离心成型预应力高强混凝土方桩与管桩的结构性能分析.pdf

2 0 1 2年第 5期 5月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA CONCRETE AND CEMENT PRODUCTS 2 0l 2 No 5 Ma v 离心成型预应力高强混凝土方桩与管桩的 结构性能分析 刘永超 ， 高文生 ， 郑 刚 。 ， 王 清 ， 于缘宝 ， 王 重 ， 陈芳宾 ， 古素清 。 ， 朱文伟 。 ， 章 耀 ( 1 天津建城基业集团有限公司 ， 3 0 0 3 0 1 ， 2 中国建筑科学研究院， 北京 1 0 0 0 1 3 ； 3 天津大学建筑工程 学院 ， 3 0 0 0 7 2 ， 4 苏州混凝土水泥制品研究院、 江苏省高耐久混凝土工程技术研究 中心 ， 2 1 5 0 0 4 ； 5 唐 山市龙禹水泥制品有限公司， 唐海 0 6 3 2 0 4 ； 6 上海兴南混凝土有限公司， 2 0 1 5 0 0 ； 7 建华管桩集团有 限公司， 中山 5 2 8 4 4 1 ； 8 三和建材集团有 限公司， 中山 5 2 8 4 0 0 ； 9 海通能源集团有限公 司， 富阳 3 1 1 4 0 0 ； 1 0 宁波浙东建材集团有限公司， 3 1 5 1 0 1 ) 摘 要 ： 分析研 究 了先张法离心成型预应力 高强混凝土方桩与管桩的结构性 能， 结果表 明， 二 者具有 同样的受力 特性 ， 在 竖向承载 力、 抗 弯、 抗剪、 抗拉及水平承 载力、 耐久性指标等方 面存在 一定 的差异 ， 设 计单位应根据各 工程的 具体情 况和地基基础条件选择适用的桩型。另外， 为了确保预应 力高强混凝土桩的安全使用和建筑物的耐久性能 ， 业界有 必要对这 两种桩型开展进一步深入的研 究工作 。 关键词 ： 先张法 ； 预应力 高强混凝土 ； 承载特性 ； 离心方桩 ； 管桩 Ab s t r a c t ：T l e p e r f o r ma n c e a n d s t r u c t u r e o f p r e s t r e s s e d h i g h s t r e n g t h c o n c r e t e s q u a r e p i l e s a n d p i p e p i l e s b o t h p r e p a r e d b y t h e p r o c e s s o f p r e t e n s i o n i n g me t h o d c e n t ri f u g a l mo u l d i n g a r e a n a l y z e d T h e a n a l y s i s r e s u l t s i n d i c a t e t h a t t h e t wo k i n d s o f p i l e s h a v e t h e s a me me c h a n i c a l c h a r a c t e r i s t i c s ， b u t e x i s t s o me d i f f e r e n c e s i n s o me a s p e c t s s u c h a s t h e a n t i b e n d i n g ， a n t i - s h e a ri n g ，a n t i - t e n s i l e ， v e r t i c a l l o a d b e a r i n g c a p a c i t y ， h o ri z o n t a l l o a d b e a ri n g c a p a c i t y ， d u r a b i l i t y i n d e x e s a n d S O o n T h e r e f o r e ，d e s i g n d e p a rt me n t s s h o u l d c h o o s e ri g h t t y p e p i l e s a c c o r d i n g t o t h e e n g i n e e ri n g s i t u a t i o n s a n d f o u n d a t i o n c o n d i t i o n s I n a d d i t i o n ，i n o r d e r t o e n s u r e t h e s a f e t y o f p r e s t r e s s e d h i g h s t r e n gth c o n c r e t e p i l e s a n d t h e d u r a b i l i t y o f b u i l d i n g s ， i t s n e c e s s a r y t o d o f u r t h e r r e s e a r c h e s f o r p r e s t r e s s e d h i g h s t r e n gth e o n c r e t e s q u a r e p i l e s a n d p i p e p i l e s Ke y wo r d s ： P r e t e n s i o n i n g me t h o d ； P r e s t r e s s e d h i g h s t r e n g t h e o n e r e t e ； L o a d - b e a tin g c h a r a c t e ris t i c s ； C e n t rif u g a l h o l l o w s q u a r e p i l e s ； p i p e p i l e s 中图分类号 ： T U 4 7 3 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 O O 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 2 ) O 5 2 8 - 0 6 0前 言 先张法离心成型预应力混凝土空心桩 ( 以下简 称预应力空心桩 ) 主要包括预应力混凝土管桩 ( 以 下简称管桩 ) 和预应力混凝土空心方桩 ( 以下简称 离心方桩) 。管桩具有高强、 质量保障率高等优点 ， 已被广泛应用到建筑工程各领域 ， 逐渐成为国内外 应用量最大的桩型【 ； 离心方桩生产使用 的材料 、 生 产工艺 、 养 护工艺 与管桩基本相 同， 仅模具有 区别 ( 采用圆跑轮方形模具) ， 制造 出的桩为外方内圆中 空心结构 ，近年来在一些工程项 目中也开始应用。 管桩在我 国桩基工程总量中占有较大的份额 ， 发展 迅猛 ，国内现有生产企业 5 0 0多家，年产量超过 3 亿 m， 产值超 4 0 0亿元人民币( 下同) ， 形成产业链产 值达 7 0 0亿元 。管桩有产品国家标准 G B 1 3 4 7 6 ( 先 一 28一 张法预应 力混凝土管桩 ( 以下简称管桩 国标 ) ， 自 1 9 9 2年制定以来已经两次修订 ， 日趋完善 ， 最新版 本为 G B 1 3 4 7 6 -2 0 0 9 。 管桩也有 国家建筑标准设计 图集 预应力混凝土管桩 ( 以下简称管桩 国标 图 集) ， 此 图集也历经二次修订 ， 最新版本为 1 0 G 4 0 9 。 离心方桩产 品标准有行业标准 J G 1 9 7 -2 0 0 6 ( 预应 力混凝土空心方桩 、 J C T 2 0 2 9 -2 0 1 0 ( 预应力离心 混凝土空心方桩 ，图集有 国家建筑标准设计 图集 0 8 S G 3 6 0 预应力混凝土空心方桩 ( 以下简称方桩 国标图集 ) 。国内已有 2 0多个地区和行业编制了管 桩的规程 和地方图集 ， 其 中上海 、 江苏 、 天津 、 浙江 等地也编制了离心方桩的地方图集。本文就管桩和 离心方桩的国标 图集和地方 ( 以天津 为例) 图集 中 桩的结构性能进行 了分析和研究 ， 提 出规程和图集 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 刘永超 ， 高文生 ， 郑刚 ， 等离心成型预应力高强混凝土方桩与管桩的结构性能分析 中存在 的一些问题 ， 以期为设计部门选择桩型提供 参考 。 1 离心方桩与管桩的异同 1 I 离心方桩与管桩的相同点 离心方桩与管桩同属预应力空心桩 ， 按强度等 级都分为 C 6 0混凝土桩和 C 8 0高强混凝土桩( 因高 强混凝土桩是最常用的 ，占实际使用 中的 9 5 以 上， 故作为我们研究分析的对象) 。离心方桩与管桩 的制作工艺基本一样 ， 都采用预应力混凝土用钢棒 制作骨架 ， 经预张拉 、 离心成型 、 普通蒸养后拆模 、 再进行蒸压养护等工艺过程。二者均有预应力高强 混凝 土结构 特性 。 1 2 离心方桩与管桩的差异 1 2 1 截 面形状 不 同 管桩外形为 圆形 ， 其截面是环形 ， 均匀性不受 钢筋根数的限制 ， 圆形截面本身为轴对称 ， 各方 向 受力均匀 ， 这是圆形截面的优势圆； 而离心方桩外形 是正方形 ， 其截面是外方 内圆中空形 ， 对称轴包括 垂直外边的主对称轴和以对角线为对称轴 ， 受力有 方 向性 ， 预应力钢筋骨架须采用方形 、 均匀 、 对称布 置 ， 离心方桩的主筋配筋均匀性对钢筋 的数量有要 求 ， 不便于实际配筋设计。 1 2 2 结构 的均匀 性不一 致 离心方桩与管桩均采用离心工艺成 型 ， 离心成 型高速时 的离心力为重力的 3 5 4 0倍 ， 离心成型工 艺 比较适合圆形截面制品的成型。在离心成型过程 中 ， 混凝 土混合物 中因各种颗粒质量不 同， 致使其 沉降速率也不同， 成型的混凝 土混合料必然会产生 分层现象 ， 从 内到外分别 为水泥浆层 、 砂浆层 和混 凝土层 ， 各层 的材性 ( 如强度 、 密实度 、 弹性模量等) 存在一定的区别。根据不 同的离心程序和混凝土配 合 比 ， 其厚度也有差异 ， 这种分层结构 比均质混凝 土强度要低 ， 文献 1 中测算的管桩离心混凝土的总 强度 比混凝土层强度低 6 ， 而文献 2 中测算离心 方桩离心混凝土的总强度 比混凝土层强度低 8 。 实际生产 中由于方桩混凝土厚度不等 、 四个角的混 凝土密实度和强度 、 抗渗性与圆形截面的管桩存在 较大差 异 。由于成 型工艺 导致 的混 凝土 内在 质量差 异将有可能直接影响桩产品的施工耐 打性 和耐久 性。 1 2 3 质量控制难易程度存在差异 管桩 自上世纪 6 0年代在 日本开始推广应用以 来已有 5 0多年 ， 我国大量推广应用管桩也有 2 0多 年 ， 生产制造过程中钢筋骨架的主筋在圆周上均匀 分布， 用滚焊机成型 ， 焊接质量容易保证 ； 而方桩的 钢筋骨架焊接成型相对 困难 ，焊接质量较难保证 。 管桩两端的端头板是圆形 的，裙板也是压 圆的 ， 易 加工 ； 方 桩的方形端板制作相对困难 ， 质量较难控 制 ， 裙板易产生凹陷、 漏浆。 2影响桩 承载 性能 和经 济性 能的技 术指标 2 1 预应力空心桩的承载性 能指标 桩身的强度指标包括 ： 桩身横 截面面积 、 混凝 土强度 钢筋强度 、 配筋率 、 混凝土有效预压应力 、 桩身抗压承载力 、 抗剪承载力、 抗拉承载力等。 地基土对桩的支承力指标包括 ：桩端面积 、 地 基土对桩 的端 阻力 、 桩侧面积 、 地基土对桩的侧 阻 力 、 桩 的水平变形系数 、 桩侧土水平抗力系数的比 例系数等。 预应力空心桩的桩身混凝土强度较高 ， 起控制 作用一般是地基土对 桩的支承力 ， 文献 3 表 明， 软 土地区超过 7 0 桩使用的承载力不足桩身抗压强 度的 5 0 。工程设计中常根据地基土对桩的支承力 作为布桩 指标 ， 确定桩数和平面布置后 ， 再进行桩 身结构设计或选用图集中的相应桩型。预应力空心 桩承载竖向压力时具有高强特性 ， 但在承受水平荷 载时需综合考虑其结构性能 ， 不能单以某个指标判 断其承载性能的优劣。 2 - 2 预应力空心桩的几何参数指标 圆形和方形是建筑桩基 中最常用的两种形状 ， 如均为实心 ， 则方形相对 圆形来说 ： 相 同截面积情 况下外轮廓边长 比圆形的长 ，且其惯性矩较大 ， 有 利于桩侧摩阻力的发挥且节省材料 。但如果采用中 空结构 ， 则该结论是可变 的。管桩的形状是外圆内 圆， 而方桩 的形状是外方 内圆， 影响二 者力学性能 和经济指标的参数除前述的强度指标外 ， 还包括主 要的几何参数 ( 外轮廓尺寸和内圆尺寸 ) 。外轮廓尺 寸 的变化及中空圆的尺寸变化 ， 其周 长和面积的关 系是不完全一致的 ， 所 以， 概念性地强调某一种桩 型优于其它桩型的说法是不严谨的。 文献 2 在论述该问题时 ， 将中心圆的直径与外 轮廓尺寸 ( 边长或直径 ) 的比值定义为空腔系数 ， 采 用空腔系数相同时评价两种形状的几何关系。经过 计算 比较 ， 在 同样空腔 系数 的情况下 ， 同边长的空 心方桩 比管桩的截面积减少 了 1 2 - 1 8 ， 按这种假 设条件得出的结论是正确的。该结论被有关离心方 桩的文献广泛引用 ， 但 时常被误读 ， 忽略 了关键 的 常识 ， 在实际工程 中该假设条件是有局 限的， 对 中 空圆形和中空方形假定 同样 的空腔系数 ， 在周长相 等的情况下 ， 圆形的截面积大于方形 ， 但值得注意 的是圆形壁厚是方形壁厚的 1 2 7倍。举例 ： 方形外 一 2 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 2年第 5期 混凝土与水泥制 品 总第 1 9 3 期 边 长 为 4 0 0 ra m，假定 空腔 系数 为 0 6 ，则 壁厚 为 8 0 m m， 而同样边长圆形的直径为 5 0 9 5 5 m m， 空腔系 数 为 0 6时 ， 其壁厚为 1 0 1 9 1 ra m。其结果表明， 方形 的面积比圆形的小 1 2 左右 ， 其工程意义被认为是 在提供同样承载力的情况下可节省 1 2 的材料 ， 但 因圆形壁厚大 、 直径大 ， 其惯性矩 比方形惯 性矩大 4 6 ， 如配筋率相 同， 抗剪 、 抗弯和抗拉等指标均高 ， 其力学性能指标存在很大的差异。反之 ， 如将圆形 壁厚改为小于方形后 ， 其经济技术指标将发生反向 变化。因此 ， 凭某个指标简单对 比无实际意义 ， 应在 桩构造符合 同等规范条件下 综合评价其承 载性能 和技术经济指标。 预应力空心桩的优势是其抗压强度高 ， 除桩身 强度合格外 ， 尚应满足钢筋保护层和最小壁厚的要 求 ， 而壁厚大小直接影 响构件 的抗剪强度 、 截 面积 和经济指标 。部分资料夸大了离心方桩的小截面积 下周长大的优势。文献 2 是在一定条件下的重要技 术理论体系 ， 该文却被断章取义地 曲解为同样周长 下离心方桩所用混凝土少 ， 且同体积混凝土下离心 方桩的技术指标优于管桩。事实上 ， 对空心桩来说 ， 其优势对比是可变的。图 1为同壁厚管桩与方桩截 面面积关 系图， 从 图 1可知 ， 在壁厚相 同或相近的 情况下其大小关系是不 同的 ， 同周长时管桩和离心 方桩 的截面积大小关系亦不同 ； 反之 ， 同样截 面积 下 因其 中空尺寸 的不 同，周长大小的关 系也不确 定 ， 其它几何参数的变化也不 同 ， 桩身的结 构承载 能力将有不同的对 比关系 ， 如配筋或强度不同即使 周 长 mm 图 1 同壁厚管桩 与方桩截面面积关系图 同样的几何关系其结构性能的关系也是不确定的。 各种桩型均有其优缺点以及适用范围， 单纯形 状的变化是不能改变混凝土结构承载理论 和受力 特性的 ，正确评价其经济技术优势需进行 综合分 析。离心方桩和管桩属混凝土构件 ， 除需遵循产品 标准和图集外 ， 尚应遵循地基基础、 桩基础 、 混凝土 强度评定和耐久性要求等国家规范 ， 单纯强调方桩 一 3 0一 能提供较高摩阻力的说法是片面的。通过查阅部分 资料 ， 笔者发现工程界对该问题关注度较 高 ， 在进 行经济技术 比较时确实存在很多误 区， 部分对 比资 料竟然得 出边长为 3 5 0 m m离心方桩技术和经济指 标优于直径为 5 0 0 m m管桩的结论 ， 这种现象如在规 程 图集 中出现则是值得工程界警惕 的， 一旦误导则 有可能会导致设计人员选错桩型 ，造成工程事故 ， 对建筑物安全质量造成巨大的隐患 ， 将影响行业 的 生存和发展。为更深入说 明该问题 ， 以下针对国家 和地区现行 的图集进行多种 比较 ， 全 面 、 客观地分 析离心方桩与管桩的结构性能， 找出存在的问题。 3软土地 区预应 力 空心桩 竖 向承载性 能分 析 3 1 工程中的对 比分析 单桩竖 向抗压承载力所选用的地质资料为某 项 目的勘察报告 ， 桩顶高程在地表下 1 5 m， 有效桩 长均为 2 0 m， 计算对 比结果见图 2 。结果表 明， 较小 边长 的离心方桩可以提供相 当于管桩较大直径 的 承载力 ， 这也正是离心方桩的优势。如采用 方形边 长 和圆形直径相等时 ，则离心方桩 的混凝土用量 大 ， 故将图 2中的承载力相近桩型作为后文对 比的 子样 ， 其工程意义为同样承载力下桩 的各项技术指 标对 比， 基本能正确评价竖向抗压承载与其他承载 指 标 的差 异 。 Z ： 7 76 5 78 5 3。 6 7 5 P HS方桩 。 一 一 IIPHC管 桩 。一 一 一 = 一 一 = 一 一 = 莩 量 晷 蚕 牝地 牝拙 桩 型 图 2同样 地层 下竖 向单 桩 抗 压 承 载 力 特 征 值 Ra对 比图 3 2 经济优势分析 按两桩 型的国标图集 中桩型参数 ， 上述子样 的 对应桩身截面积对 比关系见图 3 ， 结果表明， 离心方 桩所用 的材料 比管桩的少 ， 同样地质条件下 ， 选用 图集 中的桩型 ，因其壁厚较薄所用混凝土较少 ， 经 济指标优于管桩。因同样承载力下方桩的边长小于 管桩 的直径 ， 布桩间距有所不 同， 基 础承台的混凝 土用量宜少 ， 综合评价现行图集 的离心方桩有经济 优势 ， 因其壁厚不同 ， 暂不论防腐规范和最小壁厚 的 因素 。 4离心方桩与管桩的结构性能研究 从桩身的强度分析 ， 截面面积大的其桩身抗压 承载力设计值大， 一般土质地基 中两种桩 的桩身强 度均高于地基土对桩 的支承力 ， 故本文主要讨论离 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 刘永超 ， 高文生 ， 郑刚 ， 等离心成型预应力高强混凝土方桩与管桩的结构性能分析 桩 型 图 3图集 中对 比子样 的混凝土用量 心方桩与管桩 的水平荷载下和偏心荷载下的受力 特性 ， 为后期规程和 图集的修编积累资料。 4 1 相近桩型的相同结构性能指标分析 将前述竖 向抗压承载力相近的离心方桩和相 应管桩作为对 比子样 ， 依据两种桩型的国标 图集及 代表性 的地方 图集 ， 对抗弯承载力 、 抗剪承载力 、 抗 震下 的抗 剪承 载力 以及水 平承 载力进 行对 比分 析 。 4 1 1 抗弯性能分析 通过抗弯 、 抗剪分析及试验验证 ， 发现预应力 空心桩在水平 力作用下是受弯破坏3 ， 故其抗弯承 载性能是决定破坏形态的主要参数。 因管桩 国标 的有效执行 ， 各地的管桩地方 图集 与管桩 国标 图集差异不大 ， 本文管桩地方图集选用 “ 津 1 0 G 3 0 6 ” 。 各地离心方桩 的地方图集与方桩国标 图集有差别 ， 且各地方 图集中的主要力学性 能指标 差异较大 ， 本文方桩地方图集选用“ 津 0 9 G 3 0 5 ” 。离 心方桩和管桩 的正截面抗弯弯矩设计值 采用相应 图集 中的计算方法和数据 ， 离心方桩和管桩 的国标 图集相应子样对比结果如图 4所示 ， 两种桩型 的地 方图集对 比结果见图 5 。 对比结果表明， 离心方桩抗 弯承载力普遍低于对比子样管桩的抗弯承载能力 ， 地方图集的差距相比国标相对较大。 4 1 2 抗剪性能分析 桩身结构抗剪承载力设计值采用相 应图集 中 的计算方法和数据 ， 两种桩型的国标 图集对 比结果 见图 6， ( 地方图集的普遍低于国标 ， 本部分重在评 价其大小关 系， 因篇幅所 限 ， 故略去地方图集对 比 图) ， 竖向承载力相近的子样对 比结果表明 ： 离心方 Z 铺 幅 静 I ： I 。 1 9 7 2 广 _ 日 HS方桩 1 5 9 = 一 I I P HC管桩 一 = 一 lji 132 I = 一 = 一 二 一 = 一 桩型 图 4国标 图集的抗弯性能对比图 30 0 Z 2 5 0 2 0 0 扑1 0 0 5 O 0 2 2 31 2 0 6 2 05 2 06广 _ l 一 1 日HK F Z方桩 一 ： 酱 lji IjI131 lI I = 二 PHC管 桩 一 一 = 一 = = 一 一 = = 一 一 一 副 剐 副 秘 剐 剥翻 副 桩 型 图 5 地方图集的抗弯性能对比图 桩的抗剪承载力设计值低于承载力相近的管桩。 4 1 3 地震作用下抗剪性能分析 无抗震状态下桩身的抗剪 承载力依据文献 4 的方法进行计算 ， 两种桩型的国标图集对比结果见 图 7 。 结果表明 ， 离心方桩在地震作用下桩身抗剪承 载力均低于承载力相近的管桩。 Z 3 o 0 2 5 0 憾 1 5 0 萎-伽 5 0 5 ， I 0 23 3 一 一 2 34 1 37 2 0l 21 2 22 2 = 亡 匕 = 日P HS方桩 = = = = ! = BP HC管桩 = = = = = = 一 一 一 I2I l 一 = = = 一 = = = 一 = = = 一 = 一 图 6国标 4 00 Z 3 5 0 3 0 0 藿 1 5 0 1 00 5 0 O 副 到 荤兽 量 兰 量 謇 承载力设计值对 比图 ； ， I 2 1 O 日 P HS方桩 2 6 5 匡 = PHC管 桩 l8。 191 175 ll 121 1 = = = = l = = = = 一 = 二 = 桩 型 图 7 国标 图集地震作用下桩身抗剪承载力设 计值对 比图 4 1 4 抗拉性能的特点及分析 两种桩型的国标 图集桩 身抗拉承载力设计值 对 比结果如图 8 。 从 图中可知 ， 离心方桩的数值大部 分低于承载力相近的管桩。 4 2 竖 向承载力 相同情况下离心方桩和管桩的结 构性能指标量化分析 因同一对 比子样桩的竖 向承载力有所差异 ， 而 建筑物布桩时 主要先 以桩的竖向承载力作 为主要 指标算 出桩的数量 ，再进行桩的其他指标验算 ， 为 更详细评价预应力空心桩的结构性能 ， 故将 同一子 样 的离心方桩 和管桩 的各项指标分别 除以其桩 的 一 31一 副 一0 【 I一08 E 嚣 ；营 ) 帅 n 相身 善 【 ) 集 一 一 到 曲 一 交 【 ) 0 臻 副 一 0 导 剥 一 宝 H 一 宾 m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 2年第 5期 混凝土与水泥制品 总第 1 9 3期 Z 瞄 桩型 图 8 国标图集 桩身抗拉 承载力设计值对 比图 竖 向承载力 ， 然后再将二者进行 比较 ， 在对 比时假 定管桩 的指标为 1 0 ， 将抗弯 、 抗剪 、 抗震下抗剪 、 抗 拉和抗水平对 比值 的平均值定义为综合性能系数 ， 将离心方桩与其对 比子样 的性能指标 比值 列图表 进行 分析 。 国标 图集代表性子样的对 比结果见 图 9 ，地方 图集对 比结果见图 1 0 。对比结果表明， 在同样竖向 承载力下 ， 国标图集综合性能系数为 0 6 8 2 ， 即离心 方桩 比管桩低 3 1 8 ； 在 同样竖向承载力下 ， 地方图 集综合性能系数为 0 6 9 ， 即 比管桩低 3 1 。尤其决 定 主要破坏形态 的抗弯指标 ，国标 图集 比管桩低 3 6 ，地方 图集 比管桩低 3 3 ；而抗震下的抗剪指 标 ， 国标图集 比管桩低 5 2 ， 地方标图集 比管桩低 5 0 。 此外 ， 除国标图集 中 P HS 3 5 0子样外 ， 在 国标 图集和地方图集 中， 其它子样的对 比关系与代表性 子样的结果基本一致 ， 离心方桩子样的综合性能指 标 比管桩普遍低 l 9 4 3 4 2 。管桩 的应用时间长 且工程经验较多 ， 工程界在普遍关注管桩承载性能 的环境下 ， 离心方桩 国标 图集中的多数桩型和离心 方桩地方图集大 比例降低关键指标是不恰当的。 l 2 l。 0 8 。4 。2 0 088 。48 日 P H S A 4 0 0 ( 2 5 0 、 匡 98 。6 4 = - P H C A 5 0 0 ( 1 0 0 、 一 = 一 二 = 一 = = = = = 抗 剪 抗 拉 承 载 力 承 载 力 ， Ra Ra 性能 一 3 2一 性能 图 1 0 地方图集 代表性子样 的汇总 图 4 3 同边长离心方桩 国标图集与地方图集对比 笔 者将离心方桩 的各地方图集与先于地方 图 集编制 的离心方桩国标图集进行汇总分析 ， 从另一 个方面评价其性能， 将 同样边长的方桩地方图集的 参 数 与 国标 图集 相 比较 ， 3 5 0 A 型桩 的对 比见 图 1 1 ， 3 5 0 A B型桩的对比见图 1 2 。该代表性对比子样 综合评价指标中， 3 5 0 A型桩的方桩国标图集 比地方 图集高 3 6 ， 3 5 0 A B型桩的方桩国标图集 比地方图 集高 2 6 ， 地方图集 的编制滞后于 国标 图集 ， 有 差 异是不恰当的 ， 其壁厚与配筋率的变化是导致该现 象的主因。其他子样 的对 比关系与代表性子样稍有 差异 ， 规律性不强 ， 但方桩地方图集部分桩 型的指 标低 于方桩 国标图集且远低 于相应 的管桩 图集欠 妥 ， 如不修正主要技术指标 ， 这些方桩地方 图集在 软土地区或高抗震设 防地区应用 ， 其结果是令人担 忧 的 L8 1 6 1 4 l_2 。 丑0 0 6 0 4 0 2 0 性能 图 1 1 离心方桩 国标 图集与地方图集 3 5 0 A型桩对 比图 l 2 。2 3( - l 4 l 3 6 E 三 兰 三 兰 = 三 = = l l 三 兰 三 = _ ： = = 目 P H S方桩 = = = = = = = 二 = = = = = HK F Z方桩 = = = = = = = = = = = = = = = = = 二 = = = = = = 单桩 抗 弯 抗 剪 抗 拉 抗震 抗 水 配筋 率 承载力 承载力承载力 承载力承载力 平力 特 征 值 R a， R a， R a R a ， H a 性能 图 1 2离心方桩 国标 图集与地方图集 3 5 0 A B型桩对 比图 5 对 比结果 的原 因分 析及技 术要 点 从以上分析 中可以看出 ： 同样竖 向承载力 的情 况下 ， 现行离心方桩 图集 中的抗 弯 、 抗拉 、 抗水 平 力 、抗剪和抗震状态下抗剪等力学指标均偏低较 多 ， 主要原因及建议调整措施分为以下三个方面。 ( 1 ) 离心方桩的预应力钢筋配筋率低 离 心方桩 抗 弯 、抗 拉 的指 标偏 低 主要 原 因是 ： 其国标图集桩型主筋配筋率低 于管桩 国标 图集 的 相应配筋率 ； 更应注意的是地方 图集离心方桩配筋 率远低 于管桩 的地方 图集且部 分桩 型低 于国标 方 桩 图集 ， 图 1 3为 国标图集 配筋率对 比图 ， 图 1 4为 地方图集配筋率对 比图。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 刘永超 ， 高文生， 郑 刚 ， 等 离心成型预应力高强混凝土方桩与管桩的结构性能分析 斛 潞 培 褂 埕 氍 桩 型 图 1 3 国标 图集配筋率对 比图 桩 型 图 1 4 地方 图集配筋率对 比图 有 效预压应力和配筋率两个关键指标反应主 筋配筋情况。预应力空心桩混凝土的有效预压应 力是区分承载级别和影响其受力特性的关键指标 ， 管桩 国标 中对有效预压应力进行 了规定嘲， 指 出其 值不应超过计算值的 5 ，而离心方桩普遍低于管 桩标准 ， 尽管设计人员可根据受力特性选用图集 中 相应的桩型 ， 但离心方桩产品规程和各地拟编制的 有关离心方桩的技术规程对关键技术指标应明确 ， 且部分设计人员存在 以图集代替规程的误 区， 标准 不统一易造成概念混淆 ， 为建筑物的工程质量 留下 隐患 ； 新版混凝土规范对配筋率有明确的规定且 为强制条款 ，全行业应面对该条研究应对措施 ， 减 小行业的系统性风险。因离心方桩在混凝土离心成 型时有不均匀现象 ， 在 四边方 向上的预应力钢筋配 筋应满足方形 、 对称 、 均匀布置等要求 ， 避免加大受 力性 能 的不均 匀性 。 ( 2 ) 离心方桩箍筋的配箍率低 离 心方 桩 的抗 水平 力 、 抗 剪 和抗 震 状 态下 抗 剪 承载力偏低 的主要原因是 ： 离心方桩 的箍筋配筋率 低于管桩。两个关键指标反应箍筋配筋情况 ： 加 密段长度 ： 管桩为 2 m， 方桩为 1 5 m； 加密段和普 通段间距 ： 管桩加密段箍筋间距为 4 5 ram， 离心方桩 为 5 0 ra m，管桩普通段间距 为 8 0 mm，离心方桩为 1 0 0 ram。 ( 3 ) 离心方桩的壁厚低于管桩 离心方桩的抗水平力 、 抗剪和抗震状态下抗剪 承载力偏低的另一主要原因是 ： 离心方桩 的壁厚普 遍低于管桩 ， 且保护层偏低 。管桩常用桩型直径大 于 4 0 0 mm的最小壁厚为 9 5 ra m， 预应力钢筋 的保护 层大于 4 0 m m， 箍筋 的保护层大于 3 5 m m， 其保护层 满足 国家规范。而现行规程和图集 中离心方桩的常 用桩型的最小壁厚小于管桩 ， 致使多数桩型 的预应 力钢筋的保护层小于 3 5 m m，箍筋的保护层多数小 于 3 0 ra m。需在行业或地区规程中以及 图集修编中 尽快 明确并统一其最小壁厚和保护层 的基本要求 ， 以满足混凝土耐久性及 防腐蚀标准 ， 并可提高其抗 剪和抗震承载能力。 6结 语及建 议 ( 1 ) 离心方桩与管桩同属先张法预应力高强混 凝土空心桩 ， 制造工艺相同 ， 外观形状上有差异 ， 其 力学性能取决于截面面积 、 截面形状 、 混凝土强度 、 混凝土有效预压应力 、 配筋率和配箍率等。 ( 2 ) 离心方桩与管桩各有其优缺点 以及适用范 围， 制造工艺与产品结构必 须匹配才能实现质量优 化和稳定控制 ， 也只有保证质量的产品才有高的性 价比， 正确评价其经济技术优势应综合客观分析 。 ( 3 ) 现行 图集 中的桩型对 比表 明， 在外周 长基 本相同 、 只考虑桩身摩阻力的情况下 ， 离心方桩在 竖向抗压承载力方面有经济优势 ； 但在水平荷载和 偏心荷 载作用下 ， 离 心方桩 的抗弯 、 抗 剪 、 抗拉 、 抗 震下的抗剪 和水平承载力等综合 性能指标低 于管 桩。因此 ， 在桩型选择时需综合确定 ， 避免技术人员 在应用时将 图集等同技术规程的误区。 ( 4 ) 建议尽快编制行业 技术 规程 ， 修 编相应 规 范和图集 ， 将影响建筑物安全和质量 的关键指标进 行规范 ， 以满足 国家相关规范 ， 并确保建筑物的安 全和质量。另外 ， 有必要组织业内专家对这两种桩 型开展深入 的研究工作。 参考文献 ： 1 】 阮起楠 预应力混凝 土管桩【 M 北京： 中国建材工业 出版 社 ， 2 0 0 0 2 王广宇 预应 力混凝土空心方 桩成套技术研究 【 D 中国 建筑科学研 究院， 2 0 0 7 3 刘永超 预应力混凝 土管桩结 构性 能研究 及新桩 型开发 D 天津大学， 2 0 0 9 4 刘永超， 郑 刚， 康谷 贻， 等 预应力混凝 土管桩斜截面抗剪承 载力试 验研究 J 1 建筑结构， 2 0 1 1 ， 4 1 ( 5 ) ： 9 3 9 7 【 5 】中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局， 中国国家标 准化管理委员会 G B 1 3 4 7 6 -2 0 0 9先张法预应力混凝土管桩 S 1 北京： 中国标准 出版社， 2 0 0 9 收稿 日期 ： 2 0 1 2 0 3 2 0 作者简介 ： 刘永超 ， ( 1 9 7 0 一 ) ， 总工程 师。 E- ma i l ： c h a o 9 6 5 2 1 v i p s i n a c o m 一 3 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m