型管樁的設計和應用

1、600×130 C型管樁的設計和應用談維漢 （）內(nèi)容提要 本文介紹了600×130 C型管樁的設計計算方法、生產(chǎn)中遇到的困難和解決辦法、試驗方法和結果、工程應用實例。關 鍵 詞 C型管樁 設計 試驗 應用管樁在建筑基礎中有著明顯的優(yōu)勢，發(fā)揮的作用也越來越大，這些都得到了人們的認同，管樁的應用范圍也不斷擴大，甚至在基坑支護工程中，也有取代以往常用的攪拌樁和灌注樁等樁型的趨勢。當然，這對管樁的抗彎性能也提出了更高的要求，以往的A型、AB型樁已不能滿足要求。在2001年9月我們應甲方要求，設計和生產(chǎn)了C型管樁，并在基坑支護工程中取得了良好的效果。一、設計計算按照國家標準，600

2、C型預應力高強砼（PHC）管樁的極限彎矩為552 kN，抗裂彎矩為276 kN，結合我公司的生產(chǎn)條件，我們進行了設計分析，具體的計算過程如下：1. 計算參數(shù)砼軸心抗壓強度、彎曲抗壓強度標準值 fck = fcmk = 50.0 MPa砼軸心抗壓強度、彎曲抗壓強度設計值 fc = fcm = 37.0 MPa砼立方體抗壓強度fce=80 MPa 砼的彈性模量Ec=3.90×104 MPa砼軸心抗拉強度標準值ftk=3.10MPa 砼軸心抗拉強度設計值fc=fcm=37.5 MPa 施加預壓應力時砼抗壓強度f 'cu=40 MPa鋼筋抗拉強度fptk=1420 MPa鋼筋的彈性模

3、量 Es=1.96×105 MPa 鋼筋抗壓強度設計值f 'py=400 MPa 鋼筋規(guī)定非比例伸長應力fpy=1275 MPa管樁直徑D=600 mm， 內(nèi)徑d1=340 mm， t=130mm 管樁截面面積: A=(D-t)t= 191951 mm2預應力主筋: 2210.7 mm 鋼筋面積: Ap= 22×90 = 1980 mm2 主筋配置直徑: Dp= 510 mm 管樁換算截面面積: Ao=A+(Es/Ec-1)Ap = 199922 mm2 2. 砼的有效預壓應力預應力鋼筋張拉控制應力值: con=1.05×0.7ptk= 1043.7MPa

4、1) 錨具變形和鋼筋內(nèi)縮引起的預應力損失值L1（按樁長10m計）: L1=(1/L)Es=19.6 N/mm22) 預應力鋼筋應力松馳引起的應力損失L4 = 0.035con= 36.5 N/mm2 3) 溫度應力損失L3不考慮，第一批預應力損失LI=L1+L4 = 56.1N/mm2 4) 第一批預應力損失后,鋼筋的有效應力po1=con-LI= 987.6 N/mm2 5) 第一批預應力損失后,砼的有效預壓應力pc=po1 Ap/Ao = 9.78 N/mm2 6) 第一批預應力損失是砼收縮引起的預應力損失L3: LII =L3= (45+220 28/c pc/'cu)/(1+1

5、5Ap/Ao) = 79.9 N/mm27) 總的預應力損失L=LI+LII =56.1+79.9 = 136 MPa8) 鋼筋的有效預應力po=con-L=1043.7- 136 = 907.7 MPa9) 砼的有效預壓應力pc=poAp/Ao= 907.7×1980 / 199922 = 8.99 MPa3. 管樁極限抗彎彎矩Mu: (圖1) 1)根據(jù)GBJ10-89第4.1.18-4條, =pyAp/(cmA+'pyAp+1.5pyAp-1.5poAp) =0.2148t=1-1.5=1-1.5×0.2148 = 0.6778 2) 根據(jù)GBJ10-89中公式

6、4.1.18- 4，管樁極限抗彎彎矩：Mu=fcmkA(r1+r2)sin/2+'pyAppsin/ +(py-po)Appsint/ = 549 kN.m4. 管樁抗裂彎矩Ms: 1) 管樁換算截面抵抗矩: o=2Io/D=2(d12+D2)A/16+(Es/Ec-1)ApDp2/8/D = 19.88×106 2) 環(huán)形截面抵抗矩塑性系數(shù): m=2-0.4d1/D= 1.77 3) 管樁的抗裂彎矩Ms=(ctmtk+pc)o= 288 kN·m5. 其他力學性能計算： 按英、日等國際通行公式，換成國標符號, 則 1）管樁軸心受壓允許承載力Rp=1/4(ce-pc

7、)A=3408 kN2）管樁抗剪強度Q:2tI/ So =tI / So = 544 kN 其中: I=(ro4-r4)/4 =57.06 ×108 (mm4) So=2/3(ro3-r3)= 14.72×106 (mm3)3）按省規(guī)程，管樁的抗拉強度 Rpl =pc A = 1726 kN二、生產(chǎn)技術改造經(jīng)過了理論分析，我們完全有信心生產(chǎn)出600×130 C型管樁，但對于現(xiàn)有的生產(chǎn)設備和技術，要順利進行批量的生產(chǎn)，我們還進行了一些技術改造。1. 模具的改良。由于預應力主筋數(shù)量的改變（22根），原有12孔的模頭（尾）無法直接使用，必須重新制造多套新的22孔的模頭（

8、尾），專門用于600×130 C型管樁的生產(chǎn)。另外，由于張拉時所需的拉力成倍增加，而張拉時是以模具本身來承受其反作用力的，因此，對模具兩端的局部壓力也成倍增加，為了保證模具有足夠的剛度和不會發(fā)生變形，我們還對模具的兩端進行了局部的加固。同時張拉用的螺桿也因為要承受很大的拉力，而必須加粗和加固。2. 樁端頭板的改造（圖2）。根據(jù)廣東省標準預應力混凝土管樁基礎技術規(guī)程中有關端頭板的厚度要求，經(jīng)過驗算（計算過程此略），我們把端頭板的厚度確定為20 mm。同時，為了保證管樁接頭處的抗彎能力大于樁身的抗彎能力，我們在設計時也對焊縫的厚度和寬度進行了相應的驗算（計算過程此略），調(diào)整了端頭板邊沿企

9、口的尺寸，確保接頭的抗彎能力。3. 機械和設備的加強。由于預應力主筋的數(shù)量達到22根，以0.75fpck作為控制預應力鋼筋的控制應力值來計算，總的張拉力也達到2110 kN，加上實際生產(chǎn)時法蘭與模身的摩擦阻力，實際所需的張拉力可能達到2400 kN。這樣，從設備的實際能力考慮，張拉用的千斤頂應采用3000 kN以上的級別。此外，由于預應力主筋數(shù)量的變化，必須制造專門的花盤和銅盤，與滾焊機配套，用來滾焊鋼筋籠。4. 其他操作。在實際操作中，也要針對每一個工序的不同特點，進行相應的加強和改進。如在裝混凝土入模時，由于主筋較密，為了使混凝土容易入模，必須使用震動棒，同時也要控制送模跑車的運行速度等等

10、。三、抗彎試驗為了確保產(chǎn)品符合設計的要求，在實際應用之前，我們委托華南理工大學土建工程實驗中心進行了抗彎試驗，在現(xiàn)場抽兩根樁進行送檢，試驗嚴格按照國家標準先張法預應力混凝土管樁的有關規(guī)定進行，試驗結果見下表。檢測項目國標值(kN-m)計算值(kN-m)試驗實測值(kN-m)實測值/國標值實測值/計算值單項評定1#樁樣2#樁樣1#樁樣2#樁樣1#樁樣2#樁樣抗裂彎矩276288343.0338.11.241.231.191.17合格極限彎矩552549662.4676.21.201.231.211.23合格在這里要說明的是：計算時，管樁的極限彎矩只有549 kN-m，小于國標的規(guī)定（552 kN

11、-m），但考慮到計算時混凝土的強度取值為C80，而實際上我公司生產(chǎn)的管樁，其混凝土強度大多在C90左右，這里有一定的富余，而且計算值與標準值相差不大，只有（552-549）/552 = 0.5%，所以我們認為是可行的，試驗結果也證實了這一點，實測數(shù)據(jù)最小的也有20%的富余。四、工程實例使用該樁的工程位于廣東省江門市區(qū)江沙路段，為某局的調(diào)度大樓，屬于一類建筑，主樓25層，地下室2層，基坑開挖達13米深。為了趕工期和實際需要，設計人員要求采用高抗彎性能的管樁作為配合攪拌樁深基坑的帷幕樁，在基坑內(nèi)設置兩道水平的支撐，支撐采用工字鋼等型鋼組成，基坑剖面如圖3所示。經(jīng)過設計計算，得出管樁的單樁極限抗彎要求為477 kN-m，必須采用 600×130 C型管樁。在該帷幕工程中共使用210根、合計3780米600×130 C型管樁，管樁施打完不久即可進行開挖，工期大大縮短。施工過程一切順利，沒有發(fā)現(xiàn)管樁有質量問題。完成施打和基坑開挖后，一直到地下室施工完成，基坑都沒有出現(xiàn)不良現(xiàn)象，證明600×130 C型管樁經(jīng)受得住考驗。五、結束語從試驗的數(shù)據(jù)以及施工和使用的情況來看，該樁型的設計和生產(chǎn)都是成功的。此次C型管樁在多高層建筑中的使用，可能在廣東省內(nèi)甚至是全國范圍內(nèi)都是第一次，這次成