预应力混凝土波浪桩在建筑工程领域的性能研究

摘 要：波浪桩是一种新型的预制护岸结构，主要适用于水利、市政、工业与民用建筑、港口、铁路、公路、桥梁等领域的边坡或护岸等支护挡土，它在预制桩的基础上施加了预应力，并且混凝土采用防腐混凝土，本文结合国家条文政策、规范图集、国内外预制桩的研究及应用情况分析了波浪桩在建筑工程领域的力学性能。

关键词：波浪桩；抗裂弯矩；受弯承载力；受剪承载力

1 引言

2013年1月，国务院颁布《绿色建筑行动方案》[1]，要求围绕绿色建造、绿色施工、绿色建筑推动我国建筑业的转型升级。2016年9月，国务院办公厅印发《关于大力发展装配式建筑的指导意见》[2]。2018年2月，山东省组织实施好《山东省新旧动能转换重大工程实施规划》[3]等等，新形势下建筑必须转型升级。

波浪桩采用工厂化预制，采用成熟的管桩生产工艺生产，离心成型、高温养护成桩，预制率100%，模具利用率高，绿色节能性好。

美国装配式住宅盛行于20世纪70年代。德国是世界上建筑能耗降低幅度最快的国家，近几年更是提出发展零能耗的被动式建筑。日本于1968年就提出了装配式住宅的概念等，可见国外国家对装配式建筑的重视。

2001年，浙江大学王仕方在《预制桩的可打性分析》[4]中对预制桩的可打性进行了系统和深入的研究，同年，华南理工大学联合广东省建筑科学研究院对预制桩的竖向承载性能进行了计算研究，2002年，金兴平在《预应力管桩承载力性状的研究》[5]中回顾了预制管桩的发展过程及其分类。2010年，上海兴南混凝土有限公司从新思路、新产品、新技术、新工法等方面阐述了预制桩可持续发展之路，2017年，中船第九设计研究院工程有限公司分析了预制桩在岩石地基中的应用等等。

2017年预制混凝土桩行业迎来了一轮产销两旺的行情，全行业在产企业约400余家，预制混凝土桩（离心工艺）产量约2.4亿米左右，年产量再创历史高位。在国家倡导绿色发展的背景下，绿色制造、清洁能源已成为各行各业的共识，因此预制桩的用量将会继续持续增长，而且随着国家“一带一路”战略进一步实施，预制桩行业走出去的步伐将加快。

波浪桩是一种新型的预制护岸结构，它在预制桩的基础上施加了预应力，当前研究领域对波浪桩的研究几乎空白，那波浪桩在受力性能方面如何？本文将会通过施工案例分析，对波浪桩的力学性能进行研究，让波浪桩的推广应用更具指导意义。2 波浪桩的力学性能分析

波浪桩主要承受水平荷载的作用，也可承受竖向荷载，本文试验研究基于波浪桩的实际工程项目，对不同截面尺寸及不同配筋情况下的波浪桩的抗弯性能、抗剪性能及抗压性能作了对比分析。

2.1波浪桩的结构计算

波浪桩截面可认为是完整环形截面的部分，本文在计算几何参数时，坐标原点均取圆心位置，波浪桩预应力钢筋预应力损失主要考虑张拉锚具变形和钢筋内缩，混凝土蒸汽养护、预应力钢筋的应力松弛以及混凝土收缩和徐变，当计算求得的预应力总损失值小于100MPa时，取100MPa。

2.2 波浪桩力学性能

本次试验中波浪桩的尺寸有六种规格，每种规格分别有四种预应力钢筋配筋，通过试验数据分析了波浪桩的力学性能，首先是抗压性能，波浪桩的抗压性能受预应力钢筋配筋的影响微乎其微，因此可以认定，抗压性由波浪桩的截面尺寸决定，抗压性能与截面尺寸成正比；第二是波浪桩的抗剪性能，截面尺寸与预应力钢筋配筋均能影响抗剪性能，因此波浪桩的抗剪需要综合截面及配筋两个方面；第三是最主要的抗弯性能，由于波浪桩主要用于支护，因此其抗弯性能尤为重要，本次试验分析得波浪桩的抗裂弯矩、极限弯矩及弯矩设计值均与截面及配筋成一定的正比关系，并且对比混凝土桩基规范发现，波浪桩的受弯性能并不比实心混凝土圆桩差太远，因此，新型波浪桩可以做到在满足受力的基础上大大节约资源。

3 结论

通过对预应力混凝土波浪桩进行力学性能试验，分析了其抗弯性能、抗剪性能及抗压性能，得到以下几个基本结论：

（1）正常使用状态下，预应力混凝土波浪桩的抗压性能取决于截面尺寸；

（2）波浪桩的抗剪性能与截面尺寸及预应力钢筋配筋成一定的正比例关系；

（3）波浪桩的抗弯性能与普通混凝土桩相接近，这样大大节约了资源。

参考文献

[1]《绿色建筑行动方案》，国家发展改革委、住房城乡建设部，2013年1月；

[2]《关于大力发展装配式建筑的指导意见》，国务院办公厅，2016年9月；

[3]《山东省新旧动能转换重大工程实施规划》，山东省人民政府，2018年2月；

[4]《预制桩的可打性分析》，浙江大學硕士论文，王仕方，2001年6月；

[5]《预制桩在岩土地基中的应用》，顾列平，2017年1月；

作者简介：

闫丽萍，女，1987年3月生，民族汉，山东潍坊人，结构工程师，工学硕士学位，主要研究方向为钢筋混凝土结构，现在淄博职业学院建筑工程学院工作