PRC预制管桩jd

1、混合配筋预应力混凝土管桩混合配筋预应力混凝土管桩（PRC）试验研究试验研究郑州大学河南建华管桩有限公司2010年10月 项目背景与研究目的项目背景与研究目的 主要研究内容及工作成果主要研究内容及工作成果 PRC桩试验研究桩试验研究 理论研究与分析理论研究与分析 PRC桩性能指标与经济效效益分析桩性能指标与经济效效益分析 研究结论与展望研究结论与展望 报告内容报告内容I I、项目背景与研究目的、项目背景与研究目的工作背景 给管桩技术蒙上阴影，引发全国范围的大讨论给管桩技术蒙上阴影，引发全国范围的大讨论 现行管桩适用条件与桩基设计问题现行管桩适用条件与桩基设计问题 采用管桩基础的高层建筑应该具有足

2、够的基础埋深；采用管桩基础的高层建筑应该具有足够的基础埋深；1、上海莲花河畔景苑楼房倒塌事件后 果及带给我们的启示日本设计桩基工程对地下室侧壁承担水平荷载的规定日本设计桩基工程对地下室侧壁承担水平荷载的规定 侧壁土的标贯侧壁土的标贯地下室层数地下室层数N=4 N=20 125%70% 250%100% 375% 4100% 日本设计规定表明：日本设计规定表明： 建筑物桩基需要一定的水平承载力，以承担建筑建筑物桩基需要一定的水平承载力，以承担建筑物水平荷载的作用；物水平荷载的作用； 在一定条件下，除桩基外，建筑物地下室侧壁土在一定条件下，除桩基外，建筑物地下室侧壁土体也可以承担建筑物部分或全部的

3、水平荷载。体也可以承担建筑物部分或全部的水平荷载。 临近建筑物施工安全与设计责任问题临近建筑物施工安全与设计责任问题 较厚软土工程采用管桩基础，应通过各种工较厚软土工程采用管桩基础，应通过各种工况与地基工作条件下的稳定性验算，选择合况与地基工作条件下的稳定性验算，选择合适的管桩型号适的管桩型号 。非筏板基础，管桩长细比较大，非筏板基础，管桩长细比较大，地基稳定性差，选型不合理。地基稳定性差，选型不合理。靠近基坑一侧产生弯剪破坏，外靠近基坑一侧产生弯剪破坏，外侧发生管桩拉断破坏或芯桩拔出侧发生管桩拉断破坏或芯桩拔出破坏，管桩型号过于节省！破坏，管桩型号过于节省！ 技术标准、规范责任与设计责任问题

4、技术标准、规范责任与设计责任问题 没有一部法律规定，按照国家技术标准进行工程没有一部法律规定，按照国家技术标准进行工程设计，就可以不承担法律约束下的技术责任。设计，就可以不承担法律约束下的技术责任。 社会责任、省钱有度、科学选桩社会责任、省钱有度、科学选桩2、预应力管桩市场与技术进步的需要 传统管桩通过传统管桩通过对钢棒均匀施加预应力形成预应力混凝对钢棒均匀施加预应力形成预应力混凝土构件，主要用于竖向承载。土构件，主要用于竖向承载。 抗弯承载力不足、脆性、抗裂性能差，不能用于边坡、抗弯承载力不足、脆性、抗裂性能差，不能用于边坡、基坑等水平承载，及欠固结土采用桩基的情况基坑等水平承载，及欠固结土

5、采用桩基的情况。工作背景 （引自：王重）（引自：王重）日本钢管混凝土管桩日本钢管混凝土管桩ACCS 桩，桩水平承载力大为提高桩，桩水平承载力大为提高（引自：浙江大学宁波理工学院方鹏飞）（引自：浙江大学宁波理工学院方鹏飞） 国内开发的国内开发的带横隔管桩，提高抗弯能力、延性带横隔管桩，提高抗弯能力、延性中交三航局宁波分公司研制的中交三航局宁波分公司研制的先张法钢绞线预应力混凝土管桩先张法钢绞线预应力混凝土管桩（简称（简称SPHC桩）桩） （引自：王重）（引自：王重） 日本研发出扩端预应力混凝土管桩，以提高桩端承载力日本研发出扩端预应力混凝土管桩，以提高桩端承载力（引自：王重）（引自：王重） 日本

6、研制的变节日本研制的变节AG桩，用于提高桩侧阻力桩，用于提高桩侧阻力 增加品种，给用户、设计者更多的选择增加品种，给用户、设计者更多的选择 工程科技工作者共同的责任工程科技工作者共同的责任3、研究目的、研究目的IIII、主要研究内容与工作成果、主要研究内容与工作成果编制标准图集、推广使用编制标准图集、推广使用研究工作思路新型管桩项目立项新型管桩项目立项新型预制混凝土管桩理论研究与分析新型混合配筋管桩试验研究抗弯性能抗弯刚度抗压性能抗剪性能1 1 进行了进行了1212组混合配筋预应力管桩抗弯性能组混合配筋预应力管桩抗弯性能试验；试验；2 2 提出了混合配筋预应力管桩抗裂弯矩、抗提出了混合配筋预应

7、力管桩抗裂弯矩、抗弯承载力标准值和设计值的计算公式，进弯承载力标准值和设计值的计算公式，进行了相应的计算分析；行了相应的计算分析；3 3提出了混合配筋预应力管桩抗剪承载力及提出了混合配筋预应力管桩抗剪承载力及抗裂剪力的计算公式，进行了相应的计算抗裂剪力的计算公式，进行了相应的计算分析；分析；主要工作内容 主要工作内容主要工作内容4 4提出了混合配筋预应力管桩桩身材料竖向承载力设计计提出了混合配筋预应力管桩桩身材料竖向承载力设计计算公式，并进行了相应的计算分析；算公式，并进行了相应的计算分析；5 5提出了混合配筋预应力管桩抗弯刚度计算公式，给出了提出了混合配筋预应力管桩抗弯刚度计算公式，给出了标

8、准试验条件下的挠度实测值，供工程参考使用；标准试验条件下的挠度实测值，供工程参考使用；6 6编制出河南省工程建设地方标准：混合配筋预应力混凝编制出河南省工程建设地方标准：混合配筋预应力混凝土管桩标准图集。土管桩标准图集。主要工作内容III、 PRC桩试验研究桩试验研究1.混合配筋预应力管桩-PRC桩概念的提出 在预应力混凝土管桩中加入一定数量的非预应力钢筋，在预应力混凝土管桩中加入一定数量的非预应力钢筋，形成一种新型混合配筋预应力管桩形成一种新型混合配筋预应力管桩PRCPRC桩。其中，非预桩。其中，非预应力钢筋采用全截面对称配筋和扇形截面对称配筋。应力钢筋采用全截面对称配筋和扇形截面对称配筋。

9、 混合配筋钢筋笼成品混合配筋钢筋笼成品 与传统预应力管桩相比，与传统预应力管桩相比，PRC桩桩水平承载力水平承载力有所提高，变形性能得到改善，适用于一般工业有所提高，变形性能得到改善，适用于一般工业与民用建筑的低承台桩基础，也可用于与民用建筑的低承台桩基础，也可用于基坑、边基坑、边坡、堤岸、及软土地区的桩基、坡、堤岸、及软土地区的桩基、刚性桩复合地基刚性桩复合地基工程。工程。 试验所用试件共试验所用试件共1212根，根，D=500mmD=500mm和和D=600mmD=600mm两种直径。非预应力钢筋采用扇形轴对称配置。两种直径。非预应力钢筋采用扇形轴对称配置。 tt2.PRC桩试件设计规格型

10、号样品钢筋PRC- 500*1210.7（1）10.7*12+12*8PRC- 500*1210.7（2）10.7*12+12*8PRC- 500*1410.7（1）10.7*14+12*8PRC- 500*1410.7（2）10.7*14+12*8PRC- 500*1610.7（1）10.7*16+12*8PRC- 500*1610.7（2）10.7*16+12*8PRC- 600*1610.7（1）10.7*16+12*8PRC- 600*1610.7（2）10.7*16+12*8PRC- 600*1810.7（1）10.7*18+12*10PRC- 600*1810.7（2）10.7*1

11、8+12*10PC 600*1610.710.7*16PC 500*1610.710.7*16试件型号与配筋表新型混合配筋预应力管桩试件设计新型混合配筋预应力管桩试件设计L0.3L0.3L0.2L0.2L500500百分表应变片P管桩抗弯试验加载示意图管桩抗弯试验加载示意图3.PRC桩试验方案 试验测试内容试验测试内容 开裂荷载和极限荷载开裂荷载和极限荷载 ； 各级荷载作用下的裂缝宽度及开展情况各级荷载作用下的裂缝宽度及开展情况 ； 各级荷载作用下的挠度变形各级荷载作用下的挠度变形 ； 各级荷载作用下混凝土应变。各级荷载作用下混凝土应变。 按理论抗裂弯矩的按理论抗裂弯矩的20%20%的级差加载

12、至抗裂弯矩的的级差加载至抗裂弯矩的80%80%； 按抗裂弯矩的按抗裂弯矩的10%10%的级差加载至抗裂弯矩的的级差加载至抗裂弯矩的100%100%。观察是。观察是否有裂缝出现，并测定和记录裂缝宽度。如果在抗裂弯矩否有裂缝出现，并测定和记录裂缝宽度。如果在抗裂弯矩达达100%100%时未出现裂缝，则按抗裂弯矩的时未出现裂缝，则按抗裂弯矩的5%5%的级差加载至的级差加载至裂缝出现。裂缝出现。 按极限弯矩按极限弯矩5%5%的级差继续加荷载直至试验桩破坏，具体的级差继续加荷载直至试验桩破坏，具体表现为受拉区预应力钢筋的拉断或受压区混凝土被压碎，表现为受拉区预应力钢筋的拉断或受压区混凝土被压碎，标志试验

13、桩已经破坏，停止试验。标志试验桩已经破坏，停止试验。试验加载步骤试验加载步骤4、试验过程及现象分析 管桩试验过程及现象分析PRC管桩和普通预应力管桩试验结果比较表 管桩试验结果分析裂缝裂缝条数条数破坏时裂破坏时裂 缝宽度缝宽度破坏形态破坏形态破坏破坏荷载荷载跨中跨中挠度挠度 PRC- 160.65mm受拉钢筋屈服、受压受拉钢筋屈服、受压区混凝土压碎区混凝土压碎630kN 41mm PC 81.3mm预应力钢筋拉断预应力钢筋拉断550kN34mm管桩试验结果分析 PRC-600桩 PC600桩荷载荷载-跨中挠度曲线比较跨中挠度曲线比较荷载-跨中挠度曲线比较管桩试验结果分析PC- 500PC 60

14、0PRC-II 600管桩截面应变 管桩试验结果分析 PC600桩 PRC-600桩 PRC-600桩荷载荷载-挠度挠度曲线比较曲线比较5、试验结果比较试验结果比较 试件编号开裂荷载（kN） 极限荷载（kN）最大挠度值(mm)PRCPRC- 500 500* *1210.71210.7（1 1） 185.6353.941.5PRCPRC- 500 500* *1210.71210.7（2 2） 185.6392.542.0PRCPRC- 500 500* *1410.71410.7（1 1） 233.1421.234.1PRCPRC- 500 500* *1410.71410.7（2 2） 2

15、33.1430.832.0PRCPRC- 500 500* *1610.71610.7（1 1） 233.1430.832.0PRCPRC- 500 500* *1610.71610.7（2 2） 223.5517.834.0PRCPRC- 600 600* *1610.71610.7（1 1）322.9609.137.5PRCPRC- 600 600* *1610.71610.7（2 2）322.9609.139.5PRCPRC- 600 600* *1810.71810.7（1 1） 341.1580.0 30.0PRCPRC- 600 600* *1810.71810.7（2 2）330

16、.4660.442.7PC 500*1610.7227.4367.432.6PC 600*1610.7307.8529.134.4、理论研究与分析、理论研究与分析1、抗弯性能理论研究抗弯性能理论研究混凝土离心工艺系数混凝土离心工艺系数2k 0WkfMtkpccr混凝土有效预压应力（考虑非预应力筋作用）混凝土有效预压应力（考虑非预应力筋作用）pc50peplspcAAA 管桩抗裂弯矩管桩抗裂弯矩 40.77 0.03lcon0.72conptkf其中，其中，预应力损失计算 预应力钢筋因松弛引起的的拉应力强度损失预应力钢筋因松弛引起的的拉应力强度损失，。混凝土的徐变及收缩引起的预应力钢筋拉应力强度

17、损失混凝土的徐变及收缩引起的预应力钢筋拉应力强度损失 l50.91 15ppcIsE 32.41.16ckf-432.41.59 10ckf 管桩极限抗弯承载力标准值（检验值）管桩极限抗弯承载力标准值（检验值） 抗弯性能理论研究1120sinsinsin()()222sinsin2tuckpyppptkppptykssMf A rrf A DfA Df A D 0100.550.450.50.45()ppptkpyksckpypptkppyksAfAfAf AfAfAfA)1 (45. 0t 管桩抗弯承载力设计值管桩抗弯承载力设计值 1120sinsinsin()()222sinsin2tcp

18、yppptppptyssMf A rrfA DfA Df A D0100.550.450.50.45()ppptkpyscpypptkppysAfAf Af AfAfAf A)1 (45. 0t抗弯性能理论研究规规格格预应力预应力钢筋钢筋非预应非预应力钢筋力钢筋开裂弯矩开裂弯矩极限弯矩标准值极限弯矩标准值弯矩设弯矩设计值计值理论理论值值试验试验值值试验试验/理论理论理论理论值值试验试验值值试验试验/理论理论500*1001610.7 219.1 365.6 1210.7812151180.11.19301352.31.172441210.7812151184.21.21301364.41.21

19、2441410.7812166224.81.35331402.11.212641410.7812166224.81.35331417.21.262641610.7812180247.71.37356435.71.222801610.7812180232.11.29356489.61.37280600*1101610.7 294.9 512.3 1610.7812252309.31.23477588.41.233831610.7812252309.31.23477588.41.233831810.71012269292.81.09528629.31.194221810.71012269315.9

20、1.17528621.91.18422 理论计算值和试验值比较理论计算值和试验值比较 【试验【试验/理论】平均：开裂弯矩理论】平均：开裂弯矩1.25；极限弯矩；极限弯矩1.22抗弯性能理论研究crMM6 . 1/1.3uMM2、抗剪性能理论研究抗剪性能理论研究 抗剪承载力理论计算方法抗剪承载力理论计算方法1 1：等效矩形截面法：等效矩形截面法0000.71.00.05svutyvpcAVf bhfhbhS22222 3DdbDd（）（）2232Ddh（）t面积和惯性矩相等效面积和惯性矩相等效 抗剪承载力理论计算抗剪承载力理论计算2 2：规范等效截面法：规范等效截面法 将环形截面按二个圆形截面（

21、直径分别为管桩外径将环形截面按二个圆形截面（直径分别为管桩外径和管桩内径）等效成矩形截面，按现行国家标准和管桩内径）等效成矩形截面，按现行国家标准混凝混凝土结构设计规范土结构设计规范（GB50010-GB50010-）有关规定计算，二者抗）有关规定计算，二者抗力剪力之差即为管桩抗剪承载力。力剪力之差即为管桩抗剪承载力。抗剪性能理论研究00.7()1.00.05()svutDdyvDdpcAVf AAfhAAS2201.76 1.6();1.6/20.844DdDdAAhDD管桩编号管桩编号理论计算公式理论计算公式1理论计算公式理论计算公式2公式公式1/公式公式2PRC-I 400B95164.

22、3167.1 0.98PRC-I 400D95179.9183.1 0.98PRC-I 500AB100242.3236.6 1.02PRC-I 500B100248.5242.8 1.02PRC-I 500C100254.7248.9 1.02PRC-I 500D100266.6260.8 1.02PRC-I 600AB110327.4313.9 1.04PRC-I 600B110333.6320.0 1.04PRC-I 600C110339.8326.0 1.04PRC-I 600D110357.6343.4 1.04PRC-I 700AB110420.2392.9 1.07PRC-I 7

23、00B110433.1405.3 1.07PRC-I 700C110445.3417.1 1.07PRC-I 700D110478.9449.4 1.06PRC-I 800B110506.9466.8 1.08PRC-I 800C110518.1477.5 1.08抗剪承载力理论计算结果比较抗剪承载力理论计算结果比较抗剪性能理论研究2202212cetceeStLQ24402)(4ppierAnrrL日本管桩规范抗剪承载力计算公式：日本管桩规范抗剪承载力计算公式：水平承载管桩达到抗弯承载力时的剪力实验值水平承载管桩达到抗弯承载力时的剪力实验值2uFV 构件型号构件型号日本公日本公式式Q(N)）

24、实验值实验值Vt等效矩形等效矩形Vu1（2-20）规范等效规范等效Vu2（2-21）Vt/QVt/Vu1PRC 500*1210.7 （1）3396371855702263052218670.550.82PRC 500*1210.7（2）3396371962602263052218670.580.87PRC 500*1410.7（1）3791972298502385402338620.610.96PRC 500*1410.7（2）3600742105952325362279760.580.91PRC 500*1610.7（1）3600742255152325362279760.630.97PR

25、C 500*1610.7（2）3791972589102385402338620.681.09PC 500*1610.73791971882752385402338620.50.79理论公式计算值及与试验比较理论公式计算值及与试验比较构件型号构件型号日本公式日本公式 Q(N)）实验值实验值Vt等效矩等效矩形形Vu1（2-20）规范等规范等效效Vu2（2-21）Vt/QVt/Vu1 PRC 600*1610.7 （1）5307083422003134683014110.641.09 PRC 600*1610.7（2）5307083302003134683014110.621.05 PRC 600

26、*1810.7（1）5084333192603070972952850.631.04 PRC 600*1810.7（2）5084333192603070972952850.631.04 PC 600*1610.75084332772503070972952850.550.9 斜裂剪力理论计算方法斜裂剪力理论计算方法 将环形截面按二个圆形截面（直径分别为管桩外径将环形截面按二个圆形截面（直径分别为管桩外径和管桩内径）等效成矩形截面计算，忽略箍筋的作用，和管桩内径）等效成矩形截面计算，忽略箍筋的作用，二者抗力剪力之差即为管桩抗裂剪力。其中混凝土强度二者抗力剪力之差即为管桩抗裂剪力。其中混凝土强度取

27、桩身混凝土轴心抗拉强度标准值。取桩身混凝土轴心抗拉强度标准值。抗剪性能理论研究0.7()0.05()tkDdDdpcQfAAAA221.76 1.6()44DdDdAA抗剪性能理论研究 推导理论方法推导理论方法3、桩身材料竖向承载力理论研究 管桩规范方法管桩规范方法pccRf A100.9()pcpppypysRf AAfAf A计算结果比较计算结果比较管桩编号管桩编号管桩规范公式管桩规范公式1理论推导公式理论推导公式2公式公式1/公式公式2PRC-I 400B9521001859 1.13PRC-I 400C9521001664 1.26PRC-I 500AB10029002740 1.06

28、PRC-I 500B10029002703 1.07PRC-I 500C10029002667 1.08PRC-I 500D10029002428 1.19PRC-I 600AB11039003695 1.05PRC-I 600B11039003658 1.06PRC-I 600C11039003622 1.07PRC-I 600D11039003303 1.18PRC-I 700AB11047004472 1.05PRC-I 700B11047004398 1.07PRC-I 700C11047004326 1.08PRC-I 700D11047003821 1.23PRC-I 800B11

29、055005176 1.06PRC-I 800C11055005103 1.08桩身竖向承载力理论研究平平均均1.14、管桩抗弯刚度及挠度试验结果和理论分析（1 1）管桩短期抗弯刚度理论计算规范公式）管桩短期抗弯刚度理论计算规范公式)1 (85. 00crcrcsIEBkcrcrMM7 . 0)45. 01)(21. 00 . 1 (fE0)(bhhbbfffBsMf1210*278333. 2（2 2）管桩挠度有限元计算分析）管桩挠度有限元计算分析（3 3）管桩挠度理论计算、有限元计算和试验结果比较）管桩挠度理论计算、有限元计算和试验结果比较PRC-500*1210.7型桩的荷载-挠度曲线图

30、 PRC- 600*1610.7型桩的荷载-挠度曲线图 PRC- 600*1810.7型桩的荷载-挠度曲线图 PRC- 700*1810.7型桩的荷载-挠度曲线图 、主要性能指标及经济效益分析、主要性能指标及经济效益分析 抗裂弯矩抗裂弯矩 与与先张法预应力混凝土管桩先张法预应力混凝土管桩（GB13476-GB13476-）相比提高）相比提高5% 5% 10%10%。 弯矩设计值弯矩设计值 与与先张法预应力混凝土管桩先张法预应力混凝土管桩（GB13476-GB13476-）相比平均）相比平均提高了提高了28%28%。 桩身强度提供的竖向抗压承载力桩身强度提供的竖向抗压承载力 与与先张法预应力混凝

31、土管桩先张法预应力混凝土管桩（GB13476-GB13476-）相比，）相比，提高了提高了1020%1020%。 标准试验条件下延性标准试验条件下延性 比传统比传统PCPC桩增加桩增加8%8%30%30%。管桩编号管桩编号挠度（挠度（mm） 荷载（荷载（kN）试验值）试验值开裂挠度开裂挠度开裂荷载开裂荷载破坏挠度破坏挠度破坏荷载破坏荷载PRC-500AB1007.6185.644392.5PRC-500B1006.9233.132430.8PRC-500C1008.5233.534517.8PRC-600AB1108.4322.937609.1PRC-600B1109.0330.446.766

32、0.4 PC600 PC6009.0307.834.4529.1 PC500 PC5008227.432.6367.4 裂缝宽度与耐久性裂缝宽度与耐久性 与与先张法预应力混凝土管桩先张法预应力混凝土管桩（GB13476-GB13476-）相比，）相比，在工作条件下裂缝宽度减少在工作条件下裂缝宽度减少50%50%，为解决管桩作为受弯构，为解决管桩作为受弯构件、受拉构件时的裂缝宽度控制，即耐久性控制设计问题，件、受拉构件时的裂缝宽度控制，即耐久性控制设计问题，提供了条件。提供了条件。 与普通与普通PHCPHC桩联合使用，形成上下组合桩，可以桩联合使用，形成上下组合桩，可以较好解决管桩抗弯即水平承载力不足的问题较好解决管桩抗弯即水平承载力不足的问题 上部采用上部采用PRC桩下部采用桩下部采用PHC桩（或桩（或PC桩）桩） PRC桩PHC桩相对软土 中部采用中部采用PRC桩上下部采用桩上下部采用PHC