混合配筋预应力混凝土管桩RC桩工程性能及应用

2013年03月

混合配筋预应力混凝土管桩

(PRC桩)PrestressedReinforcedPile(PRCPile)题要一前言二结构三应用1黄河的护堤工程2建筑工程基础3湖泊的护岸工程4作构筑物的立立柱用5用于深基坑工工程支护结构构四小结一前言预应力高强混凝土桩，无无论管桩还是是离心方桩，，桩身强度都都很高，但由由于预应力混混凝土桩抗弯弯性能差，破破坏形式呈脆脆性破坏，延延性差，当桩桩出现开裂后后，裂缝迅速速蔓延，受拉拉区钢筋很快快进入屈服和和颈缩直至断裂，，而且具有极极限弯矩和开开裂弯矩相差差不大等缺点。由于桩桩抗水平承载载力不足，因因此，在在抗抗震设防烈度度不大于8度的地区抗震震建筑的基础础施工中，在在基坑工程、、边坡稳定工工程、护岸工工程，软土地地区建筑桩基基中的应用受受到限制因此，需要开开发适应要求求的新型桩。。黄河需要护堤桩我们为什么要要研发混合配筋制预预应力混凝土土管桩？黄河是中国的的母亲河，她她孕育中华灿灿烂的千年文文明，但她也也带来了灾难难，千百年来来，流经黄土土高坡的滚滚滚河水带来大大量泥沙，在在中下游淤积积。在河南段段，大约河床床每年要升高高8～12cm,郑州段花园口口河床比市区区高5～7m,开封段已高10多m。由于泥沙的淤淤积，黄河的的最大特点是是不停的改道道，东边河床床高了流西边边，西边河床床高了流东边边，频频改道道。现在要控控制流向，减减少对堤岸的的冲击，就就提出了＂桩桩坝＂的新概概念。“桩坝＂是为大大河堤坝的外外围设置保护护层，即由预预制桩组成的的缓冲层，减减少对大河堤堤坝的冲击。。对护坝桩的的要求是：（1）要承受较大的抗抗弯力和抗剪力力，危险断面处处的抗弯力达300-500kN；（2）要可将桩沉入和和拔出，即桩上上必须有预应力力钢筋，能承受受桩自重的应力力设计；（3）要有较好的稳固固性，即桩在泥泥沙中位置的稳稳定性，桩截面面不宜小于500mm,当然可考虑连系系梁架构。针对护堤坝桩和基坑、抗震等基础工程的需求，由郑州大学、建建华管桩集团共同研发的混合合配筋制预应力力混凝土管桩。。即PRC桩。它同普通预预应力混凝土管管桩一样，亦是是由混凝土、钢钢筋骨架及端头头板组成，不同同处在于钢筋骨骨架中除了有预预应力钢筋外，，还加入一定数数量的非预应力力钢筋，形成一一种新型的混合合配筋的骨架，配筋率高，为为普通管桩的1.5～2倍。按非预应力钢钢筋和预应力钢钢筋的直径数量量分有多种类别别、型号，我们们可以根据实际际工程需要，选选择相匹配的混混合配筋预应力力混凝土管桩。。建华管桩委托同同济大学，对混混凝土混合配筋筋管桩、PHC管桩、和预制混混凝土实心方桩桩三种桩型进行行水平低周反复复加载的对比试试验，选取有代代表性的部位，，通过精细的试试验量测设计，，在整个试验过过程中观测裂缝缝变化情况、混混凝土和钢筋的的应变变化，并并绘制出反映桩桩在循环荷载作作用下荷载与变变形关系的滞回回曲线及骨架曲曲线，为确定预预应力混凝土管管桩的水平抗震震性能提供试验验基础。二混凝土混合配配筋管桩、PHC管桩、实心方桩桩抗震性能的试试验研究加载设备混合配筋管桩PHC管桩实心方桩试验加载程序采采用荷载控制和和位移控制两种种方法。1对比试验试验中观测到的的试件损伤发展展历程大致如下下:(1)、当水平荷载小于于开裂荷载时，，试件水平力与与位移呈线性关关系。(2)、随着荷载的增增大，混凝土裂裂缝开始出现，，此时裂缝宽度度一般在0.02mm以内。(3)、荷载继续增大大：1）实心方桩中纵纵向受拉钢筋开开始屈服，接着着受压侧混凝土土保护层开始压压碎、剥落，继继而纵向受压钢钢筋压屈，试验验结束；2）PHC管桩中受压侧混混凝土保护层开开始压碎、剥落落，纵向受拉钢钢筋（预应力钢钢筋）逐渐达到到屈服强度，直直至最后断裂，，试验结束；3）混合配筋管桩桩中受压侧混凝凝土保护层开始始压碎、剥落，，纵向受拉钢筋筋（预应力和非非预应力钢筋））逐渐达到屈服服强度，直至最最后预应力钢筋筋断裂，非预应应力钢筋压屈，，试验结束。PHC管桩水平位移幅幅值80mm东侧混凝土破坏坏情况实心方桩水平位位移幅值60mm南侧混凝土破坏坏情况2试验破坏情况混合配筋管桩水水平位移幅值95mm东侧混凝土破坏坏情况实心方桩在保持持80mm峰值位移时，负负向峰值荷载随随循环次数增多多而大幅降低，，刚度明显退化化，试验结束。。PHC管桩在保持70mm峰值位移时，正正向峰值荷载随随循环次数增多多而开始大幅下下降，一侧混凝凝土已压碎；而而在保持80mm峰值位移时，另另一侧混凝土突突然压碎，试验验结束。混合配筋管桩的的水平极限承载载力出现在80mm荷载级，在保持持80mm峰值位移时，负负向峰值荷载随随循环次数增多多而有所降低，，但未大幅下降降；继续加载，，在保持85mm、90mm峰值位移时，峰峰值荷载随循环环次数增加逐渐渐降低，但依然然没有大幅下降降，说明混合配配筋管桩具有较较好的延性性能能。最终在95mm峰值位移时，水水平承载力明显显降低，试验结结束。3试验比较与分析析从上表中可以看看出，三根桩型型轴压比相同，，剪跨比基本接接近，这为比较较三种桩型的延延性性能提供了了可比性。配箍箍率实心方桩比比两根管桩高出出30%左右，这对方桩桩的延性性能有有一定的增强作作用。抗弯刚度度两根管桩超出出方桩近30%左右，使管桩的的抗弯能力大大大提高。另外混混合配筋管桩由由于增配了非预预应力钢筋，因因此纵向配筋率率超出方桩和PHC管桩近50%左右，这将有助助于提高混合配配筋管桩的水平平极限承载力；；而且由于增配配的是非预应力力钢筋，因此将将会改善其延性性性能。三种桩型相关参参数比较参数桩型规格mm配筋规格EI103KN.m2纵筋配筋率箍筋配筋率（加密区）轴压比剪跨比实心方桩400X4004Φ1878.0921.27%1.08%0.28.6PHC管桩500(100)13φD12.6107.0541.2%0.83%0.28.1混合配筋管桩500(100)16φD10.7,16Φ12111.3072.27%0.83%0.28.14延性性能系数比比较从三种桩型试件件的延性系数比比较来看，实心心方桩和混合配配筋管桩较为接接近，均比PHC管桩的延性系数数要大，因此在在原有管桩基础础上增配非预应应力钢筋的混合合配筋管桩的延延性得到了较大大地提高，从而而改善了预应力力混凝土管桩的的抗震性能。5抗震试验结论和和建议（1）破坏模式实心方桩的破坏坏主要表现为受受拉钢筋屈服、、受压钢筋压屈屈以及受压区混混凝土压碎。PHC管桩的破坏主要要表现为预应力力钢筋拉断和受受压区混凝土压压碎。混合配筋管桩的的破坏主要表现现为受拉钢筋（（非预应力钢筋筋）屈服、受压压钢筋（非预应应力钢筋）压屈屈、预应力钢筋筋拉断以及受压压区混凝土压碎碎。（2）极限承载力反复荷载下，管管桩的抗弯极限限承载力超出实实心方桩的极限限承载力约40%，而两种管桩的的抗弯极限承载载力基本接近。。（3）延性与耗能性性能三种桩型试件的的滞回曲线形状状均不够饱满，，呈捏拢形（两两根管桩的滞回回曲线较扁平）），延性系数均均小于3，耗能系数均小小于1，因此表明抗抗震性能都不是是非常理想。在在极限荷载前，，每级荷载下的的滞回环重合良良好，试件刚度度退化不明显；；当荷载加到极极限荷载后，每每级荷载下的滞滞回环不再重合合，承载力退化化明显。混合配筋管桩的的延性系数和实实心方桩相比较较为接近，而且且其数值超过了了PHC管桩的20%左右；另外，混混合配筋管桩的的耗能系数也超超出了PHC管桩近30%左右，说明PHC管桩的延性性能能得到了较大地地改善，且与实实心方桩的延性性性能相近。6结论PRC桩与PHC桩相比，它的性性能明显提高；抗裂弯矩提高高了10～20%；极限弯矩和设设计弯矩提高30～50%；桩身强度提供的竖竖向承载力提高高了10～20%；在标准试验条件下下，延性增加8%～30%；裂缝宽度：在在工作条件下裂裂缝宽度减少50%，为管桩受弯、、受拉时的裂缝缝宽度控制、耐耐久性设计提供供了技术条件。。破坏形式为塑性性破坏；而普通通管桩延性稍差差，破坏形式为为脆性破坏，具具有突然性和不不可预见性。PRC桩开发四年来，在各类建建筑基础工程实实践中，得到了了成功地应用。二结构预应力钢筋1、非预应力钢筋筋2，螺旋筋3、混凝土4非预应力钢筋采采用扇形轴对称称配置混合配筋预应力力混凝土管桩图图集三应用1在黄河护堤郑州州段建成移动式不抢抢险潜坝护堤坝桩设计成两层保护层：桩坝第一保护层层设计桩长为15m,是在当水流量为1000m3/s以下时，水从桩与桩间间间隙流出，起到缓冲保护河堤的作用；当水流量增大到超过1000m3/s时，就从桩坝上部漫出；流到第二保护层，第二层“桩坝””桩长为24m，控制流量为4000m3/s，水亦是从桩与与桩间间隙流出出，当流量超过4000m3/s时，从水桩坝上部漫出，保证洪水的顺顺畅流动，缓解解河水对堤坝的冲刷。试验段设计的是是第一保护层。混合配筋预应力力混凝土管桩正是为适应黄河河桩坝的要求而设计的的。桩坝利用该坝体体可拆装重组和和灵活移动特性性，有效适应了了游荡性河段河河势变化的不确确定性，解决了了已有中水河道道整治工程不能能较好适应目前前及将来小水河河势的控制问题题，实现了治河河工程设计思想想的创新，为遏遏制黄河下游畸畸形河势发展、、提高工程利用用效率、稳定主主槽提供了技术术手段。护堤坝桩的端部在桩坝的施工现现场建成的桩坝试验验段（A）在黄河激流中的的桩坝产生的效益50m坝长试验工程修修建后（用桩900m），即对郑州95滩供水机井起到到了很好的保护护作用，保证了了3眼机井及其附属属管线在2008、2009和2010年的正常生产和和运行，产生了了500余万元效益；试试验工程在一定定程度上阻止延延缓了河水对郑郑州95滩冲蚀，对保护护滩地、稳定河河势产生了一定定的社会效益和和防洪效益成果已在黄河下下游巩义黄河滩滩区豫联供水工工程和菏泽黄河河河道整治工程程2处推广应用3km（用桩8万米），洞庭湖湖安澧垸松滋河河软基堤段7+600～8+100和13+400～13+800堤坡抗滑加固设设计推广应用1.1km（用桩10万米）该独特设计坝型是可以多年重复使用的的，非常适用于于旨在调整畸形形河势、工程抢抢险而需快速修修建的临时导流流工程,可修筑垂直护岸岸或码头，还可可在城市高层建建筑基坑开挖施施工中，代替钢钢筋混凝土灌注注桩或钢桩进行行基坑开挖支护护，并可回收重重复利用。该项目荣获2011年黄委会科技进进步一等奖获2012年水利部大禹科科技进步二等奖奖2建筑工程基础在抗震设防烈度度8度或者接近8度边缘的地区的基础工程中采用抗震性能比较好的PRC桩，对抗震要求较高桥梁基基础经过核算也也得到了应用。。采用与PHC桩联合使用，形形成上下组合桩桩，较好解决管管桩抗弯、水平平承载力不足的的问题

对完全全采用PHC桩可能不适用的的工程，可采用用上部PRC桩、下部PHC桩；或者，依据据计算结果，按按不同深度上下下混合配置，以以满足不同深度度位置水平荷载载的作用效应要要求上下节采用不同类型的管桩。对建筑工程低承台台桩，当上部或中中部存在软土、可可液化土、湿陷性性黄土、人工填土土等欠固结土时，，可以根据水平荷荷载作用效应，采采用分段组合桩形形式，以节省工程程造价拱桥桩基工程基础础3湖泊护岸工程水利部洞庭湖护岸岸工程某加固段，，设计采用抗滑桩桩和水泥土搅拌桩桩复合地基抗滑体体。抗滑桩设计采采用PHC桩，直径600mm，桩长35m，水泥土搅拌桩长长20m。经专家论证，考考虑稳定性控制时时，管桩水平承载载力以抗弯承载力力为控制条件，调调整抗滑桩设计为为直径500mmPRC桩，设计试验段约约2km，管桩使用量约14万米，每米节省造造价40元，光试验段就节节约造价560万元4作构筑物的立柱用用在主要承受压应力力构筑物上，可以以当支撑立柱使用用，如用作桥式起起重机路轨的支撑撑立柱，混凝土具具有良好的抗震性性能，可以减少起起重