I love Concrete 点击上方蓝字关注我们李全民1 王夫华21. 中国新型建材设计研究院有限公司南京分公司2. 中机国能（广西）能源科技有限公司摘要：介绍了预应力混凝土管桩（方桩）在预应力张拉工艺中，所产生的预应力损失原因、计算方法，探讨相应的防范措施，以供同行参考。
关键词：PHC管桩；预应力损失；计算公式；防范措施高强预应力混凝土管桩代号为PHC（简称PHC管桩），方桩（PHS、HKFZ）具有单桩承载力高、抗弯抗裂性能好、质量稳定可靠、穿透力强、耐久性好、桩身耐锤击性好、施工方便快捷、低噪声、无污染、运输吊装方便、造价便宜等特点，近年来在工程中被广泛运用。
目前由于生产中存在配筋率功能材料高、壁厚偏厚现状，预应力张拉力不足损失系数较高普遍在0.7～0.8，某些品种比如B级以上PHC损失系数更大一些，导致管桩（方桩）混凝土预压应力不够而预应力不够使得抗弯性能降低、混凝土开裂、耐久性差等问题发生。
究其原因，是因为质量事前事中和事后控制不到位，预应力值计算和设置欠合理为此，从实际操作和理论上分析预应力混凝土管桩（方桩）在预应力张拉工艺中，所产生的预应力损失原因和计算方法，研究预应力损失防范应对措施，是必要的。
1 常见几种预应力损失形式为了更恰当的按照国标GB 50010《混凝土结构设计规范》进行预应力损失的计算，就要对高强预应力混凝土管桩（PHC桩）、方桩（PHS、HKFZ）的预应力功能材料损失有个较全面的了解，首先讨论一般预应力混凝土构件（制品）的预应力损失有哪几部分构成，以及高强预应力混 凝土管桩（PHC桩）、方桩（PHS、HKFZ）在这几部分预应力损失中，哪些是有的哪些是没有的，以及哪些与一般预应力构件不同。
一是预应力筋和构件孔道壁的摩擦引起的预应力损失这项预应力损失一般在后张法中有可能存在，作为先张法的管桩则不存在二是加热养护时，预应力筋和支承结构（台座或模具）之间的温差引起的预应力损失σ12这个“温差”引 起的预应力损失问题，有关文献阐述了很好的意见，这里不再赘述。
如果有也仅存在于先张法工艺中三是混凝土徐变（蠕变）和收缩引起的预应力损失混凝土的徐变和收缩引起的预应力损失功能材料，无论是先张法还是后张法均有，而且占总预应力损失的比重较大，先张法的损失大于后张法的如果减少该种损失，主要的措施：（1）选用优质材料，材料质量好才能徐变小；（2）改善配合比，水泥用量少，水灰比小才能徐变小；（3）强化制造工艺，用强化工艺配合（包括有效的搅拌、振捣和成型工艺），提高密实度，加强养护；（4）提高放张时混凝土强度。
研究资料表明，应力／强度比小者徐变小（5）制品的干湿条件也会影响到σ13的变化，在高湿条件下（例管桩在含水的基础中），预应力会减少50％，在干燥条件下，会增加20％～30％除了上面所说的一般规律外，PHC管桩混凝土经过两次热养护，特别是第二次压蒸养护（压力约1MPa、温度1功能材料80℃左右的饱 和蒸汽）后，从理论上讲，在出釜时混凝土内部的自由水接近于零，管桩混凝土又在高应力条件下，这时真实的管桩混凝土的徐变和收缩为多大，由此引起的σ。
13为多少目前尚无准确数据四是锚夹具引起的预应力损失高强预应力混凝土管桩（PHC桩）、方桩（PHS、HKFZ）在预应力张拉时，存在的原因：（1）张拉大螺母螺牙在应力状态下变形；（2）大螺母和钢端大张拉板之间的间隙及变形；（3）在应力状态下预应力筋镦头在端头板槽孔内的变形及张拉螺丝的受力变形等。
五是预应力钢筋松弛引起的预应力损失，这项预应力损失无论是先张法还是后张法均存在对管桩专用PC钢棒而言，应力松弛的总变化规律亦与一般碳素钢丝相类似六是功能材料缠绕螺旋筋对环形截面构件（制品）的局部挤压引起的预应力损失。
这部分预应力损失一般出现在预应力混凝土压力管绕丝制作过程中，对管桩基本不存在。
2 几种常见预应力损失计算预应力损失计算过程：当计算求得的预应力总损失值少于100MPa时，取100MPa（1）张拉具与钢模的摩擦力引起的预应力损失σ1张拉板及端板由于钢模的变形没有间隙，或者端板与张拉板不同心组装后错位（包括接桩器）；张拉板与钢模内壁有杂物；张拉螺杆与锚固板内孔的摩擦等等，导致张拉时活动的张拉板与钢模间、螺杆与锚固板内孔有摩擦阻力，抵消了部分张拉预应力。
（2）预应力主筋的扭曲引起的预应力损失σ16主要由于管桩方桩的钢筋笼骨架在装配时由于主筋功能材料不在同一直线上、与钢模中心线不平行而发生扭曲；或者由于钢筋笼主筋分布尺寸与端板沉孔尺寸不一致（也即编笼铜盘、牵引板、端板尺寸偏差较大），或者由于散笼螺旋筋倾斜很大（编笼质量和喂料刮散）、混凝土料干没有及时张拉等等，导致主筋内凹不能拉直，从而会引起预应力水平方向受损失。
（3）张拉螺杆弯曲或张拉时不同心引起的预应力损失σ3由于受端板和钢棒的质量、镦头的质量以及张拉操作时的失误等等因素而拉坏钢筋或端板导致螺杆弯曲变形；或者由于螺杆的丝牙损坏，大螺母不能旋转到位采用了不等长的螺丝、垫片垫在大螺母与锚固板之间，使张拉时偏心；或者在张拉时千斤顶没有水平与模具在同一中心线上（单点悬挂式张拉尤为突出、桩头易倾功能材料斜）等等。
（4）张拉端锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失σy1此损失存在的原因是张拉大螺母螺牙在张拉预应力状态下变形、张拉板的变形、大螺母和钢模端大锚固板之间的间隙及变形，在应力状态下预应力钢筋镦头在端头板槽孔内的变形及张拉螺丝的受力变形等。
从实际操作上，一方面我们要尽量保证张拉锚具的刚度强度，另一方面张拉时要稳压（油压表）、伸长量要测量，并且要用扳手工具尽量锁紧大螺母，以减少预应力损失
（5）放张之后的预应力钢筋的拉应力为σpt预应力混凝土管桩、方桩在常压蒸汽养护后放张脱模，松开大螺母，使钢模、张拉锚固板处在自由状态，但是预应力钢筋此时却处于受拉状态。
（6）混凝土蒸汽养护引起的预应力损失σy4功能材料空心方桩、管桩采用先张法预应力模外张拉工艺，预应力钢筋和钢模一起放入蒸汽养护池养护，加热时一起加热，冷却时一起冷却，受张拉的预应力钢筋与受力的钢模之间没有温差，此项预应力的损失理论上为零。
但是，由于钢模的热涨系数与钢筋的热涨系数有一定的区别，而且钢模的刚度好，热变形有限，由于预应力钢筋在90℃左右蒸汽养护中或在180℃左右的高压蒸 汽养护中或多或少会发生金属的蠕变导致预应力钢筋强度损失实际计算中，一般考虑此项损失的数值为15～40MPa。
（7）低松驰预应力钢筋应力松驰引起的预应力损失σl4
（8）混凝土收缩和徐变引起的预应力损失σl5
（9）预应力钢筋的有效拉应力σpe
（10）混凝土有效预应压应力功能材料σce
结论：先张法预应力混凝土管桩、方桩总损失约为20%～24%，配筋率越高损失越大，提高张拉控制应力可以提高钢筋的有效应力，但不能减少预应力损失值由于空心方桩、管桩从生产到植入土体一般不超过几个月时间（搬运、吊装和打桩完成），相比建筑混凝土预应力构件处于抗弯抗剪切几十年的受力状态时间上要短得多，因此预应力损失的计算总体上是偏于安全的。
3 预应力损失的防范措施混凝土养护之前的预应力损失是可以采取相应的措施来降低的，养护之后的预应力损失是无法避免的，但是采取一些应对措施来消除或减少因预应力损失而对产品质量的影响混凝土养护前的预应力损失防范措施：（1）对钢棒质量严格把关，钢棒的抗拉强度应略有富余4功能材料0MPa以上，钢棒的低松弛值也应有富余在1.5%以内；（2）在张拉板、锚固板等张拉具上严格材质要求、刚度要求、强度要求，使用后不变形、寿命长；（3）提高张拉板、接桩器及端板的加工精度避免错位；（4）张拉时油压表要保压稳压10s以上；（5）锁紧张拉大螺母时要用扳手、加力杆等工具锁紧、减少大螺母与锚固板之间的间隙；（6）装配张拉具、接桩器时要彻底清除遗留其上面的和模具内的余浆、混凝土，使其自由滑动，以免卡住、刮擦模具内壁；（7）同样，张拉螺杆与锚固板内孔应有一定的间隙3～5mm能自由滑动，并在预应力张拉时保持千斤顶、螺杆、锚固板三者同一直线（同心），变形弯曲的螺杆杜绝使用；（8）编笼机设备应保证穿功能材料筋盘、铜盘、牵引板在同一直线上（相同的中心高、各主筋孔分布园成直线不错位）；（9）钢筋笼、张拉板装配后主筋应在同一水平直线上不得扭曲；（10）钢筋笼在加工或喂料时不得散笼，轻微的要求绑扎并螺距定位，严重散笼的钢筋笼要坚决拆除。
混凝土养护之后的预应力损失防范措施：混凝土养护之后，预应力钢筋已经与混凝土粘结在一起，放张之后对混凝土产生压应力，混凝土会收缩徐变，引起预应力损失而养护过程中的90℃左右或180℃左右的高温，对钢筋的热胀冷缩、温度效应，是钢筋产生蠕变材质变化抗拉强度降低而预应力损失的原因。
增加管桩方桩的脱模强度、适当减少胶凝材料的用量、合理的级配（弹性模量高）可降低预应力损失脱模时对于长功能材料桩应尽量采用翻模方法脱模，起吊时尽量采用吊点内移避免两端起吊，或者待冷却后再起吊；高压养护出釜后因避免立即起吊卸车入库或发货装车，要么采用钢丝绳吊点内移到离桩头0.2L处，要么待冷却到40℃以下时方可两端起吊。
以上就是弥补因温度引起的预应力损失而采取的防范措施从而保证管桩、方桩的产品质量这就是可以解释长桩（图集上规定的单节最长桩长）为什么在脱模后容易环裂、出釜后起吊容易环裂的普遍现象，部分长桩在仓库摆放一段时间（冷却）后裂缝又闭合，基本看不出来，也不影响桩基施工。
因此，为了保证产品质量，对于长桩一方面张拉力应适当提高到0.73～0.75fptk（钢筋的标准抗拉强度）为宜，另一方面在养护后要规范功能材料脱模、出釜卸车的起吊要求。
参考文献
原文参见《混凝土世界》2021年11期 P50~P53免责声明：本公众号注重原创，如需转载，请注明出处。
