先张法预应力混凝土异型桩发展概况与分析

编者按：随着我国经济建设的不断发展，预应力混凝土异型桩产品日益增多，但之前我国的三角形桩、六边形桩、齿形桩、锥形管桩、八角形桩等异型桩一直没有国家、行业和地方标准。根据国家标准化管理委员会国标委综合[2009]59号“关于下达2009年第一批国家标准制、修订计划的通知”，国家标准《先张法预应力混凝土异型桩》被列入2009～2011年度国家标准制定计划（序号：816，计划编号：20090816-Q-609），该标准由苏州混凝土水泥制品研究院负责起草。为了做好该标准的制定工作，苏州混凝土水泥制品研究院组织行业有关专家和企业技术人员组成标准起草工作组，并进行了与该标准制定工作有关资料的收集和调研工作。2014年12月5日，国家标准化管理委员会第27号国标发布公告，正式批准发布《先张法预应力离心混凝土异型桩> (GB31039-2014)（序号：153，批准日期：2014年12月5日，实施日期：2015年12月1日）。本文是他们的调研情况及综合分析，供业内人士参考。

匡红杰 朱群芳 徐祥源

（苏州混凝土水泥制品研究院有限公司、江苏省高耐久混凝土工程技术研究中心）

一、国外情况

先张法预应力混凝土桩包括管桩，方桩及各种变截面桩（即异型桩）。混凝土管桩在国外的应用已有近百年的历史，近50年来发展很快，特别是预应力技术和高强混凝土技术的应用，管桩产品越来越受到重视。在1968年9月召开的预应力混凝土制品国际会议上，管桩已被列为国际上四种主要的预应力混凝土制品之。目前，管桩已扩展为PC桩、PHC桩、钢管混凝土桩（简称SC桩）、扩底PHC桩（简称ST桩，大头桩）、带节PHC桩（简称竹节桩）、增强型PHC桩（简称PRC桩）、PRC竹节桩、部分预应力PHC桩、部分预应力竹节桩等。日本是地震多发国，也是国际上生产使用预应力混凝土桩最多的国家，本次调研国外的情况主要以日本为主。

（一）管桩及其他预应力桩的生产情况

日本早在1934年就开始制造离心钢筋混凝土管桩（简称RC桩），1962年又开发了预应力混凝土管桩（简称PC桩），在开发初期采用先张法和后张法两种生产工艺，后来以先张法生产工艺为主。异型预应力钢棒（简称ULBON钢棒）的开发应用，进一步促进了管桩的发展。1970年日本又开发了预应力离心高强混凝土管桩（简称PHC桩）。由于日本冬季气候寒冷，又是个地震多发国家，为了增加产品的抗寒性能及抗地震性能，1972年开发了钢管混凝土桩（简称SC桩），这种桩型具有很好的承受侧向剪切力和轴向承载力的作用，对地震多发的日本较为适用。为了增大桩身摩阻力和桩端承载能力，以适应软土地基桩基的使用，1977年开始生产降低负摩擦力桩；1979年开始生产扩底PHC桩（简称ST桩）；1981年开始生产带节PHC桩（简称竹节桩）。由于钢管混凝土桩成本较高，1983年又开发了增强型离心混凝土桩（简称PRC桩）和PRC竹节桩。此外，美国等国家大量使用八角形预应力混凝土桩。

在预应力混凝土桩的生产过程中，为了提高混凝土强度，在混凝土搅拌过程中掺人高效减水剂；离心成型后，先用常蒸压汽养护（最高温度为70℃），至混凝土达到一定强度后脱模，再用蒸压养护( 0.8MPa—1.OMPa，180℃，9h—15h)，混凝土抗压强度可达78.4MPa~ 90．OMPa。在混凝土搅拌过程中掺人部分磨细矿物料（等量替代20%—35%的水泥），可提高混凝土强度，降低生产成本，提高PHC桩的质量。随着高强混凝土生产技术的发展，目前日本在管桩生产中掺入活性掺和料和高效减水剂，并采用常蒸压汽养护生产出优质的预应力混凝土桩（即免蒸压工艺）。

（二）标准制定情况

1968年，日本正式发布实施工业标准《先张法预应力离心混凝土管桩》(JIS A 5335)。1982年，制订了日本工业标准《先张法预应力离心高强混凝土管桩》(JIS A 5337)。1987年，日本对JIS A 5335和JIS A 5337两项标准进行了修订。1993年，日本又对JIS A 5337标准进行修订，并且采纳了1990年6月1日日本工业标准调查委员会标准会议的决议——“关于在日本工业标准中引入国际单位制( SIO)的方针”，在标准中增加了采用国际单位制(SIO)的预告规定，1993年以后，日本几乎没有生产PC桩，因此，自JIS A 5337-1993颁布之日起，JIS A 5335标准就予以废止。1995年4月1日起日本对JIS A 5337标准再次进行修订，将“原有单位及数值”改换成“SIO单位及数值”，形成了日本工业标准JIS A 5337-1995，

2000年，日本对工业标准JIS A 5337-1995进行了修订，并将竹节桩、PRC桩、ST桩并入其中，成为《预制预应力混凝土制品》( JiS A 5373-2000)，此标准将PC桩、PHC桩、ST桩列为Ⅰ类桩，将竹节桩、PRC桩、PRC竹节桩列为Ⅱ类桩，同时规定“Ⅰ类桩按标准执行，Ⅱ类桩的性能与技术要求可根据供需双方协议确定”，因此，对于生产Ⅱ类桩的企业，一般都自行制定自己的企业标准，除产品形状结构外，产品的性能与技术要求基本参照JIS A 5373。2004年和2010年日本又对工业标准JIS A 5373-2000进行了两次修订，最新标准为《预制混凝土制品》(JISA 5373-2010)。JIS A 5373-2010标准加入了竹节桩定义，将其列入Ⅰ类桩，并对竹节桩的性能及技术要求进行了规定。

（三）预应力管桩及其他桩的应用情况

1995年，日本南部阪神地区发生强烈地震，日本有关部门对地震后建筑物的基础进行了调查，发现使用PHC桩作基础的建筑物的破坏程度明显较采用其他基础要小得多，采用现场灌注桩基础的建筑物的破坏程度特别严重。由此表明，PHC桩在建筑物基础的抗震方面有很大优势，为了进一步提高建筑物的抗震性能，减少地震对建筑物的破坏程度，目前日本在桩基设计中大量采用配桩技术，即：下部采用PHC桩、竹节桩、ST桩，上部采用PRC桩或PRC竹节桩或SC桩。

二、国内情况

（一）国内管桩及异型桩的生产基本情况

我国从20世纪50年代开始试生产预应力混凝土管桩，当时主要用于铁道桥梁工程的基础建设，在结构上主要考虑疲劳强度和瞬间冲击疲劳，同时较多考虑侧向作用力，这些管桩在使用上大多以摩擦桩为主。1959年，丰台桥梁厂与唐山铁道学院合作开发了直径φ550mm的后张法预应力混凝土管桩（即雷蒙特桩），后又研制出先张法预应力混凝土管桩（即PC桩）。20世纪70年代，交通部三航局也设计研制出大直径的雷蒙特桩，用于港工工程。此外，交通部三航局又设计开发了预应力混凝土八角型桩（以振动方式成型），以此来部分代替预应力空心方桩。20世纪80年代以来，特别是在宝山钢铁厂建设中，由于大量使用日本引进的钢管桩，不仅造价高，耐久性也差。为了适应港工建设发展的需要，1987年，交通部三航局混凝土预制构件厂从日本全套引进PHC桩生产线，管桩的主要规格为中600~φlOOOmm。20世纪80年代末至90年代初，随着改革开放和经济建设的发展，预应力混凝土管桩开始大量从铁道系统扩大到工业与民用建筑、冶金、港口、公路等领域。在长江三角洲和珠江三角洲地区，由于地质条件较适合管桩使用的特点，随着建筑规模的不断发展，管桩的需求量猛增，从而迅速形成一个新的产业。据不完全统计，目前全国约有500余家管桩厂，主要分布在广东、上海、浙江、江苏等25个省、市、自治区。而且，随着人们对管桩产品认识的提高，管桩生产发展正由南向北、由沿海向沿江、沿湖地区发展。

针对温州地区软土地基的特点，为提高软土基础的桩基承载能力，2002年，温州华山管桩制造有限公司与瑞安市建筑设计院合作，在管桩桩身加装钢制凸缘（竹节桩的雏形），以验证其承载能力，取得成功，并开始试制预应力混凝土竹节桩。2003年，浙江天海管桩有限公司开始研制机械接头桩身带肋的无端板管桩，取名为增强型预应力混凝土离心桩，2004年应用于实际工程，目前已日趋成熟。2003年，云南云盛达建筑工程有限公司针对软土地基管桩承载能力不能得到发挥，且挤土效应严重的问题，开始探索研制新型桩型，先后研制了三角形、十字形、六边形、齿形（桩身截面正方形和圆形两种）等预应力离心混凝土桩。2004年前后，哈尔滨天合混凝土制品有限公司利用锥形电杆钢模，采用预应力混凝土用钢棒和管桩生产工艺，生产锥形管桩，经施工验证，承载能力较常规管桩大大提高。2008年，上海兴南混凝土有限公司和日本公司合作，采用日本JIS A 5373标准和会泽株式会社企业标准在中国生产竹节管桩，生产中掺入硅灰等矿物掺和料，采用免蒸压工艺，桩身混凝土强度达90MPa以上，目前全部用于出口。2011年，浙东建材集团采用预应力管桩生产工艺开发生产竹节桩和大头竹节桩，取名为静钻根植先张法预应力混凝土竹节桩，引用标准为GB 13476-2009，并开发了引孔植桩法（取名为静钻根植工法）施工工艺。2012年，连云港东浦管桩有限公司研制开发了八角形预应力离心混凝土桩。

（二）有关标准的制订情况

20世纪80年代后期，我国从日本引进了一些管桩生产装备，使用范围由过去单一的铁道系统，逐步向其他行业发展。为了使管桩得到很好的推广使用，1989年苏州混凝土水泥制品研究院会同有关单位（共11家）起草了《先张法预应力混凝土管桩》国家标准，并于1990年通过了专家审议，该项标准在1992年6月正式发布，1993年3月实施，标准编号为GB13476-92，该标准为国家强制性标准。1999年和2009年，苏州混凝土水泥制品研究院会同有关单位对GB13476进行了两次修订，目前《先张法预应力混凝土管桩》的标准号为GB13476-2009，于2009年3月28日正式发布，2010年3月1日实施。

2008年，浙江省颁布了浙江省建筑标准设计《增强型预应力混凝土离心桩》图集（2008浙G32），2008年12月17日批准，2008年12月25日实施。

2009年，江苏省颁布了江苏省工程建设标准设计《增强型预应力混凝土离心桩》图集（苏G19-2009）2009年10月16日批准，2009年11月1日实施。

2010年6月，云南省齿形桩技术规程开始编制，目前已进入审议阶段。

2012年，浙江省颁布了浙江省建筑标准设计《静钻根檀先张法预应力混凝土竹节桩》图集（2012浙G37）2012年月10日批准，2012年4月1日实施。

江苏省八角形预应力离心混凝土桩图集正在编制中。

三、调研分析及结语

(1)为了适应以摩擦力为主的软土地基桩基的使用，日本大量应用竹节桩、ST桩、PRC竹节桩等变截面混凝土桩，改善了桩身与桩周土的结合性能，增大了桩身摩阻力和桩端承载能力，并采用引孔植桩技术，避免了挤土效应，保证了桩身混凝土结构，提高了桩的耐久性能。

(2)对于竹节桩、ST桩、PRC竹节桩等变截面混凝土桩，日本在JIS标准中采用了不同的表述方式，最新修订的标准对竹节桩的分类作了调整，对其定义、形状、尺寸、尺寸偏差、标记等进行了明确的说明。对于生产Ⅱ类桩的企业，一般都自行制定自己的企业标准，除产品形状结构外，产品的性能与技术要求基本参照JIS A5373。

(3)近10年来，我国对适合摩擦力为主的软土地基使用的桩基进行了大量探索，研制开发了不同外形的变截面混凝土桩，如增强型预应力混凝土离心桩、静钻根植先张法预应力混凝土竹节桩、三角形桩、六边形桩、齿形桩、锥形管桩、八角形桩等，这些品种桩的出现，给设计部门提供了选择的空间。

(4)增强型预应力混凝土离心桩、静钻根植先张法预应力混凝土竹节桩、三角形桩、六边形桩、齿形桩、锥形管桩、八角形桩等虽然形状各异，规格较多、性能差异较大，但都是采用预应力混凝土管桩的生产工艺成型，具有离心制品的特点，可以采用统一的标准对产品的外观质量、混凝土强度、力学性能、试验方法等进行规范，使生产、检验有标可依。

(5)增强型预应力混凝土离心桩、静钻根植先张法预应力混凝土竹节桩、三角形桩、六边形桩、齿形桩、锥形管桩、八角形桩等产品至今没有国家、行业和地方标准，不利于生产企业对产品质量的控制和验收，也给产品的推广应用带来了限制，虽然一些省出台了地方设计图集，但只是针对设计部门选用而编制的。因此，急需制定一部国家标准进行规范，以保证这些异型桩的产品质量，促进异型桩的推广应用和行业的健康发展。

相关链接：异型桩术语

先张法预应力离心混凝土异型桩( pretensioned spunconcrete special-shaped piles)：桩身横截面外轮廓为非圆形、非正方形或长度方向为非等截面的离心工艺成型的先张法预应力混凝土桩（简称异型桩）。

先张法预应力离心混凝土竹节桩( pretensioned spundoncrete knot piles)：桩身沿轴线方向有等间隔竹节状（环状）突起的环形截面的离心工艺成型的先张法预应力混凝土桩（简称竹节桩）。

先张法预应力离心混凝土带肋竹节桩( pretensionedspun concrete ribbed knot piles)：桩身带有纵向肋状突起的竹节桩（简称带肋竹节桩）。

先张法预应力离心混凝土八角桩(pretensioned spunconcrete octagonal piles)：桩身横截面外轮廓为八角形的离心工艺成型的先张法预应力混凝土桩（简称八角桩）。

先张法预应力离心混凝土六角桩(pretensioned spunconcrete hexagonal piles)：桩身横截面外轮廓为六角形的离心工艺成型的先张法预应力混凝土桩（简称六角桩）。

先张法预应力离心混凝土扩头桩( pretensioned spunconcrete step tapered piles)：一端端部直径变大的离工艺成型的先张法预应力混凝土桩（简称扩头桩）。