先张法预应力混凝土薄壁管桩的生产及应用开发.doc

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先张法预应力混凝土薄壁管桩的生产及应用开发蒋元海 (国家建材局苏州混凝土水泥制品研究院苏州215004) 〔摘要1 文章叙述了我国先张法预应力混凝土薄壁管桩的生产及应用发展概况，详细介绍了近年来在该领域的技术创新重点，提出了生产、设计、施工中应引起重视的几个问题。 [关键词I 薄壁管桩钢棒高强混凝土磨细矿渣粉顶压施工〔中图分类号ITU473.13 [文献标识码1B [文章编号」1005一6270(2001)04一《)041一03 Application and Dev ent of Pretensioning Prestressed Concrete Thin Wall Steel Tube Pile JIA N G 1 概述我国沿海城市的工业与民用建筑很多采用普通钢筋混凝土方桩和厚壁管桩，采用这样的基础工程的费用一般要占整个建筑工程的 30%，甚至更高。由于这类地区均属软土地基，使用方桩或厚壁管桩其桩身承载力有较大的富余，有必要对其进行改进，使其轻型化，降低管桩的生产成本和建筑造价。九十年代初，宁波浙东水泥制品有限公司在有关科研院所的合作下，针对我国沿海地区淤泥软弱地质的地基特点，通过对厚壁管桩的改造，开发了先张法预应力混凝土薄壁管桩(简称薄壁管桩，代号PTO。第一代薄壁管桩有以下主要特征:a.预应力钢筋采用高强钢丝，高强钢丝直径为05mm，管桩钢筋骨架采用手工绑扎;b.管桩的壁厚为45一60mm;c. 混凝土强度约为Coo左右;d.管桩焊接接头的形式采用钢板圈连接。这种新型管桩经过多年的推广，逐渐在市场中得到肯定，但由于制作、质量、施工等存在一些不足，其推广应用速度很慢。 2 薄壁管桩的技术创新九十年代中期，国家建材局苏州混凝土水泥制品研究院、宁波建筑安装集团总公司构件公司的工程技术人员，将预应力高强混凝土管桩(简称高强管桩，代号PHC)生产技术引人薄壁管桩生产中，使薄壁管桩生产技术和产品质量得到一个新的飞跃，具体在以下几个方面得到技术创新: Yuanghai 2. 1 开发使用预应力混凝土用钢棒随着预应力高强混凝土管桩生产技术的不断发展，管桩生产中预应力主筋由原来的高强钢丝、W级钢筋、热处理钢筋等发展到采用预应力混凝土用钢棒。预应力混凝土用钢棒是从日本引进的一种新型特种钢材，主要用于管桩生产，该产品也称之为高强度低松弛阴螺纹钢棒或 ULBON钢棒，它具有强度高、松驰率低、可焊、可热徽等优良性能。该钢材设计的表面阴螺纹对混凝土的粘结力很强，制成管桩后，可有效提高管桩的踵击施工性能。我国冶金部门根据管桩行业发展，在吸收日本先进技术的基础上，开发了此产品，1997 年制订了此产品的冶金行业标准— 《预应力混凝土用钢棒》YB/T111一1997。该标准中对管桩生产所用的异形钢棒的公称直径、基本直径、公称截面积、理论重量和力学性能等作了规定，具体见表1、表20 2.2 高强混凝土技术的应用高效减水剂在混凝土中的应用，使混凝土的强高等级得到很大的提高，对于以承受竖向作用力为主的桩基础，提高混凝土强度是提高管桩桩身承载力的最有效的措施，同时，混凝土强度的提高，管桩的抗锤击性能也得到了很大的提高，大大降低桩身的破损率，提高了管桩生 [收稿日期12001-06.19 啡者简介1蒋元海苏州硅水泥制品研究院高工、硕士、院长 41 江苏建筑2001年第4期表1 异形钢棒的尺寸及理论重量公称直径 m m 基本直径 n卫刀公称截面积 mn ? 理论重量 Kg /m 7.1 7.25 40.0 0.314 9.0 9.15 64.0 0.502 10.7 11.10 90.0 0.706 12.6 13.10 125.0 0.981 表2 异形钢棒的力学性能代号规定非比例伸长应力 MP a 不小于抗拉强度 MP a 不小于伸长率 % 不小于松弛率 % 不大于 SBPDL1275/ 1420 1275 1420 2.5 产和施工的技术经济效益。高强混凝土技术的应用使薄壁管桩的混凝土强度等级由原来的C40发展到C50,C6 0,C7 0, C80等，这样由单纯的磨擦型基桩，发展到现在通常使用的端承磨擦桩或磨擦端承桩，其最大端承力几乎达到总承载力的50%，这样可大大降低基础的造价。管桩桩身竖向承载力设计值1}: R= O.3 ( L 一。二)A (1) 式中:L-混凝土立方体抗压强度标准值; ap.一混凝土有效预压应力值; A一管桩横截面积由式 (1) 可见，随着L的提高，管桩桩身竖向承载力设计值呈线性提高。随着混凝土第六组分一混凝土磨细掺合料的应用开发，磨细矿渣粉已在管桩生产中得到推广应用，近一年来，该项技术的应用取得了以下技术经济效益，见表3所示。目前这项技术正在很多薄壁管桩生产企业中推广应用。 2.3 产品规格的开发薄壁管桩早期开发时只有0400一种规格，随着不同建筑工程建设所需，产品的生产规格得到新的发展，现有(D300, (D350, (D450, 0500,0 550,(D 600等，同时，对同一种直径的管桩，可根据工程地质所需，调整管桩的壁厚，现有通用的主要管桩规格其长度、壁厚及设计承载力等主要技术参数见表4所示。 2.4 钢筋加工的自动化高强钢丝的加工一般用人工调直、定长、切断、墩头，骨架采用人工绑扎。预应力混凝土钢棒在薄壁管桩中的开发应用，促进了预应力主筋的加工技术的发展，高精度定长切断机、高频加热墩头机、骨架滚焊成型机等一系列先进的机械装备的开发使用，可使钢棒的定长精度土 2mm以内，墩头强度损失控制在5%以内，主筋焊接强度损失控制在5%以内。这些先进的加工工艺的成功开发，使薄壁管桩的钢筋加工基本实现了自动化作业，大大提高了管桩的生产效率和产品的质量，降低了生产的成本。 2.5 管桩接头采用端板焊接工艺管桩早期采用法兰盘接头工艺，这种工艺的生产和施工十分复杂，且生产施工成本高，后改为钢板圈接头形式，但也存在很多影响生产及施工的不利因素。近年来已基本改为PHC管桩使用的端板焊接工艺，采用这种接头形式后，可有效提高管桩生产效益，同时，对提高管桩质量，降低施工破损率十分有益。 3 生产、设计、施工中应注意的问题薄壁管桩对原材料的要求较PHC管桩更高，特别是集料的质量对薄壁管桩的影响很 2001年第4期江苏建筑表3 技术经济效益等量替代525#水泥降低生产成本提高脱模强度缩短养护提前出厂 25~30% 2一4元/米10一20MPa 1一2小时7一10天大。由于PTC管桩的壁厚较薄，若选用的碎石某些地质较为特殊的地区，如在地下水中氯离偏粗，则很易造成管桩内壁露石现象，这些要求子、硫酸根离子超标及有腐蚀性介质的情况下，在选用集料时必须加以控制，碎石须采用5一2Qnm 在设计选用薄壁管桩时，必须符合有关建筑设的连续级配，其中5 - 15mm占60'%左右，15 - 2Qnm 计规范的要求。占40'%左右;细集料的细度模控制在2.6士0.2m m 由于薄壁管桩壁厚较小、配筋率较低、混凝为最佳。同时，针对离心作业的特点，可适当降低中土的有效预压应力值较低(约3.5M Pa)，其断面速速率，同时适当延长中速的时间。的结构强度适中，因此，在沉桩施工应该引起重薄壁管桩在沿海地区的开发应用，几乎占视。近年来的施工经验表明，顶压施工比较适合管桩总量的70%，特别是在浙江省已得到建筑PTC管桩的沉桩。抱压法施工易产生桩身开裂设计人员的充分肯定，已成为勘察设计人员首问题，而且由于施工单位经验不足或施工机具选的桩基材料。但在实际工程中我们也发现以较落后，这一问题所造成的管桩破损率很高，开下几个方面的问题，应该引起重视: 发适合薄壁管桩的抱压法施工机具是PTC管桩施 3.1 薄壁管桩适用于一般工业与民用建筑物工技术发展的一个方向。锤击沉桩施工对薄壁管桩的低承台桩基。由于薄壁管桩的配筋率很低(约也较适合，但锤击施工时的油气污染和噪声污染问表 4 PT C 管桩的主要规格及力学性能混凝土强度等级螺旋筋规格外径】t 『壁厚 mm 长度】1 7 抗裂弯矩 KN .m 极限弯矩 KN .m 桩身竖向极限承载力标准值 KN C60 064 300 50 -<10 19 26 1050 400 55 ,12 39 55 1600 400 65 -12 39 55 1850 中b5 500 60 -<12 71 99 2230 550 60 .<15 97 136 2480 550 70 毛15 97 136 2810 600 70 -<15 119 167 3100 0.4%)，管桩壁厚又小，因此PTC管桩桩身的弯矩值较小，不适于高承台桩基。 3.2 薄壁管桩适用于抗震设防烈度小于等于 7度的建筑桩基，对抗震设防烈度为7度以上的地区，须按建筑抗震设计规范进行具体的验算。 3.3 薄壁管桩适用于摩擦桩、端承磨擦桩和磨擦端承桩，主要考虑受竖向荷载，不适用于抗拔桩和侧向力较大的基桩。 3.4 薄壁管桩的钢筋保护层较小，因此，对于题，已引起有关部门及施工单位的重视。 4 结束语先张法预应力混凝土薄壁管桩自开发至今已有近10年时间，在这10年中新技术、新工艺、新材料的不断开发应用，赋予了新一代薄壁管桩强大的生命力，技术创新使薄壁管桩的推广应用得到了加速的发展，随着我国建设规模的不断发展，可以预见薄壁管桩将成为我国基础用桩中的重要的桩基材料之一。__

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