KCTB钢管混凝土灌注桩的研究

王选卓，董 梅，王卿权

（徐州徐工基础工程机械有限公司，江苏 徐州 221000）

2015年3月日本建筑中心对KCTB钢管混凝土灌注桩体（以下简称KCTB）进行了审查并认定多家桩工企业具有相应的施工资格，随后这种桩体及其施工方法受到了行业的大幅推广。KCTB就是根据这种螺旋压接结构而产生的新型桩体设计，此设计又延伸出了4种相应的施工工法。经计算，采用KCTB设计方法的混凝土灌注桩体具有较高的韧性和耐震性，与一般的钢筋混凝土桩体相比这种桩体的端部更细，通过扩底工法或各种组合工法，可以达到工期更短，混凝土及残土量大幅度减少的效果［1］。

KCTB适用于扩底工法，施工过程基本同New Ace工法相同，其特点可以概括为：

（1）相比传统的即成混凝土桩其轴向直径大幅度减少也伴随着混凝土使用量的减少，经验证最大可节省40%的混凝土用量。

（2）桩体的钢管与混凝土重叠使用，韧性和耐震性增强。

（3）钢板螺旋压接结构，剪切应力更大。

（4）设计自由度高。可根据不同的工程来对钢管的直径、板厚、长度以及材料进行调整，经济、适用性高。

（5）混凝土设计基准强度大。混凝土基准强度（FC）的上限值可达到45N/mm2，安全性大幅提高。

1 施工方法

适用KCTB的4种工法基本与New ACE工法相同［2］，分别为：同时压入法、同口径钻进法、套管并用法、以及钢管最后压入工法（简称桩后压入法）。目前，大都采用凸纹钢管与钢筋笼连接后的同时压入法，其施工顺序如图1所示。

图1 同时压入法

2 KCTB的研究

2.1 混凝土的允许应力

KCTB桩体的混凝土允许应力要满足以下应力条件。允许应力如表1、表2和表3所示。

表1 允许压缩应力（N/mm2）

表2 允许剪切应力（N/mm2）

表3 允许附着应力（N/mm2）

FC为设计基准强度，其数值为18～45N/mm2。

2.2 钢管混凝土的允许剪切耐力

钢管内混凝土的设计可根据成桩要求、钢管内面等因素来计算钢管混凝土允许支撑剪切耐力，计算方法如表4所示。

2.3 桩本体的设计方法

钢管混凝土部分的桩本体设计要根据轴向力和弯曲力矩以及剪切应力来计算，计算方法如下：

轴向力和弯曲力矩的计算可参考公式（1）～（13）的来计算［3］。

rNI≤N≤rNC同时M≥sMO

N＜rNt同时轴向弯曲力矩M＜sMO

sMO、sN、sM可如下计算

sN为张引力时：

rN、rM可以查阅钢筋混凝土计算规则表。

剪切应力的计算：

桩的剪切应力可参考如下计算

其中 mA/mm2——全部主筋的横断面积；

sA/mm2——钢管部分的横断面积；

AC/mm2——混凝土的等值横断面积；

fC/N/mm2——混凝土的允许压缩应力；

mfC/N/mm2——主筋的允许压缩应力；

mft/N/mm2——主筋的允许拉伸应力；

sfs/N/mm2——钢管的允许剪切应力；

sft/N/mm2——钢管的允许拉伸应力；

M/N·mm——设计用弯曲力矩；

rM/N·mm—— 钢筋混凝土部分的允许弯曲力矩；

sM/N·mm—— 钢筋部分的允许弯曲力矩；

sMO/N·mm—— 只承受钢管部分的弯曲力矩的允许弯曲力矩；

N——设计用压缩力；

rN/N—— 钢筋混凝土部分的允许压缩力；

rNC/N—— 钢筋混凝土部分只承受压缩力时的允许压缩力

rNC1/N—— 钢筋混凝土部分只承受压缩力时的允许压缩力下由混凝土的允许压力度决定值；

rNC2/N—— 钢筋混凝土部分只承受压缩力时的允许压缩力下由主筋的允许压力度决定值；

rNt—— 钢筋混凝土部分只承受张引力时的允许张引力。

sN——钢管部分的允许压缩力；

n——系数

Q/N——设计剪切力；

sQ/N——钢管部分的允许剪切力；

sQd/N——钢管部分的设计剪切力；

sZ/mm3——钢管的断面系数；

2.4 连接部分的设计方法

钢管混凝土的连接部分的连接方法如图2所示。其设计方法如下：

钢管和钢筋之间要预留25mm以上，也就是钢筋直径的1.5倍以上。

ϑd/mm——重叠连接部分的长度；

d/mm——钢筋的公称直径；

rA/mm2——钢筋的全断面积；

ra/mm2——每根钢筋的公称断面积；

sDi/mm2——钢管内径；

φ/mm——每根钢筋的公称周长；

rf /N/mm2—— 钢筋的允许压缩应力以及允许拉伸应力；

rfa/N/mm2——钢筋的允许附着力；

sfa/N/mm2—— 钢管内面的允许支撑剪切耐力；

L/mm—— 钢管连接部分支撑剪切应力的无效长度；

β/°——突起方向角度。

图2 连接部分

2.5 钢管的形状、尺寸及板厚

关于钢板的压接如图3所示，突起与钢板压接方向平行且突起面高度要求在2.5mm以上，突起间距在30mm以上40mm以下，突起宽度在4mm以上20mm以下。根据图4所示，在螺旋压接时，突起面向内，突起方向角度β要求在40°以下。

图3 突起面压接方向

图4 钢管的制造

以上关系建立在无腐蚀的标准情况下，采用同时压入法时钢管直径与钻进直径的范围如表6所示。

钢管外径与厚度的关系如表5所示。

表5 钢管外径与厚度的关系

采用同时压入法的钢管板厚要求及钢管长度要求如表7及表8所示。

表7 钢管板厚下限

表8 钢管长度的上限：

3 结束语

我国桩工行业发展缓慢，对桩的韧性和耐震性设计经验不足，又缺少精密的计算体系。本文通过对KCTB应力计算及桩体设计的详细分析为混凝土灌注桩的发展提供了一个研究方向，也为实际施工中无法保障桩体强度的情况提供一定的参考。