应用新技术推动预制桩产业高质量发展

  管桩以高性价比、高承载力、成桩质量好、施工速度快、无震动、无噪声、监理检测方便等优越性，从1987年开始在广州等城市房屋建筑中推广应用以来，目前在全国诸多省市房屋建筑中广泛应用。作为建筑基础行业核心组成部分的混凝土预制桩行业发展欣欣向荣、井然有序，混凝土预制桩技术绿色、环保、节能，混凝土预制桩产品代表了先进技术方向，符合国家产业政策。近年来在行业龙头企业引领下规范发展，并在产品创新、工法创新等方面取得佳绩。但在发展过程中也会存在一些问题，如产品市场混乱、重宣传、轻研发，为使混凝土预制桩企业和混凝土预制桩使用单位对混凝土预制桩有进一步的了解，本版邀请4位专家，分别从混凝土预制桩的结构特性、工程应用及新产品和新技术等方面进行分享，并综合混凝土预制桩发展现状、存在问题和技术进步，为混凝土预制桩的未来发展指明方向，推动混凝土预制桩高质量发展。

  预制管桩产品工法推陈出新

  ■北京建华建材研究院副院长 毛由田

  预制管桩新产品包括PRC管桩、预应力空心方桩、预应力实心方桩、PHC管桩、SC管桩、超高强混凝土管桩及高性能混凝土管桩等。

  PRC管桩是通过合理组合配筋方式、调整混凝土配方而生产形成的一种新型预应力混凝土桩。其桩身的延性和水平承载力得到较大幅度的提高。可广泛应用抗震烈度8度及8度以上地区建筑物桩基，公路、铁路桥梁桩基，基坑支护（悬臂桩、桩锚结构），以及码头桩基等需要着重考虑抗弯抗剪性能的项目中。

  高延性桩主筋采用钢绞线替换原钢棒，利用离心工艺生产，具有较高的延性，兼具管桩优异的桩身力学性能，适用于8度及8度以上抗震设防区域的工业与民用建筑、市政、公路、电力等工程的桩基础。

  SC管桩采用离心工艺制作，通过外部钢管对内部混凝土产生约束，使混凝土处于三向应力状态，其强度大大提高，塑性和韧性明显改善，具有优良的延性，多用于码头、海工等工作条件复杂的地区。

  高性能混凝土管桩具有抗腐蚀、抗冻性能，主要应用在强腐蚀性、冻土区域。

  超高强管桩将现有的管桩混凝土强度由C80提升至C105~C125，使应用载体桩和劲性复合桩的竖向抗压承载力大幅提升，不仅可解决管桩穿透密实砂层、粘土层问题，还可使管桩竖向抗压承载力得到充分发挥，在桩基础工程中更具明显优势。

  预制管桩施工方法主要包括中掘工法、旋挖植桩工法及劲性复合管桩工法。中掘工法是针对PHC管桩和SC桩施工的一种方法，通过边钻挖土边连续沉桩，最后在桩端修筑扩大球根，使桩端产生较高的承载力。

  中掘工法适合施工PHC或SCФ800以上大直径管桩；桩端持力层适用于粉土、砂土、砾石、碎石、砂泥岩及花岗岩风化层等地层。中掘工法具有节能环保，施工现场噪声低，振动极小，无粉尘及排浆污染，成桩后无需桩头敲渣；施工数据化可视操作，质量可控；没有挤土效应，施工工效高等特点。目前，又创新研发了新工法——中掘扩底工法。

  旋挖植桩工法就是用旋挖机钻孔成孔，灌入水泥砂浆，再将管桩植入，充分发挥持力层和管桩桩身的承载力。旋挖植桩工法适用于桩端持力层为石灰岩、砂岩、花岗岩及密实的卵砾石、中粗砂等。

  旋挖植桩工法具有桩身强度高，单桩竖向承载力高，每KN造价低等特点；与灌注桩相比，不存在塌孔、缩颈、混凝土离析等现象，施工质量可靠、可控；施工工期短。

  劲性复合管桩就是在旋喷桩、水泥土搅拌桩、注浆中插入高强度预应力管桩作为劲性体形成的复合基桩，适用于淤泥、淤泥质土、填土、粘性土、粉土、砂土、强风化软质基岩等。劲性复合桩适合抗震烈度7度及7度以上地区建筑物桩基，公路、铁路桥梁桩基，基坑支护，地质条件复杂地区，以及环境条件复杂地区。

  混凝土预制桩技术取得突破性进展

  ■郑州大学综合设计研究院有限公司 周同和

  近年来，预应力预制混凝土桩产生与施工工艺取得突破性进展，这些进展改善混凝土性能（脆性），保证桩身混凝土强度（强度回缩），保证桩的连接质量，减少施工损伤，满足各种地质条件与工程条件需求。支护桩与帷幕结合技术、预制复合桩技术等预应力预制混凝土桩新技术在复合地基工程、桩承式路基工程、复合桩工程、根固桩工程及基坑支护工程等项目中广泛应用。

  PRC桩、SC桩、超高强度PHC桩及各种异形桩等产品多样化，改善桩身延性，超高强度、超高延性，满足不同作用选型需求，工程应用领域与范围不断扩大。

  预制桩承载力估算理论与参数、复合桩与根固桩承载力计算理论、桩身强度控制设计理论、抗震设计与支护设计理论等理论问题得到深入研究。

  但我国预应力桩还存在一些问题，如产品市场混乱、重宣传、轻研发；有些工艺落后、偷工减料带来的混凝土强度问题未能得到很好解决，压蒸养护条件下强度回缩问题严重；有的施工工艺与装备落后，对桩体损伤较大（斜、偏、爆、裂、浮），影响预应力混凝土桩承载力发挥和耐久性；有的连接技术薄弱、检验技术落后，仍未达到上个世纪90年代发达国家水平等。尤其是混凝土强度易受原材料情况（骨料、水泥、添加剂）、混凝土拌和（现场拌和、工厂拌和）、混凝土浇筑与振捣工艺、养护条件（正常养护、蒸汽压力养护、养护时间）、成桩工艺（顶压、抱压、锤击、高频振动植入、自重植入）、工作条件（如干燥与饱和状态）等影响。与干燥状态比较，饱和状态混凝土强度下降20%~25%；蒸汽压力养护条件下，混凝土强度可能发生回缩（退缩）现象，回缩10%~15%。

  结合管桩现状和技术进步，未来预应力管桩在逐步提高混凝土强度、管桩抗裂性能、改善延性的基础上，应加快变节、扩大端产品的研制及其配套施工技术的研发，以满足高承载力桩的需求；可根据不同需求鼓励用户实行产品定制，推广采用不同型号桩节进行上下组合形成单根基桩的技术；快速机械连接技术、避免施工过程中桩体损伤的工法，将得到研发与推广应用；进一步加强复杂地质条件和腐蚀条件下的产品研发与应用研究，以及预应力管桩的抗震性能与消震技术的研究（日本研究成果认为预应力管桩抗震性能好于灌注桩）；大力推广复合桩、根固桩技术。

  铅笔桩及劲性体桩异军突起

  ■建华建材辽宁区域技术部副经理 夏庆鹏

  铅笔桩是在工厂内通过自动化流水线生产出来的，钢筋笼由滚焊机自动化焊接成型，混凝土由电脑控制配料并由自动化设备泵送喂料，全过程由标准化、工业化的工艺控制完成，效率高，质量稳定，桩尖与桩身融为一体，不可分割，防腐效果极佳，在中、强腐蚀环境下尤为适用。

  桩尖的类型按照材质分为两类：钢材质、混凝土制；按照形状分为两类：闭口（平底、尖底）、开口；按照成型方式分为两类：现场焊接成型、工厂一体化成型。此外，各种类型的桩尖随着地质和使用条件的不同，也逐渐衍生出不同的形状和规格。

  常见的钢桩尖包括三种类型：十字形钢桩尖、开口型钢桩尖、锥形钢桩尖。在其他工程中，根据实际需要还有尖底十字型桩尖、锯齿十字型桩尖、四棱锥型桩尖、六棱锥型桩尖、H钢型桩尖等。

  混凝土尖头型一体化桩尖，顾名思义，就是由混凝土制成的与管桩成为一体的尖头型桩尖，由于这种桩在外形上类似于铅笔，因此也常简称为“铅笔桩”。

  桩尖是在管桩生产过程中通过特殊工艺埋置在桩身中的，虽然称作“桩尖”，但其实是管桩桩身上不可分割的一部分，无法用外力把桩尖完整地取下来。因此，在施工过程中，能够确保所有桩都带有桩尖，防止偷工减料。此外，铅笔桩施工所用的机械设备和工艺跟普通管桩没有区别，沉桩常用的静压法、锤击法、振动法等均适用，且环保、高效、便捷。

  铅笔桩作为在国内早已成熟应用的桩型，在辽宁、内蒙古、陕西、河南、青海、四川、山东、江苏、福建、广东等地区都有大量应用案例，应用的项目类型不拘一格，在国内已经属于普遍采用的常规桩型。此外，混凝土桩尖的造价比钢桩尖低，但却能起到与钢桩尖相同甚至更好的作用，是名副其实的“物美价廉”产品。

  劲性体桩采用跟普通管桩（预应力高强混凝土管桩）相同的制造工艺，即经过预应力张拉（先张法）、离心法成型、常温常压和高温高压养护，施工方法为锤击法和静压法。劲性体复合地基是由预应力混凝土劲性体作为竖向增强体的复合地基。

  相关数据表明，劲性体与CFG桩地基处理相比较具有以下优势：桩身有预应力，有一定的抗水平能力，工厂预制，质量可控，具有“可看性”，桩径、桩长易控制，不偷工减料，强度易于保证；桩身混凝土强度高，属于挤土桩（对土体有挤密效果），单桩承载力高，用桩根数少、节省造价；抗裂性能强；运输吊桩方便、工期大大缩短；减少工序、减少现场用工人员及施工环保。

  预应力混凝土管桩结构特性及工程应用

  ■辽宁省建筑设计研究院有限责任公司总工程师 李庆钢

  管桩结构具有抗压、抗拉、抗剪强度高，抗弯强度弱于抗剪强度，抗裂性能好等特点。综合管桩的抗弯能力、抗剪能力和桩自身的变形能力，把管桩作为抗弯构件使用时建议采用直径在500mm及以上的B型或C型PHC管桩。

  从3种桩型试件的延性系数比较看，实心方桩和混合配筋管桩较为接近，均比PHC管桩的延性系数要大，因此在原有管桩基础上增配非预应力钢筋的混合配筋管桩的延性得到提高，从而改善预应力混凝土管桩的抗震性能。

  《预应力混凝土管桩基础技术规程》（DB21/T1565-2015）明确，管桩适用于非抗震设计和抗震设防烈度6度、7度、8度的地区，抗震设防烈度为8度且建筑场地类别为III、IV类时，不宜采用管桩基础；管桩基础设计等级为甲级的桩基础应选用AB型或AB型以上PHC桩，不得选用直径300mm的管桩，高层建筑宜选用AB型或AB型以上PHC桩；抗拔桩应选用AB型或AB型以上桩，不得选用直径300mm的管桩；接头应采用特殊措施；支护桩宜选用直径为400mm~600mm的B型或C型桩；管桩作为复合地基中的增强体时，可选用A型桩；直径为300mm的管桩仅适用于二a环境类别；在地下水或地基土对混凝土、钢筋和钢零部件有弱、中、强腐蚀的环境下应用的管桩基础工程，应选用AB型或B型、C型且桩身合缝和端头不得有漏浆的管桩，不得选用直径300mm的管桩，同时应按本规程6.3.6条规定，根据不同的腐蚀性等级采用相应的防腐措施。

  对于8度区应用PHC管桩设计，建议抗震设防区不应采用A型管桩，其余各型管桩均可应用，但8度设防区宜采用B型或C型桩，尤其建筑场地类别为III、IV类时，地震力大、地基土对管桩的支持比较弱，地震剪力和弯矩主要由管桩基础承担。在8度设防区采用管桩，建议建筑场地类别为I、II类时，带地下室的基础可采用AB型管桩，无地下室的基础宜采用B型桩；建筑场地类别为III、IV类时，带地下室的基础可根据土对地下室的约束情况采用AB型桩或B型桩，无地下室的基础宜采用B型桩或C型桩；对于无地下室的基础管桩进行必要的抗震承载力（抗弯、抗剪）验算，根据验算结果选用B型桩或C型桩，也可根据需要选用混合配筋桩；同时采取承台周边土换填压实等措施让部分水平力传递给地基。

  近几年来，管桩的防腐蚀技术有了很大的发展，按目前的技术水平，在一定条件下，某些强腐蚀情况下也可以采用管桩，如在侵蚀性CO2强腐蚀环境下，完全可以采用管桩。在pH值强腐蚀环境下，由于目前的经验还不够，因此还是“不应”采用。在SO42-、Cl-强腐蚀环境下，只要采用合适的防腐措施，可以采用管桩。