预应力混凝土竹节桩设计及承载力性能研究

刘克昭

（河北钢铁集团矿山设计有限公司，河北唐山063700）

1 引言

在20 世纪中期，预应力混凝土管桩开始生产，目前这些管桩已经广泛地应用于高层建筑、港口、公路等建造中。然而混管柱并不能适用于全部地形，其在深厚软土地基的应用中还存在着一些问题。预应力混凝土竹节桩是通过桩身的截面变化，使桩能和土地连接或是接触得更加紧密，从而大大提高侧摩擦力，提高竹节桩的承载能力，并且在施工应用过程中操作简便，便于控制。因此，本文主要对预应力混凝土竹节桩设计及承载性能进行论述。

2 预应力混凝土竹节桩简介

预应力混凝土竹节桩（见图1）管柱可分为先张法和后张法2 种的预应力管柱。主要有3 种管柱，分别为预应力混凝土管柱、薄壁管柱以及具有高强度预应力的混凝土管柱（PHC 管柱）。其中，先张法预应力管柱主要采用的先张法预应力工艺和离心成型的工艺方法来构建出中空的桶状混凝土预构件，而这个预构件主要是由筒形的柱身、封盖板以及钢筋箍套所组成。竹节桩还可以按照不同的分类方式进行分类，例如，按照 外 径 的 长 度 可 以 分 为：300～500mm、500～800mm、800～1200mm 不等，如果按照混凝土的有效预应力值进行分类还可以分为A 型、AB 型、B 型和C 型4 种[1]。

桩身在整个竹节桩中起到了至关重要的作用，桩身上因为设有承重盘所以在整个过程中桩身是主要承重支撑。另外，在桩身的外表面还具有多个承重盘受力台，这样与桩身组合起来，像竹节一样，增大接触面和桩身两侧的摩擦力，从而消除由于桩身抱压所受到的压力，保证了竹节桩的使用寿命。另外，竹节桩还可以按照混凝土的等级进行分类，如C80、C100。这些桩型相较于普通桩型来说，承重能力普遍提升10%～20%，在同样的承重条件下，降低了施工成本，降低了施工难度，并且还能够保证在节约能源的情况下提高承载力。

图1 预应力混凝土竹节桩

3 竹节桩的制造以及其性能

3.1 成桩工艺

常用建造竹节桩的方式是“静钻根植桩工法”。此方法主要用特种钻机来对地面进行预钻孔，然后达到目的深度时再进行底部扩张，在扩充完成之后，再向孔内注入水泥浆形成水泥土。然后再进行配桩。在接桩的过程中，首先，让专业的焊工将一节节的节桩焊接成为一整根，在焊接的过程中如果想要保证焊接的质量就必须采用二氧化碳气体进行保护，并且由桩的四周进行分层焊接。最后，最为重要的一步就是植桩，将整根桩用吊车吊到需要的位置上，再植入桩孔，并且在植桩的过程中还需要不断地向孔内注入泥浆，以达到提高承载力的目的，如图2 所示。

图2 成桩工艺

这种工艺的优势在于，大幅度地提高桩的抗压、抗拔和水平承载力能力；在施工的过程中可以全面进行监控，从而保证了在施工过程中的施工质量；在建造过程中不需要考虑泥浆的排放问题，从而达到了节省能源的目的；最后，这种工艺还可以减少碳在大气中的排放量，从而也达到了绿色环保的目的。

3.2 质量控制

预应力混凝土桩，不适合截桩，如果遇到特殊情况，必须进行截桩时，在截桩过程中，需要采取有效的措施来保证截桩后桩的质量。在截桩的过程中需要采用截桩器来进行截桩，避免采用大锤对桩面横向敲打，以免发生意外。除此之外，预应力混凝土管桩和薄壁桩在选择混凝土时，需要采用强度等级大于C60 的混凝土。出厂检测也是非常重要的一个环节，出厂时检测产品的抗拉、抗压能力以及承载力性能，外观和质量等方面。这样才能够保证在应用过程中的质量，避免由于质量问题引发安全事故。在出厂监测完毕后，还需要制定检查计划定期对竹节桩进行检查，并且进行详细的记录，查看是否出现缺陷，或破损等状况，如果出现了这样的状况就需要对其进行及时的处理，确保其工作性能。

3.3 承载机理

竹节桩应该具有较大的承载能力和抗拉抗压能力。由于在制造过程中承载盘相对来说较多，这就使桩的稳定性和前段的阻力增加。支盘能够分别对承力盘和各个分支之间施加三维的静压力，这样就使支盘周围的土层被加固，从而提高了桩土共同作用的能力。而且支盘的承力，盘的直径非常大，当主桩的直径为500～1000mm 时，支盘的盘径就可以到达1300～2100mm，面积比主盘大了约5 倍，因此，能够让竹节桩对上下土层进行充分适应，进而提高其稳定能力和承载能力。竹节桩是一种渐进型的压缩桩，可以根据不同土层的性质进行加固处理，通过对支盘距离的不断调整来适应不同的承载力需求，从而达到优化质量，节约资源的目的。但是竹节桩的复杂机理导致了其在使用过程中存在一些不可控因素，因此，还需要进行深入的探索和研究。

4 结语

预应力混凝土竹节桩作为一种新型技术，虽说技术水平还不能到达完全熟练的程度，但已经被广泛认可，尤其是在软土地基中的应用。相信在不久的未来，通过对其加以探索和研究，人们能够更加熟练地掌握此项技术，为工程建设的发展提供更加有利的保障。预应力混凝土竹节桩的广泛应用，能为工程节省建造成本，推进我国经济的快速发展，并且为我国建筑行业提供安全保障，避免安全事故的发生。