U形预应力混凝土板桩受力性能分析

摘 要：在相同的受力条件下，采用相同的材料计算U形和矩形两种截面类型的板桩配筋用量，对比分析U形截面和矩形截面板桩在抗弯、抗剪方面的性能及材料用量。结果表明：U形板桩在以上三个方面的表现普遍优于矩形板桩，因此，在实际工程中，施工设备、技术条件允许的情况下，U形板桩是相对于矩形板桩更为经济合理的截面类型。

关键词：板桩 U形预应力混凝土板桩 桩身受力分析

中图分类号：TU375.1 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）012-006-02

钢筋混凝土板桩以其强度高、刚度大、取材方便、施工简易、截面形式灵活多变等优点，在基坑工程中占有一席之地。近年来，随着科学技术的发展，板桩的截面形式由单一的矩形截面发展到U形、薄壁工字形等截面。目前城市区域内的河道整治工程、市政管道工程、城市基坑支护工程中，由于土地资源的稀缺，征地问题往往是制约工程的一大因素，采用直立式的板桩支挡结构形式可以较大程度的减少征地面积，缩短工期，减少工程对周边环境的影响。

1 U形预应力混凝土板桩介绍

U形预应力混凝土板桩（以下简称板桩）是一种新型的预应力混凝土基础围护挡土桩构件，主要应用于河道护坡治理、航道护岸、港口码头、围海圈围促淤、市政管道工程、城市基坑支护工程。目前市场上常用的挡土护坡材料主要有普通混凝土平板桩、钢板桩、钻孔灌注桩、地下连续墙、SMW工法挡土墙、土层锚杆。相比于传统的挡土护坡材料，板桩具有挡土截面大、受力性能优、性价比高、成桩美观等优点，在显著降低造价的同时还能缩短工期。板桩的成型施工采用先进的振动成型以及高压水冲、引孔辅助成型等工法，成桩质量效果良好，能广泛适用于各种地质条件和施工场地环境。板桩的企口之间还可以根据止水要求预埋橡胶止水胶条，同时还可根据要求注浆密封，能够满足有止水要求的工程的需要，使用范围广泛。

2 U形板桩与矩形板桩的受力性能分析

U形桩与矩形桩主要区别在于其截面形状，改变截面的几何特性，可以取得有利于承载力增加的力学效果。例如，对于方向已给定的横向荷载来说，U形桩就比截面积相同的矩形板桩能抵抗更大的荷载，这是由于前者具有较大的抗弯刚度。通过计算，得出两种桩形具体的材料用量差别。板桩设计计算参考国家规范《混凝土结构设计规范》（GB50010），采用等效受力原则，U形桩等效为抗弯抗剪性能优越的工字型受力结构，采用预应力和高强高性能混凝土设计。

矩形板桩采用截面尺寸为2500，U形板桩采用宽1000高350的截面尺寸，两种截面类型如图1所示。

2.1 设计用材料

对两种板桩采用相同的原材料进行设计计算，主要材料及设计参数如表1所示。

2.2板桩的结构计算

已知设计参数：每延米最大弯矩Mmax=150kN・m，最大剪力Vmax=200kN，根据国内某厂家提供的U形板桩性能参数表，已知U形板桩的设计结果，只需针对矩形板桩进行计算。

2.2.1 矩形截面预应力混凝土受弯构件正截面承载力计算

基本公式：

2.2.2 矩形截面预应力混凝土受弯构件斜截面承载力计算

当配有箍筋时，斜截面受剪承载力按下式计算：

每延米板桩墙设计计算结果如表2所示。

3 结论分析

由以上计算可以得出，每延米板桩墙设计在采用U形桩和矩形桩时，后者混凝土、预应力钢棒和箍筋用量分别是前者的1.5倍、2倍和2.5倍。

可见，U形桩在力学性能方面全面优于矩形截面板桩，采用 U 型截面设计，在节省材料的基础上，能够保证结构抗弯和抗剪的性能，增加截面挡土宽度，提高性价比。因此，相对于矩形板桩来说，U形桩是更为科学合理的板桩桩形。

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