对建筑工程预应力管桩注浆增强承载力研究

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1、对建筑工程预应力管桩注浆增强承载力研究【摘要】预制混凝土管桩是一种重要的桩基种类，体现了当代混凝土技术进步与混凝土制品高新技术水平，本文通过对预应力管桩注浆增强承载力的分析，与其他桩基础相比较，它具有制作工艺简单、质量容易保证、植桩方便、操作噪声小、耐打性好、造价便宜、检测方便、施工速度快、桩基抗震性好等优点。【关键词】建筑工程预应力管桩注浆承载力中图分类号：TU761文献标识码：A文章编号：7近年来，各种形式的原位灌注桩在工程实践中得到推广运用。此类桩型克服了阻力不足的缺点，有的还可随意扩大桩头或桩径的大小，改变桩的受力条件，使桩土共同承担荷载的愿望得以

2、实现。但需指出，原位灌注桩施工质量很难得到保证，因为清除桩底淤泥有很大的难度，而且在灌注过程中，缩径问题也不太容易控制。在城市中心居民密集区，因噪声受控，一般不允许采用这种施工方法。相比之下，预制静压桩可克服上述缺点，施工进度快、质量可控性高、噪声小，污染环境程度低。目前在许多工程中，采用一种预应力管桩（管身四周设小孔）注浆增强承载力的运用，更大地提高了预制管桩的推广。现就预应力管桩注浆增强承载力问题做一点探讨和分析。一、基本构思与理论依据预制管桩的承载力是由桩侧摩阻力和桩尖端阻力构成的。在不考虑下卧持力层存在时，这两部分的承载力都是比较低的。目前工程运用

3、中主要是通过加大桩径及增加桩长的方法来满足设计荷载的要求，一般情况下工程增加的费用与提高的荷载比是偏高的。若我们设定桩径及桩长一定时，在沉桩完成后用一定的施工工艺来增加桩身四周摩阻力和桩端直径，去能满足承载力的设计要求，如采用注浆增强承载力的预应力管桩就是较理想的一种工艺，实践证明不但简单，可行，比较其他工艺而言不能明显降低工程成本。1.1弹性理论分析桩受浆压应力的控制条件7预应力管桩作为承受上部荷载的基础，其自身强度必须具有一定的安全储备。因此对管桩中心孔注浆不能破坏原桩体的强度和完整性，这就需要控制注浆压力，使桩在内外各种应力作用下保持在弹性状态。考虑

4、到静压入地基土中的中空预制管桩上的小孔受到桩身四周外部有压力土的堵塞，管桩在注浆前阶段可视为一个厚壁圆筒，它受到内部注浆压力P1、外部土压力P2、的作用。设桩外径为2b，内孔径为2a，任一垂直桩轴的截面受力情况如图1所示。由于桩径相对桩长小得多，故可按平面问题研究其应力及位移。从图1中可知，厚壁筒受力具有对称性，这与桩实际受力情况相一致，故可按应力轴对称问题来分析。由弹性力学知，应力轴对称问题的应力解为σr=p1－p2σθ=p1－p2（1）考查式(1)可知，P2的存在使应力的绝对值减小。从安全方面考虑，忽略P2的影响，则式(1)改为σr=(1－)σθ=(1

5、+)（2）比较式(2)中的两个等式可知：σθ＞σr。由于加载过程中，主应力方向不变，因此，根据Tresca（屈服失效判据）屈服条件得到σθ－σr=σs=σs（3）因为在筒内壁r=a处最先屈服，故其所对应的压力就是最大弹性荷载，所以，弹性极限载荷Pe为Pe=σs=(1－)(4)式中σs桩体材料的屈服强度值，只要桩管注浆压力P1≤Pe就不会因注浆压力而产生桩体强度的降低或破裂。7由式(4)可见，当弹性无限空间的圆柱形孔洞受到内压力作用，且有b→∞时，则内表面开始屈服时的压力值与孔管的半径无关，应为σs/2。当浆液在注浆压力作用下，克服土体阻力通过桩体孔而进入桩

6、周土体，并迫使土体开始产生屈服变形时，其注浆压力值必须满足pe≥(5)所以：注浆控制压力应满足下式：≥pe≥(6)因此，注浆压力的取值范围是比较大的。实践表明，对于软土地基注浆压力Pe一般小于400kPa。1.2注浆管桩承载力计算管桩经注浆，桩周孔隙及土体多被排挤而由浆液取代，特别是出浆孔附近，聚浆形成大小不等的浆泡，浆液凝结体牢牢地固结在桩壁上，使实际工作桩径得到扩大。设注浆后有效桩半径为R，注浆后桩的极限承载力计算式为Ppf=∑f(2∏R)Li+∏RRs(7)式中Ppf注浆桩极限承载力；R等效桩半径，实际工作中可通过载荷试验对比确定。由于上部加载部位桩

7、截面积并没有发生变化，而注浆后桩的受力等效面积则得以扩大，故极限承载能力得到提高。二、管桩注浆试验与效果分析7试验是在长×宽×高分别为55cm×15cm×28cm的试验箱中进行的。试样用土为水库堆坝土，土样经风干、研磨、过筛、分层装箱压实后加水饱和。实测制备试样土的含水率20.78％，天然重量19.1kN/m3。选用外径为2.15cm、长40.5cm的钢管模拟管桩，管桩下端用水塞封口，并从下至上每隔2cm垂直管桩轴线钻孔四排，在12cm区段内共钻孔24个，孔径4mm。将两个长度相同直径相等，但一个钻孔(注浆桩)，一个不钻孔(对比桩)的管桩同时压入试验箱土中

8、，深为16.0cm。因桩底土与桩周土相同，故可按摩擦桩考虑。管桩就