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预应力混凝土管桩的应用与发展前景探析
作者：杜乐
来源：《建筑与装饰》2018年第11期
摘 要 通过对预应力混凝土管桩性能的基本分析，阐述优点及应用中的不足，为研究其进一步发展奠定基础。
关键词 预应力混凝土管桩；影响因素；应用分析
20世纪60年代，管桩的生产均由生产厂家自行研发制造，钢筋骨架采用手工绑扎，技术落后精度较差；九十年代后期，引进了日本的全套生产设备和生产技术，开始生产预应力混凝土管桩；近十年来，随着我国科技进步，产业革新，先后出版了《先张法预应力混凝土管桩》（GB13476-2009）[1]和《预应力混凝土管桩》国家建筑标准设计图集（10G409）[2]等一系列国家建筑规范及标准，同时自主研发制造了多种预应力混凝土管桩，不仅满足我国使用需求，还出口东南亚多个国家。广大工程技术人员应该从中找出缺陷和不足，进一步提高预应力混凝土管桩的工程质量和经济效益。 1 概述 1.1 概念及分类
预应力混凝土管桩是采用离心和预应力工艺成型的环形截面混凝土桩，简称管桩。成桩工艺分为先张法和后张法两种，其中，高强混凝土管桩为桩身混凝土强度等级为C80及以上的管桩，即PHC管桩；混凝土管桩为桩身混凝土强度等级为C60的管桩，即PC管桩；混合配筋管桩为主筋配筋形式是预应力钢筋和普通钢筋组合布置的高强混凝土管桩，即PRC管桩。 1.2 应用范围
预应力混凝土管桩广泛应用于工业与民用建筑、铁路、公路、桥梁、港口、码头、市政及大型设备基础工程，适用于地层为软土、粉土、粉砂、细沙、中砂、黏性土及人工填土覆盖的地区，持力层一般为圆砾、粗砂、风化岩等土层。
但是也有一些地质条件不适合管桩，例如：从软弱地层突变到硬质基岩、含有障碍物较多的或坚硬夹层的地层以及基岩上无石灰岩这类并不适合做管桩持力层的地区。 2 预应力混凝土管桩特点 2.1 优点
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预应力混凝土管桩为工厂化生产成桩，质量高可控性强，并且种类丰富规格多样，可以满足各种需求；同时运输吊装方便施工快速高效，较其他施工方案噪音更小更安静；由于其缺陷肉眼可见，便于质量检查检验；单桩承载力较高，对于同等承载力其造价低于灌注桩。 2.2 缺点
预应力混凝土管桩由于工厂化生产，并受吊装、运输等条件限制，单节预制桩长较短，长桩需要拼接，接头处较薄弱制约其承载能力，并且由于环形桩身截面面积较小抗剪抗弯性能也较差；另外，预制桩沉降量较明显，大于同类型灌注桩，桩长越小差异越大；其本身属挤土桩，沉桩时桩周土体被挤密，造成周围土体隆起，导致周围已挤入桩体发生上浮、位置偏移、倾斜、翘曲、折断等破坏，也容易对相邻建筑物、道路、管线产生影响；8度Ⅲ、Ⅳ类场地慎用。
3 工程问题及处理措施 3.1 抗震性能及破坏形式
由于地基土的性质复杂多样，土层分布千差万别，包括液化土、新填土、软弱粘性土及不均匀土对管桩产生的影响各不相同，使得在地震作用下震害的表现形式也各不相同，粗略可归为以下三类： （1）桩基震害
当地震导致场地土液化并产生侧向扩展时，桩基不仅承担上部结构质量的竖向承载力，还要更大程度的承担液化土层的侧向推力和惯性力，强大的水平推力导致桩顶与承台连接处以及液化土与非液化土层交界面的应力高度集中，发生桩顶与承台处或桩身发生明显错位断裂，在坡地处的桩基极易发生整体失稳，震害特别严重。 （2）桩顶破坏
在水平地震力作用下，桩顶承受轴力、固端弯矩和水平剪力共同作用，应力集中产生塑性铰，对于重心高、荷载大、埋深浅的基础，首先发生桩顶破坏，导致桩顶混凝土压碎、钢筋屈曲、拉脱、剪损等剪压破坏。 （3）桩顶、桩身破坏
当场地土液化但无侧向扩展时，由于侧向约束减弱，主要依靠桩身抵抗地震力，桩身承担更大的弯矩和剪力共同作用导致桩头压碎、桩身纵筋压曲。
经验表明PRC管桩较PC及PHC管桩相比，抗弯性能和抗裂性能更高。在抵抗地震作用时更可靠。
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3.2 施工问题及处理方法 （1）沉桩问题
在施工过程中，如果沉桩速率过快，将导致超孔压高产生严重的挤土效应，发生桩土上涌、桩体倾斜移位等严重的事故。此时应严格按照规范施工，控制沉桩速度，保证施工质量 （2）支护不当
基坑开挖后，支护不当或者将挖出的土方直接堆在管桩周围，以及不均匀开挖均会导致已施工完毕的管桩发生移位、断裂。此时应该及时将挖出的土方外运，避免堆载，深基坑做好支护。
3.3 环境因素
由于在环境中容易受到各种侵蚀，例如离子腐蚀、碳化作用、冻融破坏、侵蚀性介质破坏等，从而引起混凝土开裂、剥落、钢筋锈蚀，钢筋和混凝土黏结力遭到破坏，结构强度降低，最终导致结构耐久性降低。此时应在管桩外表面涂刷或者喷射混凝土保护剂或者在制作时添加高性能耐腐蚀的混凝土外加剂，增强其抵御外部环境因素侵蚀的能力。 4 发展前景
工厂化规模化生产使生产成本大大降低，同时成品管桩也能严格控制出厂质量，一般现浇混凝土养护龄期为28天，使用预制管桩仅需1～2d即可实施下一步工序，极大地缩减了工期；另外一方面，环境保护对治污减霾的要求日益严格，绿色建筑更加符合现代社会的需求，传统常用的地基处理方案如：灰土挤密桩、水泥土搅拌桩、旋喷桩、水泥粉煤灰碎石桩等复合地基处理方法，施工时易扬尘、产生噪音，对环境影响较大，但选择预应力混凝土管桩，采用静压沉桩施工工艺可以有效地解决这些问题。
随着我国基础建设的蓬勃发展，预应力混凝土管桩工程的应用也更加多元化，设计思想、方法也有较大革新，工程设计人员应该结合实际工程及时总结经验教训，在不久的将来创造出施工更加迅速，质量更加过硬，安全有效并且环保的新型预应力混凝土桩型。 5 结束语
预应力混凝土管桩在我国发展的时间较短，虽然才处于起步阶段，但以其良好的经济效益、施工速度快工期短、工程造价低、绿色环保噪音污染小等优点广泛应用于各类基础建设中，但目前结构设计仅仅满足其承载力要求，对其水平抗侧力、耐久性、截面特性、接头性能及环境保护的研究还远远不够，本文从多方位的角度出发，分析面临的问题提出解决方案，为进一步的研究奠定了坚实的理论基础。