上海地区预应力管桩作为抗拔桩的应用

  　　【摘要】本文通过预应力管桩作为抗拔桩，在上海地区实际工程设计中的应用，分析了预应力管桩作为抗拔桩时桩身结构强度如何控制和影响管桩抗拔承载力的桩身构造两个方面问题。比较现行规范中的具体计算方法，为上海地区实际工程中采用PHC管桩提供参考。 

　　【关键词】PHC管桩；抗拔设计；抗拔桩桩身强度 

　　1、预应力管桩作为抗拔桩介绍 

　　预应力管桩由于构件质量可靠、桩身强度高，耐锤击，而且施工快捷、造价相对较低，近年来在建筑工程中作为竖向承压桩应用越来越广。预应力管桩作为抗拔桩，目前在实际工程中也有应用。上海市工程建设规范《地基基础设计规范》（DGJ08-11-2010）[1]7.1.10条指出预应力桩作为抗拔桩时，应结合类似工程经验对桩身结构强度、接头部位的端板、桩顶与承台的链接构造等进行验算，并应在施工前进行单桩抗拔静载荷试验为设计提供依据。7.1.10条条文说明提出预应力管桩作为抗拔桩时需注意的两方面问题：首先，预应力管桩作为抗拔桩时桩身结构强度如何控制至今尚没有一致认识；其次，影响预应力管桩抗拔承载力的还有管节间的连接、端板厚度以及桩顶与承台的连接构造（包括填芯高度、插筋的设置）等三个桩身构造方面问题。 

　　2、第一个问题，桩身结构强度计算 

　　以国家建筑标准设计图集《预应力混凝土管桩》（10G409）[2]PHC 400 AB 95桩型为例。 

　　1.根据国标图集[2] 6.3.3公式N≤CfpyAp 

　　N≤0.85x1000x7xx10.72=535KN 

　　与查国标图集[2]P16页PHC桩桩身承载力与裂缝控制指标表桩身轴心受拉承载力设计值536KN一致。比较03版国家建筑标准设计图集《预应力混凝土管桩》（03SG409）[3]6.2.7公式N≤fpyAp引入了折减系数C为考虑预应力钢筋墩头与端板连接处受力不均匀等因素的影响而取得折减系数，C=0.85。 

　　2.根据江苏省工程建设标准《预应力混凝土管桩基础技术规程》（DGJ32/TJ 109-2010）[4]3.6.4-1公式1）管桩处于腐蚀环境或设计严格要求不出现裂缝时 

　　Nl≤σpcA 

　　Nl≤5.87×（4002-2102）=534KN 

　　2）管桩处于一般环境或设计一般要求不出现裂缝时 

　　Nl≤（σpc+ft）A 

　　Nl≤（5.87+2.22）x（4002-2102）=734KN 

　　江苏省规程[4]根据预应力钢筋墩头抗拉强度确定单桩抗拔承载力，并考虑了0.9的折减系数。根据3.6.4-4公式Nl≤0.9fpyAp，由于安全系数的不同，这个承载力比国标图集[2]的算法稍微高了一些。 

　　国标图集[2]考虑管桩预应力筋抗拉性能完全发挥，新版国标图集引入折减系数C，考虑了预应力钢筋墩头与端板连接处受力不均匀等桩身构造方面因素的影响。江苏省规程[4]在一般情况下考虑管桩混凝土的有效预压应力和抗拉性能，在要求严格控制裂缝的情况下仅考虑管桩混凝土的有效预压应力。PHC 400 AB 95桩型桩身结构强度计算综合见下表： 

　　预应力筋fpyAp 预应力筋考虑构造折减CfpyAp 有效预压应力和混凝土抗拉（σpc+ft）A 有效预压应力σpcA 

　　629KN 535KN 734KN 534KN 

　　其间的差别主要体现在对管桩混凝土抗裂性能的不同认识。上海市规范[1]7.1.10条条文说明建议：上海地区采用预应力管桩作为抗拔桩（尤其是承受长期上拔荷载）时，预应力管桩应严格控制桩身裂缝，建议按有效预压应力进行桩身结构强度控制；而且宜采用AB、B、C型管桩。 

　　3、第二个问题，三个桩身构造方面的问题 

　　1.管节间的连接 

　　按照上海的地质条件，通常一节桩不能满足单桩抗拔承载力的要求，都需要接桩。上海地区管节间连接在实际工程中常采用焊接，焊接可根据江苏省规程[4]3.6.4-2公式 

　　Nl≤（D12-D22）ftw 

　　Nl≤（3982-3762）x170=2273KN 

　　焊缝连接强度虽然从设计计算角度能满足工程需要，但对焊缝施工质量必须严格控制。 

　　2.端板厚度 

　　管桩端板孔口（预应力筋墩头锚固处）抗剪强度确定单桩抗拔承载力根据江苏省规程[4]3.6.4-3公式 

　　Nl≤nπ（d1+d2）（ts-）fv/2 

　　3.桩顶与承台的连接构造（包括填芯高度、插筋的设置） 

　　对于桩顶与承台的连接构造国标图集[2]P41～42页给出了连接详图。并规定了抗拔管桩顶填芯混凝土的高度H≥Qct/（Umxfn），且不小于3m。江苏省规程[4]也采用了类似的计算方法并引入经验折减系数K1取0.8，根据3.6.4-5公式，按C40微膨胀混凝土填芯高度3m计算。 

　　Nl≤K1πd1fnl 

　　Nl≤0.8xπx210x0.4x3000=633KN 

　　国标图集[2]还规定了抗拔桩锚固钢筋的总面积As≥Qct/fy 

　　由上可见，端板孔口抗剪强度是PHC管桩作为抗拔桩中的薄弱点。上海市规范[1]7.1.10条条文说明指出端板的厚度验算要考虑预应力筋锚孔孔口局部剪应力集中。端板锚孔及其与预应力钢棒连接往往是抗拔桩的薄弱环节，当预应力管桩作为抗拔桩时，端板厚度需要作适当加强（尤其是上拔荷载较大时），对于端板的材质也应明确达到Q235B。 

　　4、结语 

　　1.PHC管桩在设计合理、保证施工质量的前提下，适宜作为抗拔工程桩的使用。 

　　2.国标图集[2]采用预应力钢筋的抗拉强度来确定桩身抗拔承载力；江苏省规程[4]采用混凝土有效预压应力进行控制，并根据条件可以进一步加上混凝土的抗拉强度。上海市规范[1]建议案有效预压应力进行桩身结构强度控制，并宜采用AB、B、C型管桩。 

　　3.在实际工程中，如采用管桩作为抗拔桩，应对桩身强度、端板材质和厚度以及桩顶与承台的连接构造进行验算，并对焊缝施工质量、现场接头质量和混凝土填芯质量严格控制。 

　　4.PHC管桩应加强试桩、检测。如在施工前进行单桩抗拔静载荷试验为设计提供依据；建议100%进行小应变检测桩身质量。 

　　参考文献 

　　[1]上海市工程建设规范.《地基基础设计规范》（DGJ08-11-2010） 

　　[2]国家建筑标准设计图集.《预应力混凝土管桩》（10G409） 

　　[3]国家建筑标准设计图集.《预应力混凝土管桩》（03SG409） 

　　[4]江苏省工程建设标准.《预应力混凝土管桩基础技术规程》（DGJ32/TJ 109-2010） 

　　作者简介 

　　姚立婴，工程师，国家一级注册结构工程师。