《新型预应力混凝土异型管桩成套技术与工程应用》科研成果公示
一、项目名称：新型预应力混凝土异型管桩成套技术与工程应用
二、推荐内容及单位：由宁波市北仑区科技局推荐申报2018年宁波市科技进步奖
三、项目简介：
先张法预应力混凝土管桩已经广泛应用于各类建设工程。我国是全球生产应用管桩最多的国家，但在工业化生产和实际工程应用中，由于管桩生产和施工工艺要求较高，桩基整体耐久性和抗拔性能有待改善，因此，如何创新桩型、改进桩身连接方式、提高耐久性和承载力一直备受关注。为了适应新型建筑工业化的发展，本项目按照 “耐久、防腐、节能、环保”的理念，开发了一种新型异型管桩，该管桩研发经历了三个阶段：增强型预应力混凝土离心桩、机械连接预应力混凝土竹节桩、螺锁式无端板预应力混凝土异型管桩。主要科技内容及其技术性能指标如下：
（1）开发了螺锁式无端板预应力混凝土异型管桩及其成套生产工艺：将管桩设计为有纵向和环向肋的凹凸型管桩，取消端板和桩箍套，直接节约钢材95%，使得管桩生产总成本降低10%以上；将张拉螺丝直接固定在主筋镦头处的连接套上，延长了张拉螺丝的使用寿命，开发了外圆扣拉方式的张拉锚固装置，并研制了一套加工内衬板模具的设备。
（2）发明了系列新型、可靠、施工快速的管桩螺锁式机械连接装置：该接头桩端面螺丝孔的间距误差控制在0.2mm范围内，能保证上下桩的垂直机械连接，保证接头质量，现场接桩速度快；研制了一种新型端面密封材料，对接头具有防腐作用。
（3）研究了螺锁式异型管桩及机械连接接头耐久性：在相同的腐蚀条件下，普通管桩抗拉承载力下降30%~50%时，螺锁式异型管桩的抗拉承载力下降小于6%；普通管桩抗剪承载力下降30%~43%时，螺锁式异型管桩接头处抗剪承载力下降小于10%。
（4）研究了螺锁式异型管桩承载性能：与同桩径、桩长的普通管桩相比，螺锁式异型管桩的单桩竖向抗压极限承载力提高10%以上，竖向抗拔极根承载力提高30%~70%。
本项目已获国家发明专利13项、实用新型专利21项，国家级工法1项，省级工法2项；主编国家行业标准《预应力混凝土异型预制桩技术规程》，审查委员会认为，该规程填补了异型预制桩应用技术行业标准的空白，总体达到了国际先进水平；参编国家标准、省级技术规程、设计图集共10部；发表学术论文10篇。研发的新型预制桩产品被列为全国建设行业以及浙江、江苏、广州等省市的新技术推广项目，2015-2018年，已经在500余个工程中应用，累计使用管桩1200万米，新增销售10.43亿。2016年9月，由王复明院士担任主任的鉴定委员会评价是：“成果总体达到国际先进水平，其中管桩螺锁式机械连接装置达到国际领先水平”。
项目研发了一种新型预应力混凝土异型管桩，发明了一套管桩机械连接装置，并形成了成套技术，开展了大规模推广应用，取得以下核心创新成果：
核心技术创新点1:开发了一种带有纵横向肋、无端板的新型预制管桩，并形成了相应的生产工艺，实现了规模化生产。解决了传统先张法预应力管桩制作中存在的不足，取消了端板和桩箍套，提高了管桩耐久性和承载能力。
支撑材料：国家发明授权专利：ZL201310377929.1、ZL201410542958.3、ZL201410542367.6。国家行业标准《预应力混凝土异型预制桩技术规程（JGJ/T 405-2017）》。
核心技术创新点2:发明了系列新型、可靠、施工快速的螺锁式机械连接装置。该连接装置主要由大小连接套、插杆、卡片、卡簧、中间螺帽、垫片组成，同时开发一种新型的端面密封材料，对接头具有防腐蚀作用；采用卡扣式机械连接和专用材料密封接桩，解决了普通管桩现场焊接带来的可靠性不足等问题，提高了接桩质量和效率，解决了普通管桩作为抗拔桩的应用限制问题。
支撑材料：国家发明专利ZL2005100698902.2、ZL200510069873.9、ZL200510069884.7、ZL201310378021.2。国家标准《先张法预应力离心混凝土异型桩（GB 31039-2014）》、浙江省建筑标准设计图集《机械连接先张法预应力混凝土竹节桩（2013 浙G32）》。
核心技术创新点3: 揭示了软土地区螺锁式异型管桩桩土相互作用机理，提出了螺锁式异型管桩承载力增强系数与竖向承载力计算公式；建立了混凝土强度和桩耐久性之间的相互关系。
支撑材料：学术论文5篇（见附件论文1，2，5，7，9）。安徽省地方标准《先张法预应力混凝土竹节桩基础技术规程（DB34/T5008-2015）》、河北省工程建设标准《预应力混凝土竹节桩技术规程（DB 13（J）/T203-2016）》。
先张法预应力混凝土管桩已经广泛应用于各类建设工程。我国是全球生产应用管桩最多的国家，但在工业化生产和实际工程应用中，由于管桩生产和施工工艺要求较高，桩基整体耐久性和抗拔性能有待改善，因此，如何创新桩型、改进桩身连接方式、提高耐久性和承载力一直备受关注。为了适应新型建筑工业化的发展，本项目按照 “耐久、防腐、节能、环保”的理念，开发了一种新型异型管桩，该管桩研发经历了三个阶段：增强型预应力混凝土离心桩、机械连接预应力混凝土竹节桩、螺锁式无端板预应力混凝土异型管桩。主要科技内容及其技术性能指标如下：
（1）开发了螺锁式无端板预应力混凝土异型管桩及其成套生产工艺：将管桩设计为有纵向和环向肋的凹凸型管桩，取消端板和桩箍套，直接节约钢材95%，使得管桩生产总成本降低10%以上；将张拉螺丝直接固定在主筋镦头处的连接套上，延长了张拉螺丝的使用寿命，开发了外圆扣拉方式的张拉锚固装置，并研制了一套加工内衬板模具的设备。
（2）发明了系列新型、可靠、施工快速的管桩螺锁式机械连接装置：该接头桩端面螺丝孔的间距误差控制在0.2mm范围内，能保证上下桩的垂直机械连接，保证接头质量，现场接桩速度快；研制了一种新型端面密封材料，对接头具有防腐作用。
（3）研究了螺锁式异型管桩及机械连接接头耐久性：在相同的腐蚀条件下，普通管桩抗拉承载力下降30%~50%时，螺锁式异型管桩的抗拉承载力下降小于6%；普通管桩抗剪承载力下降30%~43%时，螺锁式异型管桩接头处抗剪承载力下降小于10%。
（4）研究了螺锁式异型管桩承载性能：与同桩径、桩长的普通管桩相比，螺锁式异型管桩的单桩竖向抗压极限承载力提高10%以上，竖向抗拔极根承载力提高30%~70%。
本项目已获国家发明专利13项、实用新型专利21项，国家级工法1项，省级工法2项；主编国家行业标准《预应力混凝土异型预制桩技术规程》，审查委员会认为，该规程填补了异型预制桩应用技术行业标准的空白，总体达到了国际先进水平；参编国家标准、省级技术规程、设计图集共10部；发表学术论文10篇。研发的新型预制桩产品被列为全国建设行业以及浙江、江苏、广州等省市的新技术推广项目，2015-2018年，已经在500余个工程中应用，累计使用管桩1200万米，新增销售10.43亿。2016年9月，由王复明院士担任主任的鉴定委员会评价是：“成果总体达到国际先进水平，其中管桩螺锁式机械连接装置达到国际领先水平”。
项目研发了一种新型预应力混凝土异型管桩，发明了一套管桩机械连接装置，并形成了成套技术，开展了大规模推广应用，取得以下核心创新成果：
核心技术创新点1:开发了一种带有纵横向肋、无端板的新型预制管桩，并形成了相应的生产工艺，实现了规模化生产。解决了传统先张法预应力管桩制作中存在的不足，取消了端板和桩箍套，提高了管桩耐久性和承载能力。
支撑材料：国家发明授权专利：ZL201310377929.1、ZL201410542958.3、ZL201410542367.6。国家行业标准《预应力混凝土异型预制桩技术规程（JGJ/T 405-2017）》。
核心技术创新点2:发明了系列新型、可靠、施工快速的螺锁式机械连接装置。该连接装置主要由大小连接套、插杆、卡片、卡簧、中间螺帽、垫片组成，同时开发一种新型的端面密封材料，对接头具有防腐蚀作用；采用卡扣式机械连接和专用材料密封接桩，解决了普通管桩现场焊接带来的可靠性不足等问题，提高了接桩质量和效率，解决了普通管桩作为抗拔桩的应用限制问题。
支撑材料：国家发明专利ZL2005100698902.2、ZL200510069873.9、ZL200510069884.7、ZL201310378021.2。国家标准《先张法预应力离心混凝土异型桩（GB 31039-2014）》、浙江省建筑标准设计图集《机械连接先张法预应力混凝土竹节桩（2013 浙G32）》。
核心技术创新点3: 揭示了软土地区螺锁式异型管桩桩土相互作用机理，提出了螺锁式异型管桩承载力增强系数与竖向承载力计算公式；建立了混凝土强度和桩耐久性之间的相互关系。
支撑材料：学术论文5篇（见附件论文1，2，5，7，9）。安徽省地方标准《先张法预应力混凝土竹节桩基础技术规程（DB34/T5008-2015）》、河北省工程建设标准《预应力混凝土竹节桩技术规程（DB 13（J）/T203-2016）》。
四、社会效益和间接经济效益
本项目通过技术创新，已获国家发明专利和实用新型专利共34项，主编国家行业标准1部。从管桩的生产到工程应用，已形成了完整的成套技术标准，主要社会效益和经济效益体现如下：
（1）扩大管桩的应用范围。2015-2018年，仅浙江和江苏地区，已在500余个工程项目中得到应用，共计使用异型管桩长度约1200万米。
（2）与普通管桩相比，螺锁式异型管桩可节约直接成本20-30%，每米的综合造价降低约20元以上，以全国年生产3亿米计，可节约成本6亿元以上。
（3）采用机械式接桩新技术，保证管桩连接的可靠性。解决了普通管桩电焊连接的弊端，减少环境污染，达到节省材料和资源的目的，并能减少施工过程中受到外界因素的影响，更有效的保证施工进度。
（4）螺锁式异型管桩能有效提高受压和抗拔极限承载力，能降低建设工程的工程造价。同时桩基耐久性的提高，能保证建设工程的使用和可靠性，提高项目的社会效益。
本项目通过技术创新，已获国家发明专利和实用新型专利共34项，主编国家行业标准1部。从管桩的生产到工程应用，已形成了完整的成套技术标准，主要社会效益和经济效益体现如下：
（1）扩大管桩的应用范围。2015-2018年，仅浙江和江苏地区，已在500余个工程项目中得到应用，共计使用异型管桩长度约1200万米。
（2）与普通管桩相比，螺锁式异型管桩可节约直接成本20-30%，每米的综合造价降低约20元以上，以全国年生产3亿米计，可节约成本6亿元以上。
（3）采用机械式接桩新技术，保证管桩连接的可靠性。解决了普通管桩电焊连接的弊端，减少环境污染，达到节省材料和资源的目的，并能减少施工过程中受到外界因素的影响，更有效的保证施工进度。
（4）螺锁式异型管桩能有效提高受压和抗拔极限承载力，能降低建设工程的工程造价。同时桩基耐久性的提高，能保证建设工程的使用和可靠性，提高项目的社会效益。
五、主要完成单位
兆弟集团有限公司
浙江大学宁波理工学院
浙江大学
浙江大学建筑设计研究院有限公司
浙江省建筑设计研究院
六、主要完成人
金伟良 周兆弟 谢新宇 齐金良 方鹏飞 干钢 杨学林 肖志斌 周开发
金伟良 周兆弟 谢新宇 齐金良 方鹏飞 干钢 杨学林 肖志斌 周开发
周继发 岳增国 王文军 王忠瑾
公示自即日始10天，凡对上述项目申报省科学技术进步奖有意见者，请及时以书面或口头形式向院总师办反映。
联系电话：85050022
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浙江省建筑设计研究院
2018年4月20日
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