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作构筑物的立柱用5用于深基坑工程支护结构

四小结

一前言

预应力高强混凝土桩，无论管桩还是离心方桩，桩身强度都很高，但由于预应力混凝土桩抗弯性能差，破坏形式呈脆性破坏，延性差，当桩出现开裂后，裂缝迅速蔓延，受拉区钢筋很快进入屈服和颈缩直至断裂，而且具有极限弯矩和开裂弯矩相差不大等缺点。由于桩抗水平承载力不足，因此，在在抗震设防烈度不大于8度的地区抗震建筑的基础施工中，在基坑工程、边坡稳定工程、护岸工程，软土地区建筑桩基中的应用受到限制

因此，需要开发适应要求的新型桩。

黄河需要护堤桩

我们为什么要研发混合配筋制预应力混凝土管桩？黄河是中国的母亲河，她孕育中华灿烂的千年文明，但她也带来了灾难，千百年来，流经黄土高坡的滚滚河水带来大量泥沙，在中下游淤积。在河南段，大约河床每年要升高8～12cm,郑州段花园口河床比市区高5～7m,开封段已高10多m。

由于泥沙的淤积，黄河的最大特点是不停的改道，东边河床高了流西边，西边河床高了流东边，频频改道。现在要控制流向，减少对堤岸的冲击，就提出了＂桩坝＂的新概念。“桩坝＂是为大河堤坝的外围设置保护层，即由预制桩组成的缓冲层，减少对大河堤坝的冲击。对护坝桩的要求是：（1）要承受较大的抗弯力和抗剪力，危险断面处的抗弯力达300-500kN；（2）要可将桩沉入和拔出，即桩上必须有预应力钢筋，能承受桩自重的应力设计；（3）要有较好的稳固性，即桩在泥沙中位置的稳定性，桩截面不宜小于500mm,当然可考虑连系梁架构。

针对护堤坝桩和基坑、抗震等基础工程的需求，由郑州大学、建华管桩集团共同研发的混合配筋制预应力混凝土管桩。即PRC桩。它同普通预应力混凝土管桩一样，亦是由混凝土、钢筋骨架及端头板组成，不同处在于钢筋骨架中除了有预应力钢筋外，还加入一定数量的非预应力钢筋，形成一种新型的混合配筋的骨架，配筋率高，为普通管桩的1.5～2倍。按非预应力钢筋和预应力钢筋的直径数量分有多种类别、型号，我们可以根据实际工程需要，选择相匹配的混合配筋预应力混凝土管桩。

建华管桩委托同济大学，对混凝土混合配筋管桩、PHC管桩、和预制混凝土实心方桩三种桩型进行水平低周反复加载的对比试验，选取有代表性的部位，通过精细的试验量测设计，在整个试验过程中观测裂缝变化情况、混凝土和钢筋的应变变化，并绘制出反映桩在循环荷载作用下荷载与变形关系的滞回曲线及骨架曲线，为确定预应力混凝土管桩的水平抗震性能提供试验基础。

二混凝土混合配筋管桩、PHC管桩、实心方桩抗震性能的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用荷载控制和位移控制两种方法。1对比试验

试验中观测到的试件损伤发展历程大致如下:(1)、当水平荷载小于开裂荷载时，试件水平力与位移呈线性关系。(2)、随着荷载的增大，混凝土裂缝开始出现，此时裂缝宽度一般在0.02mm以内。(3)、荷载继续增大：

1）实心方桩中纵向受拉钢筋开始屈服，接着受压侧混凝土保护层开始压碎、剥落，继而纵向受压钢筋压屈，试验结束；2）PHC管桩中受压侧混凝土保护层开始压碎、剥落，纵向受拉钢筋（预应力钢筋）逐渐达到屈服强度，直至最后断裂，试验结束；3）混合配筋管桩中受压侧混凝土保护层开始压碎、剥落，纵向受拉钢筋（预应力和非预应力钢筋）逐渐达到屈服强度，直至最后预应力钢筋断裂，非预应力钢筋压屈，试验结束。PHC管桩水平位移幅值80mm东侧混凝土破坏情况实心方桩水平位移幅值60mm南侧混凝土破坏情况

2试验破坏情况混合润配筋举管桩哄水平饺位移眯幅值95沸mm东侧防混凝恼土破帆坏情谣况实心姿方桩妥在保兄持80腿mm峰值弃位移继时，啄负向银峰值世荷载宝随循穷环次瓶数增删多而选大幅射降低泡，刚慢度明刊显退另化，偿试验绣结束犹。PH慎C管桩改在保蠢持70乓mm峰值个位移迁时，舱正向鉴峰值石荷载剂随循众环次蓄数增况多而肆开始寒大幅遭下降刊，一峡侧混择凝土蚁已压妇碎；垃而在吉保持80招mm峰值坏位移问时，只另一括侧混肯凝土络突然单压碎扁，试瞎验结蛇束。混合积配筋联管桩箱的水捞平极午限承著载力葡出现针在80样mm荷载器级，准在保广持80枝mm峰值震位移询时，目负向短峰值锹荷载怜随循愤环次见数增眉多而犬有所醒降低饼，但袭未大液幅下橡降；枪继续床加载氧，在禽保持85杯mm、90描mm峰值拼位移答时，锤峰值粘荷载遭随循荒环次泼数增桨加逐薄渐降加低，煤但依花然没品有大覆幅下煌降，侮说明蹈混合疼配筋持管桩临具有水较好绞的延套性性驴能。贴最终须在95捎mm峰值愁位移惯时，摔水平俱承载竹力明事显降公低，宅试验坡结束颜。3试验团比较问与分铁析从上何表中嘉可以嘱看出麻，三居根桩曲型轴奸压比丈相同会，剪羞跨比姓基本仅接近凑，这指为比乘较三房诚种桩收型的昌延性滥性能明提供练了可唉比性督。配飘箍率勤实心粮方桩欣比两莲根管陪桩高据出30乌%左右创，这为对方昂桩的翼延性猜性能此有一泪定的粘增强瓦作用船。抗策弯刚线度两菌根管责桩超敢出方诊桩近30砍%左右赔，使滤管桩惠的抗申弯能评力大等大提镜高。蜡另外堆混合风配筋庆管桩勉由于餐增配篮了非锤预应林力钢喘筋，碧因此馆纵向社配筋箩率超能出方怪桩和PH基C管桩洞近50旋%左右距，这津将有活助于户提高护混合甚配筋凭管桩忧的水柴平极犁限承礼载力诞；而骡且由腥于增水配的懂是非酿预应按力钢偏筋，谷因此鸽将会务改善放其延显性性踩能。三种沾桩型蕉相关币参数版比较参数桩型规格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延性磁性能脂系数祖比较从三翠种桩陆型试袖件的洗延性扔系数伤比较宜来看肝，实任心方丧桩和叉混合艇配筋喜管桩准较为沃接近牙，均性比PH虹C管桩曾的延拨性系赤数要孔大，弯因此从在原伴有管闹桩基竟础上蛙增配部非预朴应力们钢筋图的混彻合配往筋管陶桩的厦延性脸得到攀了较搁大地砌提高寺，从临而改斯善了拔预应软力混然凝土述管桩绕的抗酱震性返能。5抗震污试验诵结论绍和建党议（1）破虹坏模铺式实心壤方桩枪的破品坏主锣要表饭现为良受拉塞钢筋恨屈服俭、受套压钢顺筋压厚屈以搏及受债压区冬混凝栗土压屑碎。PH走C管桩踢的破载坏主培要表宝现为章预应餐力钢葵筋拉摇断和位受压须区混签凝土闸压碎善。混合烤配筋刻管桩佣的破馅坏主惭要表坡现为番受拉准钢筋呆（非踏预应界力钢辜筋）俩屈服缘瑞、受链压钢傲筋（库非预酿应力黑钢筋歉）压践屈、貌预应政力钢安筋拉筑断以超及受招压区倚混凝泻土压僚碎。（2）极吸限承炸载力反复屯荷载榨下，娇管桩荐的抗东弯极骨限承暮载力献超出俱实心匙方桩驰的极探限承魔载力如约40残%，而贞两种成管桩总的抗腔弯极怖限承霉载力销基本戏接近答。（3）延颂性与薪耗能铅性能三种播桩型揭试件龙的滞丹回曲燃线形赛状均虾不够只饱满蹲，呈迎捏拢陆形（白两根琴管桩餐的滞毛回曲乎线较粮扁平百），习延性溉系数好均小况于3，耗幸能系剥数均毫小于1，抛因此汗表明齐抗震敏性能控都不纸是非宰常理梅想。拴在极仰限荷阶载前益，每皆级荷情载下第的滞雹回环游重合宏良好猛，试擦件刚易度退浸化不清明显搭；当卸荷载骆加到层极限狮荷载级后，遵每级榨荷载催下的后滞回映环不送再重繁合，丘承载附力退奴化明弓显。混合霜配筋寸管桩鼓的延祖性系改数和泰实心捷方桩排相比再较为倚接近悄，而贱且其东数值浊超过佣了PH甜C管桩纷的20趴%左右革；另禽外，辫混合守配筋炮管桩沙的耗互能系叉数也昂超出趴了PH咏C管桩完近30锋%左右杰，说穴明PH廊C管桩疮的延径性性茎能得武到了拨较大挤地改冶善，辣且与铜实心距方桩初的延毫性性润能相另近。6结论PR桐C桩与PH纺C桩相爱比，蹈它的抵性能狼明显践提高；抗亲裂弯耗矩提夕高了10～20住%；极颈限弯魂矩和犯设计仪弯矩丙提高30～50恒%；桩身强走度提系供的蒜竖向喜承载郊力提现高了10～20莫%；在标准柜试验饮条件稻下，延性冰增加8%～30抓%；裂榆缝宽期度：办在工栋作条丙件下从裂缝条宽度退减少50索%，为昆管桩筐受弯的、受因拉时汇的裂唤缝宽劲度控梨制、膏耐久率性设唐计提叫供了聋技术痛条件幅。破坏攻形式杯为塑组性破伴坏；颂而普有通管服桩延注性稍刺差，缺破坏择形式肆为脆处性破森坏，陆具有艰突然迈性和项不可物预见谣性。PR呢C桩开电发四年来导，在角各类马建筑慢基础苗工程欧实践扛中，温得到世了成粘功地盯应用。二卖结构预应匪力钢澡筋1、非争预应客力钢禽筋2，螺特旋筋3、混吩凝土4非预减应力愚钢筋支采用架扇形厌轴对刺称配蹈置混合旅配筋享预应涂力混蚕凝土摩管桩泉图集三圈应用1在黄淋河护恒堤郑贞州段建成诞移动兄式不怨抢险位潜坝护堤贪坝桩设计扣成两郑层保护尾层：桩坝例第一蜜保护关层设计锹桩长为15近m,是在当水流量为10染00日m3/s以下蜘时，水输从桩乒与桩锡间间何隙流帜出，起到缓先冲保营护河堤的杆作用；当水属流量增大到超页过10慎00棕m3/s时，就奥从桩坝上承部漫剃出；流到第二粒保护描层，第二昌层“嫁桩坝迅”桩择长为24缝m，控浇制流象量为40支00狭m3/s，水榨亦是窃从桩煎与桩犁间间持隙流速出，舍当流量超过40池00酿m3/s时，从水桩坝上灶部漫育出，保统证洪登水的号顺畅拔流动豆，缓昆解河边水对堤坝的冲样刷。试验裳段设再计的册是第一死保护看层。混合求配筋茫预应宫力混纱凝土虫管桩正是名为适裤应黄苦河桩坝的要彩求而喇设计摩的。桩坝缩慧利用普该坝酒体可普拆装驶重组狱和灵庙活移膨动特送性，隔有效营适应负了游亦荡性残河段昏河势当变化征的不打确定率性，荐解决鞋了已探有中么水河尚道整津治工姐程不遗能较暴好适端应目车前及饮将来迹小水蛛河势帝的控舒制问李题，淡实现主了治烧河工雷程设牛计思虚想的总创新众，为瓦遏制舱黄河雁下游暂畸形协河势印发展封、提糠高工粪程利奖用效帝率、但稳定焦主槽尿提供评了技丈术手崖段。护堤累坝桩的端陕部在桩杠坝的惕施工职现场建成哑的桩莫坝试琴验段粱（A）在黄唱河激瞒流中堂的桩定坝产生蹲的效益50刑m坝长盘试验斩工程赤修建修后（严用桩90蝇0m），蜻即对六郑州95滩供起水机歌井起下到了昂很好做的保垮护作神用，胸保证史了3眼机喘井及畅其附机属管桐线在20补08、20缘瑞09和20糟10年的杏正常碰生产敞和运再行，迅产生理了50趟0余万战元效呆益；腔试验萄工程显在一认定程事度上单阻止木延缓耐了河从水对点郑州95滩冲宾蚀，蔬对保鼓护滩眠地、议稳定设河势使产生纪了一虏定的先社会销效益敬和防凑洪效饿益成果剖已在伴黄河摄下游牵巩义扔黄河取滩区羞豫联牌供水勤工程烦和菏笑泽黄地河河炒道整疗治工宋程2处推绵广应指用3k掩m（用辅桩8万米蹲），选洞庭岗湖安单澧垸钢松滋保河软研基堤友段7+言60处0～8+抽10组0和13帆+4予00～13渡+8步00堤坡惕抗滑吊加固榨设计贝推广给应用1.魄1k值m（用缝桩10万米塞）该独特矛设计桂坝型是可躁以多年项重复鞋使用疲的，精非常活适用程于旨潜在调低整畸徒形河羽势、吓工程苏抢险率而需胃快速塌修建兴的临班时导劝流工坝程,可修光筑垂笑直护换岸或俘码头摩，还喘可在直城市泳高层无建筑稳基坑括开挖揭施工竿中，汁代替连钢筋炕混凝球土灌著注桩椒或钢鞋桩进极行基馅坑开壶挖支段护，误并可静回收筛重复梯利用吴。该项烫目荣羽获20立11年黄掠委会厉科技武进步秆一等泰奖获20吓12年水孤利部裕大禹忆科技柜进步谦二等打奖2建筑洞工程基础在抗坊震设锦防烈洞度8度或者批接近8度边缘的地工区的羊基础工程中采用抗震性能纪比较慈好的PR面C桩，量对抗震要求闪较高亲桥梁蒸基础栗经过缎核算碧也得申到了滩应用筐。采用咏与PH敢C桩联姨合使迅用，评形成缠上下同组合陡桩，泰较好规解决回管桩软抗弯银、水奸平承浓载力扒不足晶的问撑题惠对完钳全采验用PH姜C桩可数能不首适用絮的工绿程，主可采冬用上抢部PR赞C桩、哑下部PH伯C桩；唤或者复，依币据计侧算结趁果，礼按不锄同深酬度上肺下混该合配叹置，接以满穴足不避同深不度位环置水津平荷仅载的羽作用剖效应舰要求上下锻节采蹲用不孤同类型的管引桩。对建箱筑工虾程低勉承台解桩，钥当上四部或斜中部敌存在员软土撞、可要液化炎土、卡湿陷茄性黄船土、雷人工期填土集等欠旨固结评土时架，可沙以根摧据水鉴平荷娇载作扩用效来应，记采用仪分段龙组合贝桩形史式，因以节京省工绍程造载价拱桥治桩基材工程纸基础3湖泊护岸森工程水利按部洞纯庭湖孩护岸碧工程女某加羞固段饺，设景计采酱用抗奴滑桩裂和水铁泥土距搅拌偿桩复伞合地傅基抗超滑体串。抗暴滑桩阵设计宝采用PH弃C桩，乞直径60搅0m虑m，桩瞒长35川m，水莲泥土读搅拌蜜桩长20亲m。经捎专家务论证佩，考仆虑稳需定性肥控制火时，弟管桩暂水平表承载卧力以长抗弯递承载咸力为物控制悉条件垒，调传整抗符滑桩奖设计剑为直酱径50和0m竹m亏PR值C桩，润设计主试验砍段约2k仰m，管蒜桩使握用量严约14万米涌，每蜘米节湖省造狮价40元，必光试怒验段垫就节庙约造统价56传0万元4作构穴筑物节的立曾柱用在主份要承肯受压雀应力跟构筑败物上咽，可祖以当位支撑痛立柱稿使用彻，如私用作条桥式桐起重狂机路塌轨的菜支撑泳立柱兽，混含凝土室具有愿良好鸡的抗并震性枯能，桑可以止减少艺起重意机的分震动销，不接会像翅钢结霞构立羽柱一龄样发炒生锈论蚀，PR寇C桩还岗可以黎作高就架运锣输支趋撑立棒柱，滥已经跌得到蕉了成零功地愧应用绢。如成开品桩腊堆放帽场地存的起寺重机内导轨隶承重支撑携立柱。用于搏场地畅立柱具的PR医C桩a.单排呀桩锚盾支护在深嫩基坑吵工程眼支护俗结构功工程移中，腹也有抗应用PR狼C