[科普中國(guó)]-預(yù)力混凝土樁

簡(jiǎn)介

預(yù)應(yīng)力混凝土管樁是一種打入土中，橫截面尺寸比其長(zhǎng)度小得多的管狀細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件，管樁的上部與承臺(tái)(梁)聯(lián)結(jié)組成樁基礎(chǔ)。其基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)為預(yù)力混凝土結(jié)構(gòu)，可分為后張法預(yù)應(yīng)力管樁和先張法預(yù)應(yīng)力管樁。

上部荷載通過(guò)樁基礎(chǔ)傳遞給土層，它是深基礎(chǔ)中常用的一種形式，能較好的適應(yīng)各種軟弱地質(zhì)條件及荷載情況，具有承載力大，穩(wěn)定性好，沉降值小等特點(diǎn)，并能采用機(jī)械化施工，大大提高了施工進(jìn)度。對(duì)其自身，預(yù)應(yīng)力混凝土管樁較大的減輕自重，從而節(jié)省材料增強(qiáng)其抗拉性能，一般情況下應(yīng)采用工廠化預(yù)制，從而保證成品樁質(zhì)量，同時(shí)具有施工靈活等特點(diǎn)。

預(yù)力混凝土結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)不同于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，它有自身的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，優(yōu)點(diǎn)在于 ：由于高強(qiáng)度鋼材的開(kāi)發(fā)和高強(qiáng)度混凝土的運(yùn)用，使預(yù)應(yīng)力混凝土在高強(qiáng)質(zhì)材料的結(jié)構(gòu)下變得更為輕巧與美觀，同時(shí)，預(yù)應(yīng)力混凝土通過(guò)降低結(jié)構(gòu)自重、縮減自身截面尺寸，可以有效防止震動(dòng)和開(kāi)裂，具有強(qiáng)大的“抗剪”性能和抗疲勞性能。但是，每一種結(jié)構(gòu)都有其自身的局限性和缺點(diǎn)，即：與鋼筋混凝土相比，這種預(yù)應(yīng)力混凝土的構(gòu)件更為復(fù)雜和繁瑣，并且需要借助于特定的專門拉張?jiān)O(shè)備、灌漿機(jī)械等，需要較高的技術(shù)及工藝操作要求，施工成本較大、施工過(guò)程中的技術(shù)要求也較高，需要進(jìn)行細(xì)致的工程施工及管理的控制。預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的作用主要體現(xiàn)在 ：

1、可以有效預(yù)防結(jié)構(gòu)的開(kāi)裂。在許多建筑結(jié)構(gòu)體中，由于其功能的需求，各結(jié)構(gòu)構(gòu)件的等級(jí)都要求較高，重點(diǎn)體現(xiàn)在構(gòu)件的持久與密封等性能之上，在經(jīng)過(guò)嚴(yán)格測(cè)試、達(dá)到相應(yīng)裂縫控制等級(jí)之下的構(gòu)件，才能滿足其使用功能要求，在允許的權(quán)限范圍之內(nèi)實(shí)現(xiàn)其價(jià)值。

2、以高強(qiáng)質(zhì)的材料控制預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。在現(xiàn)代的建筑結(jié)構(gòu)中，各種材料已經(jīng)被開(kāi)發(fā)并運(yùn)用于建設(shè)過(guò)程，一些高強(qiáng)度且輕質(zhì)的建筑材料被廣泛應(yīng)用到工程建設(shè)領(lǐng)域，由于這種新型高強(qiáng)質(zhì)的材料具有自重輕、截面小的優(yōu)良性能，因而，可以在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中有效發(fā)揮其控制結(jié)構(gòu)開(kāi)裂的價(jià)值。

關(guān)鍵技術(shù)先張法關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用這種方法也稱為長(zhǎng)線法，這是由其中應(yīng)用的長(zhǎng)約100多米的臺(tái)座而洐生出的概念。它的施工工序是在混凝土澆筑之前，先以人為的拉張力，將鋼絲或鋼絞線拉張到一定的應(yīng)力狀態(tài)，再用臺(tái)座上的臨時(shí)性的錨具進(jìn)行錨固，準(zhǔn)備安裝模板及其他零件，一切就緒后，進(jìn)行混凝土的灌注，在達(dá)到養(yǎng)護(hù)期限時(shí)混凝土?xí)竭_(dá)設(shè)計(jì)的強(qiáng)度，這時(shí)再放松臺(tái)座兩端的預(yù)應(yīng)力筋，預(yù)應(yīng)力筋內(nèi)部的張拉力會(huì)通過(guò)粘結(jié)的作用，傳遞給混凝土 ；這是在鋼筋束回縮的狀態(tài)下完成的混凝土預(yù)壓應(yīng)力。施工過(guò)程中要注意預(yù)應(yīng)力筋的張拉力控制，根據(jù)計(jì)算公式，可以計(jì)算出預(yù)應(yīng)力筋的張拉力 P 值。施工過(guò)程中還要在混凝土達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值后，進(jìn)行放張的過(guò)程，進(jìn)行緩慢的“側(cè)?！辈鸪┕げ襟E，保證鋼筋構(gòu)件能夠進(jìn)行自由的壓縮與舒展，避免在這個(gè)施工過(guò)程中的沖撞與敲擊。

后張法關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用這種施工技術(shù)的運(yùn)用，其步驟是 ：首先要進(jìn)行混凝土中孔道的預(yù)留施工，然后再澆筑構(gòu)件，并對(duì)構(gòu)件進(jìn)行直接的施壓，產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力，預(yù)應(yīng)力筋在穿過(guò)孔道的進(jìn)程中進(jìn)行張拉的工序，在施工的過(guò)程中，對(duì)預(yù)應(yīng)力筋的穿入過(guò)程中可以先穿入套管也可以后穿入套管，預(yù)應(yīng)力筋與套管之間的空隙必須以泥漿填補(bǔ)以增強(qiáng)粘結(jié)力并防腐，最后再加以錨固。這種施工技術(shù)在運(yùn)用過(guò)程中需要大量的優(yōu)質(zhì)錨具，并適用于大跨徑受彎的構(gòu)件。在后張法的步驟完成之后，要緊接著進(jìn)行壓力水的灌入，保持孔道的濕潤(rùn)并加強(qiáng)預(yù)應(yīng)力筋與混凝土的粘連。施工過(guò)程中要加強(qiáng)管理，注意灌漿的勻速速度和動(dòng)作的連續(xù)性，避免灌漿過(guò)程的中斷，影響施工質(zhì)量。1

沉樁方法管樁沉樁方法有多種，在我國(guó)國(guó)內(nèi)施工過(guò)的方法有：錘擊法、靜壓法、震動(dòng)法、射水法、預(yù)鉆孔法及中掘法等，而以靜壓法用得最多。由于柴油錘打樁時(shí)震動(dòng)劇烈、噪音大，為適應(yīng)市區(qū)施工需要，近幾年來(lái)我國(guó)各地開(kāi)發(fā)了大噸位的靜力壓樁機(jī)施壓預(yù)應(yīng)力管樁的工藝，靜力壓樁機(jī)又可分為頂壓式和抱壓式，抱壓式是樁機(jī)的夾板夾緊樁身，依靠持板的摩擦力大于入土阻力的原理工作，靜力壓樁機(jī)最大壓樁力可達(dá)5000-6000kN，可將直徑500、600的預(yù)應(yīng)力管樁壓到設(shè)計(jì)要求的持力層，從而大大推動(dòng)了預(yù)應(yīng)力管樁的應(yīng)用和發(fā)展。

發(fā)展鋼筋混凝土樁的發(fā)展已有百年,預(yù)應(yīng)力混凝土樁的出現(xiàn)已近70年,在日本則不到50年。日本的PC時(shí)代始于1962年,自此由最初的50N,繼而發(fā)展為80N的PHC樁即高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土樁,如今有部分預(yù)應(yīng)力混凝土樁已達(dá)100N程度。隨著高溫高壓養(yǎng)護(hù)的引進(jìn)、高性能分散劑的應(yīng)用以及相關(guān)技術(shù)的研究,樁的質(zhì)量和承載特性大為提高和發(fā)揮。作為先張法高強(qiáng)離心力預(yù)應(yīng)力混凝土樁,如今已全部在工廠生產(chǎn)。此外,還開(kāi)發(fā)了不同工法。為避免施工噪聲,如今已開(kāi)發(fā)了低噪聲埋人工法。2

（1）進(jìn)一步開(kāi)發(fā)磨細(xì)礦物摻合料在管樁中的應(yīng)用技術(shù)

磨細(xì)礦物摻合料在混凝土中應(yīng)用已成為制備高性能混凝土的一項(xiàng)重要技術(shù)措施。近年來(lái)，磨細(xì)礦物摻合料在現(xiàn)澆混凝土工程中已得到較多的應(yīng)用，但在水泥制品中還未得到充分的應(yīng)用。實(shí)際上磨細(xì)礦物摻合料應(yīng)用在水泥制品中不僅能等量取代部份水泥，降低生產(chǎn)成本，提高競(jìng)爭(zhēng)能力，而且還能改善新拌混凝土的工作性，改善混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高混凝土的耐久性和后期強(qiáng)度等。尤其是采用蒸養(yǎng)的管樁，若應(yīng)用磨細(xì)礦物摻合料(礦渣微粉)，其配制的混凝土性能和技術(shù)效果將更佳。

（2）進(jìn)一步開(kāi)發(fā)鋼纖維混凝土在管樁中的應(yīng)用技術(shù)

PC、PTC樁混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C60，PHC樁的混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C80。管樁用的高強(qiáng)混凝土雖具有強(qiáng)度高、承載力大等特點(diǎn)，但同時(shí)存在混凝土脆性大，韌性延性差，抗拉強(qiáng)度低等問(wèn)題。因此，若管樁采用鋼纖維增強(qiáng)混凝土，能有效地改善混凝土的上述力學(xué)性能，大大地提高管樁的抗沖擊能力。據(jù)有關(guān)管樁廠試制檢驗(yàn)表明，鋼纖維高強(qiáng)混凝土管樁的抗裂性能和抗彎性能，比一般管樁提高30%以上。因此開(kāi)發(fā)此項(xiàng)技術(shù)，生產(chǎn)鋼纖維高強(qiáng)混凝土管樁，尤其是用于每一樁位最后一節(jié)，可使沉樁成功率大大提高，減少管樁在沉樁時(shí)的破損。在上海一些重大工程中如寶鋼工程等已應(yīng)用10萬(wàn)m，效果很好。

（3）開(kāi)發(fā)鋼管混凝土管樁、長(zhǎng)管樁以適應(yīng)重大工程的需要

十多年來(lái)，鋼管混凝土管樁在日本、美國(guó)、加拿大、新西蘭等國(guó)家有了較大的發(fā)展。這些國(guó)家的應(yīng)用表明，由于鋼管混凝土管樁具有更高的承載力和抗彎性能、抗震性能好、便于運(yùn)輸、便于安裝等特點(diǎn)，對(duì)于某些工程上需要的大直徑高軸向承載力的超高強(qiáng)混凝土管樁，采用鋼管混凝土管樁具有更好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。因此，開(kāi)發(fā)鋼管混凝土管樁對(duì)于滿足今后日益增多的大型工程和復(fù)雜地質(zhì)情況工程的需要是很有必要的，也是發(fā)展預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的一條新的途徑。

（4）開(kāi)發(fā)余漿的綜合利用技術(shù)

管樁采用離心工藝成型，必然會(huì)產(chǎn)生許多余漿。目前國(guó)家對(duì)企業(yè)生產(chǎn)的環(huán)保要求很明確，因此如何處理余漿成了各生產(chǎn)廠急需解決的問(wèn)題。據(jù)統(tǒng)計(jì)每生產(chǎn)1m管樁約產(chǎn)生4kg-5kg余漿，若按年產(chǎn)100萬(wàn)m的生產(chǎn)廠計(jì)算，則每年要產(chǎn)生約5000余漿。目前絕大多數(shù)廠都是將余漿倒人沉淀池，當(dāng)沉積到一定量時(shí)，運(yùn)往垃圾場(chǎng)或作公路建設(shè)中的路基填充料。但也有不少?gòu)S家積極開(kāi)展對(duì)余漿綜合利用技術(shù)的開(kāi)發(fā)。

目前主要有二條技術(shù)途徑:一是通過(guò)再加人部份水泥、砂石等制作市政道路制品如路沿石、路面磚或制作加氣混凝土砌塊等；二是在新拌混凝土中加人浮漿抑止劑(在日本已大量使用)。國(guó)內(nèi)在個(gè)別離心制品中已有嘗試，效果良好。這種浮漿抑止劑是以高分子凝聚物為主要成份的陰離子表面活性劑，能增強(qiáng)離心過(guò)程中的脫水性能，提高脫水效果，抑止浮漿的產(chǎn)生。3

相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)國(guó)家工業(yè)和信息化部工信廳科【2009】260號(hào)“關(guān)于印發(fā)2009年第二批工業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制修訂計(jì)劃的通知《預(yù)應(yīng)力混凝土樁安全生產(chǎn)要求》被列入2009-2011年度建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定計(jì)劃，該標(biāo)準(zhǔn)的起草工作由嘉興學(xué)院管樁應(yīng)用技術(shù)研究所負(fù)責(zé)，并邀請(qǐng)行業(yè)中一些單位組成起草工作小組，共同完成標(biāo)準(zhǔn)的制定工作。2012年12月28日工業(yè)和信息化部科技司2012年第70號(hào)公告，《預(yù)應(yīng)力混凝土樁安全生產(chǎn)要求》建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的編號(hào)為JC/T 2162-2012標(biāo)準(zhǔn)自2012年12月28日發(fā)布，2013年6月1日實(shí)施。4