高强度预应力管桩

2024-08-07

高强度预应力管桩（共4篇）

高强度预应力管桩篇1

0 引言

随着城市发展的需求及用地的紧张化, 高层建筑慢慢成为城市建设中的主要趋势, 当上部结构荷载的增大而浅基础无法满足荷载设计要求又不宜进行地基处理时, 桩基础的提出及发展成为一种必然。预应力混凝土管桩因其质量有保证、施工进度快、承载力能力高、施工现场无污染等众多优点, 在各种桩型中脱颖而出, 成为我国基础建设当中最重要的一种基础形式。

虽然预应力混凝土管桩有很多优点, 但它也有局限性, 譬如它是否适用于各个地区的地层, 在基础施工中会碰到怎样的问题以及这种基础形式未来的发展趋势如何等等。本文就以某一工程为依托, 重点分析了这种混凝土管桩的施工效果。

1 预应力混凝土管桩概述

1.1 预应力混凝土管桩构造

预应力混凝土管桩是由高强度混凝土、骨架、钢结构 (端板、桩套箍) 三部分组成的。通俗地说就是采用离心成型的先张法预应力混凝土环形截面桩。与其他普通桩型相比, 混凝土预应力管桩具有绿色环保、施工效果优良、造价低廉等很多优点, 并且已经在很多大型工程项目中得到了验证。具体的构造图如图1。

1.2 预应力混凝土管桩配筋及力学性能

不同外径的预应力混凝土管桩, 其力学性质差异很大;即使同一外径的管桩, 根据壁厚不同, 其桩身承载力也随之变化。本文查阅了相关的部分资料, 列出了一些常见的预应力高强度混凝土管桩指标 (表1) 。

1.3 预应力混凝土管桩的优点

和传统桩型相比, 预应力混凝土管桩具有非常明显的优点:首先混凝土管桩桩长可随意搭配, 对持力层起伏大的地质条件, 可根据起伏情况选取适宜的单节桩长来适应地层变化的要求, 达到最佳经济效果。其次混凝土管桩采用工业化生产, 机械成桩, 质量可靠, 桩身强度较高, 单桩承载力远大于同种规格的其他桩种, 且穿透土层能力较强。与其他方法相比, 该技术成桩效果好、质量可靠、沉降量小, 可以满足各种复杂多变的工程环境要求。

以上这些施工优点使得预应力高强度混凝土管桩迅速成为各大工程领域必不可少的一种成桩方式。

2 预应力混凝土管桩承载力特性分析

2.1 承载力影响因素

(1) 挤土效应的影响。预应力混凝土管桩属于挤土桩, 在成桩过程中, 会产生挤土作用, 使桩周土受到扰动而重新发生固结作用, 从而造成桩周土体强度和桩侧摩阻力的改变。这种效应称为挤土效应。经过分析可以知道, 当桩由于挤土作用而没使桩发生上浮现象时, 管桩的挤土效应在一定程度上能增大桩的竖向承载力;若使桩身发生上浮情况时, 将会降低桩的端阻力, 从而降低单桩竖向承载力。

(2) 土塞效应的影响。通过分析可以知道, 土塞通过与管桩内壁产生的侧摩阻力相互作用, 增加了管桩桩端与桩下土体接触面积, 也一定程度上提高了管桩竖向承载力。

(3) 时间效应的影响。预应力混凝土管桩的单桩承载力会随着时间的增长而增长, 这就是时间效应。产生这种现象的原因包括土的固结实效和土的触变性两方面的影响。很多技术人员研究发现, 在超过规定的检测时间之后, 桩的承载力还会不断地提高, 单纯的以静载试验数据确定桩的单桩承载力的做法还是欠妥的。如果设计人员能充分考虑桩的时效影响, 提出有效的单桩承载力的设计公式或方案, 必将会创造巨大的经济效益和社会效益。

2.2 设计方法

有些地区一般在工程设计过程中, 往往是根据勘察报告提供的地层物理力学实验指标, 再根据单桩承载力经验公式估算单桩的承载力特征值, 然后用静载实验来验证估算的特征值是否安全可靠, 若能满足相关沉降要求, 则桩体施工时, 就以等于极限值的终压值作为承载力的评判标准。

经过以上分析, 可以知道在现场试桩时, 根据设计单位提供的单桩极限荷载及预估桩长, 可以方便地估算出满足极限承载力所需的终压力值, 合理地指导施工选用压桩机型号及配重, 并确定其终压值控制标准。

3 工程应用实例分析

3.1 工程概况

场地岩层特征为第 (1) 层为耕地土, 层厚0.3~1.3m;第 (2) 层为粉质粘土, 层厚1~6.3m;第 (3) 层为粉质粘土, 层厚0~7.5m;第 (4) 层为粉质粘土, 层厚0~5.5m;第 (5) 层为粉质粘土, 层厚2.5~7.9m。

3.2 场地基础类型分析

建议采用桩基础, 根据拟建场地地层情况结合该市的施工条件, 推荐采用预应力混凝土管桩或CFG复合地基基础两种方案。若采用管桩方案, 建议以第 (8) 层全风化泥岩与粉砂岩层作为桩端持力层, 要求桩端进入此层1.0~2.0m;若采用复合地基基础, 可根据具体荷载选择第 (5) 或第 (6) 层粉质粘土层作为桩端持力层。具体方案分析如下:

(1) 桩参数的估算。根据《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008和《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2004的要求, 可以得到混凝土管桩的单桩承载力估算参数:第 (1) 层至第 (6) 层的侧阻力特征值分别为31k Pa、36k Pa、24k Pa、19k Pa、38k Pa、33k Pa。

(2) 持力层和单桩承载力分析。根据基础类型分析结果, 采用预应力高强度混凝土管桩基础方案, 可选用第 (6) 层粉质粘土层作为基础持力层。桩的直径为400mm, 桩长为17.5m, 桩顶标高为224m, 单桩竖向承载力特征值大约为1300k N。

(3) 施工中存在的问题和处理方案。由于本场地上部土地强度较高, 在管桩基础施工过程中容易出现由于桩体挤密作用导致的桩身上浮现象, 故对桩基础施工过程提出几点建议:首先加大桩的中心距, 距离控制在4d即可;另外在场地每间隔一定距离设置防挤沟和应力释放孔, 减小挤土效应, 必要时进行取土引孔沉桩, 并合理控制打桩顺序和控制打桩速度。及时对桩顶、桩周土及邻近建筑进行监测, 掌握地基的隆起、位移和上浮情况。

3.3 方案实施情况

根据静载试验规范要求, 对工地随机抽取具有代表性的4根桩, 分别做静载实验, 限于实际情况, 未能对桩身做破坏性极限实验, 只为验证能否满足设计荷载要求。具有的试验数据如表2。

总结以上分析可得:当采用预应力混凝土管桩基础, 以第 (6) 层粉质粘土层作为桩端持力层时, 四根静载桩的累计沉降均小于40mm, 满足设计要求, 故选此层作为桩端持力层较为合理。而同期进行的CFG桩在施工过程中容易出现空洞、缩颈等不良现象, 桩身质量无法保证且施工过程中多余的泥浆会对拟建场地环境造成一定影响, 桩身静载检测时间较长;管桩基础方案单位承载力高、施工速度快、现场无污染, 静载检测周期较短。故本案例推荐预应力混凝土管桩基础方案合理可行。

目前该项目桩基础施工完毕已将近半年, 未发现桩体上浮现象, 故在此类地层中基础施工时, 可参照此案例执行, 采用预应力混凝土管桩方案既避免了灌注桩泥浆对环境的影响等不利因素, 又节省了工期还产生了一定经济效益。

4 结语

目前, 预应力混凝土管桩的应用还较为单一, 很多技术工艺和施工方法还存在着很多问题。这就需要工程技术人员继续深入细致地对预应力混凝土管桩, 做进一步的推广应用, 争取将混凝土管桩的施工技术趋于完善, 为以后的施工推广打下良好的基础。

参考文献

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[4]聂荣君.浅析预应力管桩的优缺点[J].治淮, 2003 (07)

高强度预应力管桩篇2

高应力条件下的上游法尾矿砂土抗剪强度分析

通过对某大型尾矿库高应力条件下的物理性、抗剪强度的`对比分析,对尾矿砂土高应力条件下内摩擦角φ值的影响因素进行了初步分析.尾矿砂土在高应力条件下,其颗粒会产生二次破碎及粒间重组,导致其内摩擦角相应变小.

作者：周庆云张晓玲李育红孙健 ZHOU Qing-yun ZHANG Xiao-ling LI Yu-hong SUN Jian 作者单位：中国有色金属工业昆明勘察设计研究院,云南,昆明,650051刊名：有色金属设计英文刊名：NONFERROUS METALS DESIGN年，卷(期)：36(1)分类号：P642.11+6关键词：尾矿砂土高应力抗剪强度

高强度预应力管桩篇3

地震震害主要发生在两个部位: (1) 是桩与承台连接处及承台下的桩身上部, 由压、拉、剪压等导致破坏。在未对土层内的桩身破坏重视之前, 此破坏为主要的桩基震害表现。常见现象有地震引起地面水平和竖向错动, 在建筑物与地面之间形成缝隙, 暴露出桩, 桩基在桩头处剪切破坏。调查分析表明, 地震作用下桩头处的弯矩、剪力值都很大, 几乎处于同一量级。还有压力 (很可能是偏压) , 三者共同作用使桩头部位处于危险状态。 (2) 是液化土层内及软硬层交界面处, 桩截面弯矩、剪力值很大, 与桩头处的值不相上下。液化土层中桩基震害最严重。由于地震作用, 液化土层产生较大的位移, 土推桩, 在某段桩身截面产生较大的剪切应力, 同时伴随较大的弯曲变形, 当达到一定程度, 桩身弯剪破坏。

2 预应力高强度混凝土管桩设计施工中存在的问题

PHC管桩是一种预制桩, 其技术要求包括:原材料、混凝土强度、构造要求、接头技术要求、外观质量、尺寸允许偏差和抗弯性能。出厂检验项目里明确规定了对抗裂性能的检验;型式检验项目里明确规定对抗弯性能的检验。根据各项检验项目, 划分成优等品、一等品和合格品三种质量等级。从设计环节可看出, 质量合格的产品, 在抗压、抗弯和抗裂性能上都有一定的保证率, 但未明确规定抗剪性能的验算, 存在一定的安全隐患。对于管桩的抗剪性能, 目前国内很多单位在设计中不予考虑, 有较少单位借鉴日本标准来进行抗剪设计。

预应力高强度混凝土管桩管桩是一种挤土桩, 施工中常见的问题主要有: (1) 桩体上浮 (上浮桩或整体完整上浮, 或在桩身断裂) ; (2) 桩弯斜导致桩身断裂 (可能在打桩时或施工结束后土体滑移引起) ; (3) 地质条件差 (有孤石等) 导致桩头开裂。在施工环节出问题, 同样带来管桩使用过程中及遭遇地震等偶然灾害时的安全隐患。

3 桩基地震作用下的抗剪计算方法

地震作用下, 预应力高强度混凝土管桩管桩的抗剪性能主要通过抗剪设计和箍筋构造来保证。国内外关于管桩设计的标准主要有:日本标准、中国国家标准、中国地方及行业标准。相关规定有一定的差异。

3.1 国外标准及行业规定

日本工业标准JISA5337—1993中介绍的公式:

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式中, Q——抗剪强度, N;t——管桩壁厚, mm;I——混凝土截面相对中心轴的惯性矩, mm4;r0——管桩外半径, mm;r——管桩内半径, mm;S0——相对中心轴以上截面中心截面静矩, S0=1/12 (rundefined-r3) , mm3;τ产生斜拉裂缝时剪切应力 (N/mm) ;σce——有效预压应力 (N/mm2) ;ϕ——系数取值0.5;σce——混凝土抗拉强度, 预应力高强度混凝土管桩取5.39 (N/mm2) 。

日本标准JISA5337—1995的编制说明中的公式:

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式中, t—有效截面高度, 取理论值厚度减5cm计算;σpc有效预压应力 (N/mm2) 。

式 (1) 、 (2) 一致, 但式 (2) 管壁厚t值取有效厚度, 在数值上比式 (1) 取值减小, 增加安全储备。

美国PCI报告中明确规定了地震区管桩的螺旋配筋要求, 即加强螺旋配筋, 提高对桩芯混凝土的侧向限制, 从而提高桩的变形性能, 具体规定条文是:

①低中级地震地区螺旋配筋抗震设计

螺旋配筋的尺寸和螺距必须依地震时预计的曲率提供必要的韧性。在对于决定特定位置曲率的数值, 缺乏分析的情况下, 螺旋筋配筋量可以通过经验方法进行估算。在塑性区螺旋配筋最小体积比建议取0.007。螺旋配筋量也不得低于按下列公式计算所得的值:

Ps=0.12f′c/fyh (3)

式中, Ps——螺旋配筋指数, 等于螺旋筋体积/芯部混凝土体积;f′c——标准圆柱试件28d抗压强度, PCI取41.1MPa;fyh——螺旋配筋屈服强度, PCI取≤586MPa。

②严重地震地区螺旋配筋抗震设计

横向配筋采用圆形螺旋筋, 塑性区横向螺旋的体积比将遵循下式:

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且不小于

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式中:Ps——螺旋配筋指数;Ag——桩横截面面积;Ach——螺旋筋外径界定的混凝土芯面积;P——桩的轴向荷载。

3.2 国内标准及行业规定

国内在桩身抗剪设计时基本上借用日本标准, 有学者刘纯康在第三届全国建筑振动学术会议交流会论文集 (2000年) 《桩的抗剪刚度计算方法》一文中提出:

假定桩是埋在土内无限长的竖向地基梁, 桩周表面与土紧密接触, 桩周土是由无限薄层组成的线弹性体。

单根桩的抗剪刚度KPX:

KPX=4EIβ3 (6)

整个桩基的刚度是由桩本身的抗剪刚度和桩基承台下地基土的抗剪刚度并联组成, 计算公式为:

KPX=4npEIβ3+CXA (7)

式中:KPX——桩基抗剪刚度 (kN/m) ;np——桩数;CX——桩基承台下地基土的抗剪刚度系数, 按“动规”第3.3.2条选用 (kN/m) ;A——桩基承台的底面积 (m2) 。

式 (7) 中未考虑箍筋的作用, 针对此, 学者谈维汉在《浅谈预应力高强度混凝土管桩管桩的力学性能计算》一文中, 提出圆形截面的抗剪公式:

V=1.97ftk (rundefined-rundefined) +0.05σpcAo+fyvπd2pr1/s (8)

式中, ftk——混凝土轴拉标准值, (N/mm2) ;s——箍筋间距 (mm) ;fyv——箍筋抗拉设计值 (N/mm2) ;dp——箍筋直径 (mm) 。

式 (8) 中将箍筋的作用考虑了进去, 较日本规范中仅考虑预压应力和混凝土抗拉强度从形式上, 更符合实际情况。

对箍筋构造要求, 采用螺旋筋, 直径不应小于3mm, 最大螺距不超过110mm, 管桩两端应密缠, 螺距范围在40～60mm之间。较美国PCI报告中的规定更偏经验。

4 结语

预应力高强混凝土管桩在广泛应用的同时, 存在的从施工设计到地震考验中的大量影响整体结构安全的问题, 必须得到进一步的解决, 总之, 应从震害实例入手, 加强理论研究, 得到从保证施工质量, 足够的承载力水平, 充分考虑桩——土——结构相互作用的抗震设计方法, 以及可靠的抗震构造措施, 确保桩基在地震作用下的力学性能得到恰当的发挥。

摘要：目前, 我国对预应力高强度混凝土管桩在地震情况下抗剪的研究比较少。文章主要对预应力高强度混凝土管桩抗剪计算方法进行论述。

关键词：预应力高强度混凝土管桩,抗剪,计算方法

参考文献

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高强度预应力管桩篇4

1 82B产品的轧制试验

1.1 2009年的试验

八钢最早的82B轧制试验开始于2009年, 根据前期77Mn A的轧制经验, 八钢一开始试制82B, 除成分差异外, 轧制工艺没有太大的区别, 但是与77Mn A有明显不同的是, 82B盘条同圈抗拉强度波动非常大, 拉伸试验后面缩情况不好, 在多数盘条拉伸试验后, 可以明显地看到黑心加白点现象。从盘条的金相分析看, 多数盘条的索氏体含量在80%以上, 晶粒度90%在8.0级以上。但是因为面缩波动大, 抗拉强度始终偏低, 八钢这一阶段的82B产品未能真正打开市场。

1.2 2011、2012年的试验

在2009年之后, 因为过程质量控制不稳定, 技术工作未跟上, 82B强度闪差和黑心加白点现象一直未能解决, 用户处反映出夹杂、拉拔断等异议, 让82B试验一度停止下来。2011年出于产品结构的调整和市场的考虑, 82B试验再度被提上议事日程。此次试验经过多方论证, 从冶炼过程开始控制, 投入电磁搅拌, 轧钢工序重点针对加热和冷却两个环节做工作, 通过提高加热段温度, 控制均热段温度来保证加热的均匀性, 通过增开风机、增加风量、适当提高风冷辊道速度、微调吐丝温度来保证冷却速率, 配合相变, 达到提高强度, 提高面缩, 增加索氏体含量的目的。这一阶段的试验数据如下:

从2011、2012年数据看, 增开4架风机, 提高风冷线辊道递增速度, 拉开圈与圈之间的距离对于抗拉强度的提高作用比较明显, 提高加热段温度, 放慢轧制节奏, 保证加热均匀性, 对于面缩和拉拔的贡献较大, 此阶段见到脆性断口多出现在夹具夹伤部位, 因为炼钢和轧钢同步做工作, 黑心加白点现象有明显改善。这阶段的产品轧制量未完全放开, 从用户使用看, 拉拔情况较前期有明显改善。

2 根据八钢近年来82B产品的轧制实践, 总结轧钢工序的质量控制要点如下

2.1 加热过程控制

加热段温度必须控制下限和上限, 控制下限的目的是保证在加热段钢坯从外至里的均匀加热, 避免轧制时的延伸不均现象;控制上限的目的是避免脱碳。在同样的轧后冷却条件下, 钢坯的加热温度、加热时间直接影响硬线的组织和性能。加热温度高或加热时间长都使钢坯开轧前奥氏体晶粒粗大化, 导致轧制后高温线材再结晶晶粒较大。另外, 钢坯的加热温度高、加热时间长, 引起钢坯脱碳加剧。

2.2 轧后冷却过程控制

在轧钢生产中 (热轧) , 其生产出来的产品都必须从热轧后的高温红热状态冷却到常温状态。这一阶段的冷却过程将对产品质量产生极其重要的影响。高强钢筋的轧后控制冷却分为水冷段的强制冷却和空冷段的相变冷却两个阶段。控制冷却工艺由水冷区和空冷区构成, 线材经水冷却至一定的温度后, 进行吐丝, 使直条线材形成散圈状分布在风冷线上, 进行风冷。控制冷却工艺中需要控制的参数主要是吐丝温度、相变区冷却速度以及集卷温度等, 这些参数是决定产品最终质量的关键。

2.2.1 吐丝温度控制。

吐丝温度是控制相变开始温度的关键参数。吐丝温度的高低, 影响奥氏体的晶粒尺寸和最终强度。为确定合适的吐丝温度, 我们做了大量试验, 吐丝温度从820℃到880℃, 风冷模式基本固定。试验结果表明: (1) 索氏体化率同吐丝温度关系不大, 而与吐丝后的冷却速率有关。 (2) 随着吐丝温度的升高, 强度指标上升, 塑性指标下降;吐丝温度下降, 塑性指标上升。

2.2.2 风冷辊道速度控制。

在快速冷却时, 辊道速度应能使相邻线圈拉开间距, 传统高线为保证获得细珠光体, 强冷模式线圈间距通常大于40mm, 这时候, 相邻线圈热量互相影响很小, 冷却速度主要由风量和风冷辊道速度控制。风冷辊道各段速度应逐渐增加, 使线圈边缘搭结点错开, 提高同圈强度的均匀性。八钢试验0.6~0.7m/s的起步速度, 5%的递增, 对于同圈性能改善有一定的效果。

2.2.3 风机控制。

对大直径高碳钢, 为了增加冷却速度, 风机必须开满风。线材由吐丝机吐出散布在斯太尔摩风冷线上时, 两边存在搭接点, 搭接点部位冷却速率与其他部位不同。虽然通过风机加灵装置调整, 可以使两侧冷却能力加强, 但为了使同圈性能离散达到最小, 还须借助风量调整。风机的启用台数应考虑吐丝温度和辊道速度的影响。一般来说, 吐丝温度升高, 完成相变时间长, 为了确保相变在风冷段中进行, 必须增加风机使用台数。针对不同规格, 对应不同的轧制速度、吐丝温度, 应确定关键的几台风机, 即发生相变时所用的几台风机。

2.3 管理措施

从近几年的轧制实践看, 有几个管理问题不得不作为关键质量控制点来抓。

2.3.1 头尾不穿水部分及缺陷的修剪控制。

从近年实践经验看, 头尾不穿水与穿水部分性能差异大, 为保证终端用户使的用效果, 应尽可能缩短不穿水部分的长度, 可能的情况下应将所有未穿水的部分剪除。同时头尾耳子或其他缺陷将增加后续拉拔过程的难度, 严重时会损坏模具或导致拉拔断裂。

2.3.2 包装质量。

因为77Mn A、82B产品强度高, 内应力大, 存储过程存在应力释放, 倒运过程也不可避免地存在碰撞, 而且运输距离远, 应考虑双道打包, 八钢目前的做法是双道打包外加小腰子。

2.3.3 存储。

对于预应力钢丝, 环境对于性能后续使用的影响非常大, 存储过程必须避免雨水浸泡, 特别是热态下必须坚决杜绝雨雪浸泡, 环境温度低于-10℃, 必须在室内存放至应力完全消除, 钢材温度至常温方可倒运。

2.3.4 吊运。

预应力钢丝强度高, 脆性大, 吊装过程必须避免擦伤, 八钢目前在库房吊装多用吊带, 生产现场吊装用C型钩在轧制此类钢材时也进行防护处理。

3 结束语

八钢在预应力钢丝的生产上, 仍处于摸索阶段, 对于不同的工艺, 近年来硬线及预应力钢丝产品表面质量及通条性均达较前期有改善, 但是我们必须同时看到, 与内地部分厂家比, 性能上还存在差异, 还必须不断优化轧制冷却工艺参数和冶炼、连铸工艺参数, 生产出满足不同用户要求的优质线材。