CN1030807A - 暂时预应力混凝土管桩 - Google Patents

Abstract

“暂时预应力混凝土管桩”适用于一般房屋建筑 工程的基础。桩采用后张法施加预应力。桩打入土 后将预应力释放，预应力钢筋取出，以节约钢材和降 低造价。

桩由以下各部份构成：(一)管桩身、用离心混凝 土制造；(二)钢筋混凝土预制桩尖；(三)预应力钢筋； (四)桩顶盖板和法兰盘桩帽(见附图)。

预应力钢筋用扣杆或螺丝与桩尖的预埋件连接， 利用桩尖和桩顶钢盖板做预应力锚具。一般在工地 施加预应力。桩打入土后就将预应力钢筋以及桩顶 盖板和法兰盘桩帽取出，并可重复使用。

Description

一、“暂时预应力混凝土管桩”适用于普通房屋建筑的桩基工程。它和目前基础工程中使用的预应力混凝土管桩不同的是，对管桩加预应力是暂时性的，桩打入土后，将预应力释放，预应力钢筋取出。

二、目前（广东省）一般房屋建筑基础多采用锤击沉管灌注桩。这种桩造价低，但容易出现断桩，束桩（瓶頸桩）等质量事故，特别是当地基含有软弱层的情况下。采用预应力混凝土桩可克服上述缺点。因为预应力混凝土管桩在工厂制造，质量保证，有一套较严格的检查制度。但预应力桩用钢量大，造价较高。据有关资料介绍，目前预应力混凝土管桩造价比灌注桩高一倍以上。因此，降低预应力混凝土管桩造价是一个努力方向。这里提出“暂时预应力混凝土管桩”的方案，是根据这样道理，即桩打进土后，桩身主要承受轴向压力，弯矩很小。因此预应力钢筋在打桩后可取出，并且可反复使用，以达到节约钢材、降低造价的目的。

三、“暂时预应力管桩”的制造和施工

桩的外直径为300～450mm或更大一些。桩每节长度为9米，最长为两节对接18米，再长操作有困难。可以根据实际要求生产各种长度短桩，拼接成各种长度（小于18米）的桩。

下面以管径为350mm的管桩为例做说明。

（一）管桩的制作

管桩（非预应力）用离心法制造，构造见图1。桩外径350mm壁厚60mm（壁厚可改变，厚度大，桩承载力也大）。一节桩长度为9米。纵向配12条φ6普通钢筋。环向钢筋为φ5，距桩两端1米处环筋间距为50mm，中间部分间距为100mm。桩的两端套3mm厚钢套箍纵向钢筋应与钢套箍焊接。桩身为600号离心混凝土，经蒸汽养护后达70%设计强度即可拆模。由于省去预应力这道工序，这种桩一般预制厂能生产，可减少运费。

（二）施加预应力

桩施加预应力在工地进行（短桩可在工厂），方法见图2。预应力钢筋采用冷拉Ⅲ级钢筋，直径视预应值而定。预应力钢筋可以为一根，当预应力较大时可以是3～4根。预应力钢筋靠扣杆（或螺丝）一端与桩尖予埋件连接，一端与桩顶的钢盖板连接。施加预应力时先扭紧钢盖板螺母，再用千斤顶张拉。张拉值靠油压表和钢筋伸长值控制。张拉时要注意采取防护措施，预防钢筋断脱伤人。张拉后卸下千斤顶斤顶，装上钢板制成的法兰盘桩帽，将桩吊上打桩架。

一般预应力管桩是用先张法，而这里“暂时预应力桩”是采用后张法。前者接桩方法是边打边接，而后者只能是在地面一次接好，并施加预应力。所以桩的总长度受到限制，桩最大总长度大约18米。

当桩径较小，而桩又很长时，打桩时要注意纵向压屈问题，打桩架上要有限制侧移装置。

（三）桩的连接

桩的连接包括三部分：

（1）桩身与桩尖连接。桩尖和锤击沉管灌注桩的桩尖相同，用预制钢筋混凝土桩尖。不过这里桩尖又作为预应力锚具，所以桩尖顶端要设予埋件（螺丝杆或槽钢等），以便与预应力钢筋连接（图2）。为了保证桩尖和桩身连接紧密，除了要求两者接触面平整，还要放上石棉薄垫，使接触面受力均匀，防止外面水渗入管内。

桩尖与预应力钢筋连接采用扣杆方法。即预应力钢筋端部做成加大头，连接时扣在桩尖予埋槽钢上（图2）。桩尖与预应力钢筋连接还可采用螺丝杆连接方法。

（2）两节桩连接。一节桩长度为9米，当桩总长超过9米时，就要接桩。对于一般预应力管桩，桩与桩间接头没有施加预应力，为了保证接头处的抗拉能力与桩身一样，接头处采用钢法兰盘或钢桩帽，要用很多钢材。而“暂时预应力桩”是接桩和加预应力同时进行，桩之间接触面也加预应力，因此接头不需特别加强。只是在施加预应力后，将两节桩的桩头钢套箍焊接起来。桩头套箍的钢板厚3mm。据有关资料介绍，入土后若按0.04mm/年腐蚀率计算，完全锈蚀坏也需75年。为保险，可在桩入土后，在桩间接触面高度处，向管内浇上50厘米高后期混凝土，即使钢箍锈坏后，桩身连接处仍有足够强度抵抗由于地震或土层移动所造成的不大的水平剪力（实际上，桩长期处在受压状态，接触面面摩擦力已足够抵抗此水平剪力）。

接桩时，两节桩的接触面要与桩轴垂直。除工厂钢模尺寸要准确外，对脱模后的桩，可用木工用直角尺检查。如发现两边高差超过一毫米以以上，低处要用薄石棉板垫厚。桩接触面处要平整，凸出部分要打磨平。

（3）桩顶处连接。桩和桩顶钢盖板接触处一样要平整。钢盖板与桩顶面接触部位要放垫层。施加预应力时，千斤顶以钢盖板为支座，将予压力传给桩身。打桩时锤的冲击力经法兰盘桩帽传给钢盖板，然后传给桩身。

四、桩的设计

桩的设计和予应力混凝土管桩设计大致相同。这里以管径为350mm的管桩为例，做简略介绍，具体参考文献（1）、（2）。

<一、>桩的抗裂计算

桩的抗裂弯矩 M_t＝γ〔

〕W＝1.54T-M

（式中：M_t-桩弯曲开裂时弯矩;γ-塑性系数，取1.7

〔σ〕-混凝土抗拉强度，取26.5Kg/Cm²;

W-截面抵抗力矩，其值W＝0.342×10⁴cm²）。

（二）桩的抗弯强度计算

按环形断面抗弯强度计算（见参考文献（3））。

(φ)/(π) ＝ (AgRg)/(A_hR_w+2AgRg) ＝0.034

（上式中：φ-混凝土受压区中心夹角之半;Ag-纵筋面积

12φ6Ag＝3.4Cm²;R_g-钢筋强度，Rg＝2400Kg/Cm²;A_h-桩截面积，A_h＝546Cm²;

R_ω-混凝土弯曲抗压设计强度，R_ω＝405Kg/Cm²。

桩的极限抗弯强度M_p，

M_p＝（A_hR_ω(r₁+r₂)/2 +2A_gR_gγ_g） (Sinφ)/(π) ＝1.10 T-M

（式中γ₁及γ₂为桩的外半径及内半径，γ₁＝17.5Cm，γ₂＝11.5Cm）。

（三）桩脱模吊装抗弯强度计算

脱模时假定混凝土标号为设计标号的70%。脱模时两吊点距桩两端都为0.207L。起吊最大弯矩M_o＝0.0215kqL²＝0.334T-M（上式中：k-考虑底模对桩粘结力的系数，取k＝1.4;q-单位长度桩重，q＝0.137T/M;桩长L＝9米）。

抗裂安全系数K_t＝ (0.7M_t)/(M₀) ＝ (0.7×1.54)/0.334 ＝3.2

强度安全系数K_p＝

＝ 1.10/0.334 ＝3.3

（四）吊装搬运过程抗弯强度计算

在搬运过程有时可能会只有一个吊点，吊点距桩的一端为0.3L

最大弯矩 M＝0.04321qL²＝0.48T-M

抗裂安全系数K_t＝

＝ 1.54/0.48 ＝3.2

强度安全系数K_p＝ ＝ 1.10/0.48 ＝2.3

（五）预应力值的确定

预应力的取值，通常由打桩条件，即由打桩中出现拉应力值之大小来确定。据已有的大量实践经验和某些测验资料看，混凝土予压力值一般可取50Kg/Cm²左右。桩身较短（＜20m）或打桩条件较好，此值可适当降低。因为我们桩长一般不会超过18米，可取45Kg/Cm²。

由于“暂时预应力混凝土桩”的予应力是短期间。因此预应力损失只考虑钢筋的应力松弛和锚具变形引起预应力损失。这两项按预应力值的10%来计算。因此预应力控制值为：

N＝1.1σ_hA_o＝27T

（上式中：σ_h-有效预应力，取45Kg/Cm²;A_o-桩截面积）。

最后选取φ28的冷拉三级钢筋为预应力钢筋。

五、经济效果分析

以直径为350毫米，管壁厚60毫米，长9米桩为例。桩的允许承载能力为75吨左右，需要600号混凝土0.5方，钢材约60公斤，按200元计算。其它能源及设备消耗和利润等共250元。总计450元。加上运费及打桩费300元，桩的总造价为750元。

如果用灌注桩，承载力为75吨，桩径要500毫米，9米长桩要用1.8方混凝土。据有关资料介绍，灌注桩（包括材料、运费、人工），每方混凝土为400元，则1.8方要720元。

因此，采用“暂时预应力桩”质量保证，造价和锤击沉管灌注桩差不多。和一般预应力管桩相比，造价减少一半，用钢量减少一半。

六、参考文献：

（一）“预应力离心混凝土管桩”桥樑建设1974年5期

（二）预应力混凝土结构设计（第三版）林同炎

（三）水工钢筋混凝土结构学    华东水利学院编

（四）预应力混凝土常用锚夹具定型图集

中国建筑科学研究院编

Claims (5)

1、暂时预应力混凝土管桩，是一种预应力混凝土桩，它采用后张预应力法，其特征在于：

a管桩身是采用离心混凝土制造的园管，

b该园管中空部分穿入预应力钢筋，

c预应力钢筋对管身施加预应力是暂时的。

2、根据权利要求1所述，其特征是预应力钢筋采用直径较大钢筋（一般大于φ20）。

3、根据权利要求1、2所述，其特征是预应力钢筋利用桩尖和桩顶盖板作为锚具。

4、根据权利1、2、3所述，其特征是预应力钢筋用扣杆或螺丝与桩尖连接。

5、根据权利1所述，其特征是预应力钢筋和桩顶盖板在桩打入土后取出，并重复使用。

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