KCTB鋼管混凝土灌注樁的研究

王選卓，董 梅，王卿權

（徐州徐工基礎工程機械有限公司，江蘇 徐州 221000）

2015年3月日本建筑中心對KCTB鋼管混凝土灌注樁體（以下簡稱KCTB）進行了審查并認定多家樁工企業(yè)具有相應的施工資格，隨后這種樁體及其施工方法受到了行業(yè)的大幅推廣。KCTB就是根據這種螺旋壓接結構而產生的新型樁體設計，此設計又延伸出了4種相應的施工工法。經計算，采用KCTB設計方法的混凝土灌注樁體具有較高的韌性和耐震性，與一般的鋼筋混凝土樁體相比這種樁體的端部更細，通過擴底工法或各種組合工法，可以達到工期更短，混凝土及殘土量大幅度減少的效果［1］。

KCTB適用于擴底工法，施工過程基本同New Ace工法相同，其特點可以概括為：

（1）相比傳統的即成混凝土樁其軸向直徑大幅度減少也伴隨著混凝土使用量的減少，經驗證最大可節(jié)省40%的混凝土用量。

（2）樁體的鋼管與混凝土重疊使用，韌性和耐震性增強。

（3）鋼板螺旋壓接結構，剪切應力更大。

（4）設計自由度高?？筛鶕煌墓こ虂韺︿摴艿闹睆?、板厚、長度以及材料進行調整，經濟、適用性高。

（5）混凝土設計基準強度大。混凝土基準強度（FC）的上限值可達到45N/mm2，安全性大幅提高。

1 施工方法

適用KCTB的4種工法基本與New ACE工法相同［2］，分別為：同時壓入法、同口徑鉆進法、套管并用法、以及鋼管最后壓入工法（簡稱樁后壓入法）。目前，大都采用凸紋鋼管與鋼筋籠連接后的同時壓入法，其施工順序如圖1所示。

圖1 同時壓入法

2 KCTB的研究

2.1 混凝土的允許應力

KCTB樁體的混凝土允許應力要滿足以下應力條件。允許應力如表1、表2和表3所示。

表1 允許壓縮應力（N/mm2）

表2 允許剪切應力（N/mm2）

表3 允許附著應力（N/mm2）

FC為設計基準強度，其數值為18～45N/mm2。

2.2 鋼管混凝土的允許剪切耐力

鋼管內混凝土的設計可根據成樁要求、鋼管內面等因素來計算鋼管混凝土允許支撐剪切耐力，計算方法如表4所示。

2.3 樁本體的設計方法

鋼管混凝土部分的樁本體設計要根據軸向力和彎曲力矩以及剪切應力來計算，計算方法如下：

軸向力和彎曲力矩的計算可參考公式（1）～（13）的來計算［3］。

rNI≤N≤rNC同時M≥sMO

N＜rNt同時軸向彎曲力矩M＜sMO

sMO、sN、sM可如下計算

sN為張引力時：

rN、rM可以查閱鋼筋混凝土計算規(guī)則表。

剪切應力的計算：

樁的剪切應力可參考如下計算

其中 mA/mm2——全部主筋的橫斷面積；

sA/mm2——鋼管部分的橫斷面積；

AC/mm2——混凝土的等值橫斷面積；

fC/N/mm2——混凝土的允許壓縮應力；

mfC/N/mm2——主筋的允許壓縮應力；

mft/N/mm2——主筋的允許拉伸應力；

sfs/N/mm2——鋼管的允許剪切應力；

sft/N/mm2——鋼管的允許拉伸應力；

M/N·mm——設計用彎曲力矩；

rM/N·mm—— 鋼筋混凝土部分的允許彎曲力矩；

sM/N·mm—— 鋼筋部分的允許彎曲力矩；

sMO/N·mm—— 只承受鋼管部分的彎曲力矩的允許彎曲力矩；

N——設計用壓縮力；

rN/N—— 鋼筋混凝土部分的允許壓縮力；

rNC/N—— 鋼筋混凝土部分只承受壓縮力時的允許壓縮力

rNC1/N—— 鋼筋混凝土部分只承受壓縮力時的允許壓縮力下由混凝土的允許壓力度決定值；

rNC2/N—— 鋼筋混凝土部分只承受壓縮力時的允許壓縮力下由主筋的允許壓力度決定值；

rNt—— 鋼筋混凝土部分只承受張引力時的允許張引力。

sN——鋼管部分的允許壓縮力；

n——系數

Q/N——設計剪切力；

sQ/N——鋼管部分的允許剪切力；

sQd/N——鋼管部分的設計剪切力；

sZ/mm3——鋼管的斷面系數；

2.4 連接部分的設計方法

鋼管混凝土的連接部分的連接方法如圖2所示。其設計方法如下：

鋼管和鋼筋之間要預留25mm以上，也就是鋼筋直徑的1.5倍以上。

?d/mm——重疊連接部分的長度；

d/mm——鋼筋的公稱直徑；

rA/mm2——鋼筋的全斷面積；

ra/mm2——每根鋼筋的公稱斷面積；

sDi/mm2——鋼管內徑；

φ/mm——每根鋼筋的公稱周長；

rf /N/mm2—— 鋼筋的允許壓縮應力以及允許拉伸應力；

rfa/N/mm2——鋼筋的允許附著力；

sfa/N/mm2—— 鋼管內面的允許支撐剪切耐力；

L/mm—— 鋼管連接部分支撐剪切應力的無效長度；

β/°——突起方向角度。

圖2 連接部分

2.5 鋼管的形狀、尺寸及板厚

關于鋼板的壓接如圖3所示，突起與鋼板壓接方向平行且突起面高度要求在2.5mm以上，突起間距在30mm以上40mm以下，突起寬度在4mm以上20mm以下。根據圖4所示，在螺旋壓接時，突起面向內，突起方向角度β要求在40°以下。

圖3 突起面壓接方向

圖4 鋼管的制造

以上關系建立在無腐蝕的標準情況下，采用同時壓入法時鋼管直徑與鉆進直徑的范圍如表6所示。

鋼管外徑與厚度的關系如表5所示。

表5 鋼管外徑與厚度的關系

采用同時壓入法的鋼管板厚要求及鋼管長度要求如表7及表8所示。

表7 鋼管板厚下限

表8 鋼管長度的上限：

3 結束語

我國樁工行業(yè)發(fā)展緩慢，對樁的韌性和耐震性設計經驗不足，又缺少精密的計算體系。本文通過對KCTB應力計算及樁體設計的詳細分析為混凝土灌注樁的發(fā)展提供了一個研究方向，也為實際施工中無法保障樁體強度的情況提供一定的參考。