预应力混凝土管桩施工

预应力混凝土管桩施工技术胡文科（华丰建设股份有限公司）1、预应力混凝土管桩概述预应力混凝土管桩是混凝土技术进步与混凝土制品高新工艺水平相结合的一种预制混凝土桩，具有质量好、植桩方便耐打性好、施工进度快、桩基抗震性好等优点。近10多年来．预应力混凝土管桩的生产与应用发展迅猛，已经成为重要的桩基材料。预应力混凝土管桩按混凝土强度等级分为预应力混凝土管桩(PC桩)和预应力高强混凝土管桩(PHC桩)。NPC桩的离心混凝士强等级小得低于C50级，PHC桩的离心混凝土强度等级不得低于C80级。因此．区分PC桩与PHC桩仅仅是离心混凝土强度。当几何尺寸、抗弯等级相同时．PC桩与PHC桩仅反应承载能力大小。预应力混凝土管桩按外径分为300，350，400，450，500，550，600，800和l000MM,长度7～15m按其抗弯性能或混凝土有效预压应力值分为A型、AB型、B型和C型[3]。预应力混凝土管桩对所采用的原材料及相应的配合比，以及生产制作工艺都有着严格的要求。桩身混凝土制料主要采用标号不低于525的硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥，其质量要求应分别符合GBl75、GB1344规定,禁止使用火山灰质硅酸盐水泥细骨料宜采用洁净的天然硬质中粗砂,细度模量为2.3～3，其质量应符合GB/T14684的规定。粗骨料应采用碎石,其最大粒径应小大于25mm，且不超过钢筋净距的3／4，其质量应符合GB/T14685的规定。预应力钢筋应采用预应力混凝土用钢棒、预应力混凝土用钢丝．其质量应分别符合YB／T111、GB／T5223的规定。螺旋筋宜采用冷拔低碳钢丝、低碳钢热轧圆盘条，其质量应分别符合GB50204、GB／T70l的规定。端部锚固钢筋、架立圈宜采用低碳钢热轧圆盘条或钢筋混凝土用热轧带肋钢筋，其质量应分别符合GB／T70l、GB1499的规定。端板、桩套箍宜采用Q235，其质量应分别符合GB／T700的规定．钢筋混凝土拌合用水的质量应符合JGJ63的规定.外加剂的质量应符合GB8076的规定．严禁使用氯盐类外加剂。掺合料不得对管桩产生有害影响，使用前必须进行试验验证。预应力混凝土管桩的制造工艺和预应力混凝土电杆工艺十分相似，只是在PHC桩制造工艺的最后工序是放张脱模后的管桩再进行蒸压养护，使混凝土抗压强度达到和超过C80。制配高性能混凝土除对原材料有严格要求外．混凝土配合比也要经专门设计和实验验证(包括浇注、成型性能、强度等)。在制备混合料时，必须称量准确，几种物料的投料顺序、搅拌时间均有讲究，混合料力求搅拌均匀，因此搅拌机的型式要合理选择。管桩钢筋笼的编制是由钢筋骨架自动滚焊机来完成，应尽量避免脱焊，也不过焊烧伤。滚焊机牵引盘不能歪斜并夹紧，每根主筋与轴线平行．不得扭斜。制造先张法预应力混凝土管桩时，都是用液压拉伸机整体张拉形式施加预应力．管桩模承受反使用力。整体张拉方式有2种：一是张拉头法：二是张拉盘法。离心成型对于制造预应力混凝土管桩来说是一个十分重要的工序．它会影响管桩混凝土强度和沿整根管桩长度方向上的混凝土均匀性。从管桩制品自身来比较．桩径小的速度可比大桩径的高一些。以便达到必要的离心加速度．大桩径的离心时间应比小桩径的长一些。预应力混凝土管桩的养护工艺对于确保管桩混凝土强度，减少预应力损失是至关重要的，不合理的养护会引起管桩内壁和外壁产生裂纹、裂缝。一般有普通养护和普通养护+压蒸养护2种。薄壁预应力混凝土管桩(PTC桩)是另一种比较重要的预应力混凝土管桩，其壁厚一般不应小于50mm。PTC桩适用于工业与民用建筑物、构筑物等的低承台桩基础．且抗震设防烈度不高于7度的地区，主要考虑承受竖向压力。PTC桩与PC桩相比．只是技术指标低一点，但将它用于某些特定条件．在经济上会比用PC桩便宜。2预应力混凝土管桩设计方法2．1单桩设计承载力确定预应力混凝土管桩在工程基础设计中主要是单桩承载力的确定。由于现行全国桩基规范以及其他相关规范对预应力混凝土管桩的承载力确定方法并未明确，所以目前设计中通常按土层条件确定地基土对桩的支承能力或进行承载力试验确定[4]。根据土层条件确定桩的设计承载力时．可采用以下公式：pfpAP/sfsili/UppRpk/sRsk/Rd式中Rd——单桩竖向承载力设计值，kN；Rsk——桩侧总极限摩阻力标准值，kN；Rpk——桩端极限阻力标准值，kN；s——桩侧摩阻力的分项系数；p——桩端阻力的分项系数；Up——桩身截面周长，m；fsi——桩侧第i层土的极限摩阻力，kPa；li——第i层土的厚度，m：fp——桩端处土的极限端阻力，kPa；Ap——桩端横截面面积，㎡。《上海市地基基础设计规范》(DGJ08－11－1999)中对预应力桩的桩侧极限摩阻力和桩端极限端阻力认为可参照预制桩取值。国家桩基规范中未作相应的第2/4页规定，仅对钢管桩在采用土的物理指标和承载力参数经验关系确定桩极限承载力时提出如下计算公式：pqpkApqSiklisUQuks——桩侧挤土效应系数；式中p——桩端闭塞效应系数；U——桩身截面周长，M。s=对闭口桩：对开口桩：当dss=1.0；当ds≥60600mm时，当hb/dss；p=0.16(hb/ds)5时，s。p=0.8当hb/ds≥5时，其中，hb、ds分别为桩端进人持力层深度和桩外径。以余姚市永丰村拆迁安置房工程为例，根据预应力混凝土管桩的工程特性、余姚地区地质情况和试桩结果来看．桩侧摩阻力的发挥并不充分．因此实际设计中对桩侧极限摩阻力一项还应作适当的折减．即乘以系数0.85～0.90，而对桩端阻力则不作相应折减。决定单桩设计承载力的另一因素是桩身结构强度，两者之间存在着互相作用与制约的关系。桩身结构强度、桩的锤击应力以及桩截面抗裂、极限弯矩等性能可由管桩的规格和各项力学性能直接计算求得，相关计算公式等可参考阮起楠编著的“预应力混凝土管桩”一书。同时，预应力混凝土管桩也建立了较齐伞的结构设计图集，完全可以根据工程的实际情况，通过查阅相应标准图集来确定。2．2入土深度及闭塞效应预应力混凝土管桩桩尖一般分为开口及闭口2种。对于开口管桩，单桩竖向承载力的发挥与桩端土的闭塞程度相关，闭塞程度除受管径、壁厚、土特性影啊外，与桩端进入持力层的深度密切相关．因而对桩的破坏性状将产生影响计算开口管桩桩端承载力应号虑土芯的闭塞效应．主要基于以下2个因素；(1)在沉桩过程中．一部分土体进入管桩内形成土芯，土芯与管桩内壁必然产生摩阻力并被压缩(形成土塞)：(2)随着桩的贯入，土芯高度随之变化．到一定深度后．土芯高度趋于稳定，说明在桩端进入持力层后，管桩内壁摩阻力已大于桩尖土的端阻力同时沉桩过程中管桩内壁形成土塞后与开口桩已有本质的区别，如不考虑土芯的压缩作用，则基本上可等同于闭口桩。显然．桩端土特别是桩端进入持力层的深度影响着桩的承载能力。p=1.0s=0.93～0.77。现行国家桩基规范中．建议一般应选择较硬土层作为桩端持力层．桩端全断面进入持力层的深度对粘性土、粉士为火于2d．对砂土大于l.5d根据余姚市永丰村拆迁安置房工程勘察报告的建议，结合预应力混凝士管桩的工程特性．按管时，第3/4页桩断面为400mm×400MM×75MM(壁厚)考虑桩端以进入③号土层2.0～3.0m为宜。2．3连接构造预应力混凝土管桩的端口板由于是预应力钢筋的锚板,因而不能象普通桩一样预留出锚筋锚入承台。通常的方法是将锚筋箍上钢箍形成钢筋笼后插入到管口的一定深度内并用混凝土填芯，钢筋笼同时再与端板焊接。当需要凿桩时，为保证管桩在敲打过程中的结构完整性，应存设置托板及放入钢筋笼后，首先浇捣设计桩顶标高以下范围的混凝土(即管桩内空洞范围），其强度等级比承台提高一级。第1次浇捣的混凝土达到70％设计强度后，方可凿去管桩的多余部分．伸入承台内部的管桩表面应凿毛并应在浇捣承台混凝土之前．将桩表面清洗干净，涂１层水泥浆。3预应力混凝土管桩的优缺点预应力混凝土管桩所具有的高强度、质量可靠性、经济性和对工程地质、施工工艺、使用条件适应性强的特点，是普通预制桩或灌注桩不能相比的。预应力混凝土管桩的混凝土标号一般在C50以上混凝土强度较高，抗锤击性能好。预应力混凝土管桩的强度重量比大，节省钢材，有利于减少桩身裂缝，耐久性和抗腐蚀性较好。预应力混凝土管桩一般在工厂制造，定型化生产，质量比较容易控制预应力混凝土管桩打入地层时，其端部可开口，易于打入，贯人性较好．挤土影响较小．施工工效高。从经济性上比较，根据目前的全国范围市场报价来看．每m桩长单价比约为：预制方桩1.0。灌注桩0.9，预应力混凝土管桩1.1，价格相差小大。预应力混凝土管桩的缺点主要在于管桩桩侧摩阻力的发挥不如端阻力明显，由于预应力混凝土管桩采用高速离心浇注混凝土，表面较光滑，桩身几乎丧失了吸收土体的能力，造成桩侧阻力不能有效发挥。同时，预应力混凝土管桩由于受到起吊、养护等设备能力的限制．单节管桩的长度不能过长，一般为10余m。而且预应力混凝土管桩不易穿透较厚的坚硬土层．不适用于有孤石和障碍物多、有坚硬隔层、石灰岩地层等地质条件。4结语预应力混凝土管桩是一种具有良好工艺性能、适应性强、承载力高、施工工期短等优点的新型桩型，基础工程质量叫显优于普通桩基，在实际使用上完全可以替代普通混凝土预制桩和灌注桩。预应力混凝土管桩在实际应用中必须有可靠的试桩数据作为设计依据，以确保工程的安全性。预应力混凝土管桩的单桩设计承载力，应适当考虑桩身摩阻力的折减和桩端端阻力的影响。开口桩进入硬土层时应考虑闭塞效应，闭塞效应与桩端持力层进入深度密切相关。