预应力混凝土空心方桩
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(1) 桩基竖向承载力计算
Quk Qsk Qpk u qsikli qpk Aj An
-桩端土塞效应系数，其计算公式如下，采用封闭桩尖时取值为1。
当 hb / d 5 时， 0.16hb / d
当 hb / d 5 时， 0.8
敞口部分的端阻力类似于钢管桩的承载机理，引入入桩端土塞效应 系数，借鉴《建筑桩基技术规范》钢管桩的公式。
当 0.5 con / f ptk 0.7 时， l4 0.125 con / f ptk 0.5 con
当 0.7 con / f ptk 0.8 时， l4 0.2 con / f ptk 0.575 con
(5) 混凝土收缩和徐变引起的预应力损失 l5
l5
45
280
问题
沉桩过程中拉应力的产生原因，静压法为什么 会减小拉应力？
参考文献
[1] 朱建舟.节能型预应力混凝土空心方桩的特性与应用. 交流平台[J]，2006. [2] 王广宇. 预应力混凝土空心方桩成套技术研究. 中国建筑科学研究院博士
学位论文，2007. [3] 徐至钧, 李智宇. 预应力混凝土管桩基础设计与施工. 北京机械工业出版
社, 2005 [4] 方育平. 预应力混凝土空方桩的力学性曲线. 河港工程[J]，1995
pc
fc'u
115
pc pt l3 l4
Ap Ac
(6) 预应力钢筋的有效拉应力 pe
pe pt l3 l 4 l5
(7) 混凝土有效预压应力 ce
ce
pe
Ap Ac
2.2 桩基竖向承载力和桩身结构承载力设计计算
对于计算桩的承载力一般采用“土壤力学方法”，它的基本原理是:桩对下压 荷载的总抗力等于表面摩擦力和底端抗力两个分量之和。参考文献估算方 法是桩基规范采用的经验参数法，即根据土的物理指标与承载力参数之间 的经验关系确定单桩竖向极限承载力标准值。
外截面为 方形比圆 形更适宜
堆放
预应力混凝土空心方桩
相同的截面积，空心方桩比 管桩的截面惯性矩大些
截面的外 周长一般 比相同截 面积的管 桩的周长
大
3.设计计算方法
预应力损失
张拉端锚具变形和 钢筋内缩
混凝土蒸汽养护
预应力钢筋的应力 松弛
混凝土的收缩和徐 变
桩基竖向承载力 桩身结构承载力
桩基竖向承载力
桩身结构受压承载 力
桩身结构受拉承载 力
抗裂弯矩 抗弯弯矩
抗裂弯矩 抗弯弯矩
2.1 预应力损失的计算
参考文献参考了《混凝土结构设计规范》以及《先张法预应力混凝土管桩》 中的有关条文，本文对于空心方桩的预应力损失和有效预压应力的计算进 行研究得出以下公式。
(1)张拉端锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失 l1
l1
a l
Es
(2) 放张之后的预应力钢筋的拉应力 pt
pt
pi
1 n ' Ap
pi con Ac l1
(3) 混凝土蒸汽养护引起的预应力损失 l3
此项预应力损失值理论上为零,实际计算中，一般考虑此项损失的 数值为15-40Mpa。
(4) 低松弛预应力钢筋应力松弛引起的预应力损失 l 4
(2)桩的抗弯弯矩计算
根据空心方桩的特点提出了几点假定条件:
(l)受压区预应力钢筋不参与抗弯;
(2)受拉区钢筋全部达到屈服;
(3)受拉区的混凝土不参加工作;
(4)当混凝土受压区高度小于2a'
时取为
2a',
a
'
表面受压边缘的距离;
(5)桩截面配筋率适中或较低，但不宜小于0.35%；
(6)预应力钢筋设计强度值不考虑材料分项系数。
N p f py Ap
桩身结构受拉承载力设计值要不小于相应于承载能力极限状态下荷载 效应组合单桩所受的竖向拉力设计值。
桩身不允许开裂的情况下，受拉承载力还应进行如下计算
Npk ce ftk A
3. 抗裂弯矩和抗弯弯矩的设计计算
(1)抗裂弯矩计算
Mcr ce 1 2 ftk 3W0
1 fc Dx f py Ap
Mu
f
py
Api
hi
x 2
4.继续研究内容和问题
复杂受力状态分析
以上的公式仅是在轴心受压，轴心受拉及纯弯作用下预应 力混凝土空心方桩的强度条件和抗裂条件值，但对于预应 力混凝土空心方桩在其他复杂状态下如偏心受压，偏心受 拉等情况，则就不知道强度条件和抗裂条件值，这就对 于设计或施工中判断桩在复杂的受力状态下是否满足强度 和刚度条件带来困难。因此通过对各种受力状态：偏心受 压、偏心受拉、轴心受压、轴心受拉和弯矩进行强度条件 和刚度条件的分析，得出了桩在各种受力状态下的力学性 能曲线，供设计和施工参考。
混凝土的等级强度及混凝土承载面的大小
HKFZ
KFZ 预应力 混凝土 空心方桩
TKFZ
KFZ-----预应力混凝 土空心方桩
HKFZ---预应力高强 混凝土空心 方桩
TKFZ---薄壁预应力 混凝土空心 方桩
2.优点
1
2
3
桩身适宜 的有效预
压应力
桩是空心 的、开口
的
静压法施 工
空心方桩
管桩
空心方桩比管桩有三点优越性:
(2) 桩身结构受压承载力设计值计算 桩身结构受压承载力就是桩身最大允许轴向承压力。
Rp 0.85 fc ce A
桩身结构受压承载力设计值要不小于相应于承载能力极限状态下荷载 效应基本组合单桩所受的竖向压力设计值。当桩身结构受压承载力与 桩土协同工作承载力相近时，桩的设计最经济。
(3) 桩身结构受拉承载力设计值计算
Contents
1
简介ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2
优点
3 设计计算方法
4 继续研究内容和问题
1.简介
❖ 预应力混凝土空心方桩是专业工厂采用先张法预 应力、离心成型和蒸汽养护等工艺制成的一种细 长的外方内圆等截面预制混凝土构件，运至工地 接长并沉入地下成为建(构)筑物的基础。
❖ 其适用的地层为流塑、软塑状态的软弱地基，持 力层宜为粘土层、砂层、深埋基岩，以及强风化 岩层或风化残积土层较厚的地层，尤其适用于软 弱土层较厚的地基。
配套工作
新材料
新工艺
新技术
空心方桩的价 格、沉桩费用 的组成需补充 定额;依据产品 标准，完善国 家级或省一级 的图集，图集 要有权威性。
磨细石英砂、 磨细洁净建筑 砂、优质粉煤 灰、碎石砂
离心成形混凝 土空心方桩的 无浮浆工艺和 离心混凝土余 浆的综合利用
沉桩机械的开 发，既可实施 端部前置式液 压又可中心顶 压
Quk Qsk Qpk u qsikli qpk Aj An
-桩端土塞效应系数，其计算公式如下，采用封闭桩尖时取值为1。
当 hb / d 5 时， 0.16hb / d
当 hb / d 5 时， 0.8
敞口部分的端阻力类似于钢管桩的承载机理，引入入桩端土塞效应 系数，借鉴《建筑桩基技术规范》钢管桩的公式。
当 0.5 con / f ptk 0.7 时， l4 0.125 con / f ptk 0.5 con
当 0.7 con / f ptk 0.8 时， l4 0.2 con / f ptk 0.575 con
(5) 混凝土收缩和徐变引起的预应力损失 l5
l5
45
280
问题
沉桩过程中拉应力的产生原因，静压法为什么 会减小拉应力？
参考文献
[1] 朱建舟.节能型预应力混凝土空心方桩的特性与应用. 交流平台[J]，2006. [2] 王广宇. 预应力混凝土空心方桩成套技术研究. 中国建筑科学研究院博士
学位论文，2007. [3] 徐至钧, 李智宇. 预应力混凝土管桩基础设计与施工. 北京机械工业出版
社, 2005 [4] 方育平. 预应力混凝土空方桩的力学性曲线. 河港工程[J]，1995
pc
fc'u
115
pc pt l3 l4
Ap Ac
(6) 预应力钢筋的有效拉应力 pe
pe pt l3 l 4 l5
(7) 混凝土有效预压应力 ce
ce
pe
Ap Ac
2.2 桩基竖向承载力和桩身结构承载力设计计算
对于计算桩的承载力一般采用“土壤力学方法”，它的基本原理是:桩对下压 荷载的总抗力等于表面摩擦力和底端抗力两个分量之和。参考文献估算方 法是桩基规范采用的经验参数法，即根据土的物理指标与承载力参数之间 的经验关系确定单桩竖向极限承载力标准值。
外截面为 方形比圆 形更适宜
堆放
预应力混凝土空心方桩
相同的截面积，空心方桩比 管桩的截面惯性矩大些
截面的外 周长一般 比相同截 面积的管 桩的周长
大
3.设计计算方法
预应力损失
张拉端锚具变形和 钢筋内缩
混凝土蒸汽养护
预应力钢筋的应力 松弛
混凝土的收缩和徐 变
桩基竖向承载力 桩身结构承载力
桩基竖向承载力
桩身结构受压承载 力
桩身结构受拉承载 力
抗裂弯矩 抗弯弯矩
抗裂弯矩 抗弯弯矩
2.1 预应力损失的计算
参考文献参考了《混凝土结构设计规范》以及《先张法预应力混凝土管桩》 中的有关条文，本文对于空心方桩的预应力损失和有效预压应力的计算进 行研究得出以下公式。
(1)张拉端锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失 l1
l1
a l
Es
(2) 放张之后的预应力钢筋的拉应力 pt
pt
pi
1 n ' Ap
pi con Ac l1
(3) 混凝土蒸汽养护引起的预应力损失 l3
此项预应力损失值理论上为零,实际计算中，一般考虑此项损失的 数值为15-40Mpa。
(4) 低松弛预应力钢筋应力松弛引起的预应力损失 l 4
(2)桩的抗弯弯矩计算
根据空心方桩的特点提出了几点假定条件:
(l)受压区预应力钢筋不参与抗弯;
(2)受拉区钢筋全部达到屈服;
(3)受拉区的混凝土不参加工作;
(4)当混凝土受压区高度小于2a'
时取为
2a',
a
'
表面受压边缘的距离;
(5)桩截面配筋率适中或较低，但不宜小于0.35%；
(6)预应力钢筋设计强度值不考虑材料分项系数。
N p f py Ap
桩身结构受拉承载力设计值要不小于相应于承载能力极限状态下荷载 效应组合单桩所受的竖向拉力设计值。
桩身不允许开裂的情况下，受拉承载力还应进行如下计算
Npk ce ftk A
3. 抗裂弯矩和抗弯弯矩的设计计算
(1)抗裂弯矩计算
Mcr ce 1 2 ftk 3W0
1 fc Dx f py Ap
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hi
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4.继续研究内容和问题
复杂受力状态分析
以上的公式仅是在轴心受压，轴心受拉及纯弯作用下预应 力混凝土空心方桩的强度条件和抗裂条件值，但对于预应 力混凝土空心方桩在其他复杂状态下如偏心受压，偏心受 拉等情况，则就不知道强度条件和抗裂条件值，这就对 于设计或施工中判断桩在复杂的受力状态下是否满足强度 和刚度条件带来困难。因此通过对各种受力状态：偏心受 压、偏心受拉、轴心受压、轴心受拉和弯矩进行强度条件 和刚度条件的分析，得出了桩在各种受力状态下的力学性 能曲线，供设计和施工参考。
混凝土的等级强度及混凝土承载面的大小
HKFZ
KFZ 预应力 混凝土 空心方桩
TKFZ
KFZ-----预应力混凝 土空心方桩
HKFZ---预应力高强 混凝土空心 方桩
TKFZ---薄壁预应力 混凝土空心 方桩
2.优点
1
2
3
桩身适宜 的有效预
压应力
桩是空心 的、开口
的
静压法施 工
空心方桩
管桩
空心方桩比管桩有三点优越性:
(2) 桩身结构受压承载力设计值计算 桩身结构受压承载力就是桩身最大允许轴向承压力。
Rp 0.85 fc ce A
桩身结构受压承载力设计值要不小于相应于承载能力极限状态下荷载 效应基本组合单桩所受的竖向压力设计值。当桩身结构受压承载力与 桩土协同工作承载力相近时，桩的设计最经济。
(3) 桩身结构受拉承载力设计值计算
Contents
1
简介ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2
优点
3 设计计算方法
4 继续研究内容和问题
1.简介
❖ 预应力混凝土空心方桩是专业工厂采用先张法预 应力、离心成型和蒸汽养护等工艺制成的一种细 长的外方内圆等截面预制混凝土构件，运至工地 接长并沉入地下成为建(构)筑物的基础。
❖ 其适用的地层为流塑、软塑状态的软弱地基，持 力层宜为粘土层、砂层、深埋基岩，以及强风化 岩层或风化残积土层较厚的地层，尤其适用于软 弱土层较厚的地基。
配套工作
新材料
新工艺
新技术
空心方桩的价 格、沉桩费用 的组成需补充 定额;依据产品 标准，完善国 家级或省一级 的图集，图集 要有权威性。
磨细石英砂、 磨细洁净建筑 砂、优质粉煤 灰、碎石砂
离心成形混凝 土空心方桩的 无浮浆工艺和 离心混凝土余 浆的综合利用
沉桩机械的开 发，既可实施 端部前置式液 压又可中心顶 压