混合配筋預(yù)應(yīng)力混凝土管樁RC樁工程性能及應(yīng)用

2013年03月

混合配筋預(yù)應(yīng)力混凝土管樁

(PRC樁)PrestressedReinforcedPile(PRCPile)題要

一前言二結(jié)構(gòu)三應(yīng)用1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)

一前言

預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土樁，無(wú)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(diǎn)。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

因此，需要開發(fā)適應(yīng)要求的新型樁。

黃河需要護(hù)堤樁

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(guó)的母親河，她孕育中華燦爛的千年文明，但她也帶來(lái)了災(zāi)難，千百年來(lái)，流經(jīng)黃土高坡的滾滾河水帶來(lái)大量泥沙，在中下游淤積。在河南段，大約河床每年要升高8～12cm,鄭州段花園口河床比市區(qū)高5～7m,開封段已高10多m。

由于泥沙的淤積，黃河的最大特點(diǎn)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?，F(xiàn)在要控制流向，減少對(duì)堤岸的沖擊，就提出了＂樁壩＂的新概念?！皹秹危⑹菫榇蠛拥虊蔚耐鈬O(shè)置保護(hù)層，即由預(yù)制樁組成的緩沖層，減少對(duì)大河堤壩的沖擊。對(duì)護(hù)壩樁的要求是：（1）要承受較大的抗彎力和抗剪力，危險(xiǎn)斷面處的抗彎力達(dá)300-500kN；（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(jì)；（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)。

針對(duì)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，配筋率高，為普通管樁的1.5～2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(hào)，我們可以根據(jù)實(shí)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。

建華管樁委托同濟(jì)大學(xué)，對(duì)混凝土混合配筋管樁、PHC管樁、和預(yù)制混凝土實(shí)心方樁三種樁型進(jìn)行水平低周反復(fù)加載的對(duì)比試驗(yàn)，選取有代表性的部位，通過(guò)精細(xì)的試驗(yàn)量測(cè)設(shè)計(jì)，在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中觀測(cè)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(yàn)基礎(chǔ)。

二混凝土混合配筋管樁、PHC管樁、實(shí)心方樁抗震性能的試驗(yàn)研究加載設(shè)備混合配筋管樁PHC管樁實(shí)心方樁試驗(yàn)加載程序采用荷載控制和位移控制兩種方法。1對(duì)比試驗(yàn)

試驗(yàn)中觀測(cè)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(shí)，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(shí)裂縫寬度一般在0.02mm以內(nèi)。(3)、荷載繼續(xù)增大：

1）實(shí)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?jí)核?、剝落，繼而縱向受壓鋼筋壓屈，試驗(yàn)結(jié)束；2）PHC管樁中受壓側(cè)混凝土保護(hù)層開始?jí)核?、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(yàn)結(jié)束；3）混合配筋管樁中受壓側(cè)混凝土保護(hù)層開始?jí)核椤兟?，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，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(yàn)結(jié)束。PHC管樁水平位移幅值80mm東側(cè)混凝土破壞情況實(shí)心方樁水平位移幅值60mm南側(cè)混凝土破壞情況

2試驗(yàn)破壞情況混合配筋管樁水平位移幅值95mm東側(cè)混凝土破壞情況

實(shí)心方樁在保持80mm峰值位移時(shí)，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(yàn)結(jié)束。PHC管樁在保持70mm峰值位移時(shí)，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(shí)，另一側(cè)混凝土突然壓碎，試驗(yàn)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(jí)，在保持80mm峰值位移時(shí)，負(fù)向峰值荷載隨循環(huán)次數(shù)增多而有所降低，但未大幅下降；繼續(xù)加載，在保持85mm、90mm峰值位移時(shí)，峰值荷載隨循環(huán)次數(shù)增加逐漸降低，但依然沒(méi)有大幅下降，說(shuō)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(shí)，水平承載力明顯降低，試驗(yàn)結(jié)束。3試驗(yàn)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(shí)心方樁比兩根管樁高出30%左右，這對(duì)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；而且由于增配的是非預(yù)應(yīng)力鋼筋，因此將會(huì)改善其延性性能。三種樁型相關(guān)參數(shù)比較參數(shù)樁型規(guī)格mm配筋規(guī)格EI103KN.m2縱筋配筋率箍筋配筋率（加密區(qū)）軸壓比剪跨比實(shí)心方樁400X4004Φ1878.0921.27%1.08%0.28.6PHC管樁500(100)13φD12.6107.0541.2%0.83%0.28.1混合配筋管樁500(100)16φD10.7,16Φ12111.3072.27%0.83%0.28.14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(lái)看，實(shí)心方樁和混合配筋管樁較為接近，均比PHC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。5抗震試驗(yàn)結(jié)論和建議（1）破壞模式實(shí)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(shí)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。（3）延性與耗能性能三種樁型試件的滯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(jí)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(jí)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(shí)心方樁相比較為接近，而且其數(shù)值超過(guò)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(shuō)明PHC管樁的延性性能得到了較大地改善，且與實(shí)心方樁的延性性能相近。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(jì)彎矩提高30～50%；樁身強(qiáng)度提供的豎向承載力提高了10～20%；在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)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(shí)的裂縫寬度控制、耐久性設(shè)計(jì)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(jiàn)性。

PRC樁開發(fā)四年來(lái)，在各類建筑基礎(chǔ)工程實(shí)踐中，得到了成功地應(yīng)用。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

非預(yù)應(yīng)力鋼筋采用扇形軸對(duì)稱配置混合三配筋三預(yù)應(yīng)三力混三凝土三管樁三圖集三三應(yīng)用1在黃三河護(hù)三堤鄭三州段建成三移動(dòng)三式不三搶險(xiǎn)三潛壩護(hù)堤三壩樁設(shè)計(jì)三成兩三層保護(hù)三層：樁壩三第一三保護(hù)三層設(shè)計(jì)三樁長(zhǎng)為15三m,是在當(dāng)水流量為10三00三m3/s以下三時(shí)，水三從樁三與樁三間間三隙流三出，起到緩三沖保三護(hù)河堤的三作用；當(dāng)水三流量增大到超三過(guò)10三00三m3/s時(shí)，就三從樁壩上三部漫三出；流到第二三保護(hù)三層，第二三層“三樁壩三”樁三長(zhǎng)為24三m，控三制流三量為40三00三m3/s，水三亦是三從樁三與樁三間間三隙流三出，三當(dāng)流量超過(guò)40三00三m3/s時(shí)，從水樁壩上三部漫三出，保三證洪三水的三順暢三流動(dòng)三，緩三解河三水對(duì)堤壩的沖三刷。試驗(yàn)三段設(shè)三計(jì)的三是第一三保護(hù)三層?；旌先浣钊A(yù)應(yīng)三力混三凝土三管樁正是三為適三應(yīng)黃三河樁壩的要三求而三設(shè)計(jì)三的。樁壩三利用三該壩三體可三拆裝三重組三和靈三活移三動(dòng)特三性，三有效三適應(yīng)三了游三蕩性三河段三河勢(shì)三變化三的不三確定三性，三解決三了已三有中三水河三道整三治工三程不三能較三好適三應(yīng)目三前及三將來(lái)三小水三河勢(shì)三的控三制問(wèn)三題，三實(shí)現(xiàn)三了治三河工三程設(shè)三計(jì)思三想的三創(chuàng)新三，為三遏制三黃河三下游三畸形三河勢(shì)三發(fā)展三、提三高工三程利三用效三率、三穩(wěn)定三主槽三提供三了技三術(shù)手三段。護(hù)堤三壩樁的端三部在樁三壩的三施工三現(xiàn)場(chǎng)建成三的樁三壩試三驗(yàn)段三（A）在黃三河激三流中三的樁三壩產(chǎn)生三的效益50三m壩長(zhǎng)三試驗(yàn)三工程三修建三后（三用樁90三0m），三即對(duì)三鄭州95灘供三水機(jī)三井起三到了三很好三的保三護(hù)作三用，三保證三了3眼機(jī)三井及三其附三屬管三線在20三08、20三09和20三10年的三正常三生產(chǎn)三和運(yùn)三行，三產(chǎn)生三了50三0余萬(wàn)三元效三益；三試驗(yàn)三工程三在一三定程三度上三阻止三延緩三了河三水對(duì)三鄭州95灘沖三蝕，三對(duì)保三護(hù)灘三地、三穩(wěn)定三河勢(shì)三產(chǎn)生三了一三定的三社會(huì)三效益三和防三洪效三益成果三已在三黃河三下游三鞏義三黃河三灘區(qū)三豫聯(lián)三供水三工程三和菏三澤黃三河河三道整三治工三程2處推三廣應(yīng)三用3k三m（用三樁8萬(wàn)米三），三洞庭三湖安三澧垸三松滋三河軟三基堤三段7+三60三0～8+三10三0和13三+4三00～13三+8三00堤坡三抗滑三加固三設(shè)計(jì)三推廣三應(yīng)用1.三1k三m（用三樁10萬(wàn)米三）該獨(dú)特三設(shè)計(jì)三壩型是可三以多年三重復(fù)三使用三的，三非常三適用三于旨三在調(diào)三整畸三形河三勢(shì)、三工程三搶險(xiǎn)三而需三快速三修建三的臨三時(shí)導(dǎo)三流工三程,可修三筑垂三直護(hù)三岸或三碼頭三，還三可在三城市三高層三建筑三基坑三開挖三施工三中，三代替三鋼筋三混凝三土灌三注樁三或鋼三樁進(jìn)三行基三坑開三挖支三護(hù)，三并可三回收三重復(fù)三利用三。該項(xiàng)三目榮三獲20三11年黃三委會(huì)三科技三進(jìn)步三一等三獎(jiǎng)獲20三12年水三利部三大禹三科技三進(jìn)步三二等三獎(jiǎng)2建筑三工程基礎(chǔ)在抗三震設(shè)三防烈三度8度或者三接近8度邊緣的地三區(qū)的三基礎(chǔ)工程中采用抗震性能三比較三好的PR三C樁，三對(duì)抗震要求三較高三橋梁三基礎(chǔ)三經(jīng)過(guò)三核算三也得三到了三應(yīng)用三。采用三與PH三C樁聯(lián)三合使三用，三形成三上下三組合三樁，三較好三解決三管樁三抗彎三、水三平承三載力三不足三的問(wèn)三題三對(duì)完三全采三用PH三C樁可三能不三適用三的工三程，三可采三用上三部PR三C樁、三下部PH三C樁；三或者三，依三據(jù)計(jì)三算結(jié)三果，三按不三同深三度上三下混三合配三置，三以滿三足不三同深三度位三置水三平荷三載的三作用三效應(yīng)三要求上下三節(jié)采三用不三同類型的管三樁。對(duì)建三筑工三程低三承臺(tái)三樁，三當(dāng)上三部或三中部三存在三軟土三、可三液化三土、三濕陷三性黃三土、三人工三填土三等欠三固結(jié)三土?xí)r三，可三以根三據(jù)水三平荷三載作三用效三應(yīng)，三采用三分段三組合三樁形三式，三以節(jié)三省工三程造三價(jià)拱橋三樁基三工程三基礎(chǔ)3湖泊護(hù)岸三工程水利三部洞三庭湖三護(hù)岸三工程三某加三固段三，設(shè)三計(jì)采三用抗三滑樁三和水三泥土三攪拌三樁復(fù)三合地三基抗三滑體三?？谷瑯度O(shè)計(jì)三采用PH三C樁，三直徑60三0m三m，樁三長(zhǎng)35三m，水三泥土三攪拌三樁長(zhǎng)20三m。經(jīng)三專家三論證三，考三慮穩(wěn)三定性三控制三時(shí)，三管樁三水平三承載三力以三抗彎三承載三力為三控制三條件三，調(diào)三整抗三滑樁三設(shè)計(jì)三為直三徑50三0m三m三PR三C樁，三設(shè)計(jì)三試驗(yàn)三段約2k三m，管三樁使三用量三約14萬(wàn)米三，每三米節(jié)三省造三價(jià)40元，三光試三驗(yàn)段三就節(jié)三約造三價(jià)56三0萬(wàn)元4作構(gòu)三筑物三的立三柱用在主三要承三受壓三應(yīng)力三構(gòu)筑三物上三，可三以當(dāng)三支撐三立柱三使用三，如三用作三橋式三起重三機(jī)路三軌的三支撐三立柱三，混三凝土三具有三良好三的抗三震性三能，三可以三減少三起重三機(jī)的三震動(dòng)三，不三會(huì)像三鋼結(jié)三構(gòu)立三柱一三樣發(fā)三生銹三蝕，PR三C樁還三可以三作高三架運(yùn)三輸支三撐立三柱，三已經(jīng)三得到三了成三功地三應(yīng)用三。如成三品樁三堆放三場(chǎng)地三的起三重機(jī)三導(dǎo)軌三承重支撐三立柱。用于三場(chǎng)地三立柱三的PR三C樁a.單排三樁錨三支護(hù)在深三基坑三工程三支護(hù)三結(jié)構(gòu)三工程三中，三也有三應(yīng)用PR三C樁，三與灌三注樁三相比三，在三造價(jià)三方面三具有三一定三的優(yōu)三勢(shì)：b.雙排三樁錨三支護(hù)4三PR三C樁用三于深三基坑三工程三支護(hù)三結(jié)構(gòu)陽(yáng)光三三龍三商業(yè)三廣場(chǎng)PR三C樁抗三彎承三載力三介于三普通PH三C樁與三