摘要：预应力混凝土管桩具有单桩承载力高、施工速度快、经济性好等优点，在基础工程中越来越广泛的得到应用。在地震及作为支护桩使用时，管桩的抗剪性能是其主要承载指标。本文对预应力混凝土管柱进行简要分析介绍，对计算公式进行分析描述并对管柱未来的发展方向提出了一些见解。
关键词：预应力混凝土管桩；裂缝倾角；开裂特征；开裂剪力
预应力混凝土管桩是采用预应力先张法工艺和离心法混凝土成型法制成的混凝土预制构件，近年来已成为国内外应用较广的桩型，主要包括普通预应力混凝土管桩（PC管桩）、预应力高强混凝土管桩（PHC管桩）及薄壁预应力混凝土管桩（PTC管桩）。混凝土桩发展至今已经历了100多年历史，混凝土管桩发展至今60多年，预应力混凝土管桩出现在40多年前。1962年预应力混凝土管桩被发明，刚开始以先张法和后张法同时生产PC管桩，后来以先张法为主。1970年日本开发了离心预应力高强度混凝土管桩（PHC管桩）。
一、预应力混凝土管桩优缺点
1.优点
单桩承载力高。高强预应力混凝土管桩所用混凝土强度高，可打入砂层及强风化层，桩尖进入密实砂层和强风化层后，经过挤压，桩尖附近的砂层和强风化层经挤密后己不是原始状态，桩端承载力可比原状提高80-100%，所以管桩承载力设计值要比相同直径的灌注桩或钻孔灌注桩高。如100-500mm的管桩，最高设计承载力达到2700kN，相当于600mm和700mm的钻（冲）孔灌注桩。
设计选用范围广。产品规格齐全，可供设计选用范围广泛，常见规格300-600mm，一般厂家均能生产；单桩承载力从600-4500kN，且在同一建筑物基础中，还可根据桩荷载的大小采用不同直径的管桩，既容易解决设计布桩问题，也可发挥每根桩的最大承载力，并使桩基沉降均匀。
搭配灵活，对地质条件适应性强。管桩单桩长度灵活，从几米到十几米不等，在施工现场可随时根据地质条件的变化选用不同长度管桩，并通过接桩的等方式，使桩易于达到承载力要求。
2.缺点
锤击沉桩时，用柴油锤施打管桩时，震动剧烈，噪音大，挤土量大，会造成一定的环境污染和影响。然而，采用静压法施工，就无震动，无噪音，但挤土作用仍然存在；薄壁混凝土管桩抗弯抗剪承载力较低，不宜用作抗拔桩；石灰岩层不宜作为桩端持力层；管桩基础不适宜于软地层或地下水位较浅地层。
二、预应力混凝土抗剪承载力计算方法
先张法预应力混凝土薄壁管桩，具有经济合理、竖向承载力高、抗弯性能适中、监测方便、施工速度快等优点，作为竖向承压构件，被广泛应用于各类建筑物和构筑物的基础工程中。然而，管桩能否用于基坑支护，以及如何合理有效地用于基坑支护工程，正逐渐引起专业人员的高度关注。
影响管桩用于基坑支护的主要原因是目前普遍认为空心管桩的抗弯和抗剪承载能力较低，并且对空心管桩的抗剪承载能力缺乏充分认识，规范也没有圆环截面抗剪承载力的计算公式。实际工程中，虽然预应力混凝土管桩的抗弯承载力和竖向承载力都很大，但往往是由于抗剪承载力不足导致桩体破坏，引起重大的工程事故。因此，研究管桩的抗剪承载力计算方法成为开发支护用桩首先应解决的理论问题。关于抗剪承载力计算方法学者们看法不一，主要在于是否考虑箍筋作用以及公式形式。
1.不考虑箍筋作用
预应力混凝土管桩是先张法混凝土构件，在工作时不允许出现裂缝，一般情况下箍筋承担的剪力较小，在计算时可不考虑。其主要形式如下：
2.考虑箍筋作用
在作为支护桩时允许桩身带裂缝工作，在计算这类桩抗剪承载力时宜考虑箍筋对抗剪承载力的贡献。考虑分别混凝土与箍筋的对管桩抗剪承载力贡献时，对公式形式也有较多意见，主要观点如下：
针对管桩广泛应用，可是在水平地震力作用下，尚无管桩的抗剪承载力的计算方法的问题，通过试验以及理论分析给出了环形截面抗剪承载力计算公式，验证结果表明计算结果和实际测试结果吻合较好。公式如下：
式中：
Asv1—箍筋的截面面积（mm2）
文中考虑箍筋也为管桩提供了部分抗剪承载力，故在公式中应该体现箍筋的有利作用，分别考虑箍筋及混凝土对抗剪承载力的贡献。
实际工程中，预应力管桩要求不能出现裂缝，在混凝土出现裂缝时箍筋处于较低的应力水平不能完全发挥箍筋的强度，这类计算方法偏于安全。建议在设计时采用不考虑箍筋贡献的计算公式。
三、预应力混凝土管桩发展方向
预应力混凝土管桩单桩承载力高、桩身质量易于保证、施工速度快工期短、造价便宜、施工现场文明整洁，首先在我国南方和东部沿海广泛应用，然后在国内迅速推广。管桩的发展应该从以下几个方面入手：
1.开发新材料
我国目前的建筑材料还是比较充足的，所以材料问题大家也不够重视，但建材将越来越紧张，终于有一天会枯竭。与15年前相比，材料的价格是以前的数倍，但管桩价格却波动较小，还是维持在原来的水平。企业要生存，必须在新材料的开发和应用中努力，因为在这里有一定的空间。
2.改进生产工艺
中国是一个能源相对缺乏的国家，但这个产品是耗能大户，煤、蒸汽、燃油是管桩消耗较多的能源。燃料价格成倍增长，未来的趋势是越涨越高。因此，我们需要研究新的制桩工艺，需根据不同地区、不同条件、不同承载力要求从制造工艺上来降低能耗，减少成本开支。
3.新型管桩开发
随着高层建筑、大底盘多塔建筑、地下车库、下穿立交、地铁等地下空间的广泛利用，基坑支护工程越来越普遍。基坑支护具有造价高、风险高和临时性工程特点，一般不愿投入较多资金，而一旦发生事故，人员、经济损失和社会影响十分严重。技术人员和业主一直在探索既安全又经济的支护方法。现行的支护方法很多，灌注桩是深基坑支护桩的主要形式，但是各种灌注桩造价高，市场竞争力低，预应力混凝土管桩的经济优势明显。
结束语
影响管桩抗裂剪力主要因素是管桩壁厚和混凝土有效预压应力。管桩壁厚越大，管桩抗裂剪力越高；开裂剪力随着混凝土有效预压应力的增加呈线性增大；剪跨比对抗裂剪力影响较小，管桩剪跨比增大时开裂剪力略有降低。混凝土有效预压应力、壁厚和剪跨比均对管桩受剪开裂特征有较大影响。混凝土有效预压应力越大，管桩受剪裂缝也越偏于水平；壁厚较大时管桩受剪裂缝偏水平，随着壁厚的增大裂缝倾角逐渐向45°靠近；剪跨比较小时管桩不易形成斜压破坏，受剪裂缝沿管桩纵向开展。
参考文献
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[2]刘俊伟 预应力混凝土管桩抗弯及抗剪性能试验研究 建筑技术 2016.9
[3]柳炳康 填芯与非填芯预应力混凝土管桩抗弯性能的比较 合肥工业大学学报 2015.12
论文作者:包永智
论文发表刊物:《基层建设》2017年第34期
论文发表时间:2018/3/21
标签：管桩论文; 承载力论文; 混凝土论文; 预应力论文; 剪力论文; 裂缝论文; 基坑论文; 《基层建设》2017年第34期论文;