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摘要：介绍了预应力混凝土管桩抗拔承载力的计算过程和需要考虑的方面。
关键词：预应力混凝土管桩；抗浮；抗拔
Abstract: the article introduces the prestressed concrete pipe pile bearing capacity of the process and pull out of the need to consider.
Keywords: prestressed concrete pipe pile; Anti-uplift; Resistance to pull
中图分类号：TU37文献标识码：A 文章编号：
1工程概况
预应力管桩由于单桩承载力高、施工便捷、造价较低、桩身质量稳定而广泛用于基础工程。将其用于抗拔桩使用时，在有效预压应力范围内桩身不会出现裂缝，抗裂性能好，从而提高了桩身的耐久性。
XX广场位于上海市浦东新区，川沙路东侧，庙港绿地南侧，浦东运河西侧。总建筑面积52575.6平方米，地上建筑面积24407.7平方米，地下建筑面积28167.9平方米。地下两层，地上3～5层。基础采用桩基础。根据岩土工程勘探报告，预制桩的设计参数如表1所示。
单桩承载力设计参数表1
根据本工程的特点，通过对比后，最终确定抗拔桩采用PHC500AB100-27，参考图集为《预应力混凝土管桩》（图集号10G409）。
2PHC管桩抗拔设计
2.1土体提供的竖向抗拔承载力计算
根据表1，桩端持力层为⑦1层砂质粉土，可得出PHCAB500管桩单桩抗拔承载力设计值Rtd=680kN。
2.2桩身结构强度验算
抗拔桩竖向承载力除了满足桩土相互作用的抗拔承载力外，还需满足PHC管桩自身桩身结构强度要求。根据国标图集《预应力混凝土管桩》（图集号10G409）式6.4.2，
Ao=A+[（Es/Ec）-1]Ap=3.14X(5002-3002)/4+(2X105/3.8X104-1)X11X90=129820mm2
σce=6.59MPa
Nk=σceAo=855kN
试桩时按不出现裂缝控制时Nk=(σce+ftk)Ao=(6.59+3.11)X129820=1259kN
2.3接桩焊缝连接强度验算
上下节管桩之间的接头连接做法一般分为机械快速接头和坡口对接围焊接头两种，上海地区常用做法是坡口对接围焊接头。
上下节管桩之间的焊接接头按国标图集第40页构造做法，如焊缝尺寸为12mm，如图1所示。
d1=d-2X12=500-24=476mm
焊缝长度Lw=πd1=3.14X476=1494mm 焊缝尺寸he=0.75S=0.75X12=9mm
ft=160N/mm2
Q=Lwheft/1.2=1494X9X160/1.2=1792kN
图1上下节管桩之间的焊接连接详图
由计算结果可知，坡口对接围焊焊缝连接强度理论计算值比桩身强度大很多,但在实际工程施工中一般都是工人现场焊接，质量不容易保证，而且焊缝冷却时间不够，造成焊缝高温状态入土后形成焊缝淬火。
2.4孔口端板抗剪强度验算
孔口最薄弱处为端板上预应力钢棒锚固孔台阶易产生冲切破坏，如图1所示。国标管桩
图2端板与预应力筋连接详图
按国标图集ts=20mm，端板孔口抗剪设计值验算如下：
N≤nл((d1+d2)/2)(ts-(h1+h2)/2)fv
=11X3.14X((12+20)/2)(20-(9.5+6)/2)X120=812kN
试桩兼工程桩建议采用B型或C型桩，且加厚端板来提高端板孔口抗剪强度。端板ts=28mm，相应的抗剪强度设计值为1450kN。
孔口端板抗剪强度为桩身强度的控制指标。根据图集《预应力混凝土管桩》第5.3，管桩用作抗拔桩时，应根据具体要求设置桩端锚固筋，并加强端板连接。如另设桩端锚固筋将大大改善孔口端板的受力状态。
2.5填芯混凝土粘结力验算
根据国标图集《预应力混凝土管桩》的要求，填芯混凝土长度不小于3米，先按3米考虑。新老混凝土粘结强度试验研究和理论分析表明[6-7]，ψ=0.45～0.56，设计时若采用了微膨胀混凝土则ψ值可以适当放大。
Um=πd0=3.14X300=942mm
粘结系数ψ=0.45 填芯长度L1=3000mm 混凝土抗拉强度设计值ft=1.43N/mm2
Q=UmψftL1=942X0.45X1.43X3000=1818kN
2.6桩与承台连接节点验算
桩与承台连接节点采用图集《预应力混凝土管桩》第41页节点详图，其中抗拔桩①号筋改为6Φ28，②号插筋6根14。根据国标《建筑基桩检测技术规范》第5.3.3.3单桩抗拔承载力按钢筋抗拉强度控制時，桩顶上拔荷载补超过钢筋强度标准值的0.9倍。则节点抗拉承载力为：N=fyAp=0.9X400X6X（616+154）=1663kN
3静载荷试验及结果
工程试桩采用国标图集《预应力混凝土管桩》PHC500AB10027米管桩，填芯混凝土采用C35，添加微膨胀剂15%，填芯混凝土内箍筋采用螺旋箍Ø8@200，填芯长度3米。
抗拔静载荷试验结果表明，3组抗拔试桩在1300kN荷载作用下，PHC管桩连接节点均能满足抗拔承载力的要求，且均未达到土体的破坏。
4 结束语
1.管桩作为抗拔桩使用，抗裂性好，经济性好，生产效率高，沉桩速度快，桩身质量可靠性高。只要设计合理，施工可靠，管桩作为抗拔桩使用有较大的优势。
2.管桩桩身结构强度的确定建议主要由有效预应力控制，构件正截面的受力裂缝控制等级为一级，构件边缘混凝土不产生拉应力。
3.桩接头焊缝为现场焊接，质量不容易保证，而且焊缝冷却时间不够，造成焊缝高温状态入土后形成焊缝淬火，现场应加强管理以保证焊缝质量。
4.从理论计算及抗拔试验表明，管桩的端板与预应力钢棒连接的强度是PHC管桩作为抗拔桩的薄弱点。因此可根据设计需要采用加强端板，另设桩端锚固筋等措施以加强薄弱部位。
5.桩顶与承台的连接处承受的抗拔力最大，应根据计算确定桩顶锚固钢筋、桩芯插筋及混凝土填芯高度。填芯混凝土应选用具有微膨胀性能的混凝土浇筑，外加剂掺量可根据抗拔承载力和施工经验及试验数据进行调整，来达到最佳经济和工期效果。
6.试桩兼作工程桩时应注意复核桩身裂缝、端板抗剪强度和预应力钢棒的强度。
7.考虑到桩材制作及施工过程的不确定性，在设计中建议适当降低桩身整体的抗拔承载力强度，以保证总体安全度。
8.估算土层提供的极限抗拔承载力时，抗拔承载力系数λ宜按以下取值：粘性土、粉性土0.7～0.8；砂土0.5～0.7。建议通过静载荷试验最终确定单桩承载力设计值。
参考文献
[1]建筑桩基技术规范(JGJ94-2008)[S].北京：中国建筑工业出版社，2008.
[2]建筑基桩检测桩技术规范（JGJ106-2003）[S].北京：中国建筑工业出版社，2003.
[3]建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）[S].北京：中国建筑工业出版社，2002.
[4]上海市工程建设规范.地基基础设计规范（DGJ08-11-2010）[S].2010.
[5]国家建筑标准设计图集.预应力混凝土管桩（10G409）[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.
[6]徐有邻，沈文都，汪洪.钢筋混凝土粘结锚固性能的试验研究.建筑结构学报，1994.15（3）：26-37.
[7]袁群，刘健.新老混凝土粘结的剪切强度研究.建筑结构学报，2001.22（2）：46-50.
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：预应力混凝土管桩；抗浮；抗拔
Abstract: the article introduces the prestressed concrete pipe pile bearing capacity of the process and pull out of the need to consider.
Keywords: prestressed concrete pipe pile; Anti-uplift; Resistance to pull
中图分类号：TU37文献标识码：A 文章编号：
1工程概况
预应力管桩由于单桩承载力高、施工便捷、造价较低、桩身质量稳定而广泛用于基础工程。将其用于抗拔桩使用时，在有效预压应力范围内桩身不会出现裂缝，抗裂性能好，从而提高了桩身的耐久性。
XX广场位于上海市浦东新区，川沙路东侧，庙港绿地南侧，浦东运河西侧。总建筑面积52575.6平方米，地上建筑面积24407.7平方米，地下建筑面积28167.9平方米。地下两层，地上3～5层。基础采用桩基础。根据岩土工程勘探报告，预制桩的设计参数如表1所示。
单桩承载力设计参数表1
根据本工程的特点，通过对比后，最终确定抗拔桩采用PHC500AB100-27，参考图集为《预应力混凝土管桩》（图集号10G409）。
2PHC管桩抗拔设计
2.1土体提供的竖向抗拔承载力计算
根据表1，桩端持力层为⑦1层砂质粉土，可得出PHCAB500管桩单桩抗拔承载力设计值Rtd=680kN。
2.2桩身结构强度验算
抗拔桩竖向承载力除了满足桩土相互作用的抗拔承载力外，还需满足PHC管桩自身桩身结构强度要求。根据国标图集《预应力混凝土管桩》（图集号10G409）式6.4.2，
Ao=A+[（Es/Ec）-1]Ap=3.14X(5002-3002)/4+(2X105/3.8X104-1)X11X90=129820mm2
σce=6.59MPa
Nk=σceAo=855kN
试桩时按不出现裂缝控制时Nk=(σce+ftk)Ao=(6.59+3.11)X129820=1259kN
2.3接桩焊缝连接强度验算
上下节管桩之间的接头连接做法一般分为机械快速接头和坡口对接围焊接头两种，上海地区常用做法是坡口对接围焊接头。
上下节管桩之间的焊接接头按国标图集第40页构造做法，如焊缝尺寸为12mm，如图1所示。
d1=d-2X12=500-24=476mm
焊缝长度Lw=πd1=3.14X476=1494mm 焊缝尺寸he=0.75S=0.75X12=9mm
ft=160N/mm2
Q=Lwheft/1.2=1494X9X160/1.2=1792kN
图1上下节管桩之间的焊接连接详图
由计算结果可知，坡口对接围焊焊缝连接强度理论计算值比桩身强度大很多,但在实际工程施工中一般都是工人现场焊接，质量不容易保证，而且焊缝冷却时间不够，造成焊缝高温状态入土后形成焊缝淬火。
2.4孔口端板抗剪强度验算
孔口最薄弱处为端板上预应力钢棒锚固孔台阶易产生冲切破坏，如图1所示。国标管桩
图2端板与预应力筋连接详图
按国标图集ts=20mm，端板孔口抗剪设计值验算如下：
N≤nл((d1+d2)/2)(ts-(h1+h2)/2)fv
=11X3.14X((12+20)/2)(20-(9.5+6)/2)X120=812kN
试桩兼工程桩建议采用B型或C型桩，且加厚端板来提高端板孔口抗剪强度。端板ts=28mm，相应的抗剪强度设计值为1450kN。
孔口端板抗剪强度为桩身强度的控制指标。根据图集《预应力混凝土管桩》第5.3，管桩用作抗拔桩时，应根据具体要求设置桩端锚固筋，并加强端板连接。如另设桩端锚固筋将大大改善孔口端板的受力状态。
2.5填芯混凝土粘结力验算
根据国标图集《预应力混凝土管桩》的要求，填芯混凝土长度不小于3米，先按3米考虑。新老混凝土粘结强度试验研究和理论分析表明[6-7]，ψ=0.45～0.56，设计时若采用了微膨胀混凝土则ψ值可以适当放大。
Um=πd0=3.14X300=942mm
粘结系数ψ=0.45 填芯长度L1=3000mm 混凝土抗拉强度设计值ft=1.43N/mm2
Q=UmψftL1=942X0.45X1.43X3000=1818kN
2.6桩与承台连接节点验算
桩与承台连接节点采用图集《预应力混凝土管桩》第41页节点详图，其中抗拔桩①号筋改为6Φ28，②号插筋6根14。根据国标《建筑基桩检测技术规范》第5.3.3.3单桩抗拔承载力按钢筋抗拉强度控制時，桩顶上拔荷载补超过钢筋强度标准值的0.9倍。则节点抗拉承载力为：N=fyAp=0.9X400X6X（616+154）=1663kN
3静载荷试验及结果
工程试桩采用国标图集《预应力混凝土管桩》PHC500AB10027米管桩，填芯混凝土采用C35，添加微膨胀剂15%，填芯混凝土内箍筋采用螺旋箍Ø8@200，填芯长度3米。
抗拔静载荷试验结果表明，3组抗拔试桩在1300kN荷载作用下，PHC管桩连接节点均能满足抗拔承载力的要求，且均未达到土体的破坏。
4 结束语
1.管桩作为抗拔桩使用，抗裂性好，经济性好，生产效率高，沉桩速度快，桩身质量可靠性高。只要设计合理，施工可靠，管桩作为抗拔桩使用有较大的优势。
2.管桩桩身结构强度的确定建议主要由有效预应力控制，构件正截面的受力裂缝控制等级为一级，构件边缘混凝土不产生拉应力。
3.桩接头焊缝为现场焊接，质量不容易保证，而且焊缝冷却时间不够，造成焊缝高温状态入土后形成焊缝淬火，现场应加强管理以保证焊缝质量。
4.从理论计算及抗拔试验表明，管桩的端板与预应力钢棒连接的强度是PHC管桩作为抗拔桩的薄弱点。因此可根据设计需要采用加强端板，另设桩端锚固筋等措施以加强薄弱部位。
5.桩顶与承台的连接处承受的抗拔力最大，应根据计算确定桩顶锚固钢筋、桩芯插筋及混凝土填芯高度。填芯混凝土应选用具有微膨胀性能的混凝土浇筑，外加剂掺量可根据抗拔承载力和施工经验及试验数据进行调整，来达到最佳经济和工期效果。
6.试桩兼作工程桩时应注意复核桩身裂缝、端板抗剪强度和预应力钢棒的强度。
7.考虑到桩材制作及施工过程的不确定性，在设计中建议适当降低桩身整体的抗拔承载力强度，以保证总体安全度。
8.估算土层提供的极限抗拔承载力时，抗拔承载力系数λ宜按以下取值：粘性土、粉性土0.7～0.8；砂土0.5～0.7。建议通过静载荷试验最终确定单桩承载力设计值。
参考文献
[1]建筑桩基技术规范(JGJ94-2008)[S].北京：中国建筑工业出版社，2008.
[2]建筑基桩检测桩技术规范（JGJ106-2003）[S].北京：中国建筑工业出版社，2003.
[3]建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）[S].北京：中国建筑工业出版社，2002.
[4]上海市工程建设规范.地基基础设计规范（DGJ08-11-2010）[S].2010.
[5]国家建筑标准设计图集.预应力混凝土管桩（10G409）[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.
[6]徐有邻，沈文都，汪洪.钢筋混凝土粘结锚固性能的试验研究.建筑结构学报，1994.15（3）：26-37.
[7]袁群，刘健.新老混凝土粘结的剪切强度研究.建筑结构学报，2001.22（2）：46-50.
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。