预应力管桩水泥土复合挡墙支护技术(简称PCMW工法)采用PHC管桩作为挡土构件,其抗弯刚度的合理选取对设计结果和支护安全影响较大。本文引入刚度降低系数,通过开展PHC管桩和钻孔桩的抗弯刚度对比分析研究,建立了面向设计的PHC管桩抗弯刚度和弯矩取值原则;结合工程实例,验证了PHC管桩抗弯刚度计算方法的适用性。研究结果表明:由于预应力的存在,使得预应力管桩开裂后的刚度衰减速度远低于钻孔灌注桩;采用本文推荐的PHC管桩抗弯刚度方法得到的计算结果与基坑监测结果规律性吻合良好。

对浅部有深厚密实砂层的静压PHC管桩的竖向承载力进行了系列试验研究,包括对常规静压桩分别进行静载和休止后复压静载试验、对用不同水泥土引孔工艺的8根静压PHC管桩进行竖向静载试验、对12根桩进行高应变动力测试等。研究结果表明,采用改进工艺的水泥土引孔技术能使桩基竖向承载能力大幅度提高,可有效减少桩长,节约费用,且压桩力显著降低,施工便捷。此外,低应变动载测试表明,桩身完整性良好、施工质量可靠。

基于泵送工艺生产PHC管桩对混凝土的技术要求,研究并探讨了矿物掺合料的种类、混凝土水胶比、含气量以及外加剂对混凝土的和易性和蒸养强度的影响,提出了满足PHC管桩泵送生产的混凝土关键原材料的选择及技术指标控制范围。

研究了钢纤维(SF)、聚丙烯纤维(PP)和聚乙烯醇纤维(PVA)对免压蒸PHC管桩用混凝土的力学性能及抗冲击性能的影响。结果表明:PP纤维、PVA纤维和SF的加入提高了混凝土的抗压强度和抗折强度,其中,SF的提升效果最大,平均抗压强度高出空白组15MPa,PP纤维和PVA纤维的提升效果不太明显;SF的加入大大提高了蒸养混凝土平板的抗冲击性能,PP纤维的加入对抗冲击性能也有一定程度的提高,PVA纤维略微降低了混凝土平板的抗冲击性能;SF混凝土板的抗冲击性能随W/C变化不大,其他纤维混凝土板的抗冲击性能随W/C增加而降低。

论述了PHC管桩采用蒸养-蒸压两次养护工艺的利和弊,并对当前我国采用该工艺和取消蒸压养护工艺所存在的问题进行了商讨。

将PHC管桩生产过程中蒸压釜冷凝水以一定比例替代混凝土搅拌用水,试配C80新拌混凝土,测定新拌混凝土的工作性和蒸养混凝土抗压强度及蒸压混凝土抗压强度。试验结果表明,用蒸压釜冷凝水制备的新拌混凝土,其混凝土坍落度可以满足管桩生产要求,蒸养混凝土强度可以达到60MPa以上,蒸压混凝土强度达到80MPa以上,分析了冷凝水配制混凝土强度增长的机理。

为解决在较厚粉砂夹层及硬层等特殊地质条件下应用静压法沉桩会出现爆桩、沉桩困难等问题,结合工程实例,提出了三种解决方案。通过对技术、经济、工期进行对比论证得出,提高管桩桩身抗压承载力的方式为最优选择。经检测,管桩各项技术指标均满足设计要求。

介绍了机制砂的干、湿法生产工艺,试验研究了机制砂用在管桩混凝土中的可行性,并对该类混凝土配合比进行了优化。此外,结合工厂实际生产现状,讨论了机制砂在PHC管桩工程中的应用情况,并指出采用机制砂来生产PHC管桩具有较好的经济效益和社会效益。

为掌握PHC管桩混凝土的耐久性能,对比研究了C80蒸压和免蒸压管桩混凝土及C105蒸压和免蒸压管桩混凝土的抗氯离子渗透性能、抗硫酸盐侵蚀性能及抗冻性能,并对改善C80蒸压管桩混凝土的耐久性能进行了探讨。

对比了钻孔灌注桩与PHC管桩在性价比、施工质量可控性及对环境影响方面的差异,着重分析了PHC管桩与钻孔灌注桩的力学性能差异,同时还对比了在相同轴向承载力的情况下,PHC管桩与钻孔灌注桩在原材料消耗成本、施工制作成本方面的不同。结果表明,在公路、铁路、水利等相关工程中,用PHC管桩替代钻孔灌注桩,不但可以节省25%~40%的工程造价,而且PHC管桩的施工质量可控性远高于钻孔灌注桩,对周边环境的负面影响也远小于钻孔灌注桩。