预应力混凝土管桩结构性能研究及新桩型开发
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摘要
预应力混凝土管桩具有桩身强度高、施工速度快、质量易保证、节能环保等优点,近年来在我国城乡建筑各领域得到了广泛的应用,已成为天津市大量使用的桩型。本文总结了国内外有关预应力混凝土管桩的研究现状和发展趋势,针对预应力混凝土管桩的抗剪强度、抗拔桩受力性能及注浆提高承载力等关键性问题,主要进行了以下几方面的工作:
为研究预应力混凝土管桩的箍筋配筋率、剪跨比、混凝土强度、有效预压应力和以及主筋配筋率等对预应力混凝土管桩抗剪承载力的影响,进行了专项抗弯和抗剪承载力试验,综合分析了试验结果,结合管桩结构受力理论,提出了不同条件下的管桩抗剪承载力的计算方法,为管桩受水平力荷载下的基础设计提供了依据,并为管桩抗震验算提供参考。
通过对预应力混凝土管桩桩身、焊接接口、与承台连接强度和抗拔静载性能等专项试验,研究了预应力混凝土管桩的受拉承载性能,量化分析了将其作为抗拔结构时的端板、墩头、焊缝及桩身的抗拔性能及破坏形式,通过理论分析提出了管桩用作抗拔桩设计的基本原则和抗拔管桩的控制节点。
本论文开发出一种适用于软土地区的扩孔灌浆管桩,将灌注桩中的后注浆工艺和采空区灌浆工艺引入管桩工程中,将管桩端部通过扩大钢板挤扩出孔隙以方便灌浆和注浆,使桩周土、灌浆注浆体与管桩密切结合,形成高抗压承载力、高抗拔承载力、高水平承载力以及利于抗震性能提高的新工法。对扩孔灌浆管桩的桩土共同作用机理进行系统研究,针对不同的受力特性选择了适宜的浆液配比、注浆压力控制标准和注浆量,研究了管桩经注浆后承载力提高的工作机理。通过对现场测试和理论分析相结合的系统研究,可以促进管桩的科研开发、设计、技术服务等各方面工作,取得了很好的经济社会效益,也为本项目研究成果的实施和技术推广奠定了基础。
Prestressed concrete pipe pile has several advantages, such as, high strength of pile body, high construction speed, easy quality assurance, energy saving, environmental protection and so on, so it has been used widely in many fields of urban and rural construction in our country, and what’s more, it has been a large-scale used pile type in Tianjin. The research status quo and development trends of the prestressed concrete pipe pile at home and abroad are summarized in this paper. In order to solve some key problems, for instance, shear strength of prestressed concrete pipe pile, behavior of uplift pile under force, grouting to improve bearing capacity and so on, the following aspects of work have been done.
In order to research the influence of stirrup reinforcement ratio, shear span ratio, concrete strength, effective prestress and reinforcement ratio of prestressed concrete pipe pile on its shear strength, special experiments of flexural bearing capacity and shear capacity have been carried out. Based on the analysis of experiment results and the structural theory of pipe pile under force, shear capacity calculation methods of pipe pile under different conditions are raised. This provides the basis for the design of pipe pile under horizontal force, and this can also supply references to seismic checking of pipe pile.
Through special experiments of pile body, welding interface, joint strength to platform on piles and performance under static tension, the tensile bearing capacity of prestressed concrete pipe pile has been researched, and uplift bearing capacity and destructional forms of two ends, weld joint and pile body of prestressed concrete pipe pile as tensile structure have been quantitatively analyzed. Through theory analysis, it has been raised that the basic design principle of pipe pile as uplift pile and control node of uplift pipe pile.
A kind of reamed grouting pipe pile that is suitable for soft soil area has been developed. Post grouting technology of bored concrete pile and grouting technology of mining area are introduced to pipe pile engineer. Using extended steel plate at the end of pile to ream pores makes grouting easily, and grouting makes the soil around pile, grout and pipe pile connected closely, so that compressive bearing capacity, tensile bearing capacity, lateral bearing capacity and aseismatic performance are all increased. Soil-pile interaction mechanism of reamed grouting pipe pile has been researched systematically, and for different bearing characteristics, appropriate grout ratio, grout pressure control standard and grout quantity are determined. Working mechanism of the increase of bearing capacity of pipe pile after grouting has also been researched. Systematic research that combines field testing with theory analysis can promote many aspects of work of pipe pile, like research development, design, technical service and so on. This research can make very good economic and social benefits, and it can also lay the foundation for the implementation of achievements of this project and technique extension.
为研究预应力混凝土管桩的箍筋配筋率、剪跨比、混凝土强度、有效预压应力和以及主筋配筋率等对预应力混凝土管桩抗剪承载力的影响,进行了专项抗弯和抗剪承载力试验,综合分析了试验结果,结合管桩结构受力理论,提出了不同条件下的管桩抗剪承载力的计算方法,为管桩受水平力荷载下的基础设计提供了依据,并为管桩抗震验算提供参考。
通过对预应力混凝土管桩桩身、焊接接口、与承台连接强度和抗拔静载性能等专项试验,研究了预应力混凝土管桩的受拉承载性能,量化分析了将其作为抗拔结构时的端板、墩头、焊缝及桩身的抗拔性能及破坏形式,通过理论分析提出了管桩用作抗拔桩设计的基本原则和抗拔管桩的控制节点。
本论文开发出一种适用于软土地区的扩孔灌浆管桩,将灌注桩中的后注浆工艺和采空区灌浆工艺引入管桩工程中,将管桩端部通过扩大钢板挤扩出孔隙以方便灌浆和注浆,使桩周土、灌浆注浆体与管桩密切结合,形成高抗压承载力、高抗拔承载力、高水平承载力以及利于抗震性能提高的新工法。对扩孔灌浆管桩的桩土共同作用机理进行系统研究,针对不同的受力特性选择了适宜的浆液配比、注浆压力控制标准和注浆量,研究了管桩经注浆后承载力提高的工作机理。通过对现场测试和理论分析相结合的系统研究,可以促进管桩的科研开发、设计、技术服务等各方面工作,取得了很好的经济社会效益,也为本项目研究成果的实施和技术推广奠定了基础。
Prestressed concrete pipe pile has several advantages, such as, high strength of pile body, high construction speed, easy quality assurance, energy saving, environmental protection and so on, so it has been used widely in many fields of urban and rural construction in our country, and what’s more, it has been a large-scale used pile type in Tianjin. The research status quo and development trends of the prestressed concrete pipe pile at home and abroad are summarized in this paper. In order to solve some key problems, for instance, shear strength of prestressed concrete pipe pile, behavior of uplift pile under force, grouting to improve bearing capacity and so on, the following aspects of work have been done.
In order to research the influence of stirrup reinforcement ratio, shear span ratio, concrete strength, effective prestress and reinforcement ratio of prestressed concrete pipe pile on its shear strength, special experiments of flexural bearing capacity and shear capacity have been carried out. Based on the analysis of experiment results and the structural theory of pipe pile under force, shear capacity calculation methods of pipe pile under different conditions are raised. This provides the basis for the design of pipe pile under horizontal force, and this can also supply references to seismic checking of pipe pile.
Through special experiments of pile body, welding interface, joint strength to platform on piles and performance under static tension, the tensile bearing capacity of prestressed concrete pipe pile has been researched, and uplift bearing capacity and destructional forms of two ends, weld joint and pile body of prestressed concrete pipe pile as tensile structure have been quantitatively analyzed. Through theory analysis, it has been raised that the basic design principle of pipe pile as uplift pile and control node of uplift pipe pile.
A kind of reamed grouting pipe pile that is suitable for soft soil area has been developed. Post grouting technology of bored concrete pile and grouting technology of mining area are introduced to pipe pile engineer. Using extended steel plate at the end of pile to ream pores makes grouting easily, and grouting makes the soil around pile, grout and pipe pile connected closely, so that compressive bearing capacity, tensile bearing capacity, lateral bearing capacity and aseismatic performance are all increased. Soil-pile interaction mechanism of reamed grouting pipe pile has been researched systematically, and for different bearing characteristics, appropriate grout ratio, grout pressure control standard and grout quantity are determined. Working mechanism of the increase of bearing capacity of pipe pile after grouting has also been researched. Systematic research that combines field testing with theory analysis can promote many aspects of work of pipe pile, like research development, design, technical service and so on. This research can make very good economic and social benefits, and it can also lay the foundation for the implementation of achievements of this project and technique extension.
引文
[1]阮起楠主编,预应力混凝土管桩,中国建材工业出版社,2000.2
[2]徐至钧,李智宇,预应力混凝土管桩设计施工及应用实例,中国建筑工业出版社,2009
[3]年会主题报告,中国预应力混凝土管桩的发展状况及同日本管桩的差距,预制混凝土管桩,中国硅酸盐学会钢筋混凝土制品专业委员会2007~2008年会论文集,2008,1~2,1~11
[4]先张法预应力混凝土管桩,GB13476-1999,中国建筑工业出版社,1999
[5]苏州中材建筑建材设计研究院主编,预应力混凝土管桩(03SG409),中国建筑标准设计研究院出版,2003.7
[6]福建省建筑标准设计《先张法预应力高强混凝土管桩》DBJT13-57
[7]湖北省工程建设地方标准《预应力混凝土管桩基础技术规程》DB42/489-2008
[8]浙江省工程建设地方标准《先张法预应力混凝土管桩基础技术规程》DB33/1016-2004
[9]辽宁省质量技术监督局,《预应力混凝土管桩基础技术规程》DB21/T1565-2007
[10]天津市建设管理管理委员会,《预应力混凝土管桩技术规程》DBJ10487-2004
[11]福建省工程建设地方标准《预应力混凝土管桩机械快速连接接头施工及验收规程》DBJ13-58-2004
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[13]蒋元海,先张法预应力混凝土薄壁管桩,标准化,2003(5)
[14]天津市建工集团建筑设计有限公司主编,先张法预应力混凝土管桩,02G10,2000
[15]江苏省地方图集,先张法预应力混凝土管桩图集,苏G03-2002
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[18]蒋元海,我国管桩行业值得研发的一些技术问题,预制混凝土管桩,中国硅酸盐学会钢筋混凝土制品专业委员会2007~2008年会论文集,2008,1~2,33~34
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[46]适于提高承载力的预应力混凝土桩及其插入法,日本专利号特公平10-54031,国外混凝土制品资料,中国水泥制品工业协会预制混凝土桩专业委员会苏州混凝土水泥制品研究院,2001.10。
[47] Super Twin Jet Method,日本ヒユ—ㄙ管株式会社
[48] Testifying Systematic Rotary Method,日本ヒユ—ㄙ管株式会社
[49] High Frictional Organization Method,日本ヒユ—ㄙ管株式会社
[50] Kneading Wall Method,日本ヒユ—ㄙ管株式会社
[51] High Reliability Vibration and Noise Free Pile Driving Method,日本ヒユ—ㄙ管株式会社
[52] Cement-Milk Method,日本ヒユ—ㄙ管株式会社
[53]中掘打擊工法，日本ヒユ—ㄙ管株式会社
[54] Noise Free Pile Driving Method工法,日本ヒユ—ㄙ管株式会社
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