混合配筋預應力混凝土管樁RC樁工程性能及應用

2013年03月

混合配筋預應力混凝土管樁

(PRC樁)PrestressedReinforcedPile(PRCPile)題要

一前言二結構三應用1黃河的護堤工程

2建筑工程基礎3湖泊的護岸工程

4作構筑物的立柱用5用于深基坑工程支護結構

四小結

一前言

預應力高強混凝土樁，無論管樁還是離心方樁，樁身強度都很高，但由于預應力混凝土樁抗彎性能差，破壞形式呈脆性破壞，延性差，當樁出現(xiàn)開裂后，裂縫迅速蔓延，受拉區(qū)鋼筋很快進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，在在抗震設防烈度不大于8度的地區(qū)抗震建筑的基礎施工中，在基坑工程、邊坡穩(wěn)定工程、護岸工程，軟土地區(qū)建筑樁基中的應用受到限制

因此，需要開發(fā)適應要求的新型樁。

黃河需要護堤樁

我們?yōu)槭裁匆邪l(fā)混合配筋制預應力混凝土管樁？黃河是中國的母親河，她孕育中華燦爛的千年文明，但她也帶來了災難，千百年來，流經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置保護層，即由預制樁組成的緩沖層，減少對大河堤壩的沖擊。對護壩樁的要求是：（1）要承受較大的抗彎力和抗剪力，危險斷面處的抗彎力達300-500kN；（2）要可將樁沉入和拔出，即樁上必須有預應力鋼筋，能承受樁自重的應力設計；（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,當然可考慮連系梁架構。

針對護堤壩樁和基坑、抗震等基礎工程的需求，由鄭州大學、建華管樁集團共同研發(fā)的混合配筋制預應力混凝土管樁。即PRC樁。它同普通預應力混凝土管樁一樣，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應力鋼筋外，還加入一定數(shù)量的非預應力鋼筋，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。按非預應力鋼筋和預應力鋼筋的直徑數(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應力混凝土管樁。

建華管樁委托同濟大學，對混凝土混合配筋管樁、PHC管樁、和預制混凝土實心方樁三種樁型進行水平低周反復加載的對比試驗，選取有代表性的部位，通過精細的試驗量測設計，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系的滯回曲線及骨架曲線，為確定預應力混凝土管樁的水平抗震性能提供試驗基礎。

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加載設備混合配筋管樁PHC管樁實心方樁試驗加載程序采用荷載控制和位移控制兩種方法。1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)、當水平荷載小于開裂荷載時，試件水平力與位移呈線性關系。(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。(3)、荷載繼續(xù)增大：

1）實心方樁中縱向受拉鋼筋開始屈服，接著受壓側混凝土保護層開始壓碎、剝落，繼而縱向受壓鋼筋壓屈，試驗結束；2）PHC管樁中受壓側混凝土保護層開始壓碎、剝落，縱向受拉鋼筋（預應力鋼筋）逐漸達到屈服強度，直至最后斷裂，試驗結束；3）混合配筋管樁中受壓側混凝土保護層開始壓碎、剝落，縱向受拉鋼筋（預應力和非預應力鋼筋）逐漸達到屈服強度，直至最后預應力鋼筋斷裂，非預應力鋼筋壓屈，試驗結束。PHC管樁水平位移幅值80mm東側混凝土破壞情況實心方樁水平位移幅值60mm南側混凝土破壞情況

2試驗破壞情況混合配筋管樁水平位移幅值95mm東側混凝土破壞情況

實心方樁在保持80mm峰值位移時，負向峰值荷載隨循環(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，一側混凝土已壓碎；而在保持80mm峰值位移時，另一側混凝土突然壓碎，試驗結束。

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，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，試驗結束。3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應力鋼筋，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應力鋼筋，因此將會改善其延性性能。三種樁型相關參數(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)比較來看，實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上增配非預應力鋼筋的混合配筋管樁的延性得到了較大地提高，從而改善了預應力混凝土管樁的抗震性能。5抗震試驗結論和建議（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)為預應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（非預應力鋼筋）屈服、受壓鋼筋（非預應力鋼筋）壓屈、預應力鋼筋拉斷以及受壓區(qū)混凝土壓碎。（2）極限承載力反復荷載下，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。（3）延噸性與跟耗能店性能三種卸樁型害試件純的滯驚回曲摧線形務狀均畝不夠既飽滿夫，呈液捏攏靈形（誕兩根夕管樁崗的滯撒回曲建線較醬扁平陶），沫延性潔系數(shù)訪均小星于3，耗蛛能系之數(shù)均殃小于1，鉆因此習表明興抗震昂性能駱都不槐是非閃常理酸想。落在極雙限荷尺載前甜，每喜級荷廊載下疤的滯迎回環(huán)箭重合坦良好蘆，試騎件剛負度退使化不揪明顯金；當烘荷載喂加到伸極限略荷載繼后，覆每級糖荷載趁下的獄滯回瓦環(huán)不死再重焦合，黃承載矮力退敲化明精顯?；旌厦浣钪惫軜栋痰难用钚韵谍g數(shù)和黎實心婚方樁響相比漲較為章接近拾，而章且其六數(shù)值溪超過厘了PH墨C管樁惜的20辣%左右遞；另蘿外，隸混合熊配筋損管樁骨的耗帥能系筋數(shù)也長超出現(xiàn)了PH斃C管樁顯近30四%左右閃，說風明PH傳C管樁知的延第性性盯能得渠到了難較大尿地改那善，解且與悶實心確方樁姨的延傲性性勤能相諒近。6結論PR生C樁與PH汁C樁相怠比，頂它的脫性能子明顯冬提高；抗奔裂彎叢矩提錯高了10～20忠%；極序限彎門矩和罷設計佛彎矩短提高30～50鄰%；樁身強膜度提玻供的廚豎向拍承載律力提掏高了10～20憑%；在標準緩試驗盟條件款下，延性木增加8%～30已%；裂尚縫寬錄度：傾在工刻作條承件下闖裂縫爐寬度連減少50警%，為辣管樁脅受彎饑、受途拉時什的裂房誠縫寬頌度控簡制、環(huán)耐久梨性設瓜計提誘供了耀技術每條件雨。破壞慈形式藥為塑西性破蘿壞；阻而普柱通管詳樁延賊性稍乏差，伍破壞自形式挨為脆店性破酒壞，逃具有末突然胳性和融不可饑預見被性。PR弓C樁開開發(fā)四年來運，在客各類符建筑衰基礎多工程斯實踐欣中，狗得到撒了成蠅功地怪應用。二靈結構預應頌力鋼餓筋1、非動預應災力鋼血筋2，螺謠旋筋3、混雕凝土4非預奇應力倚鋼筋散采用甘扇形掠軸對封稱配叫置混合名配筋矩預應返力混驚凝土事管樁白圖集三察應用1在黃間河護壇堤鄭嘆州段建成煮移動良式不曉搶險查潛壩護堤收壩樁設計鋪成兩包層保護防層：樁壩液第一牌保護便層設計紐奉樁長為15讀m,是在當水流量為10掠00裳m3/s以下菜時，水弄從樁半與樁疑間間擾隙流鑼出，起到緩茄沖保穩(wěn)護河堤的兆作用；當水莫流量增大到超劣過10拌00市m3/s時，就來從樁壩上飽部漫紹出；流到第二弱保護附層，第二突層“焦樁壩劃”樁備長為24器m，控缺制流麻量為40撒00沖m3/s，水爸亦是概從樁油與樁述間間國隙流扔出，切當流量超過40拒00障m3/s時，從水樁壩上歲部漫句出，保居證洪猴水的便順暢抬流動棟，緩威解河抱水對堤壩的沖經刷。試驗舍段設纖計的偵是第一復保護根層?；旌现概浣罱耦A應爽力混偶凝土界管樁正是鄙為適弱應黃輔河樁壩的要航求而區(qū)設計聯(lián)的。樁壩缸利用楚該壩獲體可蠻拆裝工重組下和靈慶活移把動特體性，悟有效斬適應疤了游棵蕩性毒河段縣河勢兔變化鼓的不仙確定粒性，真解決天了已索有中零水河據(jù)道整涉治工馳程不報能較身好適李應目沈前及魚將來曠小水討河勢齊的控瘋制問漫題，象實現(xiàn)牛了治肢河工逝程設屋計思槽想的鐘創(chuàng)新池，為療遏制胞黃河蹦下游懸畸形乏河勢吼發(fā)展剃、提扭高工份程利瓦用效減率、溪穩(wěn)定警主槽騰提供沖了技噴術手董段。護堤烘壩樁的端羨部在樁腫壩的琴施工謀現(xiàn)場建成全的樁胡壩試鮮驗段鄰（A）在黃儀河激討流中編的樁吹壩產生廈的效益50愁m壩長脾試驗尖工程哥修建塌后（策用樁90竿0m），伴即對朱鄭州95灘供千水機表井起感到了郊很好勾的保銀護作浪用，批保證傭了3眼機紙井及急其附偶屬管愿線在20勻08、20代09和20賀10年的標正常妖生產輩和運就行，客產生西了50聚0余萬帆元效吐益；韻試驗澇工程碼在一派定程圍度上職阻止括延緩犧了河貪水對魄鄭州95灘沖理蝕，閘對保豆護灘免地、抬穩(wěn)定萄河勢財產生均了一健定的勞社會保效益彈和防罩洪效墓益成果乎已在咳黃河久下游副鞏義勿黃河住灘區(qū)乖豫聯(lián)向供水炮工程缸和菏騙澤黃趕河河獸道整精治工宗程2處推仆廣應牽用3k咐m(xù)（用刪樁8萬米滲），菌洞庭刷湖安跳澧垸虹松滋但河軟泥基堤雅段7+勇60茶0～8+訊10旗0和13澤+4國00～13若+8愿00堤坡尼抗滑燙加固董設計余推廣示應用1.摔1k餡m（用感樁10萬米懼）該獨特據(jù)設計億壩型是可僵以多年沈重復竄使用宮的，葵非常諷適用斥于旨殘在調閱整畸購形河抖勢、將工程天搶險齒而需蘇快速綢修建味的臨狀時導辦流工拔程,可修好筑垂賓直護浪岸或打碼頭套，還物可在次城市萄高層泉建筑邀基坑庸開挖畫施工地中，訊代替遷鋼筋看混凝個土灌捷注樁修或鋼撥樁進倒行基耍坑開怨挖支腥護，寬并可您回收證重復誦利用繼。該項禁目榮趙獲20員11年黃模委會鑄科技屆進步驗一等南獎獲20鬼12年水羊利部鉤大禹捏科技媽進步盯二等炸獎2建筑果工程基礎在抗它震設山防烈爭度8度或者冠接近8度邊緣的地權區(qū)的他基礎工程中采用抗震性能局比較貫好的PR蠶C樁，愿對抗震要求您較高稈橋梁縮慧基礎野經過植核算廣也得鉆到了隔應用深。采用形與PH櫻C樁聯(lián)石合使舒用，喚形成僻上下戲組合襲樁，歪較好此解決炎管樁害抗彎社、水庫平承淚載力舞不足宣的問網題岸對完看全采軌用PH返C樁可乞能不作適用雀的工鍋程，鑼可采階用上膝部PR鉗C樁、挪下部PH沃C樁；糊或者柏，依貧據(jù)計衛(wèi)算結損果，址按不歪同深蛾度上靜下混栗合配榜置，烈以滿牛足不賠同深撈度位辛置水歐平荷揮載的求作用壇效應惜要求上下眠節(jié)采寧用不蹦同類型的管殘樁。對建蘆筑工余程低渴承臺喉樁，雄當上覺部或幣中部繁存在芹軟土賄、可魄液化狹土、托濕陷歷性黃就土、編人工綱填土碎等欠魄固結硬土時鉛，可嫁以根葛據(jù)水裳平荷思載作挎用效嚴應，盆采用忠分段見組合偷樁形祥式，打以節(jié)師省工付程造遍價拱橋弊樁基鐘工程挪基礎3湖泊護岸艱工程水利撥部洞雄庭湖關護岸息工程丹某加丸固段侮，設瞞計采方用抗泳滑樁蝦和水腰泥土拳攪拌途樁復聯(lián)合地懸基抗肝滑體功?？苟惢瑯赌┰O計里采用PH允C樁，籍直徑60替0m質m，樁記長35持m，水返泥土臘攪拌暗樁長20歷m。經避專家斑論證靠，考門慮穩(wěn)獵定性看控制訴時，泄管樁樹水平淚承載絨力以配抗彎選承載族力為坑控制碰條件賞，調營整抗乖滑樁失設計盾為直鋪徑50泄0m憑m初PR臥C樁，生設計銹試驗踩段約2k激m，管錘樁使瀉用量奏約14萬米荷，每寸米節(jié)蟲省造拒價40元，繳光試鵝驗段倡就節(jié)各約造灑價56便0萬元4作構載筑物胡的立壤柱用在主生要承態(tài)受壓拒應力短構筑娃物上泊，可徒以當圣支撐抄立柱再使用威，如強用作嫂橋式疤起重幸機路哪軌的研支撐田立柱哥，混技凝土統(tǒng)具有母良好軌的抗傻震性油能，鬧可以丙減少急起重顛機的要震動杰，不遠會像匆鋼結予構立肺柱一壤樣發(fā)典生銹旅蝕，PR刻C樁還床可以定作高確架運貝輸支時撐立完柱，范已經老得到小了成咐功地育應用童。如成屆品樁請堆放應場地啊的起嚼重機狡導軌袋承重支撐蒸立柱。用于默場地渡立柱方的PR譽C樁a.單排瞞樁錨置支護在深兆基坑耐工程鐵支護叉結構藍工程共中，奪也有供應用PR如C樁，所與灌兵注樁地相比奴，在凱造價種方面廟具有用一定霉的優(yōu)眨勢：b.雙排鞭樁錨切支護4爸PR娛C樁用墾于深死基坑任工程碧支護史結構陽