低, 即成本与功能不匹配, 就可以通过求算构件的功能评价指数、成本指数、价值指数来判断其价值。以下就强制确定法中的01 评分法对两种桩基方案进行价值工程分析, 以功能目标成本为基础, 选出价值指数最大者, 作为优选方案。

4. 1 功能指数分析

将评价对象按功能重要性一对一进行对比评分, 重要的得1 分, 不重要的得0 分。然后将各对象得分汇总, 为避免有的对象功能得分为0, 用各加1 分的方法对总得分以予以修正。最后用修正得分除以总修正得分得到功能指数。功能指数定量地说明了每个对象的重要程度。功能指数F = 修正得分/总修正得分。

为便于功能分析, 将桩基础部分归列出如下几种功能: 单桩承载能力、施工工艺、耐锤击、施工周期、耐久性等, 功能指数分析详见表1、表2。

4. 2 成本指数分析

套用《沿海港口水工建筑工程定额》分别计算两种桩基方案的造价: ( 1) 方案一: PHC管桩。B型PHC管桩 ( Φ800mm) , 采用直接外购的方式, 从生产厂家水运至施工现场供打桩船施打, 桩基部分造价为660 万元;

( 2) 方案二: 预应力空心砼方桩。C50 预应力空心砼方桩 ( 60 ×60cm) , 由固定预制厂预制后水运至施工现场供打桩船施打, 桩基部分造价为630 万元。

( 3) 价值指数分析。价值指数V = 功能指数F/成本指数C。

由表4 可知, 方案一的价值指数大于方案二, 因此方案一作为优选方案。

综上分析, 就本工程而言若仅从工程造价节省投资方面考虑预应力空心砼方桩具有一定的优势, PHC管虽然造价比预应力空心砼方桩稍高, 但是从价值工程角度分析, 它具有施工速度快、工期周期短、耐久性等优点, 特别是“工期”的价值, 在当今竞争日益激烈的工程市场, “工期就是效益, 时间就是金钱”, 最大限度地缩短建设周期, 是每一位投资者的理想, 尤其对于需要贷款的投资者。因此推荐PHC方案性价比最高。

5 结论

在码头工程设计阶段, 当多个方案各有优点难以取舍时引入价值工程理论, 能够帮助设计人员获得最佳的分析效果。基于价值工程的方案比选, 综合考虑了价值、功能与成本三者的关系, 权衡兼顾了技术与经济, 为设计方案的确定提供了可靠的依据, 同时在保证质量的前提下为投资者节省资金, 提高了投资效益, 从而赢得业主的信任, 不仅有利于甲乙双方关系的和谐与协作, 同时提高设计单位的社会知名度, 增强市场竞争能力。

参考文献

[1]韩里安.港口水工建筑物[M].北京:人民交通出版社, 2008 (10) .

[2]水运工程造价工程师教材编写组.《水运工程造价基础》、《水运工程施工技术》、《水运工程造价计价与控制》、《水运工程造价实务》, 水运工程造价工程师参考教材, 2013 (6) .

[3]黄喜兵, 颜笑春.工程经济学[M].成都:西南交通大学出版社, 2011 (9) .