汉口预应力管桩 管桩 建泰管桩

湖北卓南基础工程有限公司

管桩按外径分为300毫米、350毫米、400毫米、450毫米、500毫米、550毫米、600毫米、800毫米和1000毫米等规格，实际生产的管径以300毫米、400毫米、500毫米、600毫米为主。目前以直径400、600外径为主，管桩全是工厂化生产，常用节长8-12米，98年上海三航局预制厂为适应深水港码头建设的需要，生产节长30米的管桩，还根据设计使用的要求，少量生产4-5米的短节桩。 管桩按桩身抗裂弯矩的大小分为A型、AB型和B型、C型。A型的有效预应力约为4Mpa，AB型为6Mpa，B型约为8Mpa，C型约为10MPa。一般管桩有4-5Mpa的有效预应力，打桩时桩身混凝土可有效地抵抗仃桩拉应力，所以，对于一般的建筑工程，选用我国规定的A或AB型的管桩就可以。 每节管桩都有出厂标记，表示在管桩表面距端头1.0米左右的地方。

外径600毫米、壁厚110毫米、长度12米的A型预应力高强混凝土管桩的标记为：PHC 600 A 110-12 GB13476。管桩的接头，过去个别厂的产品采用法兰盘螺栓联结，现在几乎全部采用端头板电焊联结法。端头板是管桩*的一块圆环形铁板，厚度一般为18-22毫米，端板外缘沿圆周留有坡口，管桩对接后坡口变成U型，烧焊时将管桩周过的U型坡口填满即可。 预应力管桩沉入土中的**节桩称为底桩。底桩下端部都要设置桩尖（靴）。
管桩沉桩方法有多种，在我国国内施工过的方法有：锤击法、静压法、震动法、射水法、预钻孔法及中掘法等，而以静压法用得较多。由于柴油锤打桩时震动剧烈、噪音大，为适应市区施工需要，近几年来我国各地开发了大吨位的静力压桩机施压预应力管桩的工艺，静力压桩机又可分为**压式和抱压式，抱压式是桩机的夹板夹紧桩身，依靠持板的摩擦力大于入土阻力的原理工作，静力压桩机较大压桩力可达5000-6000kN，可将直径500、600的预应力管桩压到设计要求的持力层，从而大大推动了预应力管桩的应用和发展。

管桩功能分析
试件破坏形态
基本试件破坏的主要特征为裂缝尚未充分发展，受压区混凝土应变远未达到设计的极限压应变，试件就由于受拉区的预应力钢棒受拉断裂而丧失承载力，脆性破坏特征显著，破坏时，受压区混凝土形态较为完整，未出现压碎现象，高强混凝土的承压性能未能得到充分发挥。与之相比，P507(见图3)和P508(见图2b)试件破坏时，由于加入非预应力筋，试件经历较大变形,加载位置处受压区混凝土压碎现象明显，试件P507被压碎脱落的混凝土块的*尺寸约为200mm，箍筋外露，裂缝发展较为充分，凭借高强混凝土的高承载力使脆性破坏得到明显改善。
荷载-位移滞回曲线
各试件桩身的荷载-位移滞回曲线见图4。该类曲线反映了试件在整个往复荷载作用下的变形和耗能能力，是描述试件抗震性能的重要指标。通过5根PHC管桩荷载-位移滞回曲线的对比发现，基本试件P504在进入弹塑性工作阶段后，由于刚度退化严重，滞回曲线呈现反S型，出现明显的“捏缩”现象，滞回环面积较小，计算得出的能量耗散系数偏低，试件的耗能性能较差。这是由于管桩水平方向承载力及刚度主要是由管桩的预应力纵筋及处于预压状态下的高强混凝土提供，而这两者均呈脆性破坏，混凝土的裂缝未能充分发展，故试件的耗能能力较差。通过对比可知，采取箍筋加密和加粗措施的P502、P505试件，滞回过程中的“捏缩”现象稍有缓解，但效果不明显，其水平承载力也未得到提高。这表明加密、加粗箍筋产生的混凝土环箍效应对PHC管桩的水平承载力及耗能性能的改善作用不明显：采取配置非预应力筋措施的P507、P508试件，水平承载力有大幅提高，与基本桩P504相比，配置11根16mm非预应力筋的P507试件*水平承载力提高60.4%，配置11根覫D18mm非预应力筋的P508试件*水平承载力提高72.25%。试件的耗能能力也明显改善，滞回环呈弓形，形态较饱满，能量耗散系数增大，“捏缩”现象基本消失。主要原因是加入的非预应力筋在塑性阶段与预应力纵筋共同作用，并且在预应力钢棒退出工作后，继续与受压区混凝土共同工作提供承载力，利用高强混凝土的高抗压强度使其水平承载力明显提高。由于非预应力筋的塑性变形性能明显优于处在预拉状态的预应力钢棒，试件在滞回过程中的耗能明显增强，抗震性能得到显著改善。
混凝土管桩
延性系数
*常用的衡量延性的量化指标为曲率延性系数前者反映延性结构构件临界截面的相对延性;后者用于反映延性结构构件局部的相对延性。本文从这两个方面对PHC管桩的抗震延性进行分析，其中试件的曲率为倾角变化量与两倾角仪中心距离的比值，屈服变形均根据绘出的骨架曲线采用能量等面积法确定，极限位移确定条件为临界截面的承载力下降到*承载力值的85%。各试件的位移延性系数和曲率延性系数数据结果分别见表3和表4。
由表可知，基本桩试件P504的位移延性系数和曲率延性系数均较小，延性性能较差。综合基本桩试件的裂缝开展形式、破坏形态及破坏时塑性铰区混凝土应力状况分析其原因，在拟地震力作用下，PHC管桩桩身中部的受力状态主要为正截面的受弯状态，而管桩的受力纵筋是直径仅为9mm且处于张拉状态下的预应力钢棒，其塑性变形及耗能能力明显不足，使试件在地震荷载作用下的延性性能受到影响，同时限制了高强混凝土承压性能的发挥，未达到提高水平承载力的效果。与基本试件P504相比，采取提高配箍率措施的试件P502的位移延性与曲率延性均没有提高，说明该措施对于改善预应力高强混凝土管桩的变形、延性性能没有明显作用，这是由于提高配箍率的主要作用是提高试件的抗剪性能以及在环箍效应下的约束混凝土的作用，而对于在地震力荷载作用下的管桩正截面抗弯和延性性能几乎不起作用，故管桩的抗震性能无法得到有效改善。
配置16mm非预应力筋的试件P507的位移延性较之基本试件P504有了明显的改善，屈服位移和极限位移分别增加了20%和63%，位移延性系数增大了38%，而其塑性铰区截面曲率延性较试件P504虽有提高，但幅度较位移延性减小，极限曲率增大33%，延性系数增大27%。这表明，PHC管桩在配置非预应力筋后，混凝土塑性铰区出现外移迹象，结合试验现象分析得出，配置的非预应力筋能够在预应力钢棒退出工作后继续受力，有较强的塑性变形能力，使得高强混凝土的力学性能得到更充分的发挥，延缓了试件的破坏，并由于受力纵筋数量的增加使混凝土的应力分布更为均匀、合理，从而改善了PHC管桩的受力状况，使管桩的变形及延性性能显著增强。但是，在增加非预应力筋后，配置覫b18mm非预应力筋的试件P508的改善效果比试件P507略有降低，由此可以得出，非预应力筋的用量在**出一定范围后对提高管桩延性的作用将会变小。
刚度退化
刚度与承载能力、延性一样，也是构件抗震性能的一个重要指标。结构构件在承受地震作用时，其刚度会逐渐减小。定义坐标原点与某次循环的荷载峰值(即骨架曲线上的点)连线的斜率为等效刚度，其值由K=F/Δ得到。各试件的刚度退化曲线如图5所示。由图5(a)可知，基本试件P504及采用提高配箍率措施的改善型试件P502和P505的刚度退化曲线十分相似，刚度退化规律及退化速度基本相同，试件在混凝土开裂后，刚度退化速度*，而在屈服后刚度退化速度明显放缓，刚度衰减比较均匀，没有发生刚度突变。由图5(b)可知，对比基本试件P504，配置非预应力筋的P507和P508试件，在混凝土开裂后刚度退化速度明显变慢，刚度衰减量大幅度减小。这表明，非预应力筋的加入能够有效缓解受拉区混凝土退出工作对试件刚度的削弱作用，延缓其刚度退化现象，明显改善PHC管桩的抗震性能。

管桩施工不适用的地质情况
不宜使用管桩的工程地质条件：
1、弧石和障碍物多的地质。
2、有坚硬类层且又不能做持力层的地质。
3、石灰岩(岩溶)地区。
石灰岩不能做管桩的持力层，除非石灰岩上面存在可作管桩持力层的其他岩层。大多数情况下，石灰岩上面的覆盖土层属于软土层，而石灰岩是水溶性岩石几乎没有强风化岩，基岩表面就是新鲜岩石。在这中地质条件下应用管桩，常会发生下列工程质量事故。
长沙管桩
① 管桩一旦穿过覆盖层就立即接触到岩面，如果桩尖不发生滑移，那么贯入度就立即变小，桩身反弹特别厉害，管桩很快出现破损现象或桩尖变形、桩头打碎、桩身断裂，破损率往往高达30%～50%。
② 桩尖接触岩面，很容易沿倾斜的岩面滑移。有时桩身突然断裂，断桩后可很快发现;有时却慢慢倾斜，到一定时候桩身被折断。如果覆盖层浅而软，桩身跑位相当明显，即使桩身不折断，成桩的倾斜率也大大**过规范要求。
③ 施工时桩长很难掌握，配桩相当困难。桩长参差不齐、相差悬殊是石灰岩地区的普遍现象。
④ 桩尖只落在基岩面上，周围土体嵌固力很小，桩身稳定性差，有些桩的抗尖只有一部分在岩面上而另一部门却悬空着，桩的承载力难以得到保证。
4、从松软突变到特别坚硬的土层
大多数石灰岩也属于“上软下硬、软硬突变”的地层，但这里指的不是石灰岩，而是其他岩石如花岗岩、砂岩、泥岩等等。一般来说，这些岩石有强、中、微分化岩层之分。
管桩认这些基岩的强风化层做桩端持力层是相当理想的，不过有些地区，基岩中缺少强风化岩层，且基岩上面的覆土层比较松软。在这种地质条件下打管桩，有关类似于石灰岩地区，桩尖一接触岩面，贯入度就立即变小甚至为零。这种岩面一般比较平坦，成桩的倾斜率没有石灰岩地区那大。但打桩的破损率并不低，这是因为中间缺少一层“缓冲层”。这个道理如同铁钉一样，铁钉钉入有弹性的木板，敲一下进去一些，不会发生什么问题。铁钉若想钉入坚硬的岩石，只要敲几下就弯而折屈。
一些设计者在工程设计中仍以长细比来控制桩长或桩径，造成工程桩的不必要的浪费。长细比限值主要是为了保证桩身不产生压屈失稳，以及考虑施工条件的要求，对于端承桩因有一较坚硬的不变形的持力层，在桩**竖向荷载作用下，桩身若过于细长，可能会像压杆一样出现失稳破坏。而对于摩擦型桩，桩身应力向下衰减，且桩会随着荷载加大而产生沉降，不会产生压屈失稳，所以不需考虑长细比的限制。根据我国的实际情况，迄今为止尚未发现质量正常的低承台桩在使用过程中出现压屈失稳的例子，所以两本规范不再提长细比的要求了。但具体应用中如遇到桩周土软弱或可液化，或8度以上地震区的情况，当桩身强度控制设计时，仍应慎重对待，可按相关规范验算桩身压屈。