《预应力高强混凝土管桩基础耐久性技术规范》条文说明.docx

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《预应力高强混凝土管桩基础耐久性技术规范》条文说明

预应力高强混凝土管桩基础耐久性技术

规范

Technicalcodefordurabilityofpretensionedspunhigh-strengthconcretepilesfoundation

条文说明

目次

1总则

1.0.1管桩基础在全国应用非常广泛。

工程调查发现，许多使用了预应力管桩基础的海港工程，尤其是采用高桩承台的结构，管桩的耐久性问题非常突出。

有些码头在投入使用不到20年就出现了大面积的管桩损坏问题。

随着工程建设的发展，管桩基础的耐久性问题日益突出。

为确保腐蚀环境中预应力高强混凝土管桩基础的安全性和适用性，本规范从预应力高强混凝土管桩基础勘察设计、管桩选型、施工和质量检验与验收等方面提出了相应的技术要求。

1.0.2本条规定了本规范的适用范围，港口航道工程、公路工程等不包括在内，仅可参考。

1.0.4本条明确了本规范与其他相关标准规范的关系。

腐蚀环境中预应力高强混凝土管桩基础的勘察设计、管桩选型、施工和质量检验与验收除应符合本规范外，还应符合现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB50007、《工业建筑防腐蚀设计规范》GB/T50046、《混凝土结构耐久性设计规范》GB/T50476、《建筑防腐蚀工程施工规范》GB50212、《建筑防腐蚀工程施工质量验收标准》GB/T50224，行业标准《建筑桩基技术规范》JGJ94及广东省标准《建筑地基基础设计规范》DBJ15-31、《静压桩施工技术规程》JGJ/T394、《预应力混凝土管桩技术标准》JGJ/T406等技术标准的相关规定。

2术语

2.0.2本条文中的环境作用是指能引起预应力高强混凝土管桩基础性能劣化或腐蚀的环境因素，本规范主要指地下水和地基土中氯盐、硫酸盐等有害物质施加于预应力高强混凝土管桩基础上的作用。

使用条件是指预应力高强混凝土管桩基础承受的竖向承载力、水平承载力及施工荷载等。

2.0.3本规范中的腐蚀环境特指按现行国家标准《岩土工程勘察规范》GB50021的相关规定，根据地下水和地基土中的硫酸盐含量、氯离子含量评价腐蚀性等级，评定为中等腐蚀和强腐蚀的腐蚀环境。

2.0.4氯离子可以同时通过扩散、渗透和吸附等不同机理侵入混凝土内部，并在传输过程中有部分氯离子与胶凝材料及其水化产物相结合，所以通过试验和计算得到的扩散系数有时在一定程度上也包含了其他传输机理与被结合等因素的影响。

2.0.5防腐蚀附加措施包括混凝土表面涂层、防腐蚀面层、环氧涂层钢筋、钢筋阻锈剂和阴极保护等。

2.0.9随钻跟管桩法是广州市建筑科学研究院有限公司唐孟雄教授级高级工程师主持开发的一种新型大直径管桩施工技术。

随钻跟管桩的设计、施工及检测可按现行行业标准《随钻跟管桩技术规程》JGJ/T344的有关规定执行。

3基本规定

3.0.3中等腐蚀、强腐蚀环境下预应力高强混凝土管桩基础设计时，应根据管桩基础的使用年限要求、施工条件及地下水、地基土对预应力高强混凝土管桩基础的腐蚀性等级，提出能满足管桩基础安全使用年限要求时管桩的耐久性指标控制值。

施工条件主要指可采用的施工方法，一般包括静压桩法、植桩法、随钻跟管桩法等，不同施工条件，施工时对预应力高强混凝土管桩的损伤也不同，应充分考虑施工损伤对预应力高强混凝土管桩基础耐久性的影响。

3.0.4静压桩法施工预应力高强混凝土管桩基础，会对预应力高强混凝土管桩造成不同程度的损伤。

施工使预应力高强混凝土管桩产生的微裂缝会对其耐久性造成重要影响。

因此，本规范推荐在强腐蚀环境下的预应力高强混凝土管桩基础施工采用植桩法、随钻跟管桩法。

在中等腐蚀及强腐蚀环境下使用预应力高强混凝土管桩基础时，应对所有预应力高强混凝土管桩接头作防腐蚀处理。

同时，应明确地下水位升降区范围，指导施工单位通过合理配桩使预应力高强混凝土管桩接头避开地下水位升降区。

4设计要求

4.1一般规定

4.1.1本条提出预应力高强混凝土管桩基础耐久性设计相关勘察的基本内容，环境对管桩基础的腐蚀性主要包含硫酸根离子对管桩混凝土的腐蚀性和氯离子对管桩及承台中钢筋的腐蚀性。

4.1.2本条提出预应力高强混凝土管桩基础耐久性设计的基本内容，强调耐久性设计不仅仅是确定材料的耐久性性能指标与钢筋的混凝土保护层厚度。

在因生产需要而可能导致环境腐蚀的条件下，适当的防排水构造措施能够非常有效地减轻环境作用，应作为耐久性设计的重要内容。

在强腐蚀的环境作用下，仅靠提高混凝土保护层的材料质量与厚度，往往还不能保证设计使用年限，这时就应采取一种或多种防腐附加措施组成合理的多重防护策略；尤其对管桩中难以检测和维修的关键部位如预应力筋，应采取多重防护措施。

4.1.3混凝土结构耐久性是指在设计确定的环境类型和维修、使用条件下，混凝土结构或构件在设计使用年限内保持其适用性和安全性的能力。

耐久性极限状态也是结构和构件可修复使用的极限状态，属于正常使用极限状态的范畴。

判断结构耐久性是否达到极限状态的指标较多，如混凝土的劣化、钢筋的锈蚀以及混凝土和钢筋共同作用能力的削弱和失效等等。

4.1.4管桩基础耐久性设计的主要目标，是为了确保主体结构能够达到规定的设计使用年限，满足建筑物的合理使用年限要求。

管桩基础作为建筑结构中承上启下的重要组成部位，其设计使用年限不应低于上部主体结构的设计使用年限。

4.1.5表4.1.5是针对满足设计使用年限为50年的管桩基础提出的管桩混凝土耐久性指标。

设计年限大于50年时，应对管桩混凝土耐久性指标进行专项论证。

4.1.6利用静压桩法在腐蚀环境中施工预应力高强混凝土管桩时，规定最大压桩力值不宜大于桩身结构竖向承载力特征值的1.5倍，而《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008第7.5.7条规定最大压桩力值不宜小于单桩竖向极限承载力标准值，本条规定大幅降低了最大压桩力值，主要考虑防止过大的压桩力造成桩身裂缝，影响管桩基础的耐久性。

相应地设计时管桩承载力特征值宜降低使用。

4.2环境类型与腐蚀等级

4.2.1场地环境类型对土、水的腐蚀性影响很大。

在不同的环境类型中，腐蚀性介质构成的界限值是不同的。

表4.2.1中的数值适用于有干湿交替和不冻区（段）水的腐蚀性评价标准，对无干湿交替作用，对土的腐蚀性评价，尚应乘以一定系数，这在表注中已加以说明，使用该表时应予注意。

干湿交替是指地下水位变化和毛细水升降时，建筑材料的干湿变化情况。

干湿交替和气候区与腐蚀性的关系十分密切。

相同浓度的盐类，在干旱区和湿润区，其腐蚀程度是不同的。

前者可能是强腐蚀，而后者可能是弱腐蚀或无腐蚀性。

冻融交替也是影响腐蚀的重要因素。

如盐的浓度相同，在不冻区尚达不到饱和状态，因而不会析出结晶，而在冰冻区，由于气温降低，盐分易析出结晶，从而破坏混凝土。

本规范的腐蚀等级划分标准与现行国家标准《岩土工程勘察规范》GB50021的规定保持一致。

4.2.2钢筋长期浸泡在水中，由于氧溶入较少，不易发生电化学反应，故钢筋不易被腐蚀；相反，处于干湿交替状态的钢筋，由于氧溶入较多，易发生电化学反应，钢筋易被腐蚀。

水和地基土对管桩及承台中钢筋的腐蚀性评价标准与现行国家标准《岩土工程勘察规范》GB50021的规定保持一致。

4.2.3当按本规范表4.2.1和表4.2.2评价的腐蚀等级不同时，应按下列规定综合评定：

1腐蚀等级中，只出现弱腐蚀，无中等腐蚀或强腐蚀时，应综合评价为弱腐蚀；

2腐蚀等级中，最高等级为中等腐蚀时，应综合评价为中等腐蚀；

3腐蚀等级中，有一个或一个以上为强腐蚀，应综合评价为强腐蚀。

4.3管桩构造要求

4.3.1当采用附加措施提高管桩产品的耐久性能时，附加措施应满足管桩制造要求和基础施工的使用要求。

现阶段，提高管桩产品耐久性能的附加措施主要包括外层涂抹和防腐剂等掺和料的加入。

管桩产品本身具有较高的强度，采用外层涂抹时，应充分考虑固化时间，渗透深度等问题，防止在施工过程涂层被磨掉。

管桩产品多采用常压蒸汽养护和高压蒸汽养护结合的二次养护工艺，使用防腐剂时，不应对管桩产品产生膨胀裂纹等危害。

4.3.2～4.3.4这三个条文是对腐蚀环境下应用管桩提出的一些防腐措施，是参考了国家标准《工业建筑防腐蚀设计规范》GB50046、广东省标准《锤击式预应力混凝土管桩基础技术规程》DBJ/T15-22、《静压预制混凝土桩基础技术规程》DBJ/T15-94的有关规定，结合广东地区的一些经验提出来的。

由于这方面的工程实际应用还不多，实际执行过程中还需加大这方面的科研力度，不断总结积累经验。

近年来由于离心成型施工方法的完善及高强混凝土的发展，预应力高强混凝土管桩在沿海地区的工业与民用建筑中逐步得到推广使用。

管桩具有强度高、耐打性好、工期短、造价低等优势，已成为沿海地区常用的桩基础形式之一。

但目前因考虑管壁较薄，预应力筋对腐蚀敏感，使用经验还不足，故一般仅限在中、弱腐蚀条件下使用。

对A型管桩，因其配筋较少，静压或锤击沉桩后桩身的损伤较大，对耐久性不利。

对直径为300mm的管桩，因其混凝土保护层厚度只有25mm，达不到40mm混凝土保护层厚度的要求，因此对腐蚀性环境中，A型桩和直径为300mm的管桩不再使用。

在强腐蚀的环境中，国家标准《工业建筑防腐蚀设计规范》GB/T50046有关说明中也提出：

“当必须选用管桩时，应经试验论证，并采取可靠措施，确能满足防腐蚀要求方可使用。

”实际上，广东省已有生产厂研发出了能抗强腐蚀的管桩。

根据广东的经验，预应力管桩混凝土拌合料中加入一定比例的磨细石英砂，且管桩的制造工艺特别是压蒸工艺符合有关规定后，桩身，桩身混凝土的电通量可小于1000库仑，其抗氯离子腐蚀的能力就较好。

因此本规范中加入管桩在强腐蚀环境的使用条件。

当按目前的布筋方法制造的管桩钢筋保护层厚度无法满足本规范的要求时，可采取减小钢筋圆直径的方法使管桩钢筋保护层厚度满足要求。

减小钢筋圆直径后，应验算管桩的抗弯性能是否满足设计要求，必要时可采取增加配筋量的方法提高管桩的抗弯性能。

4.4承台设计要求

4.4.1作用于地面上的介质，有可能通过地面、地沟和排水设施渗入地基，对承台形成腐蚀。

但其渗入量是受到限制的，所以其腐蚀性等级按《工业建筑防腐蚀设计规范》GB/T50046降低一级确定。

4.4.2承台混凝土强度等级应满足结构耐久性的要求。

腐蚀性介质对构件的腐蚀，一般是由外向内逐渐进行的。

混凝土的抗渗性能的好坏对腐蚀速度有着重要影响；而抗渗性能的好坏主要决定于混凝土的密实度，水胶比和水泥用量对混凝土的密实度起控制作用，其中水胶比起主要作用。

研究资料表明水胶比与碳化系数呈线性关系，水泥用量小于300kg/m3时，碳化系数明显增大。

国内外关于混凝土耐久性的设计规定中都对最大水胶比作出明确规定，一般控制在0.55左右（抗渗等级相当于0.6MPa）。

4.4.4为保证承台钢筋的耐久性，根据工程经验承台底面要求做垫层以减小腐蚀介质的渗入速度。

此处所指的保护层厚度以最外层钢筋（包括箍筋、构造钢筋、分布筋等）的外缘开始计算的厚度。

4.4.5桩承台埋深较浅时，生产中泄漏的介质会腐蚀桩身，且桩可能处于干湿交替等因素作用强烈的环境，故埋深2.5m以上的桩身要加强防护措施。

4.4.6承台是建筑物的重要构件，且又埋于地下，很难定期进行检查与维修，为确保安全，在强、中等腐蚀等级下应进行表面防护。

采用沥青胶泥的表面防护层已有多年的使用经验，效果良好。

为解决热施工和潮湿基础上的施工困难，可采用湿固化型的环氧沥青涂料。

5管桩选型

5.1一般规定

5.1.1腐蚀环境中预应力高强混凝土管桩在后续条文中统一称为耐腐蚀预应力高强混凝土管桩。

耐腐蚀预应力高强混凝土管桩应满足现行国家标准《先张法预应力混凝土管桩》GB/T13476的各项指标要求，包括结构尺寸、抗剪性能、耐久性、混凝土抗压强度、混凝土有效预压应力值、外观质量、尺寸允许偏差和抗弯性能等。

当同时承受多种环境作用时，应满足不同环境要求且按环境类型等级较高的要求制造管桩产品。

《工业建筑防腐蚀设计规范》GB50046-2008第3.1.2条说明：

“同一形态的多种介质同时作用同一部位时，腐蚀性等级应取最高者。

”《岩土工程勘察规范》GB50021-2001（2009版）中，12.2.3条第3款，“腐蚀等级中，有一个或一个以上为强腐蚀，应综合评价为强腐蚀”。

5.1.4耐腐蚀管桩应按管桩类别、抗腐蚀环境类型、管桩外径、管桩型号、管桩壁厚、管桩长度的顺序进行标识。

如抗腐蚀等级为抗氯盐中等腐蚀环境，外径500mm、壁厚125mm、长度12m的AB型预应力高强混凝土管桩的可标记为：

PHCKCM500AB125-12。

5.2原材料要求

5.2.3淡化海砂表面氯离子含量可能满足规范要求，但是氯离子往往渗入海砂内部，使用淡化海砂制造的管桩，耐久性受影响，满足不了设计年限的要求。

5.2.7硅砂粉的技术指标采用现行行业标准《预应力高强混凝土管桩用硅砂粉》JC/T950的相关规定。

矿渣微粉的技术指标采用现行国家标准《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》GB/T18046中S95级矿渣微粉的相关规定。

粉煤灰的技术指标采用现行国家标准《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB/T1596中Ⅱ级F类粉煤灰的相关规定。

硅灰的技术指标采用现行国家标准《砂浆和混凝土用硅灰》GB/T27690的相关规定。

5.3生产加工要求

5.3.1胶凝材料总量及矿物掺合料用量的规定参照中国工程建设标准化协会标准《高性能混凝土应用技术规程》CECS207：

2006第5.2.2条确定。

原材料计量允许偏差的规定符合现行行业标准《水泥制品工艺技术规程第6部分：

先张法预应力混凝土管桩》JC/T2126.6的相关规定。

当管桩采用泵送工艺布料时，混凝土坍落度可为160mm~200mm。

5.3.3养护工艺可根据所制定的混凝土配合比，采用常压蒸汽养护与免蒸压工艺、或常压蒸汽养护与高压蒸汽养护结合的养护工艺。

通过多年来的试验研究与实际生产，管桩产品的免蒸压工艺较为成熟，管桩产品的各项性能能够满足设计和使用要求。

本条对采用常压蒸汽养护与高压蒸汽养护结合的养护工艺提出相应规定，目的在于减少管桩混凝土因养护造成的温度裂缝，改善密实性，提高耐久性能。

管桩出釜后，桩身不得经受骤冷或淋雨（雪），是为了防止因温差过大而引起管桩混凝土开裂。

如遇雨天、大风降温天气应采取有效措施使管桩缓慢降温，如搭建保温棚等。

6施工

6.1一般规定

6.1.2防腐蚀技术指标应包括管桩混凝土的电通量值、氯离子扩散系数、抗硫酸盐等级及钢筋保护层厚度等。

防腐蚀技术指标应满足设计要求。

6.1.3进行预应力高强混凝土管桩基础沉桩施工工艺试验，主要是掌握施工方案对场地地质条件的适应性，施工方法对预应力高强混凝土管桩基础耐久性的影响情况。

应根据沉桩情况确定合理的配桩方案，使管桩接头错开地下水位升降区。

6.2起吊、运输和堆放

6.2.2施工场地条件差，场地表面堆放管桩层数多时，堆载大，产生场地不均匀沉降，使管桩变形或局部受力损害，也可能堆放不稳定时，易滑落造成事故，因此，现场管桩堆放层数比厂内堆放层数要减少，有条件时，应尽可能单层堆放，防止管桩被不均匀荷载压裂或起吊时损坏。

6.2.3当桩叠层堆放超过2层时，拖拉取桩时会造成管桩裂缝，因此，严禁拖拉取桩。

6.3接桩施工

6.3.1~6.3.3管桩接桩处是耐久性的薄弱环节，未采取防腐蚀措施处理的接头，其防腐能力较差，往往最先腐蚀，成为影响管桩基础耐久性的关键部位。

采用为防止腐蚀性介质进入桩内，在腐蚀环境中管桩接头数量应尽量减少，宜采用单节管桩。

若需要接桩时，接头宜优先设置在腐蚀性最弱的土中，不要设置在干湿交替的环境中，尤其是工业与民用建筑工程，地面以下2.5m范围内不要有桩接头存在，因为钢接头在干湿交替的环境下就被腐蚀损坏。

条件不允许时，接桩接头宜采用机械啮合接头加电焊焊接，接头钢零部件应涂防腐蚀耐磨涂层或应增加焊缝厚度，其腐蚀裕量不应小于2mm。

焊接接桩所用材料材料应符合现行国家标准《钢结构焊接规范》GB50661的要求。

腐蚀裕量是一种传统的方法，目前钢桩就是采用此法。

本规范对管桩接头采用腐蚀裕量的方法，即为了保证桩基在腐蚀环境下的使用安全，在结构计算或构造所需要的截面尺寸以外增加的腐蚀损耗预见量。

欧洲规范称之为“牺牲层”。

结构计算时不能考虑。

6.4防腐蚀施工

6.4.1根据预应力混凝土管桩的施工经验，有些管桩进场后就已存在环状微裂缝，但肉眼不易发现，若采用喷水的方法检查桩身表面，则环状微裂缝马上就显露出来；此类桩的防腐蚀性能存在缺陷，因此不应使用。

电焊接桩的焊缝质量及施工时端头出现的竖向裂缝是影响预应力高强混凝土管桩防腐蚀施工的两大问题。

根据上海宝钢管桩研究所的资料，预应力管桩成桩后采用孔内拍照检查发现，在管桩的接桩附近出现不同程度的竖向裂缝现象，有些竖向裂缝在接桩后沉桩中会有所发展，甚至出现局部崩裂的现象。

经分析，主要存在两个原因：

第一是抱压式沉桩沉到每节桩端头时，由于夹具太靠近端头，巨大的抱压力把桩身的端头“压扁”了，导致桩身的端头出现了竖向裂缝的缺陷；第二是有些桩身混凝土强度等级未达到C80的要求等。

因此需要在施工前试沉桩。

6.4.2基层表面的洁净度和粗糙度对防腐蚀层至关重要，它不但直接关系到防腐蚀层的黏结性、耐久性等，对使用效果影响也很大。

6.4.3树脂类防腐蚀材料主要包括环氧树脂、乙烯基酯树脂、不饱和聚酯树脂、呋喃树脂和酚醛树脂。

防腐蚀涂料主要包括环氧类涂料、聚氨酯类涂料、丙烯酸树脂类涂料、高氯化聚乙烯涂料、氯化橡胶涂料、氯磺化聚乙烯涂料、聚氯乙烯萤丹涂料、醇酸树脂涂料等。

7质量检验与验收

7.1质量检验

7.1.2管桩混凝土强度是影响工程质量安全及管桩基础耐久性的主要因素，也是管桩制造单位和管桩基础施工单位对管桩基础施工质量纠纷的主要矛盾，因此，本规程对管桩桩身混凝土强度抽检进行了明确规定。

7.1.4管桩混凝土的电通量与氯离子扩散系数指标是评价管桩抗氯盐腐蚀性能的重要指标，因此，对具有混凝土抗氯盐侵蚀性能指标要求的每个单位工程均应对管桩混凝土的该项指标进行检测，保证管桩混凝土的抗氯盐腐蚀性能满足设计要求。

7.1.5在微腐蚀、弱腐蚀环境下，每连续生产30000m管桩，应进行5组混凝土试件试验；在中等腐蚀、强腐蚀环境下，每连续生产10000m管桩，应进行5组混凝土试件试验，是为了保证混凝土耐久性指标满足要求。

7.1.6采用孔内摄像配合钻芯法检测钻孔灌注桩的成桩质量已得到了较广泛应用。

因摄像设备分辨率差异大，利用孔内摄像方式检测管桩接头附近的桩身混凝土竖向裂缝时，应采用具有较高分辨率的摄像设备，以保证检测质量。

管桩钻芯检测方法应按现行国家标准《钻芯检测离心高强混凝土抗压强度试验方法》GB/T19496的有关规定执行

7.2工程验收

7.2.2中等腐蚀、强腐蚀环境中，设计对管桩接头焊缝质量、管桩桩身裂缝控制、防腐蚀材料及施工质量均有较高要求，也是影响管桩基础耐久性的关键因素。

因此，预应力高强混凝土管桩基础验收时，除应满足普通管桩基础验收时的要求外，还需满足本条要求的其他检测报告。

附录A快速氯离子迁移系数法

A.0.1~A.0.8快速氯离子迁移系数法又称RCM法。

本方法引用现行国家标准《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》GB/T50082的相关规定。

附录B电通量法

B.0.1~B.0.4本试验方法引用现行国家标准《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》GB/T50082的相关规定。

电通量法是根据美国材料试验协会（ASTM）推荐的混凝土抗氯离子渗透性试验方法ASTMC1202修改而成，是目前国际上应用最为广泛的混凝土抗氯离子渗透性的试验方法之一。

附录C抗硫酸盐侵蚀试验

C.0.1~C.0.5本试验方法引用现行国家标准《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》GB/T50082的相关规定。