摘要:为保证预应力混凝土管桩的承载能力,以力学为主线,分析了管桩桩身混凝土抗压强度、有效预应力和管身截面面积在预制混凝土管桩设计、生产、施工三阶段中的重要作用,强调了预应力混凝土管桩的应用需综合考虑符合设计、生产、施工等方面的要求,可为预应力混凝土管桩的可持续发展提供参考。
关键词:预制混凝土管桩;承载力特征值;抗压强度;混凝土有效预应力;截面面积;可持续发展
0 前言
随着近几年新工艺、新装备的进步,预应力混凝土管桩(以下简称管桩)行业得到了快速发展,但厚壁管桩布料困难、液压锤锤击施工断桩率偏高、工地钻芯检测管桩桩身混凝土抗压强度偏差大等技术问题依旧存在。与此同时,在绿色发展的大背景下,管桩行业也面临着如产业工人减少、砂石原材料等资源短缺等挑战,这些因素都影响着管桩行业的可持续发展。
本文着眼于技术层面,以力学为主线,分析管桩桩身混凝土抗压强度、有效预应力和管身截面面积三参数在管桩承载力计算中的重要作用。
1 管桩轴心抗压承载力特征值Ra
设计人员主要根据管桩桩身轴心抗压承载力和抗裂弯矩来进行管桩选型,管桩桩身轴心抗压承载力的计算公式主要有以下两类:
式中:φc为综合折减系数,取0.7;fc为混凝土抗压强度设计值;A为管桩截面面积。
式中:σu为混凝土抗压强度;σce为混凝土有效预压应力;A为管桩截面面积。
式(1)利用了混凝土抗压强度设计值和经验数据综合折减系数,计算过程简单;式(2)体现了管桩混凝土抗压强度、混凝土有效预压应力和截面面积与桩身轴心受压承载力Ra的关系,下文将结合设计、生产、施工过程进行详细分析。
1.1 混凝土抗压强度σu
在管桩生产方面,混凝土抗压强度是管桩桩身轴心抗压承载力的重要影响因素,也是设计人员进行桩身承载力计算的主要依据,如何控制好混凝土的质量就显得尤为关键。近几年,布料新工艺采用了整体模具挡板布料的方式,解决了厚壁管桩混凝土料堆积困难的问题,降低了工人劳动强度的同时,还可兼顾混凝土质量;泵送新工艺的发展应用也解决了劳动力短缺的问题,实现了自动化生产,但混凝土强度的偏低,在管桩桩身上钻芯检测的混凝土抗压强度往往很难达到80 MPa以上,遇到地质情况较复杂的工地,锤击法施工时,管桩易破损;免蒸压或双免工艺也日趋成熟,但难以进行大批量规模化生产。同时,存在管模周转时间较长