混合配筋預(yù)應(yīng)力混凝土管樁ppt課件

1、 2013年03月 混合配筋預(yù)應(yīng)力混凝土管樁 (PRC樁) Prestressed Reinforced Pile (PRC Pile)1;.2 題要 一 前言n二 結(jié)構(gòu)n三 應(yīng)用n1黃河的護(hù)堤工程2建筑工程基礎(chǔ) 3湖泊的護(hù)岸工程 4作構(gòu)筑物的立柱用 5用于深基坑工程支護(hù)結(jié)構(gòu) 四 小結(jié)3 一 前言n 預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土樁，無論管樁還是離心方樁，樁身強(qiáng)度都很高，但由于預(yù)應(yīng)力混凝土樁抗彎性能差，破壞形式呈脆性破壞，延性差，當(dāng)樁出現(xiàn)開裂后，裂縫迅速蔓延，受拉區(qū)鋼筋很快進(jìn)入屈服和頸縮直至斷裂，而且具有極限彎矩和開裂彎矩相差不大等缺點。由于樁抗水平承載力不足，因此，在在抗震設(shè)防烈度不大于8度的地區(qū)抗震建筑

2、的基礎(chǔ)施工中，在基坑工程、邊坡穩(wěn)定工程、護(hù)岸工程，軟土地區(qū)建筑樁基中的應(yīng)用受到限制n 因此，需要開發(fā)適應(yīng)要求的新型樁。4 黃河需要護(hù)堤樁n 我們?yōu)槭裁匆邪l(fā)混合配筋制預(yù)應(yīng)力混凝土管樁？黃河是中國的母親河，她孕育中華燦爛的千年文明，但她也帶來了災(zāi)難，千百年來，流經(jīng)黃土高坡的滾滾河水帶來大量泥沙，在中下游淤積。在河南段，大約河床每年要升高812cm,鄭州段花園口河床比市區(qū)高57m,開封段已高10多m。n 由于泥沙的淤積，黃河的最大特點是不停的改道，東邊河床高了流西邊，西邊河床高了流東邊，頻頻改道。現(xiàn)在要控制流向，減少對堤岸的沖擊 ，就提出了樁壩的新概念。5n“樁壩是為大河堤壩的外圍設(shè)置保護(hù)層，即由

3、預(yù)制樁組成的緩沖層，減少對大河堤壩的沖擊。對護(hù)壩樁的要求是：n（1）要承受較大的抗彎力和抗剪力，危險斷面處的抗彎力達(dá)300-500kN；n（2）要可將樁沉入和拔出，即樁上必須有預(yù)應(yīng)力鋼筋，能承受樁自重的應(yīng)力設(shè)計；n（3）要有較好的穩(wěn)固性，即樁在泥沙中位置的穩(wěn)定性，樁截面不宜小于500mm,當(dāng)然可考慮連系梁架構(gòu)。6n 針對護(hù)堤壩樁和基坑、抗震等基礎(chǔ)工程的需求，由鄭州大學(xué)、建華管樁集團(tuán)共同研發(fā)的混合配筋制預(yù)應(yīng)力混凝土管樁。即PRC樁。它同普通預(yù)應(yīng)力混凝土管樁一樣，亦是由混凝土、鋼筋骨架及端頭板組成，不同處在于鋼筋骨架中除了有預(yù)應(yīng)力鋼筋外，還加入一定數(shù)量的非預(yù)應(yīng)力鋼筋，形成一種新型的混合配筋的骨架，

4、配筋率高，為普通管樁的1.52倍。按非預(yù)應(yīng)力鋼筋和預(yù)應(yīng)力鋼筋的直徑數(shù)量分有多種類別、型號，我們可以根據(jù)實際工程需要，選擇相匹配的混合配筋預(yù)應(yīng)力混凝土管樁。7 建華管樁委托同濟(jì)大學(xué)，對混凝土混合配筋管樁、PHC管樁、和預(yù)制混凝土實心方樁三種樁型進(jìn)行水平低周反復(fù)加載的對比試驗，選取有代表性的部位，通過精細(xì)的試驗量測設(shè)計，在整個試驗過程中觀測裂縫變化情況、混凝土和鋼筋的應(yīng)變變化，并繪制出反映樁在循環(huán)荷載作用下荷載與變形關(guān)系的滯回曲線及骨架曲線，為確定預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的水平抗震性能提供試驗基礎(chǔ)。 二混凝土混合配筋管樁、PHC管樁、實心方樁抗震性能的試驗研究8加載設(shè)備9混合配筋管樁PHC管樁實心方樁試驗

5、加載程序采用荷載控制和位移控制兩種方法。101 對比試驗 試驗中觀測到的試件損傷發(fā)展歷程大致如下:(1)、當(dāng)水平荷載小于開裂荷載時，試件水平力與位移呈線性關(guān)系。(2)、隨著荷載的增大，混凝土裂縫開始出現(xiàn)，此時裂縫寬度一般在 0.02mm以內(nèi)。(3)、荷載繼續(xù)增大： 1）實心方樁中縱向受拉鋼筋開始屈服，接著受壓側(cè)混凝土保護(hù)層開始壓碎、剝落，繼而縱向受壓鋼筋壓屈，試驗結(jié)束； 2）PHC管樁中受壓側(cè)混凝土保護(hù)層開始壓碎、剝落，縱向受拉鋼筋（預(yù)應(yīng)力鋼筋）逐漸達(dá)到屈服強(qiáng)度，直至最后斷裂，試驗結(jié)束； 3）混合配筋管樁中受壓側(cè)混凝土保護(hù)層開始壓碎、剝落，縱向受拉鋼筋（預(yù)應(yīng)力和非預(yù)應(yīng)力鋼筋）逐漸達(dá)到屈服強(qiáng)度，

6、直至最后預(yù)應(yīng)力鋼筋斷裂，非預(yù)應(yīng)力鋼筋壓屈，試驗結(jié)束。11PHC管樁水平位移幅值80mm東側(cè)混凝土破壞情況 實心方樁水平位移幅值60mm南側(cè)混凝土破壞情況 2 試驗破壞情況12混合配筋管樁水平位移幅值95mm東側(cè)混凝土破壞情況 13 實心方樁在保持80mm峰值位移時，負(fù)向峰值荷載隨循環(huán)次數(shù)增多而大幅降低，剛度明顯退化，試驗結(jié)束。 PHC管樁在保持70mm峰值位移時，正向峰值荷載隨循環(huán)次數(shù)增多而開始大幅下降，一側(cè)混凝土已壓碎；而在保持80mm峰值位移時，另一側(cè)混凝土突然壓碎，試驗結(jié)束。 混合配筋管樁的水平極限承載力出現(xiàn)在80mm荷載級，在保持80mm峰值位移時，負(fù)向峰值荷載隨循環(huán)次數(shù)增多而有所降低

7、，但未大幅下降；繼續(xù)加載，在保持85mm、90mm峰值位移時，峰值荷載隨循環(huán)次數(shù)增加逐漸降低，但依然沒有大幅下降，說明混合配筋管樁具有較好的延性性能。最終在95mm峰值位移時，水平承載力明顯降低，試驗結(jié)束。143 試驗比較與分析 從上表中可以看出，三根樁型軸壓比相同，剪跨比基本接近，這為比較三種樁型的延性性能提供了可比性。配箍率實心方樁比兩根管樁高出30%左右，這對方樁的延性性能有一定的增強(qiáng)作用?？箯潉偠葍筛軜冻龇綐督?0%左右，使管樁的抗彎能力大大提高。另外混合配筋管樁由于增配了非預(yù)應(yīng)力鋼筋，因此縱向配筋率超出方樁和PHC管樁近50%左右，這將有助于提高混合配筋管樁的水平極限承載力；而且

8、由于增配的是非預(yù)應(yīng)力鋼筋，因此將會改善其延性性能。三種樁型相關(guān)參數(shù)比較 參數(shù)參數(shù)樁型樁型規(guī)格規(guī)格mm配筋配筋規(guī)格規(guī)格EI103KN.m2縱筋縱筋配筋配筋率率箍筋配筋率箍筋配筋率（加密區(qū)）（加密區(qū)）軸壓比軸壓比剪跨比剪跨比實心方樁實心方樁400X40041878.0921.27%1.08%0.28.6PHC管樁管樁500(100)13D12.6107.0541.2%0.83%0.28.1混合配筋混合配筋管樁管樁500(100)16D10.7, 1612111.3072.27%0.83%0.28.1154 延性性能系數(shù)比較 從三種樁型試件的延性系數(shù)比較來看，實心方樁和混合配筋管樁較為接近，均比PH

9、C管樁的延性系數(shù)要大，因此在原有管樁基礎(chǔ)上增配非預(yù)應(yīng)力鋼筋的混合配筋管樁的延性得到了較大地提高，從而改善了預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的抗震性能。 165 抗震試驗結(jié)論和建議（1）破壞模式 實心方樁的破壞主要表現(xiàn)為受拉鋼筋屈服、受壓鋼筋壓屈以及受壓區(qū)混凝土壓碎。 PHC管樁的破壞主要表現(xiàn)為預(yù)應(yīng)力鋼筋拉斷和受壓區(qū)混凝土壓碎。 混合配筋管樁的破壞主要表現(xiàn)為受拉鋼筋（非預(yù)應(yīng)力鋼筋）屈服、受壓鋼筋（非預(yù)應(yīng)力鋼筋）壓屈、預(yù)應(yīng)力鋼筋拉斷以及受壓區(qū)混凝土壓碎。（2）極限承載力 反復(fù)荷載下，管樁的抗彎極限承載力超出實心方樁的極限承載力約40%，而兩種管樁的抗彎極限承載力基本接近。17（3）延性與耗能性能 三種樁型試件的滯

10、回曲線形狀均不夠飽滿，呈捏攏形（兩根管樁的滯回曲線較扁平），延性系數(shù)均小于3，耗能系數(shù)均小于1， 因此表明抗震性能都不是非常理想。在極限荷載前，每級荷載下的滯回環(huán)重合良好，試件剛度退化不明顯；當(dāng)荷載加到極限荷載后，每級荷載下的滯回環(huán)不再重合，承載力退化明顯。 混合配筋管樁的延性系數(shù)和實心方樁相比較為接近，而且其數(shù)值超過了PHC管樁的20%左右；另外，混合配筋管樁的耗能系數(shù)也超出了PHC管樁近30%左右，說明PHC管樁的延性性能得到了較大地改善，且與實心方樁的延性性能相近。18 6 結(jié)論 PRC樁與PHC樁相比，它的性能明顯提高；抗裂彎矩提高了10 20%；極限彎矩和設(shè)計彎矩提高30 50%；樁

11、身強(qiáng)度提供的豎向承載力提高了10 20%；在標(biāo)準(zhǔn)試驗條件下，延性增加8%30%；裂縫寬度：在工作條件下裂縫寬度減少50%，為管樁受彎、受拉時的裂縫寬度控制、耐久性設(shè)計提供了技術(shù)條件。破壞形式為塑性破壞；而普通管樁延性稍差，破壞形式為脆性破壞，具有突然性和不可預(yù)見性。PRC樁開發(fā)四年來，在各類建筑基礎(chǔ)工程實踐中，得到了成功地應(yīng)用。19 二 結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力鋼筋1 、非預(yù)應(yīng)力鋼筋2，螺旋筋3 、混凝土4 20非預(yù)應(yīng)力鋼筋采用扇形軸對稱配置2122 混合配筋預(yù)應(yīng)力混凝土管樁圖集23審 核設(shè) 計某某某某某某校 對制 圖某某某某某某圖名管樁配筋圖圖集號頁13預(yù)應(yīng)力鋼筋螺旋箍筋50預(yù)應(yīng)力鋼筋注：1.預(yù)應(yīng)力筋及螺

12、旋箍筋的規(guī)格、數(shù)量詳見第 14頁。 2.端板詳見第17、20、21頁，樁套箍詳見第 23頁。 3.剖面尺寸D、t、Dp詳見第10頁-第13頁， D1=D-2t。 4.樁外徑D=400時，L1取1200；D=500600時， L1取1500。 5.管樁的長度可視工程實際情況作適當(dāng)調(diào)整， 但管樁相應(yīng)的各力學(xué)性能指標(biāo)需另行計算。螺旋箍筋50螺旋箍筋100螺旋箍筋50端板預(yù)應(yīng)力鋼筋螺旋箍筋100樁套箍112211管樁配筋圖D1tDtD1tDt2 22 23 33 3DpDpL2L1L1LD04YG102HRB400鋼筋HRB400鋼筋（HRB400鋼筋）2425262728 三 應(yīng)用1在黃河護(hù)堤鄭州段

13、建成移動式不搶險潛壩n 護(hù)堤壩樁設(shè)計成兩層保護(hù)層：樁壩第一保護(hù)層設(shè)計樁長為15m,是在當(dāng)水流量為1000m3/s以下時，水從樁與樁間間隙流出，起到緩沖保護(hù)河堤的作用；當(dāng)水流量增大到超過1000m3/s 時，就從樁壩上部漫出；流到第二保護(hù)層，第二層“樁壩”樁長為24m，控制流量為4000m3/s，水亦是從樁與樁間間隙流出，當(dāng)流量超過4000m3/s時，從水樁壩上部漫出，保證洪水的順暢流動，緩解河水對堤壩的沖刷。試驗段設(shè)計的是第一保護(hù)層。29n 混合配筋預(yù)應(yīng)力混凝土管樁正是為適應(yīng)黃河樁壩的要求而設(shè)計的。樁壩利用該壩體可拆裝重組和靈活移動特性，有效適應(yīng)了游蕩性河段河勢變化的不確定性，解決了已有中水河

14、道整治工程不能較好適應(yīng)目前及將來小水河勢的控制問題，實現(xiàn)了治河工程設(shè)計思想的創(chuàng)新，為遏制黃河下游畸形河勢發(fā)展、提高工程利用效率、穩(wěn)定主槽提供了技術(shù)手段。30 護(hù)堤壩樁的端部31 在樁壩的施工現(xiàn)場32 建成的樁壩試驗段（A）33 在黃河激流中的樁壩34 產(chǎn)生的效益n 50m壩長試驗工程修建后（用樁900m），即對鄭州95灘供水機(jī)井起到了很好的保護(hù)作用，保證了3眼機(jī)井及其附屬管線在2008、2009和2010年的正常生產(chǎn)和運行，產(chǎn)生了500余萬元效益；試驗工程在一定程度上阻止延緩了河水對鄭州95灘沖蝕，對保護(hù)灘地、穩(wěn)定河勢產(chǎn)生了一定的社會效益和防洪效益n 35n 成果已在黃河下游鞏義黃河灘區(qū)豫聯(lián)供

15、水工程和菏澤黃河河道整治工程2處推廣應(yīng)用3km（用樁8萬米），洞庭湖安澧垸松滋河軟基堤段 7+6008+100 和13+40013+800堤坡抗滑加固設(shè)計推廣應(yīng)用1.1km （用樁10萬米）n 36 該獨特設(shè)計壩型是可以多年重復(fù)使用的，非常適用于旨在調(diào)整畸形河勢、工程搶險而需快速修建的臨時導(dǎo)流工程, 可修筑垂直護(hù)岸或碼頭，還可在城市高層建筑基坑開挖施工中，代替鋼筋混凝土灌注樁或鋼樁進(jìn)行基坑開挖支護(hù)，并可回收重復(fù)利用。 該項目榮獲2011年黃委會科技進(jìn)步一等獎獲2012年水利部大禹科技進(jìn)步二等獎372 建筑工程基礎(chǔ) 在抗震設(shè)防烈度8度或者接近8度邊緣的地區(qū)的基礎(chǔ)工程中采用抗震性能比較好的PRC樁

16、，對抗震要求較高橋梁基礎(chǔ)經(jīng)過核算也得到了應(yīng)用。采用與PHC樁聯(lián)合使用，形成上下組合樁，較好解決管樁抗彎、水平承載力不足的問題對完全采用PHC樁可能不適用的工程，可采用上部PRC樁、下部PHC樁；或者，依據(jù)計算結(jié)果，按不同深度上下混合配置，以滿足不同深度位置水平荷載的作用效應(yīng)要求38n n 上下節(jié)采用不同類型的管樁n。n 3940 拱橋樁基工程基礎(chǔ)4142433 湖泊護(hù)岸工程n 水利部洞庭湖護(hù)岸工程某加固段，設(shè)計采用抗滑樁和水泥土攪拌樁復(fù)合地基抗滑體。抗滑樁設(shè)計采用PHC樁，直徑600mm，樁長35m，水泥土攪拌樁長20m。經(jīng)專家論證，考慮穩(wěn)定性控制時，管樁水平承載力以抗彎承載力為控制條件，調(diào)整

17、抗滑樁設(shè)計為直徑500mm PRC樁，設(shè)計試驗段約2km，管樁使用量約14萬米，每米節(jié)省造價40元，光試驗段就節(jié)約造價560萬元44 4 作構(gòu)筑物的立柱用n 在主要承受壓應(yīng)力構(gòu)筑物上，可以當(dāng)支撐立柱使用，如用作橋式起重機(jī)路軌的支撐立柱，混凝土具有良好的抗震性能，可以減少起重機(jī)的震動，不會像鋼結(jié)構(gòu)立柱一樣發(fā)生銹蝕，PRC樁還可以作高架運輸支撐立柱，已經(jīng)得到了成功地應(yīng)用。如成品樁堆放場地的起重機(jī)導(dǎo)軌承重支撐立柱。n 45 用于場地立柱的PRC樁46 a.單排樁錨支護(hù) 在深基坑工程支護(hù)結(jié)構(gòu)工程中，也有應(yīng)用PRC樁，與灌注樁相比，在造價方面具有一定的優(yōu)勢： b.雙排樁錨支護(hù)4 PRC樁用于深基坑工程支護(hù)結(jié)構(gòu) 474849 陽光三龍商業(yè)廣場5051 PRC樁抗彎承載力介于普通PHC樁與離心鋼管混凝土樁（SC管樁）或?qū)嵭匿摴芑炷翗吨g，與“先張法”鋼絞線預(yù)應(yīng)力混凝土管樁（SPHC管樁）相當(dāng)，可根據(jù)工程設(shè)計條件與施工要求單獨