预应力管桩施工工艺简介

12.预应力混凝土管桩应用现状2.1预应力管桩概述在国外，预应力混凝土管桩已有40多年的历史，预应力高强混凝土管桩亦约有30多年的历史。20世纪60年代，铁道部北京丰台桥梁厂曾少量生产过直径D=400mm的钢筋混凝土离心管桩，60年代末，开始研制先张法预应力混凝土管桩（PC桩），1987年交通部第三航务工程局从日本全套引进预应力高强度混土管桩（PHC桩）生产线。由此，随着我国现代化建设的发展，建筑市场发展的需求，我国的预应力混凝土管桩的生产技术和应用领域有了较大的发展，尤其是在近十年中得到了快速发展，管桩行业近20多年发展历程可以分为四个时期：①研制开发期（20世纪80年代后期）；推广应用发展期（20世纪90年代前期）；调整发展期（20世纪90年代中期）；快速发展期（20世纪90年代后期至今）。目前正健康地继续以珠江三角洲、长江三角洲为其基地，由南向北、由东向西，沿海沿江沿湖，向内地地区发展。2.1.1发展现状我国管桩行业的发展，产品规格和产量都达到世界前列，成绩显著，主要体现如下：(1)布局预应力混凝土管桩从珠江三角洲向长江三角洲、由南向北、由东向西、沿海沿江沿湖，向内陆软土地区发展。近十年来，PHC桩首先在珠江三角洲得到广泛的推广，与此同时在长江三角洲尤其是浙江、上海、江苏等地区亦得到了迅速的发展，到2012年全国管桩生产厂达到500多家，目前全国已有25个省市自治区（不包括港澳台）生产管桩，广东、上海、浙江、江苏、福建、天津、云南、湖北、北京、山东、安徽、河北、海南、四川、河南、广西、辽宁、黑龙江、吉林、湖南、江西、陕西、甘肃、山西、内蒙等。2012年全国管桩年产量约1.8亿米。(2)产品结构、规格目前生产的管桩产品结构合理、规格齐全，能满足市场需求。根据国标GBl3476按外径可生产中300～1000九种规格：按管桩的抗弯性能或混凝土有效预压应力可分为A、AB、B、C型四种；按长度可生产7～15米九种规格；按混凝土强度等级可分为C60的PC桩和C80的PHC桩。此外生产厂还可根据用户要求（800mm、1000mm、1200mm桩径长度可生产16～30m），生产特殊规格的产品，满足市场的需要。(3)生产技术2PHC桩的生产技术已较成熟，机械化、自动化程度较高，达到了国外同类产品的生产技术水平。目前我国PHC桩的生产主要采用先张法预应力工艺、高速离心和两次养护工艺，预应力主筋采用高强低松弛阴螺纹钢筋(PC钢棒)，混凝土强度达到C80以上。管桩生产线目前可分为三类：第一类为全套引进国外先进设备；第二类为部分主机引进国外先进设备，其它设备国内配套；第三类全套设备国内生产。近年来，新建管桩厂已全部采用国产设备，都能较好地满足了工艺要求。(4)国产化装备、原材料完全满足生产需要为管桩生产配套服务的生产装备和原材料，近年来在国产化和产品质量技术水平上有了长足进步，完全能满足管桩生产的要求；生产管桩的全套国产化装备不仅满足了国内市场的需求，替代了进口设备；而且部份装备如镦头机、滚焊机等还出口创汇。管桩用的低松弛高强阴螺纹钢筋（PC钢棒）原先主要依靠进口钢材，近年来经过引进、消化吸收国产化，提高国产母材的质量稳定性，提高加工工艺水平等工作，目前国内已建有约80多条PC钢棒生产线，产品质量可达到国外同类产品的水平，满足了我国管桩生产的需求。同时其它配套材料如端头板亦随着管桩的发展亦逐步形成了一个新的产业，目前每年需不同规格的端头板约3000万块，全国专业的端头板厂已有几十家，基本能满足管桩生产的需要。(5)配套应用技术日趋完善要推广一个新产品，必须要解决好产品的配套应用技术，才能推得出去。为此：a)目前PHC、PC、PTC桩产品的国家标准和行业标准已齐全。涉及新产品生产要配件标准，如端头板、磨细砂及钻芯法检测离心商强混凝土抗压强度试验方法等国家及行业标准已制定。b)为了便于设计部门选用管桩，全国管桩专业委员会和苏州院联合首先在1996年底出版了《先张法预应力混凝土管桩的结构设计图册》，随后地方上如宁波、浙江、上海、江苏、天津等都出了管桩结构配筋图册，对推广管桩起了很大作用；为了统一有关管桩结构设计原则，促进管桩在全国范围内的推广，2001年建设部下达了制定全国管桩标准结构配筋图集，目前国家标准设计图集10SG409《预应力混凝士管桩》己正式颁布实施。c)为解决好管桩的施工技术问题，必须要制定管桩的施工技术规程。在管桩的发展初期主要采用锤击法施工，当时在管桩用量最多的广东省，由省建委组织制定了省标《预应力混凝土管桩基础技术规程》，已于1998年10月1曰实施：为了适应城3区施工，近年来管桩施工己逐步采用静压法施工，为此广东省又组织了省标《静压桩基础技术规程》的制订，随后江苏、广西、上海、浙江等省市亦制订了相应的省标，这就给管桩的正确施工提供了依据，促进了管桩的更好推广。(6)管桩的应用领域不断扩大管桩尤其是PHC桩具有优良的性能，经过20年来的推广，管桩己广泛应用于多层与高层民用建筑、多层工业厂房、大型设备基础、城市高架道路基础、铁路、公路、桥梁、港口码头、机场、城市轻轨、地下工程、农用仓储、电力、冶金、市政等工程中，应用水平逐年提高。例如：在上海建造的我国第一条磁悬浮城市列车线的基桩全采用PHC桩，其它如上海外滩工程、国际航运大厦(51层)、沪宁高速公路拓宽工程、宁波北仑港码头、南京扬子乙烯码头、澳门国际机场、广东中山银通大厦等等都采用了管桩，取得了良好的效益。(7)依靠技术进步，求效益，求生存为了在竞争中生存发展，各管桩厂意识到必须依靠技术进步，向科学技术要效益、求发展：a)在大量试验验证基础上，不少厂家采用磨细石英砂、磨细洁净建筑磨细砂等量取代30％～35％的硅酸盐水泥，经压蒸养护，配制C80高强混凝土，生产出优质的PHC桩；采用此项技术后，可使管桩生产成本降低6～8元，米，同时还可提高混凝土强度，管桩的耐锤击性能亦得到提高，目前已在25％左右的企业中推广应用，取得了良好的技术经济效益。b)根据工程需要及为了降低单节管桩的生产成本，减少接桩时间，我国已开发成功单节长度为20～30米外径为Φ800～1200的长管桩(PHC)，在上海等地已用于码头新桩基工程。c)许多管桩生产厂对离心混凝土产生的余浆综合利用进行了开发工作，在分析余浆组份的基础上，进行了大量的试验工作；目前已经把余浆用于生产地面砖、排水管、加气混凝土，近期有的生产厂已开展了管桩废浆回收再生产的试验研究，这不仅有利于环保，而且亦为企业利废，降低生产成本，增加效益，开辟了新路子。d)针对管桩锤击施工时的噪声污染，为了改善城区施工环境保护，目前管桩的静压法施工技术和装备得到了推广，这将大大地有利于管桩的推广应用，提高对不同地质条件的适应性。（8）管桩新产品的研发动向（a）大直径钢绞线预应力管桩由于之前的PHC管桩都是采用中低松弛螺旋槽钢棒（PC钢棒），虽其抗拉强度不4小于1570MPa，非比例延伸强度不小于1420MPa，但脆性较大。为此，采用钢绞线代替PC钢棒研制出了大直径钢绞线预应力管桩（如图3所示），使其抗弯、抗裂性能得到提高。（b）预应力高强混凝土耐腐蚀管桩根据不同的腐蚀介质和中、强腐蚀环境等级，研制出不同要求的耐腐蚀管桩。腐蚀环境分为氯盐腐蚀环境、硫酸盐腐蚀环境及冻融破坏环境或者其组合。采用混凝土电通量、氯离子扩散系数、抗硫酸盐等级和冻融循环次数等试验指标来判断和检验。广东三和管桩有限公司制订了企业标准《先张法预应力高强混凝土耐腐蚀管桩》，上海宝钢制订了有关耐腐蚀管桩的制作图集。现在，在强腐蚀和严冻环境中，特制管桩也得到了成功应用。广东湛江东海岛上某新钢铁厂应用耐强氯盐腐蚀管桩预计多达600万延米。（c）免蒸压预应力高强混凝土管桩过去生产PHC桩都要进行蒸压养护，即管桩经过常压蒸汽养护脱模静停2h后，还要经过180℃高温、1.0MPa的蒸压养护，大约经过十多个小时后出釜，桩身混凝土强度等级达到C80，有些甚至达到C100。蒸压养护既耗能又不环保，而免蒸压管桩节能、环保，是今后管桩生产的发展方向，但目前的价格比蒸压养护的管桩略贵一些。（d）混合配筋预应力混凝土管桩混合配筋预应力混凝土管桩，即PRC桩，是在PHC桩中加入一定数量的非预应力钢筋，形成一种新型的混合配筋预应力混凝土管桩。我国先后出台了DBJT19-34-2009《混合配筋预应力混凝土管桩》图集及《复合配筋先张法预应力混凝土管桩》图集。此外，关于PRC桩的抗震试验也已经展开研究，并取得许多研究成果。（e）竹节桩目前，竹节桩的规格主要有两种：一种是桩身直径为500mm，壁厚100mm和125mm，竹节的直径为650mm；另一种是桩身直径为600mm，壁厚110mm和130mm，竹节的直径为800mm。竹节与竹节的间距均为1000mm。竹节桩在软土地层中应用效果较好，能增加桩身的摩阻力，500mm直径的竹节桩可以当650mm直径的管桩用，600mm直径的竹节桩可以当800mm直径的管桩用。目前，宁波某集团已开始大量生产和应用竹节桩。2.1.2大直径管桩在铁路桥涵工程中的应用PHC桩在铁路桥梁基础上的应用相对较少。自1998年新长铁路开始，陆续应用于5秦沈铁路，宁西铁路、赣龙铁路、宁启铁路、沪杭高铁和沪通铁路等。当前预应力管桩在铁路路基处理上也有应用，如京沪高速铁路宿州站，温福铁路、宣杭铁路软土路基加固等。部分铁路桥梁应用情况如下：表2.1部分管桩在铁路桥梁中的应用序号项目工点管桩应用简介1秦沈客专月牙河特大桥共361个墩台用管桩，管桩最长25m,最短17m，累计桩长167952m，每墩布置C58型预应力钢筋混凝土管桩24根（12跟8:1，12根值桩），管桩外径550mm，壁厚110mm，设计单桩承载力677～880kN。2沪杭高速铁路横僚泾特大桥PHC-B型管桩，984根，管桩直径1.0m，壁厚130mm，桩长52～69m，单桩竖向承载力在2719～4071kN，4节打入，第一节原则上不小于16m，桩间端板焊接连接，每个承台8根管桩或10根，斜桩12.5:13宁启铁路海洋支线PHC-AB型管桩，直径600mm，壁厚110mm，单线每墩8-9根桩，桩长42-35m，共计5718m，部分斜桩12:1。4沪通铁路跨苏嘉杭高速公路特大桥PHC-AB型管桩，直径1000mm，壁厚130mm，单线每墩8-10根桩，桩长41-38m，共计310根-11913m，部分斜桩10:1，第一节原则上不小于16m，每根桩接头不超过3个，单桩竖向承载力在3000～3700kN。新六干河特大桥PHC-AB型管桩，直径1000mm，壁厚130mm，单线每墩8-10根桩，桩长42-35m，共计226根-8359m，部分斜桩10:1，第一节原则上不小于16m，每根桩接头不超过3个，单桩竖向承载力在3300～3800kN。2.1.3预制桩在铁路工程中的发展前景由于预应力管桩具有以上优越性，在基础工程上具有较大的前景和推广价值。最近几年PHC管桩行业发展迅速。如下图所示，目前国内PHC管桩主要应用于房地产建设领域，2012年房地产领域的应用比例占到了80%左右；公路建设领域的应用比例约为10%；铁路建设领域的应用比例约为5%；港口码头建设所应用的管桩主要为大直径管桩，应用比例有限，约为2%；其他领域的应用比例约为3%。铁路工程这一比率相比较低，具有较大的提升空间。6图2.1预应力管桩应用比率2.1.4已有图集和设计方法1、预应力管桩图集目前在国家标准《先张法预应力管桩》GB13476-2009的基础上国家和地方出台了诸多预应力管桩图集，现罗列部分如下：（1）国家建筑标准设计图集，10G409《预应力混凝土管桩》（2）上海市建筑标准设计，2000沪G502《先张法预应力混凝土管桩》（3）江苏省工程建设标准设计图籍，苏G03-2012《预应力混凝土管桩图集》（4）浙江省建筑标准设计结构标准图集，2010浙G22《先张法预应力混凝土管桩》（5）福建省建筑标准设计图集，闽2012－G－124《先张法预应力高强混凝土管桩》（6）山东省建筑标准设计