先张法预应力混凝土管桩结构设计
【摘要】本文从预应力混凝土管桩单桩竖向承载力的计算、桩身顶压压桩力和抱压压桩力, 管桩设计构造要求方面浅谈一下对预应力砼管桩结构的设计体会。
【关键词】先张法预应力；管桩；结构设计计算；
【 abstract 】 this paper prestressed concrete pipe pile from vertical ultimate bearing capacity of single pile calculation, pile body top pressure piling force and hold pressure piling force, pile design requirements of prestressed concrete pipe pile on the structure of the design experience
【 key words 】 a method first prestressed; Pipe; Structure design calculation;
引言
社会经济的快捷化发展，推动了建筑工程的规模性开发。同时，也促进了建筑施工技术的高效性研究。预应力混凝土管桩作为日趋成熟的桩基工程施工技术，成为当前很多大型高层建筑、道桥工程建设过程中，用于基础工程施工的桩基处理措施。
1 预应力混凝土管桩技术特征
预应力混凝土是为有效避免混凝土结构过早出现裂缝，针对高强度混凝土结构在荷载前预先施加预压应力，用来减小或抵消荷载应力，以延缓混凝土裂缝变性，提高混凝土构件的抗裂性能和刚度强度。预应力混凝土管桩技术，是采用高强性混凝土及高强度钢筋，采用先张法钢筋工艺，利用离心法和预应力技术，通过蒸气高压养护制作成空心圆筒体等混凝土构件，施工时利用大吨位压桩机将其静压深入地下形成建筑物承载性基础桩基的桩基施工方式。预应力混凝土管桩具有如下技术优势：
1.1 单桩承载力高
预应力混凝土管桩制作工艺精良，桩身混凝土强度性能高，静压入土层时由于挤压作用，管桩承载力要比同样直径的沉管灌注桩或钻孔灌注桩高。
1.2抗裂形变性好
相对而言，预应力混凝土管桩经过高强性预应力工艺处理，具有较强的抗裂性和抗弯性等刚度性能，能够有效避免运输及静压施打施工过程中的破损现象。
1.3 施工效果优良
预应力混凝土管桩技术施工，施工工艺简单易行，无噪音震动等环境污染影响，接桩快捷、成桩质量可靠，工期短工效高、 成桩后即可作桩基检测。
1.4 技术适应性广
预应力混凝土管桩单桩承载力高，地层穿透能力强，施工条件受限小，经济效益好，适用于各种大型高层建筑、桥梁码头等基础工程的施工。
2.管桩设计计算
● 桩身竖向承载力设计值的计算式与各种类型桩身竖向承载力设计值，要求管桩竖向承载力设计值不应超过桩身承载力设计值的基本要求，以便设计与施工中加以严格控制。桩身承载力设计值按下式计算:
R= (0. 6 一 0. 75 )fc A p一 0 .34 Ap δpc ,式中
R— 桩身竖向承载力设计值(kN) ;
fc— 混 凝 土 轴心受压强度设计值(N/m耐);
Ap— 桩身有效截面积(mm’);
δ— 桩身截面混凝土有效预加应力(N/m耐);
Q一 相 应 于 荷载效应基本组合时的单桩竖向承载力设计值。
要求 单 桩 竖向承载力设计值应小于或等于桩身竖向受压承载力设计值，即Q
● 桩身顶压压桩力和抱压压桩力
目前桩基施工中较多采用静压压桩法，静压压桩一般采用抱压或顶压，又以抱压为主，抱压力比顶压压桩力对桩身产生的横向力大，一般可大30%-50写。由于抱压压桩力要求较大，其抱压力也很大，过大的抱压力将引起桩身产生顺桩身的竖向裂缝。在抱压压桩力作用下，管桩内侧壁在力的作用点处将产生拉应力，管桩的外壁在力的作用点处将产生拉应力，而此拉应力远远大于C80混凝土抗拉强度标准值3. 11N/mm，因此非裂不可。为了提高管桩侧壁的抗裂性能，就必须增加箍筋的含箍率或提高混凝土强度等级，这样做势必导致价格上升，是厂家和建设方所不能接受.为了保证桩身不受损坏，通过限制压桩力来控制顶压力和抱压力，抱压压桩力和顶压压桩力与桩身强度存在一定关系，桩身允许抱压压桩力应满足式：
Pi= 0. 45 (fce 一δpc )A p
式中
Pi— 桩身允许抱压压桩力(kN);
f — 管桩离心混凝土抗压强度，取fe=80MPa;
AP — 桩身横截面面积(mmZ),
顶压式压桩机的最大压桩力一般可取比桩身允许抱压压桩力大10﹪，即
P顶= 1 .1Pjmax
式中Pjmax— 顶压式最大压桩力(kN),
3 管 桩 设计构造要求
1)预应力主筋沿管壁环向均匀布置，其间距偏差不得超过5mm，最小配筋率不低于0.4%，并不少于6根。配筋图中预应力筋所在圆周的直径D，是在满足《混凝土结构设计规范》GB5 0010-2010第3.4.1条规定的在二类环境下最大裂缝控制不超过。.2m m情况下和当处于腐蚀介质中的桩应控制不出现裂缝，其保护层厚度加大至30mm条件下确定的。一般不允许生产厂家随意修改Dp值，否则应对预应力管桩的力学性能重新核算。
2)螺旋箍筋的直径应根据管桩的规格确定，外径ɸ45㎜以下，螺旋筋的直径应不小于4mm,外径500-600mm螺旋筋的直径应不小于5mm,螺旋筋的螺距最大不超110mm,管桩两端长度范围1000-1500mm,螺旋筋螺距应加密40-60mm,螺距偏差不得超过士l0mm,
3)单节桩最大长度。工厂脱膜时吊装一般采用两端钩吊，此时的馄凝土强度比设计值低很多，一般为C40,验算此时的抗裂弯矩，以确定各种型号管桩的单节最大长度，以确保吊装过程不出现微裂缝，避免留下工程安全隐惠。
4)管桩与承台的连接。对于受压桩，提供了三种管桩与承台连接大样供设计选用。设计人员可根据现场施工条件，选择合适的管桩与承台连接做法。对于抗拔桩，考虑到后浇的填芯混凝土与管桩内壁没有可靠的连结，猫结力较差，当承受较大的拉拔力时，填芯混凝土易与管桩内壁脱离后被拔出，所以对于受较大拉拔力的抗拔桩，应将桩身的全部纵向预应力钢筋全部锚人承台内，施工时应予留该部分长度，沉桩到位后采用人工截桩的方法剥离该部分桩身混凝土，留出足够长度的桩身钢筋锚人承台内，或在管桩的端头板上焊接钢筋，钢筋锚人承台内。
4.结语
目前，在管桩的设计、施工方面，工程实践经验尚不够丰富。尽管有些地区编制了相应的技术规程，但国家尚未出台统一的预应力混凝土管桩设计、施工技术标准。随着预应力混凝土管桩技术的不断推广应用和发展，以及对预应力混凝土管桩的理论和工程实践经验的不断积累，相信预应力混凝土管桩技术将进一步得到规范，应用水平将会不断得到提高。
参考文献
[1] 广东省标准《预应力混凝土管桩基础技术规程》
[2] 湖北省地方省标准《预应力混凝土管桩基础技术规程》
先张法预应力混凝土管桩结构设计
【摘要】本文从预应力混凝土管桩单桩竖向承载力的计算、桩身顶压压桩力和抱压压桩力, 管桩设计构造要求方面浅谈一下对预应力砼管桩结构的设计体会。
【关键词】先张法预应力；管桩；结构设计计算；
【 abstract 】 this paper prestressed concrete pipe pile from vertical ultimate bearing capacity of single pile calculation, pile body top pressure piling force and hold pressure piling force, pile design requirements of prestressed concrete pipe pile on the structure of the design experience
【 key words 】 a method first prestressed; Pipe; Structure design calculation;
引言
社会经济的快捷化发展，推动了建筑工程的规模性开发。同时，也促进了建筑施工技术的高效性研究。预应力混凝土管桩作为日趋成熟的桩基工程施工技术，成为当前很多大型高层建筑、道桥工程建设过程中，用于基础工程施工的桩基处理措施。
1 预应力混凝土管桩技术特征
预应力混凝土是为有效避免混凝土结构过早出现裂缝，针对高强度混凝土结构在荷载前预先施加预压应力，用来减小或抵消荷载应力，以延缓混凝土裂缝变性，提高混凝土构件的抗裂性能和刚度强度。预应力混凝土管桩技术，是采用高强性混凝土及高强度钢筋，采用先张法钢筋工艺，利用离心法和预应力技术，通过蒸气高压养护制作成空心圆筒体等混凝土构件，施工时利用大吨位压桩机将其静压深入地下形成建筑物承载性基础桩基的桩基施工方式。预应力混凝土管桩具有如下技术优势：
1.1 单桩承载力高
预应力混凝土管桩制作工艺精良，桩身混凝土强度性能高，静压入土层时由于挤压作用，管桩承载力要比同样直径的沉管灌注桩或钻孔灌注桩高。
1.2抗裂形变性好
相对而言，预应力混凝土管桩经过高强性预应力工艺处理，具有较强的抗裂性和抗弯性等刚度性能，能够有效避免运输及静压施打施工过程中的破损现象。
1.3 施工效果优良
预应力混凝土管桩技术施工，施工工艺简单易行，无噪音震动等环境污染影响，接桩快捷、成桩质量可靠，工期短工效高、 成桩后即可作桩基检测。
1.4 技术适应性广
预应力混凝土管桩单桩承载力高，地层穿透能力强，施工条件受限小，经济效益好，适用于各种大型高层建筑、桥梁码头等基础工程的施工。
2.管桩设计计算
● 桩身竖向承载力设计值的计算式与各种类型桩身竖向承载力设计值，要求管桩竖向承载力设计值不应超过桩身承载力设计值的基本要求，以便设计与施工中加以严格控制。桩身承载力设计值按下式计算:
R= (0. 6 一 0. 75 )fc A p一 0 .34 Ap δpc ,式中
R— 桩身竖向承载力设计值(kN) ;
fc— 混 凝 土 轴心受压强度设计值(N/m耐);
Ap— 桩身有效截面积(mm’);
δ— 桩身截面混凝土有效预加应力(N/m耐);
Q一 相 应 于 荷载效应基本组合时的单桩竖向承载力设计值。
要求 单 桩 竖向承载力设计值应小于或等于桩身竖向受压承载力设计值，即Q
● 桩身顶压压桩力和抱压压桩力
目前桩基施工中较多采用静压压桩法，静压压桩一般采用抱压或顶压，又以抱压为主，抱压力比顶压压桩力对桩身产生的横向力大，一般可大30%-50写。由于抱压压桩力要求较大，其抱压力也很大，过大的抱压力将引起桩身产生顺桩身的竖向裂缝。在抱压压桩力作用下，管桩内侧壁在力的作用点处将产生拉应力，管桩的外壁在力的作用点处将产生拉应力，而此拉应力远远大于C80混凝土抗拉强度标准值3. 11N/mm，因此非裂不可。为了提高管桩侧壁的抗裂性能，就必须增加箍筋的含箍率或提高混凝土强度等级，这样做势必导致价格上升，是厂家和建设方所不能接受.为了保证桩身不受损坏，通过限制压桩力来控制顶压力和抱压力，抱压压桩力和顶压压桩力与桩身强度存在一定关系，桩身允许抱压压桩力应满足式：
Pi= 0. 45 (fce 一δpc )A p
式中
Pi— 桩身允许抱压压桩力(kN);
f — 管桩离心混凝土抗压强度，取fe=80MPa;
AP — 桩身横截面面积(mmZ),
顶压式压桩机的最大压桩力一般可取比桩身允许抱压压桩力大10﹪，即
P顶= 1 .1Pjmax
式中Pjmax— 顶压式最大压桩力(kN),
3 管 桩 设计构造要求
1)预应力主筋沿管壁环向均匀布置，其间距偏差不得超过5mm，最小配筋率不低于0.4%，并不少于6根。配筋图中预应力筋所在圆周的直径D，是在满足《混凝土结构设计规范》GB5 0010-2010第3.4.1条规定的在二类环境下最大裂缝控制不超过。.2m m情况下和当处于腐蚀介质中的桩应控制不出现裂缝，其保护层厚度加大至30mm条件下确定的。一般不允许生产厂家随意修改Dp值，否则应对预应力管桩的力学性能重新核算。
2)螺旋箍筋的直径应根据管桩的规格确定，外径ɸ45㎜以下，螺旋筋的直径应不小于4mm,外径500-600mm螺旋筋的直径应不小于5mm,螺旋筋的螺距最大不超110mm,管桩两端长度范围1000-1500mm,螺旋筋螺距应加密40-60mm,螺距偏差不得超过士l0mm,
3)单节桩最大长度。工厂脱膜时吊装一般采用两端钩吊，此时的馄凝土强度比设计值低很多，一般为C40,验算此时的抗裂弯矩，以确定各种型号管桩的单节最大长度，以确保吊装过程不出现微裂缝，避免留下工程安全隐惠。
4)管桩与承台的连接。对于受压桩，提供了三种管桩与承台连接大样供设计选用。设计人员可根据现场施工条件，选择合适的管桩与承台连接做法。对于抗拔桩，考虑到后浇的填芯混凝土与管桩内壁没有可靠的连结，猫结力较差，当承受较大的拉拔力时，填芯混凝土易与管桩内壁脱离后被拔出，所以对于受较大拉拔力的抗拔桩，应将桩身的全部纵向预应力钢筋全部锚人承台内，施工时应予留该部分长度，沉桩到位后采用人工截桩的方法剥离该部分桩身混凝土，留出足够长度的桩身钢筋锚人承台内，或在管桩的端头板上焊接钢筋，钢筋锚人承台内。
4.结语
目前，在管桩的设计、施工方面，工程实践经验尚不够丰富。尽管有些地区编制了相应的技术规程，但国家尚未出台统一的预应力混凝土管桩设计、施工技术标准。随着预应力混凝土管桩技术的不断推广应用和发展，以及对预应力混凝土管桩的理论和工程实践经验的不断积累，相信预应力混凝土管桩技术将进一步得到规范，应用水平将会不断得到提高。
参考文献
[1] 广东省标准《预应力混凝土管桩基础技术规程》
[2] 湖北省地方省标准《预应力混凝土管桩基础技术规程》