预应力管桩在桥梁上的推广运用

1、预应力高强混凝土管桩在宁波桥梁上推广使用的报告宁 波 市 交 通 设 计 研究 院二 00 八年 十 二 月预应力高强混凝土管桩在宁波桥梁上推广使用的报告一、预应力高强混凝土管桩我国行业的发展及现状预制混凝土管桩包括预应力混凝土管桩 ( 代号 pc管桩) 、预应力高强混凝土管 桩(代号phc 管桩) 及先张法薄壁预应 力混凝土管 桩(代号 ptc管桩) 。上世纪 60 年代末，铁道部丰台桥梁工 厂开始生产先张法预应力混凝土管桩（简称pc管桩）， 当时主要用于铁 道桥梁工程的基础建设；70 年代研制生产后张法预应力混凝土管桩 。1984 年广东省构件公司、广东省基础公司和广东省建筑科学研究所合作

2、 , 研制成功新型接桩形式的pc管桩, 将以往法兰接口桩接头连接改为焊接连接。为了适应港口建设发展的需要 ，1987 年交通部第三航务工程局从日本全套引进预应力高强混凝土管桩生产 线, 主要规格为 d=600 1000 mm 。19871994年, 国家建材局苏州混凝土水泥制品研究院和广东番禺市桥丰水泥制品有限公司在有关科研院所的合作下 , 通过对引进管桩生产线消化和吸收，自主开发了国产化 的 phc 管桩生产 线。 20 世纪 80 年代后期, 宁波浙东水泥制品有限公司在有关研究院所的合作 下 , 针对我国沿海地区淤泥软土层较多的特点, 通过对 pc管桩的改造, 开发了 ptc 管桩, 主要

3、规格有d= 300600 mm 。随着改革开放和经济建设的发展，先张法预应力混凝土管桩开始大量应用于铁道系统，并扩大到工业与民用建筑、市政、冶金、港口、公路等领域。在长江三角洲和珠江三角洲地区，由于地质条件适合管桩的使用特点，管桩的需求量猛增，从而迅速形成一个新兴的行业。据不完全统计， 到 2007年年底，全国已 有 400 多家管桩生产企业（不含台湾地区厂家 ），生 产各类管桩 2.5 亿米左右，产值 达 300 多亿人民币。同时为管桩行业配套的辅助产品年产值也近250 亿元，成为一个富有朝气的新兴产业，目前管桩已占全国水泥制品行业产值的 50左右。在这近 20 多年的发展历 程中，管桩项目

4、先后获建材行业科技进步二等奖、国家科技进步三等奖；管桩被列为国家级新产品、原建设部重点推广新产品 ；2006年在有关单位和协会的共同努力下， 有 3 家企业（中山建华管桩有限公司、中山三和桩杆管桩有限公司、宁波浙东建材集团）的管桩产品被列入中国名牌产品目录，这是我国管桩行业发展的又一个新的高潮，得到了行业内外的一致好评。管桩产品从无标生产，发展到今天拥有较完善的标准体系gb13476-1999 先张法预应力混凝土管桩 、 jc888-2001 先张法预应力混凝土薄壁管桩 、 03sg409 预应 力混凝土管桩 、 gb/t19496-2004 钻芯检测离心高强混凝土抗压强度试验方法 、 jc/

5、t947-2005先张法预应力混凝土管桩用端板、 jc/t950-2005预应力高强混凝土管桩用硅砂粉、 jc/t948-2005混凝土制品用脱模剂 、 jc/t540-2006混凝土制品用低碳冷拔钢丝 ，这 一发展历程整整走了近20 年。二、预应力高强混凝土管桩的特点1、优点（1）单桩承载力高由于挤压作用，管桩承载力要比同直径的沉管灌注桩或钻孔灌注桩高。c80砼管桩的抗压 设计强度 是 c30砼钻孔灌注桩的 2.5 倍。（2）管桩规格多一般的厂家可生 产300600mm 管桩， 个别厂家可生 产8001200mm 管桩。单桩承载 力从 600kn到 20000kn 。（3）对持力层起伏变化

6、大的地质条件适应性强因为管桩桩节长短不一，通常 4-16m 一节，搭配 灵活，接长方便，在施工现场可随时根据地质条件的变化调整接桩长度，节省用钢量。（4）运输吊装方便，接 桩快捷管桩节长一般在16m以内，桩身又有预压应力，起吊时用特制的吊钩勾住管桩的两端就可以方便地吊起来。接管采用电焊法，两个电焊工一起工作 ，500 的管桩，一个接头 约 20 分钟左右可以焊好。（5）施工速度快，工效 高，工期短管桩施工速度快，一台打桩机每台班至少可打7-8 根桩，可完成20000kn以上承载力的 桩基工程。（6）桩身耐打，穿透力 强因为桩身强度高，加上有一定的预应力，桩身可承受重型柴油锤成百上千次的锤击而不

7、破裂，而且可穿 透 5-6 米的密实砂砾层。（7）施工文明，现场整 洁管桩工地机械化施工程度高，现场整洁，不会发生钻孔灌注桩工地泥浆满地的脏污情 况，而且不会存在钻孔灌注桩那样需将泥浆进行外运。（8）成桩质量稳定可靠 ，检测方便桩身质量及沉桩长度可用直接手段进行检测，难于弄虚作假。2、缺点（1）用柴油锤施工管桩 时，震动剧烈，噪音大，挤土量大，对周边会造成一定的环境污染和影响，目前城区基本采用静压法施工，解决了震动剧烈和噪音大的问题，但挤土作用仍然存在。（2）用柴油锤施工管桩时，在深基坑开挖后截去余桩较多，目前采用静压法施工，送桩深度可加大，余桩问题可以解决。（3）在“上软下硬，软硬突变”、岩

8、层埋深浅等地质条件下，不宜采用管桩。三、预应力高强混凝土管桩在宁波地区使用现状预应力混凝土管桩目前在宁波地区广泛使用，工业与民用建筑、公路软基处理一般采 用300600mm 小直径管桩，港口 、码头一般采用大直径管桩，但桥梁上采用很少。据不完全统计，宁波市在19951997年分别在段塘立交、彩虹南路立交桥上使用了管桩，也取得了比较好的效果，但由于当时宁波地区陆上大规模施工桥梁较少、柴油锤施工管桩对环境影响也有一定的影响，因此没有得到很好地推广运用。2008 年随着 国家扩大内需，宁波地区的交通、市政工程得到了迅速发展，宁波绕城高速东段、象山港大桥及接线、“五路四桥”、多条绕城高速连接线、机场高

9、架桥、轨道交通等工程都正在前期或实施阶段，这些工程投资额巨大，而且以高架桥、大型互通立交为主，因此桥梁造价所占的比例比较大。宁波地区地质为软土地基，地质条件较差，因此桥梁基础以钻孔灌注桩为主，目前正在实施的项目钻孔灌注桩几乎占了100% 。钻孔灌注桩有技术成熟，施工难度小，适应范围广等优点，但其存在泥浆排放量大、成桩施工周期较长、长桩检测费用大等缺点，特别在城区狭窄的地段施工，对环境的影响比较大。预应力混凝土管桩施工图 1钻孔灌注桩施工图 2上海、广州等沿海城市的高架桥梁上被广泛使用phc管桩，上海的轨道交通高架桥普遍采用 600mm 的phc 管桩，经 济效益和社会效益显 著。从宁波地区ph

10、c管桩使用情况来看 ，phc管桩作为桥梁基础比较适宜，施工方便迅速，符合环保、节能的要求，具有推广的价值和意义。四、预应力高强混凝土管桩与钻孔灌注桩经济比较（1）舟山连岛工程宁波 连接线高架桥舟山连岛工程宁波连接线高架桥全长3.845 公里，上部结构采用整体式预应力混凝土连续箱梁，下部结构采用“花瓶式”双柱墩，钻孔灌注桩基础。标准跨 为 30 米预应力连续混凝土箱梁，标准跨基础方案见图3、图 4： 150cm钻孔灌注 桩基础方案图 360cmphc 管桩基础方案图 4对该工程进行6 根150cm钻孔灌注桩与 15 根60cmphc 管桩造价比较，通过计算其桩长一致，承台尺寸调整暂不考虑。采用公

11、路工程基本建设项目概算预算编制办法的2007 定额进行编制，价格按宁波市造价信息 11 月份价格计算。 造价分析见 表 1、2：150cm钻孔灌注桩造价分析表 1桩型桩基钢筋桩基混凝土桩基检测管钻孔灌注 桩150cm 60m 6 根5570 元/ 吨25.9 吨=144263元1480 元/m60m 6根=532800元45 元/ m 60m 6 根=16200 元桩基检测费用合计1200 元/ 根6根=7200 元700463元（已包括利润 、税金）60cmphc 管桩 造价分析表 2桩型桩型组合材料价格打桩费用桩填芯桩尖运输费用费用合计phc 管桩60cm 60m 15根15 m（上）+1

12、5 m（中）+15 m （中）+15 m （下）（15 m260元/m +315 m 249 元/m ）15 根=226575元60m 45 元/ m 15根=40500元527 元/ 根15根=7905 元700 元/ 根15根=10500元8 元/m60m 15根=7200 元292680元（1+11% ）（ 11% 为利润、税金 ）=324875元两者差值 ：700463-324875=375588元两者比值 ：324875/700463=46.4%从上两表比较分析 ：phc 管桩造价仅为钻孔灌注桩 的 46.4%，经济效益显著。本项目基础实施若 按 phc管桩考虑可以节省造价近 480

13、0万元。施工周期 ：phc 管桩一个桥墩 2 天完成；钻孔灌注桩按1 根桩 2.5天考虑，一个桥墩完成 需要 15 天；phc 管桩施工周期远少于钻孔灌注桩。因此从本项目分析采用 phc 管桩经济性明显。（2）宁波市轨道交 通 1 号线一期工程高架桥宁波市轨道交通1 号线一期工程全长21.3 公里，其中高架桥5.63公里，上部结构 采用整体式预应力混凝土箱 梁，下部结构 采用“花瓶式”墩，钻孔灌注桩基础。标准跨也 为 30 米预应力 混凝土箱梁，标准跨基础方案见 图 5：标准跨基础方案图 5以初勘 15 号钻孔 地质资料作为参考，通过计算分析，采用120cm钻孔灌注桩桩长需53m ，采用60c

14、mphc 管桩桩长需 51m ，现按同等桩长考虑，对该工程进 行 4 根120cm钻孔灌注桩 与 9 根60cmphc 管桩造价比较。采用公路工程基本建设项目概算预算编制办法的2007 定额进行编制，价格按宁波市造价信息 11 月份价格计算。 造价分析见 表 3、4：120cm钻孔灌注桩造价分析表 3桩型桩基钢筋桩基混凝土桩基检测管钻孔灌注 桩120cm 53m 4 根5570 元/ 吨10吨=144263元1100 元/m53m 4根=233200元45 元/ m 53m 4 根=9540 元桩基检测费用合计1200 元/ 根4根=4800元391803元（已包括利润 、税金）60cmphc

15、 管桩 造价分析表 4桩型桩型组合材料价格打桩费用桩填芯桩尖运输费用费用合计phc 管桩60cm 53m 9 根15 m（上）+15 m（中）+15 m （中）+8 m （下）（15 m260元/m +38 m 249 元/m）9根=120258元53m 45 元/ m 9 根=21465元527 元/ 根9 根=4743 元700 元/ 根9 根=6300元8 元/m53m 9根=3816元156582元（1+11% ）（ 11% 为利润、税金 ）=173806元两者差值 ：391803-173806=217997元两者比值 ：173806/391803=44.4%从上两表比较分析 ：phc

16、 管桩造价仅为钻孔灌注桩 的 44.4%，经济效益显著。本项目基础实施若 按 phc管桩考虑可以节省造价近 4000万元。施工周期 ：phc 管桩 1 个桥墩 1 天完成；钻孔灌 注桩按 1 根桩 2.5天考虑，一个桥墩完成 需要 10 天；phc 管桩施工周期远少于钻孔灌注桩。因此从本项目分析采用 phc 管桩同样经济性明显。五、预应力高强混凝土管桩在宁波地区桥梁上的应用前景1、预应力高强混凝土管桩的生产能力宁波地区预应力高强混凝土管桩生产厂家以宁波浙东水泥制品有限公司为龙头，年生产能力在 1000 万米以上，如果都用在桥梁基础上，可以建成 长 550 公里宽 10 米的高架桥，因此生产能力

17、能完全满足工程的需要，而且这些重点项目基本在宁波城区附近，管桩运输方便。2、预应力高强混凝土管桩的打桩设备液压静压桩开始于八十年代后期，相对于锤击桩而言，它具有沉桩速度均匀、无噪音、无振动、能自动显示压桩力、昼夜施工等优点。随着九十年代初期高层建筑的快速发展，单桩竖向承载力越来越高，液压静压桩机的吨位也随着增大，目前最大吨位已达到1200t ，最大单桩承载力由初期的120t 提高到现在的 300t 左右，故近几年来广泛地应用于工业厂房、综合办公大楼、高层建筑的桩基施工中，并取得了良好的技术经济效果，大型液压静压桩机见 图 6。液压静压桩设备图 6其有以下优点：a、静压桩具有无震动、无噪声、场地小和能定量监测单桩承载力等优点，尤其适合在人口密集的市区及建筑群中施工。b、施工引起的土体隆起和水平挤动比打入式桩小，适宜于危房、精密仪器房、岸边和地下管线多的地区内施工。c、由于避免了锤击应力，可减少