美国预应力混凝土桩的应用.pdf

第 3 9卷第 1 期 2 01 2年 1月 建筑技术开发 Bui l di ng Te c hn i qu e De v e l o p me n t Vo 1 3 9。 No 1 J a n 2 0 1 2 美 国预应 力 混凝 土桩 的应 用 朱航征编译 美 国实际使用预应力混凝土桩始于 1 9 5 0年 ， 比 英、 法等国家较 晚。但美 国的奈伊蒙德混凝 土公 司 于 1 9 4 9年即已采用后张法离心制造预应力圆柱桩。 该 公 司为 预应 力混凝 土桩 的开发 与施 工作 出 了很 大 贡献 。 圆柱桩 的生产场地设在野外 ， 在混凝土强度发 展后转移至现场 ， 设置预应力钢筋后进行张拉 ， 将生 产的单桩 ( 4 8 m圆柱体 ) 按所需的桩长配置并结合 为一体， 经灌浆即完成所需要 的预应力混 凝土 圆柱 桩 。以墨西哥湾的一项工程为例( 图 1 ) ， 采用 的 P C 圆柱桩的桩径为 9 1 4 m m， 厚 1 0 0 m m， 单桩长4 8 m， 共用了 6个单桩 ， 预应力筋张拉后形成 2 9 m长的整 体预应力混凝土圆柱桩 ， 采用打桩机的起 重机构 吊 装就位 ， 吊点设在两处。为预防桩头损坏 ， 采用 了厚 5 0 mm的松木垫块 ， 打桩锤为汽动， 锤重 6 t ， 落锤高 度 9 9 0 mm。 图 1 墨西哥湾石油开采平 台采用 的预应力混凝 土 ( P C ) 圆柱桩 ， 直径 9 1 4 m m， 施工长度 5 1 m。 奈伊蒙德公 司当时生产的规格有直径 6 1 0 m m、 7 6 0 mm、 9 1 5 mm、 1 0 6 1 n l m、 l 2 2 0 m m、 1 3 7 2 a i m； 壁 厚 1 0 0二1 5 0 m m。实际使用 最多 的为 6 9 1 5 mm和 1 3 7 2 m m， 此 外 则 很 少 见 。墨 西 哥 湾 有 关 石 油 设 施 的基础桩 ， 采用了 5 2 5 m 的最长桩 ， 仍采用打入 法( 锤击法 ) 施工 。 预应力混凝土( P C) 桩在美 国有两种生产方式 ， 即工厂生产和现场生产。这两种生产方式都有其发 展历史 。实践说 明， 预应力 混凝土桩有 一定 的适用 范围， 特别适合向周围有很长的海岸线 、 工业发展地 区、 海湾设施 ( 包 括军事设施 ) 以及 浜水地 区等 提 供 。由于工程特点和施工条件不 同， 在实施 中也相 应 积 累 了有 关经 验 。 1 超 大直 径 圆柱桩 的施 工 由沙特阿拉伯至巴林跨海建设 的高架桥 ( 见图 2 ) ， 全长 2 5 k m， 包括上部 桥架均为预制 ， 基础桩为 后 张 法 生 产 的 预 应 力 混 凝 土 圆 柱 桩 ， 桩 径 为 3 5 0 0 m m， 壁厚 3 5 0 m m， 单桩桩体长 6 m桩长 2 0 4 0 m， 数量在 5 0 0以上。考虑到防腐问题 ， 在海水飞 溅 区， 涂有环氧树脂。 图 2 k i n g F a h d高架 桥 施工时 ， 采用钻孔与 R C D法( 循环水排出土砂 钻 孔 法 ) ， 预 钻 孔 底 采 用 水 泥 浆 加 固 ， 贯 入 持 力 层 7 m， 垂直承载力经试验确认 为 2 0 0 MN( 现场测试 ， 测试时采用海水作荷载) 。该桥于 1 9 8 6年开通。 2 先 张 法生产 的 大直径 圆柱 桩 鉴于对大直径预应力桩采用后张法圆柱桩的认 识 ， 开发了先张法空心圆柱桩的生产， 并在野外进行 制作。制作时不是利用离心力 ， 而是从设备上方灌 注混凝土 ， 并进行振动压实进行长线法或型 、 制作。 图3和图4为佛罗尼达州的 T a m p a 郊外生产预 73 第 3 9卷第 1期 2 0 1 2年 1月 建筑技术开发 Bui l di n g Te c hn i qu e De v e l o p me nt Vo 1 3 9， No 1 J a n 2 01 2 量不稳 定 等 问题 。同时 ， 产 品结构 合 理 、 成孔垂 直 度高 、 加 工 方便 、 控 制 灵 活、 焊接性 能好 、 进 尺速 度快 、 排渣 及 时、 生产效率高 ， 符合绿 色环保施 工要 求 ， 具有无挤土 、 对 周 围环境及邻 近建 筑物 影 响小 、 能 穿 越各种 复杂 地层 和 形成 较 大 的单桩 承载 力 、 适应 各种 地 质条件和不 同规模 建筑物等优点。 通过在工程中运用和完善 ， 该工法 形成 了较 为完善 、 比较 成熟 的 理论 体 系。工艺在施工过程中逐步完善 ： 将普 通钢钻头改为合金钢钻头 ， 并增加 圆形 耐磨铁 ， 可增 强其耐 磨性能 ； 增加 耐磨 钢套简 ， 加大 加劲肋 和环形腰 带 ， 可增 加钻头的重量 ， 增 强其 冲击力。 高压翻转 内衬技术修复管网 目前 ， 我 国燃气 管 网维 修仍 主 要 采用对社会 、 交通 、 环境影 响较大 的明 挖方 式 。北 京 市 燃 气 集 团经 于 2 0 1 0 年引进德 国卡尔威 斯公 司的高压 翻转 内衬技术 。应用该技 术 的具 体操作 过 程为 ： 首先 在管 网局 部开 挖小 型工 作 坑 ， 在切 开 的管 道 内壁通过 专业 设 备 喷砂 清理 ， 然 后再 实施 翻转 内衬 技 术 修复 。通过该技术修 复 的管 网可延 长 3 0年的使用期 。 目前 ， 北京 市 区 上千 公 里 的高 压 管线 因运 行年 限过 长 ， 内部 腐蚀 情 况 十分严重 ， 急需 改 造。高 压 翻转 内衬 修 复技术 的 成功 引进 ， 意 味着 北京 以 后修复高 压燃 气管 网 不需再 “ 开膛 破 肚 ” 。这一技 术不 但将 填补 国内非 开 挖修 复 高压燃 气 管线 的空 白 ， 满足 北 京市燃气 高 压管 网现状 的修 复要 求 ， 而且 对其 他领 域基 础设 施 的建设 、 维 修和发展都具有 重大意 义。该技术 已 应用于运 行 了 2 0余 年 的北 京东 三 环 8 0 0多米高压燃气管线 改造项 目， 这也 是 国内燃气高压级燃气 管道 采用该技 术修复 的首例工程 。 建筑外墙外保温新技 术 河北省某企业研究 发 明的一项解 决外墙外保温系统 防火技术 获得 国家 专利授权 。该技术采 取全新 的外墙外 保温 防火 理念 和思 维方 式 ， 大量 简化 国家行业标 准 膨胀 聚 苯板 薄抹 灰外 墙外保温系统 ( J G 1 4 9 -2 0 0 3 ) 和 外 墙外保 温 工程 技 术规 程 ( J G J 1 4 4 2 0 0 4 ) 施 工工 序且 基 本不 改 变原 施工 粘板方法。在维持原施 工粘板 方法 的 施工过程 中自然形成 带有 隔热层的钢 筋混凝 土 构造柱 支撑 体 ， 通 过钢 筋混 凝土 构造 柱受力 构件 的支撑 ， 使 外墙 外保 温系统的外饰面层 与基层墙 体实 现刚 性连 接 ， 保温 系统 的保 温材 料不 再承受 外 力作用 ， 从 而 回避 其材 料 自 身弱项并 充分发挥其强项。 通过对新 发明外墙 外保温 系统 的 防火燃烧试验观察 ， 长达 2 h的连续火 焰攻击 ， 随着燃烧时间的延长和温度 的 升高， 系统中采用 的 1 0 e m厚 B 3级易 燃 E P S 板在高温作用下 逐渐收缩并脱 离外饰面层 ， 外饰面层与 E P S板之间形 成空气层 ， 冷 空气被 吸入后升温膨 胀 。 将遇热收缩的 E P S板推向基层墙体 ， 最 终完全收缩 至基层墙体 一侧。此 时坚 固的外饰面层不再受 E P S板 收缩变形 的影响 ， 外饰 面层与收缩 的 E P S 板之间 自然形成了约 1 0 c m 的防火空间屏障 ， 有效地保护了易燃保 温材料未被 引燃 和形成滴落 物。新技术 解决 了现 有外 墙外保温系统的多种致命性缺陷问题 。 A C F无机纤维棉板外保温 系统 北京建筑材料科学研 究总 院有 限 公司研制 的金隅 A C F无机纤维棉板外 墙外 保温 系统 ， 通 过对无 机纤 维棉 板 进行预处理 ， 合理 设计系统 构造 ， 调 整 施工 工艺 等方 法 ， 有效解 决 了应 用 中 的问题 。A C F无机纤维棉板 外墙外保 温系统主要 由 A C F无机纤 维棉 板 、 粘 结砂浆 、 锚栓 、 金 属 托架 、 轻 质找 平砂 浆 、 热镀锌钢丝 网、 抹面砂浆 和耐碱 网 布及饰面材料等组成 。经过 在工程实 例 中的运 用 ， A C F无 机纤 维棉板 外墙 外保 温系 统所 具有 的优点 包括 ： 保 温 性能好 、 防火性能优 异 、 抗 冲击性能优 越 、 对 主体结构变形适应能力强。 ( 上接 第 7 5页) 图 I 3都 市 中 心 街 区 桩 基 打 入 法 施 工 ( 夏威夷 1 9 8 9年 1 1月 ) 此外 ， 令人 注 目的是 ， 在 打人 法施 工 中， 在 桩 头设 置液压锤 ， 通过远距离操作 ， 以活塞运功带动锤体将桩 打人 ， 并确认其桩体施工中的形状。所用施工机械为 起重机起吊的导杆， 桩锤 即与其相互配合。说明桩基 的施工机械， 并非是专用的打桩机。可谓一机多用。 6结束 语 钢筋混凝土桩 的发展 已有百年， 预应力混凝土 桩的出现 已近 7 O年 ， 在 日本则不到 5 0年 。日本的 P c时代始于 1 9 6 2年 ， 自此 由最初的5 0 N， 继而发展 为 8 0 N的 P HC桩 ( 即高强预应力混凝土桩) ， 如今 有部分预应力混凝土 ( P C) 桩 已达 1 0 0 N程度。随 着高温高压养护 的引进 、 高性 能分散剂的应用 以及 相关技术的研究 ， 桩 的质量和承载特性大为提高和 发挥 。作为先张法高强离心力预应力混凝土桩， 如 今 已全 部 在 工 厂 生 产 。此 外 ， 还 开 发 了不 同工 法 。 为避 免施 工噪 声 ， 如 今 已开发 了低 噪声 埋人 工法 。 对欧美预应力混凝土桩的现状 ， 由于了解机会 和访问不多， 主要以前人 和桩基工程 协会所提供的 资料为依据 ， 所述 欧美预应力混凝 土 ( P C) 桩 的现 状 ， 不免有所局限， 实感不周。 7 7