预应力混凝土管桩是采用先张法预应力工艺和离心成型制造的一种空心筒体细长混凝土预制构件，主要由圆筒形桩身、桩端板和钢套箍等组成。按混凝土强度等级和壁厚分为预应力混凝土管桩（代号PC）、预应力高强混凝土管桩（代号PHC）及预应力混凝土薄壁管桩（代号PTC）。预应力混凝土管桩由于其强度高、承载力高、抗弯性能好、穿透力强、性价比高、施工现场文明、符合环保要求等诸多优点，在工业与民用建筑中得到广泛应用。
预应力混凝土管桩（PC管桩）于20世纪60年代初在日本开发成功并开始使用，并在1970年开发了离心预应力高强度混凝土管桩（PHC管桩）。我国于1969年开始批量生产PC管桩，80年代以来，我国开始研制PHC管桩，1992年我国制定国家标准GB13476-1992《先张法预应力混凝土管桩》。据不完全统计，到2009年底，全国已有400多家管桩生产企业（不含台湾地区厂家），年产量达到3亿米，年应用量将近2.6亿米，产值可达350亿元，同时为管桩行业配套的辅助产品年产值也近250亿元，形成产业链产值达600亿元，成为一个富有朝气的新兴产业，在我国水泥混凝土制品行业总产值中占有比较大的份额。
2.1 尺寸允许偏差及外观质量常见质量问题及主要原因见表1。
表1 尺寸允许偏差及外观质量常见质量问题及主要原因
序号 |
常见质量问题 |
主要原因 |
1 |
合缝漏浆超过标准规定要求 |
模具合模螺栓未拧紧 |
2 |
粘皮和麻面超过标准规定要求 |
钢模内壁脱模剂涂刷不均匀 |
3 |
局部磕碰深度或面积超差 |
起吊搬运不小心碰伤 |
4 |
出现内外表面露筋 |
螺旋箍筋变形或喂料不足 |
5 |
桩端面平整度超差 |
桩端板薄引起变形 |
6 |
长度超差 |
预应力主筋下料未按规定控制 |
7 |
桩端板厚度出现负偏差 |
进货检验漏检 |
表2 抗弯性能常见质量问题及产生原因
序号 |
质量问题 |
产生现象 |
原因分析 |
1 |
抗裂弯矩不合格 |
在抗弯试验时，未加载至标准规定的抗裂弯矩时，管桩出现裂纹。 |
1） 预应力主筋小； 2） 预应力主筋张拉力不足； 3） 混凝土强度低； 4） 桩端板厚度太薄； 5）螺旋箍筋间距偏大。 |
2 |
极限弯矩不合格 |
在抗弯试验时，未加载至标准规定的极限弯矩时，管桩出现下列任一种情况： 1）受拉区混凝土裂缝宽度达到1.5mm； 2）受拉钢筋拉断； 3）受压区混凝土破坏。 |
1)预应力主筋小或力学性能不达标； 2)预应力主筋张拉力不足； 3)混凝土强度低； 4)桩端板厚度太薄； 5)螺旋箍筋间距偏大。 |
3.1 原材料进货检验
3.1.1 水泥
水泥应采用强度等级不低于42.5的硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥，其质量应符合GB175 的规定。首先检查质保单，并对其物理性能进行检验，重点关注强度和安定性指标。
3.1.2 细骨料
细骨料宜采用洁净的天然硬质中粗砂或人工砂，细度模数为2.5～3.2；质量应符合GB/T 14684-2001《建筑用砂》的有关规定，且砂的含泥量应小于1%，人工砂的石粉含量应小于3%；天然砂的坚固性以质量损失值计应小于8%，人工砂以压碎指标计应小于20%；氯离子含量不大于0.01%,硫化物及硫酸盐含量不大于0.5%。砂中不应混有草根、树枝、塑料等杂物。
3.1.3 粗骨料
粗骨料宜采用碎石或者破碎的卵石；其最大粒径不应大于25mm，且不应超过钢筋净距的3/4；质量指标应符合GB/T 14685-2001《建筑用卵石、碎石》的有关规定。且石的含泥量应小于0.5%；硫化物及硫酸盐含量不大于0.5%。对于有抗冻、抗渗或其他特殊要求的管桩，其所使用的骨料应符合相关标准的规定。
3.1.4 钢材
（1）预应力钢棒
首先检查质保单，检验外径和力学性能（规定非比例延伸强度、抗拉强度、断后伸长率）应符合GB/T5223.3 中低松弛螺旋槽钢棒的规定，且抗拉强度不小于1420MPa、规定非比例延伸强度不小于1280MPa、断后伸长率不小于7%。
（2）螺旋箍筋
螺旋箍筋宜采用低碳钢热轧圆盘条、混凝土制品用冷拔低碳钢丝，其质量应符合GB/T 701-2008《低碳钢热轧圆盘条》和JC/T 540-2006《混凝土用冷拔低碳钢丝》的有关规定。
（3） 端板
端板材质应采用Q235B，其质量应符合JC/T 947-2005《先张法预应力混凝土管桩用端板》的有关规定。端板最小厚度符合表3规定。
表3 端板最小厚度
钢棒直径（mm） |
7.1 |
9.0 |
10.7 |
12.6 |
端板最小厚度（mm） |
16 |
18 |
20 |
24 |
3.1.5 混凝土拌合用水
应符合JGJ63-2006《混凝土拌合用水标准》的规定。
3.1.6 外加剂
应经过试验验证，适应蒸压养护，质量应符合GB8076-2008《混凝土外加剂》的规定，严禁使用氯盐。
3.1.7 掺合料
掺合料宜采用硅砂粉、矿渣微粉、粉煤灰或硅灰等。硅砂粉的质量应符合JC/T950-2005《预应力高强混凝土管桩用硅砂粉》中的有关规定；矿渣微粉的质量不低于GB/T18046-2008《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》中S95级的规定；粉煤灰的不低于GB/T1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》中Ⅱ级F类的规定，硅灰应符合GB/T18736-2002《高强高性能混凝土用矿物外加剂》中的有关规定。当采用其他品种掺合料时，应通过试验试配，确认符合要求后方可使用。
3.2 生产过程控制
3.2.1 预应力钢筋的加工
（1）钢筋应清除油污，不应有局部弯曲，端面应平整，同一节管桩中预应力钢筋长度的相对差值：当钢筋长度小于等于15m 时不得大于1.5mm，长度大于15m 时不得大于2mm。
（2）钢筋镦头强度不得低于该材料标准强度的90%。
3.2.2 钢筋骨架
（1）预应力钢筋应在圆周上均布，最小配筋率不低于0.4%，不少于6根，间距允许偏差为±5mm，预应力钢筋最小配筋面积应符合GB13476-1992《先张法预应力混凝土管桩》中表1的规定。
（2） 钢筋与螺旋筋的焊接点的强度损失不得大于钢筋标准强度的5%。
3.2.3 混凝土
质量控制应符合GB50164-92《混凝土质量控制标准》及GB50204-2002《混凝土结构工程施工质量验收规范》的规定。PC 与PTC 管桩用混凝土强度等级不应低于C60，PHC用混凝土强度等级不应低于C80。
3.2.4 管桩钢模
应符合JC/T605-2005《先张法预应力混凝土管桩钢模》有关规定。管桩脱模剂应符合JC/T 949-2005《混凝土制品用脱模剂》有关规定。
3.2.5 混凝土的配合比应根据各组成原材料，通过试配，选择合理的配合比，并控制好水泥的用量。
3.2.6 混凝土配料应称量，并应采用强制式搅拌机进行搅拌。各种材料称量的允许误差为：水泥、掺合料、水、外加剂±2%，粗、细骨料±3%。
3.2.7 采用先张法预应力工艺，宜采用张拉（应）力和伸长值双控来确保预应力值，钢筋的控制应力及张拉力见表4。
表4 钢筋的控制应力及每根钢筋的张拉力
公称直径（mm） |
7.1 |
9.1 |
10.7 |
12.6 |
张拉控制应力（MPa） |
994 |
994 |
994 |
994 |
每根钢筋的张拉力（kN） |
39.76 |
63.62 |
89.46 |
124.30 |
3.2.8 混凝土布料应均匀，布料后应将钢模两边及企口内落入的混凝土清理干净，将上扇钢模对号与下扇钢模合拢，并将两端对齐，两边接口处的螺栓均应拧紧，紧固力应基本一致。
3.2.9 离心工艺成型应按慢速、低速、中速、高速四个阶段进行，混凝土应密实，壁厚应均匀。离心的成型过程应根据管桩的品种、规格等经试验确定。
3.2.10 管桩养护应采用两次养护工艺，即常压养护和压蒸养护。常压养护应分静停、升温、恒温、降温四个阶段进行，升温、降温应均匀，控制参数参见表5；压蒸养护应分升压、恒压、降压、降温四个阶段进行，升压、降压、降温应均匀，控制参数参见表6。在实际生产过程中应根据管桩品种、规格、原材料、气候条件等经试验确定养护工艺。
表5 常压养护各阶段控制参数
静停时间（h） |
升温速率（℃/h） |
恒温温度（℃）/ 时间（h） |
降温速率（℃/h） |
1～1.5 |
20～30 |
60～85/4～5 |
20～30 |
表6 压蒸养护各阶段控制参数
升温 |
恒温 |
降温 |
压力：0.3MPa/h （温度60 ℃/h） 时间：3～4（h） |
压力：1MPa 左右（温度175 ℃～185 ℃） 时间:4～6 （h） |
时间:2～3（h） 压力降至“0” |
3.2.11 预应力钢筋的放张，应在与管桩同等条件养护的混凝土试块的抗压强度标准值大于45MPa时，才可以放张。
3.2.12 当桩尖采用钢板制作时，钢板材质应符合GB/T700-2006《碳素结构钢》的有关规定，材料的机械性能不应低于Q235 钢要求，桩尖制作和焊接应符合JGJ81-2002《建筑钢结构焊接技术规程》的有关规定。
3.3 出厂检验的控制
3.3.1 出厂检验时，混凝土强度检验评定应符合下列规定：
（1）检验评定混凝土强度的龄期，当采用压蒸养护工艺时，混凝土强度等级的龄期为出釜后ld；采用其他养护工艺时，混凝土强度等级的龄期为28d。
（2）检验混凝土质量的试件，应符合下列要求：
a.当混凝土配合比调整或原材料发生变更时，应制作三组试件。
b.每拌制100盘或一个工作班拌制的同配合比混凝土不足100 盘时，应制作三组试件。其中一组试件检验预应力钢筋放张时混凝土抗压强度，一组试件检验28d 的混凝土抗压强度（采用压蒸养护工艺时，检验出釜后ld 的混凝土抗压强度），另一组备用或检验管桩出厂时的混凝土抗压强度。
（3）混凝土强度检验评定应按GB/T50107-2010《混凝土强度检验评定》执行。
3.3.2 外观质量检验
外观质量检验包括：桩身合缝漏浆、内外表面露筋、表面裂缝、桩端面平整度、断筋脱头、桩套箍凹陷、内表面混凝土塌落、接头和桩套箍与桩身结合面等，应符合相关标准要求。
3.3.3 尺寸允许偏差
尺寸允许偏差包括桩长、端面倾斜、桩外径、桩壁厚、桩身弯曲度、端板（端面平面度、外径、内径、厚度）等，应符合相关标准要求。
3.3.4 混凝土保护层厚度
（1）先张法预应力混凝土管桩：外径300mm管桩预应力筋的混凝土保护层厚度不应小于25mm，其余规格保护层厚度不应小于40mm；用于特殊环境下的管桩，保护层厚度应符合相关标准或规程的要求。
（2）先张法预应力混凝土薄壁管桩：预应力筋的混凝土保护层厚度不应小于20mm。
3.3.5 抗弯性能
管桩出厂检验应对其抗裂弯矩进行抽查，应符合标准要求；当采用垂直加载时，应考虑加载设备的重量。
通过对预应力混凝土管桩常见质量问题及产生的原因进行分析，提出了企业在原材料检验、生产过程的控制、产品出厂检验的控制等方面的注意点，以促进预应力混凝土管桩生产企业产品质量的提高。
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