1、預應力混凝土空心方樁設計簡要介紹1 簡介預應力混凝土空心方樁是專業工廠采用先張法預應力、離心成型和蒸汽養護等工藝制成的一種細長的外方內圓等截面預制混凝土構件，運至工地接長并沉入地下成為建(構)筑物的基礎。預應力混凝土空心方樁按混凝土的等級強度及混凝土承載面的大小可分為KFZ、HKFZ、TKFZ，分別為預應力混凝土空心方樁、預應力高強混凝土空心方樁、薄壁預應力混凝土空心方樁，其中TKFZ主要用于以純摩擦樁為主的地質，而HKFZ主要用于高層建筑上或有高耐腐蝕要求的地質情況，KFZ與TKFZ的混凝土強度等級為C60，HKFZ的混凝土強度等級為C80。空心方樁的外邊長主要在300×3001

2、000×1000之間，每50為一增量。單節樁長可從6m60m不等，每節樁之間通過特制的端頭板進行連接，以滿足不同的地質基礎要求和設計承載力，接樁最長可達150m。1空心方樁不適宜于在孤石和障礙物多、石灰巖地層、有堅硬隔層及從松軟突變到特別堅硬的地層中施工，其適用的地層為流塑、軟塑狀態的軟弱地基，持力層宜為粘土層、砂層、深埋基巖，以及強風化巖層或風化殘積土層較厚的地層，尤其適用于軟弱土層較厚的地基。2 優點樁身適宜的有效預壓應力，不但可以防止空心方樁在搬運、吊裝過程中產生裂縫，還有就是抵消沉樁過程中的拉應力。當然過高的預應力也會誘發縱向裂縫，并且有效預壓應力愈高，樁的軸向承載力也會有所

3、降低。因為樁是空心的、開口的，所以壓樁入土的過程中，土體能擠入樁孔內一定深度而形成土塞，甚至使樁口完全閉塞，因而其承載力跟同斷面的鋼筋混凝土方樁一樣，同時節約了材料。另外，這種空心方樁在一些軟弱土地基的工程中應用時，因為樁身開孔并能進一部分土，也在一定程度上減少了場地土的擠土效應以及對周邊環境的影響。土質較硬地基工程中，通過帶樁尖解決沉樁問題。空心方樁一般采用靜壓法施工，可以減少錘擊造成的樁身拉應力，從而減少樁體配筋，也能減少環境燥聲污染。空心方樁比管樁有三點優越性:(1) 外截面為方形比圓形更適宜堆放,空心方樁的方形截面比圓形更有利于接樁施工，還有就是在在靜壓法施工中空心方樁不會像管樁那樣容

4、易被夾碎；(2) 在相同面積的實體形狀中，圓周長最小，即空心方樁截面的外周長一般比相同截面積的管樁的周長大，可以通過簡單的計算來說明。對于以側摩阻力為主的摩擦樁和端承摩擦樁的樁型，空心方樁占有優勢；(3) 相同的截面積，空心方樁比管樁的截面慣性矩大些。3 設計計算方法2在空心方樁中施加預應力主要為了運輸、吊裝過程控制裂縫產生，而基樁打入巖土中后，僅承受豎向荷載時，預應力不發揮作用。張拉控制應力取，為預應力鋼筋強度標準值。2.1 預應力損失的計算空心方樁考慮四種引起預應力損失的因素，包括張拉端錨具變形和鋼筋內縮、混凝土蒸汽養護、預應力鋼筋的應力松弛以及混凝土的收縮和徐變。當計算求得的預應力總損失

5、值少于100MPa時，取100MPa。參考文獻參考了混凝土結構設計規范以及先張法預應力混凝土管樁中的有關條文，本文對于空心方樁的預應力損失和有效預壓應力的計算進行研究得出以下公式。(1) 張拉端錨具變形和鋼筋內縮引起的預應力損失-張拉端錨具變形和鋼筋內縮值，可取1-3mm-張拉端至錨固端之間的距離 -預應力鋼筋的彈性模量(2) 放張之后的預應力鋼筋的拉應力-扣除的預應力鋼筋初始的拉應力, -混凝土的截面積-預應力鋼筋的截面積 -放張時預應力鋼筋和混凝土的彈性模量比(3) 混凝土蒸汽養護引起的預應力損失此項預應力損失值理論上為零,實際計算中，一般考慮此項損失的數值為15-40Mpa。(4) 低松

6、弛預應力鋼筋應力松弛引起的預應力損失當時，當時，(5) 混凝土收縮和徐變引起的預應力損失-受拉(壓)區預應力鋼筋合力點處的混凝土法向壓應力-放張時混凝土立方體抗壓強度-受拉(壓)區鋼筋的配筋率;對于對稱配筋，配筋率按照總截面積的一半計算(6) 預應力鋼筋的有效拉應力(7) 混凝土有效預壓應力2.2 空心方樁的樁基豎向承載力和樁身結構承載力設計計算(1) 樁基豎向承載力計算對于計算樁的承載力一般采用“土壤力學方法”，它的基本原理是:樁對下壓荷載的總抗力等于表面摩擦力和底端抗力兩個分量之和。參考文獻估算方法是樁基規范采用的經驗參數法，即根據土的物理指標與承載力參數之間的經驗關系確定單樁豎向極限承載

7、力標準值。-樁側第i層土的極限側阻力標準值 -極限端阻力標準值-樁身周長 -樁端凈截面面積 -樁端敞口(內腔)面積 -樁穿越第i層土的厚度-樁端土塞效應系數，其計算公式如下，采用封閉樁尖時取值為1。當時，當時，式中，樁端進入持力層的深度，空心方樁的內腔直徑敞口部分的端阻力類似于鋼管樁的承載機理，引入入樁端土塞效應系數，借鑒建筑樁基技術規范鋼管樁的公式，就有上式。(2) 樁身結構受壓承載力設計值計算樁身結構受壓承載力就是樁身最大允許軸向承壓力。-空心方樁樁身結構受壓承載力設計值 -樁身混凝土抗壓強度設計值-樁身混凝土有效預壓應力 -樁身橫截面積系數0.85源自試驗成果。公式中引入使公式力學概念明

8、確，即有效預壓應力越大，值越小，并且計算值的安全度增加樁身結構受壓承載力設計值要不小于相應于承載能力極限狀態下荷載效應基本組合單樁所受的豎向壓力設計值。當樁身結構受壓承載力與樁土協同工作承載力相近時，樁的設計最經濟。(3) 樁身結構受拉承載力設計值計算樁身結構受拉承載力設計值應符合下式的規定，此時樁僅配置預應力鋼筋。-空心方樁樁身結構受拉承載力設計值 -預應力鋼筋的抗拉強度設計值 -預應力鋼筋面積樁身結構受拉承載力設計值要不小于相應于承載能力極限狀態下荷載效應組合單樁所受的豎向拉力設計值。樁身不允許開裂的情況下，受拉承載力還應進行如下計算-空心方樁樁身結構受拉承載力標準值 -樁身混凝土抗拉強度

9、標準值樁身結構受拉承載力標準值要不小于相應于正常使用狀態下荷載效應組合單樁所受的豎向拉力標準值。3. 空心方樁的抗裂彎矩和抗彎彎矩的設計計算空心方樁截面特征值面積 彈性抵抗矩 慣性矩(1)抗裂彎矩計算，-混凝土構件的截面抵抗矩塑性影響系數，混凝土離心法強度增大系數(離心工藝系數)，制作偏差抵抗矩增大系數;為簡化計算，其中與之積統一取為1.75，也是沿襲了舊混凝土規范矩形截面的取值取為1，作為安全儲備-截面混凝土有效預壓應力-樁換算截面受拉邊緣的彈性抵抗矩，可以簡化計算為素混凝土截面，偏于安全(2)樁的抗彎彎矩計算根據空心方樁的特點提出了幾點假定條件:(l)受壓區預應力鋼筋不參與抗彎;(2)受拉

10、區鋼筋全部達到屈服;(3)受拉區的混凝土不參加工作;(4)當混凝土受壓區高度小于時取為，表面受壓邊緣的距離;(5)樁截面配筋率適中或較低，但不宜小于0.35%；(6)預應力鋼筋設計強度值不考慮材料分項系數。-系數，當混凝土強度等級不超過c50時，取為1.0，當混凝土強度等級為C60時，取為0.98，當混凝土強度等級為C70時，取為0.96，當混凝土強度等級為C80時，取為0.94，其間按線性內插法確定-預應力鋼筋抗拉強度設計值樁正截面抗彎彎矩計算如下:-第排受拉預應力鋼筋的截面積;-第排受拉預應力鋼筋距離混凝土受壓區外邊緣的距離。抗彎彎矩計算的幾點假定條件也有充分的理論依據:(l)受壓區鋼筋對

11、抗彎承載力影響不大;(2)預應力鋼筋的預應力度比較高，張拉控制應力就是70%的鋼筋的標準強度值，那么在極限狀態時可以認為受拉區鋼筋全部達到屈服;(3)受拉區的混凝土不參加工作是混凝土構件設計的通常的假定;(4)混凝土受壓區高度不小于也是混凝土構件設計的通常的假定;(5)樁截面配筋率適中或較低，是為了保證不超筋，并且混凝土受壓區高度在附近，當然配筋率也不宜小于0.35%;(6)鋼筋設計強度不考慮材料分項系數，因為過大的安全系數不適用于空心方樁。4 進一步研究內容(1) 復雜受力狀態分析以上的公式僅是在純彎作用下預應力混凝土空心方樁的強度條件和抗裂條件值，但對于預應力混凝土空心方樁在其他復雜狀態下

12、如偏心受壓，偏心受拉，軸心受壓，軸心受拉等情況，則就不知道強度條件和抗裂條件值，這就對于設計或施工中判斷樁在復雜的受力狀態下是否滿足強度和剛度條件帶來困難。因此通過對各種受力狀態：偏心受壓、偏心受拉、軸心受壓、軸心受拉和彎矩進行強度條件和剛度條件的分析，得出了樁在各種受力狀態下的力學性能曲線，供設計和施工參考。(1) 完善其他配套工作空心方樁的價格、沉樁費用的組成需補充定額，以便工程造價有章可依。依據產品標準，完善國家級或省一級的圖集，圖集要有權威性。(2) 新材料研究研究磨細礦物摻合料在生產中的應用，包括磨細石英砂、磨細潔凈建筑砂、優質粉煤灰、碎石砂等。(3) 新工藝研究研究離心成形混凝土空心方樁的無浮漿工藝和離心混凝土余漿的綜合利用。(4) 新技術研究加強空心方樁沉樁機械的開發，以液壓大噸位，原地大角度轉動可靈活移動為方向，