边长为680～750mm的预制预应力混凝土空心桩的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种边长为680～750mm的预制预应力混凝土空心桩，该空心桩外形截面为矩形、方形或多边形，空心桩的桩身为桩顶实心部分、中间空心部分、桩底实心部分，桩顶实心部分上面设有后浇的桩帽，空心为圆形或椭圆形，空心桩的桩体内设有钢筋，所述桩底实心部分底部设有钢筋混凝土桩尖。本实用新型的效果是该预制预应力混凝土空心桩的抗弯、抗压承载能力和单桩垂直极限承载力较目前普遍应用的650×650mm及以下尺寸的混凝土方桩均有所提升，可以达到7000KN左右，比相同截面积的圆桩具有更大的摩阻力，又在造价上较大直径管桩更为经济。该大尺度预制预应力混凝土空心桩外形为矩形，方形或多边形，桩基承载力明显提高，施工速度快，工程质量高。
【专利说明】边长为680?750圖的预制预应力混凝土空心粧
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及桩基工程结构技术，特别是一种边长为680?750mm的预制预应力混凝土空心桩。
【背景技术】
[0002]近年来，随着集装箱、矿石、油、液体化工等船舶吨位的不断增大，海港建设也逐渐向深水方向发展。为了适应这一发展，天津港相继新建、改造、扩建了一批深水泊位，这些工程均采用了钢管桩(仅在北港池杂货码头东侧一个泊位采用直径1.0m的PHC桩)方案。钢管桩虽然使用效果良好，但造价较高，且有些工程所需桩基介于常规的预制预应力混凝土空心方桩和大直径管桩之间。若采用650mmX650mm的预制预应力混凝土空心方桩，其弯矩、承载力等不能满足使用要求；若采用大直径管桩弯矩、承载力等又相对较大，投资也较高，为此需要研究一种中间桩型。
[0003]由于受到预制场地、起重能力、打桩设备等的限制，目前在国内北方地区(主要是天津)使用的预应力混凝土空心方桩的最大边长为650mm，而南方地区(主要是上海)使用的预应力混凝土空心方桩的最大边长仅为600_。随着国家综合实力的增强，港口工程快速发展，施工设备及能力等均有了较大的提升，因而认为可突破原有桩径限制。经综合比较施工的难易、经济效益等，拟考虑将混凝土空心桩边长加大至680?750mm，以适应中间吨位船舶停靠码头的需要，使其成为650mmX650mm混凝土方桩和大管桩之间的最优选择。
【发明内容】
[0004]为解决上述技术中存在的问题，本实用新型的目的是提供一种边长为680?750mm的预制预应力混凝土空心桩，由于截面尺寸较传统方桩加大，其单桩承载力较高，抗弯强度大、抗剪能力好，抗震性能优越。用大尺度空心桩代替大直径管桩，桩间距缩小，承台上部构件重量减小，不需要大型起重设备，便于施工期安装。
[0005]本实用新型的技术方案是提供一种边长为680?750mm的预制预应力混凝土空心桩，所述空心桩的桩身为桩顶实心部分、中间为圆形或椭圆形空心部分、桩底实心部分，其中:该预制空心桩外形截面为边长680?750mm的矩形，方形或多边形，所述中间圆形或椭圆形空心部分的直径或椭圆形长轴尺寸为350?400mm,所述桩底实心部分底部的钢筋混凝土桩尖外形呈渐变收缩的实心台体形状，实心台体底部设有钢筋混凝土桩尖。
[0006]本实用新型的效果是该预制预应力混凝土空心桩的抗弯、抗压承载能力和单桩垂直极限承载力较650X650mm的混凝土方桩均有所提升可以达到7000KN左右，比相同截面积的圆桩单延米侧摩阻力增加约27%，又在造价上较大直径混凝土管桩节省约48%。该大尺度预制预应力混凝土空心桩外形为矩形，方形或多边形，桩基抗压承载力较650X650mm的混凝土方桩提高约25%，施工速度快，工程质量高。
【专利附图】
【附图说明】[0007]图1为本实用新型的边长为680?750mm的预制预应力混凝土空心桩结构示意图；
[0008]图2为图1的1-1剖视图；
[0009]图3为四点吊桩吊点位置图。
[0010]图中:
[0011]1、桩顶实心部分2、中间空心部分3、桩底实心部分4、桩尖【具体实施方式】
[0012]结合附图对本实用新型的边长为680?750mm的预制预应力混凝土空心桩结构加以说明。
[0013]本实用新型的边长为680?750mm的预制预应力混凝土空心桩，该预制空心桩外形截面为边长680?750mm的矩形，方形或多边形，所述空心桩的桩身为桩顶实心部分、中间为圆形或椭圆形空心部分、桩底实心部分，所述桩顶实心部分上面设有后浇的桩帽，所述空心桩的桩体内设有钢筋，所述桩底实心部分底部设有钢筋混凝土桩尖。
[0014]所述桩顶实心部分和桩底实心部分内填充有混凝土，桩顶实心部分长度大于桩底实心部分长度。
[0015]所述中间圆形或椭圆形空心部分直径或椭圆形长轴为350?400mm,所述桩底实心部分底部的钢筋混凝土桩尖外形呈渐变收缩的实心台体形状。
[0016]通过理论计算分析结果表明，大尺度预应力混凝土空心桩的长细比值可控制在25以内，抗弯、抗压承载能力和单桩垂直极限承载力较650mmX650mm的混凝土方桩均有所提升。大尺度空心桩单桩垂直极限承载力设计值可以达到7000KN左右，而一般7万?10万吨级码头单桩设计承载力值一般在5000KN?7000KN，基本介于650mmX 650mm的混凝土方桩和大直径管桩的承载能力之间，且在造价上较大直径管桩更为经济。因此，大尺度预应力混凝土空心桩在7万?10万吨级码头上的应用是可行的，且一旦实施将是桩基工程的重大进步，并会为业主带来巨大的经济效益。同时因方桩、矩形桩或多边形桩比相同截面积的圆桩具有更大的摩阻力，又在造价上较大直径管桩更为经济，故预计将会在港口工程中得到广泛的应用。
[0017]本实用新型的边长为680?750mm的预制预应力混凝土空心桩功能是这样实现的:
[0018]1、桩基设计
[0019](I)桩身内力计算
[0020]I)长细比
[0021]根据受压构件破坏形态分析，当构件的长细比8〈lo/h〈30?40时称为长柱，其破坏形态为材料破坏，当构件的长细比lo/h > 30?40时称为细长柱，其破坏形态为失稳破坏。对柱而言，长细比越大，受压后越容易发生纵向弯曲而导致失稳，构件承载力降低越多，材料强度不能充分利用，因此对于一般建筑物中的柱，常限制长细比L/B < 30及L/H ( 25:
[0022]L-柱的计算长度，B-矩形截面的短边尺寸，H-矩形截面的长边尺寸。
[0023]结合天津地区已完成的港口高桩码头工程,若采用650mm X 650mm的预应力混凝土空心方桩，按照嵌固点法计算，长细比为:5万吨级码头一般不超过24.0，7万吨级码头一般不超过25，10万吨级码头一般不超过26。若将预应力混凝土空心桩边长提升到680~750mm,同样按照嵌固点法计算，其长细比均有所下降:5万吨级码头一般不超过22，7万吨级码头一般不超过23，10万吨级码头一般不超过24。
[0024]由以上计算结果分析，若采用大尺度预制预应力混凝土空心桩，桩的长细比均可控制在25以内，此值基本接近目前已建高桩码头桩基的长细比。
[0025]2)抗弯承载能力
[0026]在保持配筋不变的情况下，650mmX650mm的预应力混凝土空心方桩的强度弯矩为637KN.m，抗裂弯矩为485KN.m ;当桩的断面边长加大到680~750mm后，预应力混凝土空心桩的强度弯矩可提升到681~751KN.m，抗裂弯矩提升到517~570KN.m。
[0027]3)抗压承载能力
[0028]在保持配筋不变的情况下按轴心受压构件计算650mmX650mm的预应力混凝土空心方桩:应用于5万吨级码头时，其桩身结构能够抵抗的单桩轴向承载能力设计值(压承载)为6240KN ;应用于7万吨级码头时，其桩身结构能够抵抗的单桩轴向承载能力设计值(压承载)为6160KN ;应用于10万吨级码头时，其桩身结构能够抵抗的单桩轴向承载能力设计值(压承载)为6010KN。计算大尺度预应力混凝土空心桩，应用于5万吨级码头时，其桩身结构能够抵抗的单桩轴向承载能力设计值(压承载)为7645~8432KN ;应用于7万吨级码头时，其桩身结构能够抵抗的单桩轴向承载能力设计值(压承载)为7460~8228KN ;应用于10万吨级码头时，其桩身 结构能够抵抗的单桩轴向承载能力设计值(压承载)为7276~8025KN。
[0029]由以上计算结果可知，在保持配筋不变的情况下，若采用大尺度预应力混凝土空心桩，其结构承载力较650mmX650mm预应力混凝土空心方桩可提高25%左右，基本介于650mmX650m预应力混凝土空心方桩和管桩的承载能力之间，但比管桩更为经济，且场地污染小、易于堆放；在保证单桩轴向承载能力大致相同的情况下，大尺度预应力混凝土空心桩的截面配筋率较650mmX650mm预应力混凝土空心方桩可有所减少，更为方便节约，从而加快施工进度、缩短工期。
[0030](2)单桩垂直极限承载力
[0031]单桩垂直极限承载力设计值按下式计算
[0032]
【权利要求】
1.一种边长为680?750mm的预制预应力混凝土空心桩，所述空心桩的桩身为桩顶实心部分、中间为圆形或椭圆形空心部分、桩底实心部分，其特征是:该预制空心桩外形截面为边长680?750mm的矩形,方形或多边形,所述中间圆形或椭圆形空心部分的直径或椭圆形长轴尺寸为350?400mm，所述桩底实心部分底部的钢筋混凝土桩尖外形呈渐变收缩的实心台体形状，实心台体底部设有钢筋混凝土桩尖。
2.根据权利要求1所述的边长为680?750mm的预制预应力混凝土空心桩，其特征是:所述桩顶实心部分和桩底实心部分内填充有混凝土，桩顶实心部分长度大于桩底实心部分长度。
【文档编号】E02D5/58GK203808061SQ201420123259
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年3月19日 优先权日:2014年3月19日
【发明者】赵娟, 刘彦忠, 朱子平, 米刘芳, 陈德旺, 杨艳静, 廉立虎 申请人:中交第一航务工程勘察设计院有限公司