浅谈一种新型桩——刺身预应力混凝土管桩

赵昕彤 尹新生 蔡婧娓

(吉林建筑工程学院寒地绿色建筑工程技术研究中心，长春 130118)

随着现代高层和超高层建筑的兴起，对地基强度和变形的要求越来越高.目前高层建筑存在的问题都是低能、低耗.作为高层建筑的“树根”基础而言，就有了更高的要求.桩基础具有承载力高，沉降量小，适用于多种复杂的土体情况.高层建筑对单桩的承载力有了更高的挑战.因此，人们通过各种方法来提高桩的承载力.如增加桩长，扩大桩径，桩的长度已从10余米发展到60米至70米，甚至更长.桩径从几十厘米到1.5米，甚至2米，或者采用新桩型，以克服传统桩型的一些弊病，例如采用孔底注浆，采用挤扩支盘桩等方法.虽然这些做法对提高桩承载力有一定效果，但同时增加了混凝土的用量，也增加了工程的造价.而对挤扩支盘桩来说，由于要对一定深度的土体进行挤扩，所以对挤扩设备的要求较高，给施工带来了不便，不利于现场施工的操作.笔者介绍了一种利用全新的施工工艺设计而成的桩——刺身预应力混凝土管桩.

1 刺身预应力混凝土管桩的施工工艺及突出特点

1.1 施工工艺流程简介

(1)在施工前应在管桩桩身处预留出设计好的孔洞和适应孔洞尺寸的混凝土矩形块，将矩形块预埋至孔洞处，以备下一步挤压.为了减小挤压时混凝土块与管桩之间的摩擦力，需在混凝土矩形块的四周用塑料布包裹住;

(2)将桩沉入土体后，施工工人需配置好挤压设备千斤顶，缓缓下落到预埋有混凝土矩形块的位置处，利用挤压设备将矩形块依次压入至土体中，从而达到桩与刺共同承担上部荷载的作用.施工完成后的桩形如图1、图2所示.为了更好的达到提高单桩承载力的作用，可在同一截面增加矩形刺的数量，也可设计出两排刺，三排刺等多排刺的桩形，如图3、图4所示.

图1 刺身预应力混凝土管桩剖面图

图2 单排刺侧立面图

图3 双排刺侧立面图

图4 三排刺侧立面

1.2 突出特点

刺身预应力混凝土管桩有很多优点.

(1)提高单桩承载力. 刺身预应力混凝土管桩将传统的管桩转变成多个支点的摩擦端承型桩，增加了桩与土之间的咬合力，桩土共同作用的能力大大增强.从桩身构造及形成机理可以了解到，该型桩靠增加矩形刺处端阻力来提高单桩承载力，包括竖向抗压承载力，抗拔承载力，使桩不但具有较高的抗压能力.同时，还增加了桩的抗拔能力，也可以减少桩基的沉降量.刺身预应力混凝土管桩也可以提高桩的抗震性能以及桩身稳定性.该型桩应用范围广泛，同时也便于各地推广;

(2)操作简便，设备简单，施工方便. 刺身预应力混凝土管桩的施工设备同现有的挤扩设备比较，施工起来操作简便，这是刺身预应力混凝土管桩最显著地特点之一.其施工工艺是利用施工工人直接进入管桩内部将混凝土块挤入土体中，与其他滑道型挤扩设备相比较，挤压时的位置更精确，不会造成挤错位置而发生的爆桩现象;

(3)适应性强. 可在多种土层中成桩，不受土层软硬控制，不受地下水位高低影响;

(4)经济效益十分显著.

笔者建立了无刺管桩和有刺管桩模型进行有限元分析.桩长均设为12 m，外径为1.0 m，内径为0.74 m.土体计算区域沿水平方向取10 m，深度方向取17 m.有刺桩矩形块的尺寸是320 mm×250 mm×250 mm(长×宽×高).在相同的地质条件下，无刺管桩的承载力为1 480 kN，而有刺管桩的承载力是2 800 kN.经过计算分析，得到结论:刺身预应力混凝土管桩的单桩承载力较同尺寸普通管桩的承载力提高了近一倍.由于单桩承载力大，在荷载相同的情况下，设计时可比普通桩减小桩长或者缩小桩径，乃至减小承台的尺寸等，从而减少了工程量与资源，材料用量省，使投资得到了节约.由于施工工艺简单易行，操作简便，精确，单桩成桩的施工速度快，从而也大大缩短施工工期，进而大幅度减少工程造价.

2 结论与展望

综上所述，可以看出刺身预应力混凝土管桩的社会意义和经济价值是可观的.但是，人们对其关注甚少，还需要对它进行深入细致的理论研究，通过有限元软件对各种设想下的桩形进行模拟，再与普通管桩进行对比分析，条件允许的情况下还应根据实验分析加以描述，使这种新型的管桩能够真正地应用到实际工程当中，发挥其社会价值，更好地造福于人类.

［1］建筑桩基技术规范(JGJ 94－2008)［S］.北京:中国建筑工业出版社，2008.

［2］钱永梅，尹新生.挤扩多支盘混凝土灌注桩的突出特点及发展现状［J］.吉林建筑工程学院学报，2002，19(2):29－32.

［3］尹新生，蔡婧娓，钱永梅.植入盘桩承载性能有限元分析［J］.吉林建筑工程学院学报，2010，27(5):18－21.