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【摘 要】 本文通过东莞市莞城青少年宫PHC抗拔管桩的应用，阐述PHC管桩的抗拉性能和构造要求，供同类工程参考、借鉴。
【关键词】 PHC管桩；单桩竖向抗拔力特征值；抗拉性能；结构构造；接头
【中图分类号】 TU473.12 【文献标识码】 B【文章编号】 1727-5123（2009）01-008-06
Dongguan Teenager palace PHC anti-pull tube stake application
【Abstract】 The article pass the application that the temple PHC anti- of Wan city teenager in Dongguan pulls out a tube stake and the anti- that elaborates a PHC tube stake pull function and structure to request and provides the same kind engineering reference and draws lessons.
【Key words】 PHC tube stake; Single stake pull out characteristic to be worth-; Anti- pull function; Structure construction; Joint
1前言
预应力混凝土管桩因具有单桩承载力高，耐久性好，施工方便快捷，质量可靠，价格适中，抗弯抗拉性能好，检测方便，穿透力强，对地质条件适应性广等特点，在我国沿海地区得到广泛应用。因此在广东及沿海发达地区PHC管桩在20多种桩基中占据了80%以上，这种趋势正在全国各地蔓延，尤其是机械快速接头技术可在北方严寒的冬季施工，将进一步提升管桩的适用性。近年随着城市建设的发展，土地资源日益紧缺，涌现了一大批功能齐全，造型新颖的建筑，而大型、高层建筑占有很大的比例，特别是沿海地区和大中城市以及经济发达地区的公共建筑，为充分利用地下空间来满足使用功能和人防工程的需要，施工建（构）物的基础同时承受竖向压力，有时上拔荷载较大甚至成为主要作用力，主要有以下几种类型的建筑工程：无上部结构的地下室、地下停车场、污水处理池、深井泵房、船坞、人防和地铁工程；高耸结构如输电线铁塔、电视塔、烟囱的基础；锚锭基础以及在水平力作用下出现上拔力的建（构）筑物基础，如码头、挡土墙等，都有可能遇到工程结构的抗浮抗拔问题。
抗浮抗拔措施根据实际情况具体制定，型式种类多样，最常见的是设置锚杆和抗拔桩。目前采用抗拔管桩较为普遍。建筑工程中用得最多的是φ400和φ500管桩可作为抗拔桩使用，约占总销量的70%左右。但实际应用中90%以上是承受压力为主的抗压桩，抗拔桩的数量不到总应用量的10%。从工程实践中可知，抗拔管桩只要在保证质量的前提下，其施工方便、工期短、造价便宜等许多优点值得推广使用，大有发展前途。本文结合国标《先张法预应力混凝土管桩》和广东省标准《锤击式预应力混凝土管桩基础技术规程》的修订体会，介绍抗拔管桩单桩竖向抗拔承载力在工程中应用实例，为抗拔管桩单桩竖向抗拔承载力应用提供可靠的数据。
2工程概况
本工程位于东莞市莞城区，环城路与万寿路交汇处，旧市府旁，楼高4～5层，地下1层。总建筑面积18074.8m2，桩基础采用φ400－95PHC管桩344根，桩长26米，单桩竖向承载力特征值1400kN，单桩竖向桩拔力特征值250kN，桩基持力层为强风化岩。
3地质条件
根据勘察采用结果，在钻探深度范围内，场地所揭露的第四系土层主要有填土层、冲洪积层及残积层，下伏基岩为花岗岩。现将各岩土层的工程地质性质及其分布特征自上而下具体分述如下：
3.1填土层[Qm1]。填土[层号1]：浅灰、灰褐色，填料以粘性土为主，局部夹小石块、碎砖块及混凝土块，稍散。该层层顶标高约5.77~6.13m，揭露层厚约1.9～6.3m，平均3.1m；本场地各个勘探孔均有遇见该层。修正标贯击数统计：有效统计数n＝7，平均值4.5击，标准差1.07，变异系数0.23。剔除粗差后标贯击数最大值5.7击，最小值2.6击，标准值3.8击。该层为新回填土，结构较松散，密实程度较差，承载力低。管桩桩周岩土侧阻力特征值qsa=10kpa。
3.2冲洪积层[Qal+pl]。
3.2.1淤泥[层号2－1]：浅灰黑、灰黑色，主要由淤泥质粉粘粒组成，夹砂，局部含腐殖质，土质有微腥臭味，饱和，软塑。该层层顶标高约－0.18~3.90m，层顶埋深约1.9～6.3m，揭露层厚为0.8～5.2m左右，平均3.2m；本场地各个勘探孔均有遇见该层。修正标贯击数统计：有效统计数n＝18，平均值2.6击，标准差0.86，变异系数0.33。剔除粗差后标贯击数最大值3.8击，最小值1.0击，标准值2.3击。该层具高压缩性，低强度，结合现场标贯测试、土工试验结果及地区经验，综合分析，推荐其地基承载力特征值：fak=50kpa，管桩桩周岩土侧阻力特征值qsa=8kpa。
3.2.2粘土[层号2－2]：浅黄白、浅灰白色，成分以粉粘粒为主，土质均匀性尚好；粘性较强，湿，软塑，局部可塑。该层层顶标高约－2.10~1.99m，层顶埋深约4.0～8.2m，揭露层厚为0.9～5.9m左右，平均2.5m；本场地共11个勘探孔均有遇见该屋。修正标贯击数统计：有效统计数n＝12，平均值4.8击，标准差1.27，变异系数0.27。剔除粗差后标贯击数最大值6.1击，最小值3.4击，标准值4.1击。该层具较中－高压缩性，中－低强度，结合现场标贯测试、土工试验结果及地区经验，综合分析，推荐其地基承载力特征值：fak=110kpa，管桩桩周岩土侧阻力特征值qsa=25kpa。
3.2.3中细砂[层号2－3]：浅黄色，石英质，局部含少量粉粘粒，砂质分选择性、磨圆度一般，饱和，松散。该层层顶标高约－1.77m，层顶埋深约7.7m，揭露层厚为1.2m左右；本场地仅ZK1勘探孔有遇见该层。该层测试标贯1个，修正后为6.6击。该层具中－低强度，结合现场标贯测试及地区经验，综合分析，推荐其地基承载力特征值：fak=120kpa，管桩桩周岩土侧阻力特征值qsa=15kpa。
3.3残积层[Qel]。
3.3.1砂质粘性土[层号3－1]：灰黄、浅黄色，为花岗岩残积土，原岩结构已全部破坏，原岩矿物除石英外全部已风化成粘土矿物，岩芯手捏易散、具砂感，遇水易崩解、软化，湿，可塑。该层层顶标高约－4.18~－0.61m，层顶埋深约6.6～10.1m，揭露层厚为3.1～12.2m左右，平均6.7m；本场地各个勘探孔均有遇见该层。修正标贯击数统计：有效统计数n＝22，平均值10.3击，标准差2.21，变异系数0.21。剔除粗差后标贯击数最大值12.3击，最小值6.6击，标准值9.5击。该层具中等压缩性，中等强度，结合现场标贯测试、土工试验结果及地区经验，综合分析，推荐其地基承载力特征值：fak=190kpa，管桩桩周岩土侧阻力特征值qsa=32kpa。
3.3.2砂质粘性土[层号3－2]：灰黄、黄褐色，为花岗岩残积土，原岩结构已大部分破坏，原岩矿物除石英外大部分已风化成粘土矿物，局部夹风化硬块；其岩芯手捏散、具砂感，遇水易崩解、软化，湿，硬塑，局部底部呈竖硬状。该层层顶标高约－13.18~－6.07m，层顶埋深约11.9～19.1m，揭露层厚为4.2～14.6m左右，平均7.9m；本场地各个勘探孔均有遇见该层。修正标贯击数统计：有效统计数n＝25，平均值22.9击，标准差4.61，变异系数0.20剔除粗差后标贯击数最大值28.0击，最小值16.0击，标准值21.3击。该层具中－低压缩性，中－高强度，结合现场标贯测试、土工试验结果及地区经验，综合分析，推荐其地基承载力特征值：fak=260kpa，管桩桩周岩土侧阻力特征值qsa=42kpa。
3.4基岩[r]。
据勘察结果，在钻探深度范围内，场地基岩为花岗岩。根据岩石风化程度的差异，该层可分为以下二个亚层：
3.4.1强风化花岗岩[层号4－1]：浅灰、灰褐色，原岩结构可辩，岩石风化迹象明显，风化裂隙很发育，岩芯以土状、半岩半土状为主，局部夹个别中风化岩块；其岩芯手辩可断，敲击易散，钻进较困难。该层层顶标高约－22.71~－12.07m，层顶埋深约18.0～28.7m；本场地各个勘探孔均有遇见该层，其中ZK7、ZK8、ZK11、ZK12孔有遇见其底板，揭露层厚为1.5～7.0m左右，平均5.0m。该层测试标贯19个，其击数均大于50击。结合地区经验及现场标贯测试、钻进的易程度，综合分析，推荐其地基承载力特征值：faｋ=700kpa管桩，桩周岩土侧阻力特征值qsa=120kpa。
3.4.2中风化花岗岩[层号4－2]：浅灰、浅灰白色，块状构造，岩石结构清晰，原岩矿物主要为石英、长石和黑云母，裂隙发育，岩芯呈碎块状；其岩石岩质竖硬，敲击声脆，钻进困难。该层层顶标高约－24.67~－16.20m，层顶埋深约22.3～30.8m；本场地ZK7、ZK8、ZK11、ZK12勘探孔均有遇见该层，尚未揭穿其底板。结合地区经验及现场钻进的难易程度，综合分析，推荐其地基承载力特征值：faｋ=1500kpa。
4PHC管桩抗拔力设计与施工工艺
本工程为PHC管桩344根φ400－95桩基础，桩长26米，单桩竖向承载力特征值1400kN，单桩竖向桩拔力特征值250kN，桩基持力层为强风化岩。采用800吨静力压桩机施工，φ400-95AB终压力为3200KN，复压次数为5次。为了更好地施工，防止管桩被打裂、断，采用特制的包边开口桩尖和包边圆锥型桩尖，可以增强桩尖的穿岩能力，对减少打桩的破损率非常有效。
本新型桩尖是我司近年的科研成果，并已获得国家专利，是针对现有普通桩尖存在的不足，主要目的在于提供一种包边棱锥形桩尖，其包边桩尖直径底边比含桩大，锥体由4~6块侧板组成，该新型桩尖能有效地减少管桩与土（或砂和风化岩）间的瞬间摩擦力，或从而增强桩尖之穿透能力，随之可打（压）穿很厚的砂层及压缩性小的土（岩）层，降低打桩能耗，提高施工效率，可使桩尖能够顺利到达理想的持力层，同时减少施工过程中对桩身的损伤，能有效地减少桩机及场地的震动，降低打（压）桩时对其它建筑物及市政设施的影响，其主要原理包边结构扩大PHC管桩的入土孔口，利用管桩与土（岩）中存在收缩恢复的时间差的时效性，在减少瞬间的摩擦力增大打（压）桩的深度。
我司为了提高包边开口桩尖的刚度，桩靴高度从300~600mm改为100mm，钢板厚度均改为18mm，这样的桩尖能较好地保护PHC管桩桩头。包边开口桩尖的"土塞"效应是桩身与管孔进土之间的内摩擦力可以提高管桩的承载力。
5检测结果
施工完毕后我市经过了6~7月份的多次特大暴雨考验、造成多次洪涝灾害，基坑内多次泡浸对以摩阻力为主的抗拔管桩的承载力产生一定的影响，8月初经单桩竖向抗拔静载试验，基本达到设计要求，检测结果如下表：
检测结果汇总表
6抗拔管桩的单桩竖向抗拔承载力
抗拔管桩竖向抗拔承载力应根据桩身与桩周岩土的总抗拔摩阻力和桩身抗拉强度的大小来确定，取两者中较少者。
6.1抗拔管桩竖向抗拔承载力特征值。其确定方法一般有以下三种：通过现场竖向抗拔静载试验确定；通过经验公式进行计算；通过高应变测试进行估算。
6.1.1通过现场抗拔静载试验确定。影响单桩竖向抗拔承载力的因素很多，归纳起来有以下几方面：
6.1.1.1桩周围土体的影响：桩周土的性质、土的抗剪强度、侧压力系数和土的应力历史等都会对单桩竖向抗拔承载力产生一定的影响。一般说来，在粘土中，桩的抗拔极限侧阻力与土的不排水抗剪强度接近。在砂土中，桩的抗拔极限侧阻力可用有效应力法来估计，砂土的抗剪强度越大，桩侧单位面积的极限抗拔阻力也就越大。
6.1.1.2桩自身因素的影响：桩侧表面的粗糙程度越大，则桩的抗拔承载力就越大，且影响在砂土中比在粘土中更明显。此外，桩截面形状、桩长、桩的刚度和桩材的泊松比等会对单桩竖向抗拔承载力产生不同程度的影响，曾有试验证明，粗糙侧表面桩的抗拔极限承载力是光滑表面桩的1.7倍。
6.1.1.3施工因素的影响：在施工过程中，桩周土体的扰动、打入桩中的残余应力，桩身完整性、桩的倾斜角度等也将影响单桩竖向抗拔承载力的大小。
6.1.1.4休止时间的影响：从成桩到开始试验之间的休止时间的长短对单桩竖向抗拔承载力影响是明显的。另外，桩顶的加载方式、荷载维持时间、加载卸载过程对单桩竖向抗拔承载力也有影响。
因此，重要的工程或经验不足的地区，单桩竖向抗拔承载力特征值均应通过现场抗拔静载试验来确定，抗拔试验桩的数量、试验的开始时间、试验加载方法等，各种地基基础设计规范或桩基检测技术规范都有规定，在“单桩竖向抗拔静载试验要点”中，试验终止加载条件一般均列出三条，但抗拔管桩只要一拔动其累计上拔量根本不到100mm就破坏，所以是以“在某级上拔荷载作用下，桩顶上拔量大于前一级上拔荷载作用下上拔量的5倍”为终止加载条件。
单桩竖向抗拔静载试验一般按设计要求确定最大加载量，为设计提供依据的试验桩应加载至桩侧土破坏或桩身材料达到设计强度，为了防止因试验桩自身质量问题而影响抗拔试验结果，在抗拔桩试验前，宜采用低应变法对PHC管桩进行质量检测，确保试验顺利进行。
关于桩侧抗拔土阻力峰值与桩顶上拔位移量的关系，一般认为0.02D，，但根据目前抗拔桩的研究水平来看，基本上与桩径无关。
6.1.2通过高应变动测法进行估算。
高应变动测法可以测出抗压桩的竖向抗压极限承载力还可以提供桩侧摩阻力和桩端阻力值等数据与信息。从理论上讲，抗压桩的桩侧摩阻力乘以抗拔摩阻力折减系数入i就是抗拔桩的抗拔承载力，为安全计，入i可以取较小值（0.5~0.6），目前高应变动测法较为普及，采用高应变动测法检测抗压桩的承载力和桩身完整性，具有测试费用便宜、速度快、检测精度能满足工程需要等优点，但具体用于检测抗拔桩承载力，还不够成熟，需要检测部门和施工单位密切配合，进一步积累经验和技术数据，提高检测桩摩阻力和端阻力的分辨率和检测精度，使其估算的单桩竖向抗拔承载力特征值更为准确。
6.1.3通过经验公式进行计算。
单桩竖向抗拔承载力特征值计算，新广东规程推荐如下经验公式：
Rta=UpΣλi·ξsi ·qsia·li+0.9Gp
式中：Rta --单桩竖向抗拔承载力特征值；
Up --管桩桩身外周长；
λi--抗拔摩阻力折减系数，可按下表取值；
ξsi--管桩第i层土（岩）的侧阻力修正系数值；
qsia--管桩第i层土（岩）的侧阻力特征值；
li--管桩穿越第i层土（岩）的厚度；
Gp--管桩自重，对地下水位部分应扣除水的浮力。
抗拔摩阻力折减系数λi
6.1.4勘察设计参数的确定
6.2抗拔管桩桩身抗拉强度的计算。
6.2.1抗拔管桩桩身抗拉强度计算公式有以下三种计算模式：①按桩身不出现拉应力为控制条件；②按桩身不出现裂缝为控制条件；③按桩身裂缝小于0.2mm为控制条件。
新广东规程采用上述第①种计算模式，要求抗拔管桩受力后桩身混凝土不出现拉应力；同时，忽略预应力钢筋的抗拉作用。其计算公式：
Rp≤pc·A
式中：Rp--桩身竖向抗拉承载力设计值；
бpc--管桩混凝土有效预压应力值；
A--管桩截面面积。
对于一些临时性建筑的抗拔管桩，也可按上述第②种计算模式即桩身不出现裂缝为控制条件来进行计算：
Rp≤（pc+fc）·A
式中：fc --桩身混凝土抗拉强度设计值，C80混凝土的fc=2.22 MPa。
值得注意的是：当抗拔管桩承受最大的Rp时，端板锚固孔与钢筋墩头连接处的抗剪强度是最薄弱的环节，容易先冲切破坏。
6.2.2管桩混凝土有效预压应力值的计算。管桩桩身混凝土有效预压应力计算比较复杂，不同人计算往往会得出不同的结果。国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010-2002的算法适合于普通混凝土结构，不适合离心成型、高压蒸养的管桩。目前管桩界一般是套用日本的计算方法，但也很烦琐，新广东规程提出了一种计算管桩混凝土有效预压应力的简化公式：
бpc=0.56n·Aa·Fptk /A≈800n·Aa/A
式中：бpc——管桩混凝土有效预压应力值；
n——预应力钢筋数量；
Aa——单根预应力钢筋的公称截面面积；
Fptk——预应力钢筋的抗拉强度标准值，取1420 MPa；
A——管桩截面面积，按管桩直径和壁厚的理论面积计。
这是按张拉应力的20%作为预压应力损失值来估算的，而张拉力一般以达到预应力钢筋抗拉强度标准值的70%时的总拉力来控制的，故0.7×（1－0.20）=0.56，用此公式计算结果与国家标准《先张法预应力混凝土管桩》GB13476最新版本所推荐的计算方法所计算的结果基本一致，但此方法简单实用，尤其在抗拔管桩抗拉强度计算中显出快捷的优点。
6.2.3管桩桩身结构对应的单桩竖向抗拉承载力最大特征值的计算。为便于应用，提出一个相当于桩身结构对应的单桩竖向抗拉承载力最大特征值RB。
RB≈RP /1.35=бpc·A /1.35
=（800·n·Aa/A）·A /1.35
≈ 600·n·Aa
式中：n——预应力钢筋数量；
Aa——单根预应力钢筋的公称截面面积。
利用RB≈600·n·Aa计算ф400、ф500AB型、B型PHC桩的RB如下表：
7抗拔管桩的应用
对于锤击法、静压法施工的管桩桩基均可作抗拔管桩。静压管桩对接头的保护较好，故静压管桩作抗拔桩一般来说质量会好一些；锤击管桩入土较深，抗拔承载力较大些。
抗压桩承载力主要由桩周桩端岩土摩擦支承力来决定，桩身抗压强度一般不是控制条件；而对于抗拔桩，除短桩外，抗拔承载力一般是由桩身的抗拉强度所决定的，而桩身抗拉强度也往往由接头能力所左右的。当然，也有由桩周摩阻力决定的特殊地质条件下（如厚淤泥层）的抗拔桩。
东莞是建筑业较为发达的地区，管桩作抗拔承载的应用也不落后。从目前应用情况看，用得较多的抗拔管桩是Φ400-95和Φ500-125的AB型PHC桩，其单桩竖向抗拔承载力特征值的应用范围分别为：
Φ500-125AB型抗拔桩，Rta=250～650kN；
Φ400-95AB型抗拔桩，Rta=150～350kN。
应用400管桩工程实例东莞新世纪清华居（120~175KN）、莞城青少年宫（250KN）、麻涌豪峰污水厂（200KN），Φ500应用实例麻涌南峰时代广场（500KN）、莞城工业研发中心（500KN）、南城中威大厦（350KN）等一般采值都在这个范围。具体应用随工程及水文地质条件、桩径、桩长、沉桩方法、建筑类型等因素而定，以结构安全、检测结果为准。
8抗拔管桩的结构构造
主要应注意下列三个问题：桩身结构；接头；桩头与承台的连接。
8.1关于抗拔管桩的桩身结构问题。重点在桩身的配筋和端板的质量，同时还要注意预应力钢筋墩头与端板上锚固孔之间的抗拉能力和抗冲切能力。
8.2桩身的配筋。国家标准《先张法预应力混凝土管桩》GB13476最新版本将原来的预应力钢筋的混凝土保护层从25mm加大到40mm（Φ300管桩保护层仍为25mm，不宜作抗拔桩），预应力钢筋的分布圆直径也随之内缩，而桩身的抗弯要求基本不变，故钢筋的配置数量略有增多，国标附录列出了各种管桩的最小配筋量。
为保证抗拔管桩的桩身抗拉强度，首先要保证预应力钢筋的数量和钢筋的直径。目前，有些预应力钢筋生产厂生产的钢筋直径过小。为此，新广东规程专门列出每米预应力钢筋的允许最小重量，同时还规定：工地上使用的管桩，均要按一定的百分率抽检钢筋的数量及重量（最好利用截下来的余桩），若抽检钢筋的重量小于允许最小重量，按不合格论处。
8.3端板的质量。目前端板质量存在二大问题：端板的材质和端板的厚度。
8.3.1端板的材质大部分不符合规定。新规程规定：端板材质的性能应符合行业标准《先张法预应力混凝土管桩用端板》TC/T947的规定，该行业标准列出了端板用钢材的化学成分和力学性能，但没有对所用钢材作出具体的要求，因此，有些端板生产厂钻了这个空子，或用铸钢替代Q235钢板，或用拆船板等废旧钢材熔炼的“地条钢”来做端板。其危害性是：①可焊性差，焊缝易开裂；②端板易腐烂。这样的接头，应用在抗拔桩中，质量隐患显而易见。因此，用于抗拔桩的端板应符合国家标准《优质碳素结构钢技术条件》GB699及《碳素结构钢》GB700的有关规定，材料的机械性能不得低于Ｑ235的要求。
8.3.2端板的厚度普遍较薄。原规程规定：ф300管桩，端板最小厚度为16mm；ф400管桩为18mm；ф500管桩为18mm；ф600管桩为20mm。实际上，不少厂家连这个最小厚度也达不到。其实这个规定也还有不足之处。新广东规程不是按管桩直径来规定端板厚度，而是根据预应力钢筋的粗细来规定端板的厚度，比较科学。新广东规程规定端板的最小厚度如下：
8.3.3端板上的锚固孔与钢筋墩头的连接是抗拔管桩抗拉强度的一个“瓶颈”。预应力钢筋两端部经电热挤压成半球状的墩头，通过墩头与端板上锚固孔的连接，使端板与预应力钢筋形成一个结构体，张拉力通过端板再传到预应力钢筋墩头上，如果端板太薄，锚固孔底板抗剪强度不足，就容易将墩头拉脱。但一般情况下，总张拉力约为0.7n·Aa·Fptk，张拉时，如果端板与墩头之间不出现拉脱情况，那么按新广东规程所规定的桩身抗拉强度计算公式（Rp=бpc·A）计算的抗拔桩的抗拔力（0.56n·Aa·Fptk），是小于张拉力的，此时端板与墩头之间的连接是安全可靠的，若采用Rp=（бpc＋ft）A作抗拉强度计算公式计算出来的抗拔力，有时可能大过张拉力，尤其是A型桩，端板与墩头之间的连接就不一定可靠。可见，新规程推荐的桩身抗拉强度计算公式并不保守，而是与“墩头与锚固孔”的抗拉能力相匹配的。
值得一提：有些管桩生产厂家在预应力张拉时，偶有一、二根预应力钢筋被拉脱或拉断，按理应作报废处理，但也有继续离心成型做成产品出厂。这种不合格的管桩，作为承压桩，其危害性不是一下子显现出来，但作为抗拔桩，当承受较大拔力时，其余完好的预应力钢筋也会发生“多米诺”效应而被拉断。
9关于抗拔管桩接头问题
单节管桩基础没有接头问题，若用二节以上的管桩作抗拔桩，就有一个桩节联结的接头问题。承压桩的接头质量若不大好，其危害性一时显不出来；抗拔桩的接头质量有问题，容易出现断桩而失效。所以，抗拔桩的接头质量至关重要。
接头型式，目前国内主要是采用电焊焊接接头，焊接方法主要有手工电弧焊和二氧化碳气体保护自动焊。近几年来，全国各地又发明了一些机械快速接头，新广东规程推荐“机械啮合接头”。
电焊接头质量问题主要有：焊缝坡口尺寸太小；电焊施工质量差，不饱满；焊缝保护措施不力等。
9.1焊缝坡口尺寸太小。端板外周上沿留有一圈供电焊的坡口（槽）。新广东规程规定了各种管桩的具体坡口尺寸（高×深），并且要求坡口根部有R=3 mm的弧形。实际上，不少端板生产厂家对坡口尺寸的加工不重视，普遍偏小，连ф4焊条也放不进去，造成焊缝强度的先天不足。
9.2焊缝施工质量差。新规程对焊缝的施工方法和施工质量提出了许多具体要求，特别要求焊缝层数不得少于2层，Φ300以上管桩宜为2层3道，焊缝要连续饱满。按规程设置的坡口尺寸加上焊缝饱满，焊缝的抗拉强度会远大于桩身的抗拉强度，所以焊缝强度不必验算，关键是要保证焊缝的施工质量。
焊接时间不足、“草草了事”是当前焊缝施工中的突出问题，为此，新广东规程还明确规定两个焊工同时作业时各种直径的管桩正常情况下的施焊时间。如Φ400管桩，两个焊工同时施焊时，需要12～15分钟，而有的工地3～5分钟就“焊好” 。
9.3焊缝的保护问题。许多人不大注意和重视，其实也很重要。首先是焊好的接头应自然冷却后才能继续施打，自然冷却时间，旧规程规定不应少于8分钟，新规程规定不少于5分钟，而有的工地焊完就打，高温的焊缝遇水急剧冷却会使焊缝变脆，锤击时易开裂，受拉时焊缝易被拉断。其次是打桩施工时要注意对焊缝的保护，如保持桩身垂直，力戒偏心锤击；宜“重锤低击”，严禁“轻锤高击”；静压施工时夹具应避开接头……
综上所述，抗拔管桩接头比承压桩要求更高更严，因此，必须做到：①端板的材质、板厚、坡口尺寸等要严格按有关规范的要求设置。②新规程规定，抗拔桩的接头宜选用机械啮合接头（笔者按：最好外加电焊实行双保险）；若采用电焊焊接时，焊缝坡口尺寸宜按规定的坡口尺寸各向加大1mm，或由设计人员提出要求进行特制；若坡口尺寸不加大，则接头焊缝应做10%数量的探伤检查。③保证焊接施工时间和焊缝质量。
10关于抗拔管桩桩头与承台的连接问题
旧的广东规程对抗拔桩桩头与承台的连接有两条规定：一是管桩与承台连接时，桩顶嵌入承台深度宜取100mm；另一条是对于抗拔桩，应将桩的纵向钢筋全部直接锚入承台内。锚固长度不得小于50倍纵向钢筋直径且不小于500mm。
这第二条规定现在看来有些问题：问题之一是按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010-2002（9.3.1条）规定的计算公式计算出来的预应力受拉钢筋的锚固长度太长。下表是计算结果：
表中d为预应力钢筋直径。常用的承台混凝土强度等级为C30，则C30混凝土中的预应力锚固长度为113d，当钢筋直径为9.0mm时，锚固长度为102cm；当钢筋直径为10.7mm时，锚固长度为120cm。用人工手锤敲碎50cm长度的C80预应力高强混凝土已够辛苦费时了，要用手锤敲碎100cm以上的桩身混凝土就更困难费时，因此施工人员不愿接受。另外，要求保留的管桩余桩较长，造成浪费；若余桩小于1.0m，预应力锚固钢筋的接长也是个难题。
问题之二是用预应力钢筋直接锚入承台内的做法不符合防腐要求。我们的理念是抗拔桩受最大拉力时，桩身混凝土不出现拉应力，至少不出现桩身裂缝，而预应力管桩桩头以上的混凝土被敲掉以后，桩头以下一段桩身混凝土中的预应力会消失。桩头处预应力消失范围可按预应力传递长度（Ltr）来计算。计算可根据国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010-2002（6.1.9）公式，因公式中有些数据不大确定，估算Ltr的最大经验值约300mm。规范还规定：当采用骤然放松预应力钢筋的施工工艺时，Ltr的起点应距构件末端0.25Ltr处开始计算。因此，管桩桩头处混凝土应力消失区应为1.25Ltr，其值约400mm。当采用预应力钢筋作锚固抗拔筋且桩身承受最大抗拔力时，因此时管桩桩头顶部的拉力最大，于是这部分消失了预应力的桩身顶部40cm范围内的混凝土必然会出现裂缝，除非桩身外面进行必要的加固，否则管桩的耐久性就会降低。
新规程对抗拔桩桩头与承台的连接作了较大变动，废除了用预应力钢筋直接锚入承台内的连接方法，一律采用锯掉余桩后在桩顶填芯混凝土中埋设连接钢筋的连接方式。填芯混凝土长度一般均有2m以上，当连接钢筋承受最大抗拔力时，抗拔力是通过填芯混凝土柱体和管桩桩顶2m多高的内壁之间的粘结摩阻力传递到管桩桩身上，一般来说，桩头顶部40cm范围内的粘结摩阻力较小，尽管此段桩身已消失预应力，但靠桩身混凝土自身的抗拉力阻止桩身的开裂。
抗拔桩桩头与承台之间的连接示意图（见下图）：
采用桩顶填芯混凝土中埋设连接钢筋的连接方法，其主要优点是施工方便，同时，桩顶40cm范围内预应力消失区的桩身抗拔混凝土基本上不会出现裂缝。
抗拔管桩桩顶填芯混凝土长度和连接钢筋总公称截面积可通过下列经验计算公式计算确定：
管桩桩头与承台的连接示意图
式中：La——桩顶填芯混凝土长度，不应少于2.0m；
Qt——相应于荷载效应基本组合时单桩竖向拔力设计值；为简化计，也可取Qt=1.35Rta
Rta——单桩竖向抗拔承载力特征值；
fn——填芯混凝土与管桩内壁的粘结强度设计值，宜由现场试验确定。当缺乏试验资料时，C30的掺微膨胀剂的填芯混凝土fn 可取0.30～0.35N/mm2；
Upn——管桩内孔圆周长。
As——管桩内孔连接钢筋总公称截面面积；
fy——钢筋的抗拉强度设计值，HRB335（20MnSi）的 fy＝300 N/ mm2。
填芯混凝土质量的好坏也是抗拔管桩成败的关键。填芯混凝土应是无收缩混凝土（掺微膨胀剂），应密实饱满，其强度等级不得低于C30；同时，桩顶内孔不应存在较厚的未倒清的泥浆。填芯混凝土长度计算值小于2.0m时应取2.0m；埋入桩顶填芯混凝土中的连接钢筋长度应与桩顶填芯混凝土长度相同；连接钢筋锚入承台内的长度不得小于40倍钢筋直径；连接钢筋数量不得少于4根，箍筋一般为Φ6@200，若连接钢筋为5根，则箍筋应为Φ8@200。填芯混凝土应在浇筑承台垫层后进行灌注捣实，不得与承台混凝土一起浇灌。重要的工程，应进行填芯混凝土柱体的抗拔试验。
10结论
PHC管桩在设计和施工中虽然存在一定的局限性，但主要发挥自已的长处，扬长避短，很多困难可以克服的，期望在以后更多的工程中，通过设计、施工、监理、检测等多个部门的通力合作共同努力，把PHC管桩的应用推向更广阔的前景。在PHC抗拔管桩的整个设计过程中要始终考虑安全性和经济性，但具体的做法要根据实际情况灵活掌握，进行合理的地基基础设计，建议在使用PHC管桩时优先选用厚壁和AB型以上的管桩，把好原材料关，更好地利用PHC管桩的特性，创造更多的社会财富。
10.1对于抗拔管桩的抗拔承载力特征值的确定目前一般采用抗拔静载试验，但随着科研水平提高，今后可采用经验公式进行计算及高应变动测法进行抗拔承载力的估算。
10.2本工程中抗拔管桩的抗拔承载力的应用既为典型，其持力层深度起伏不大且桩较长，因此管桩的抗拔力能根据桩长起作用（短桩抗拔承载力较低长桩反之）。抗拔管桩竖向抗拔承载力应根据桩身与桩周岩土的总抗拔摩阻力和桩身抗拉强度的大小来确定，取两者中较少者。
参考文献
1东莞市桦业土木基础工程有限公司专利.专利号：ZL2006200607890和ZL200810025925.6
2国家标准:混凝土结构设计规范.GB50010-2002
3国家标准:先张法预应力混凝土管桩.GB13476（2008送审稿）
4广东省标准:锤击式预应力混凝土管桩基础技术规程.报批稿
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6徐醒芬等.PHC抗拔管桩在土木工程中的应用.广东土木与建筑.2007（12）
7徐醒华.我国管桩的生产、应用和发展.建筑技术，2006（3）
8王离.抗拔管桩的承载力及结构构造.广东土木与建筑，2008（5）
（＊东莞市《预应力高强混凝土管桩抗拔力试验研究》科研课题，课题编号：［２００７］００１）
【关键词】 PHC管桩；单桩竖向抗拔力特征值；抗拉性能；结构构造；接头
【中图分类号】 TU473.12 【文献标识码】 B【文章编号】 1727-5123（2009）01-008-06
Dongguan Teenager palace PHC anti-pull tube stake application
【Abstract】 The article pass the application that the temple PHC anti- of Wan city teenager in Dongguan pulls out a tube stake and the anti- that elaborates a PHC tube stake pull function and structure to request and provides the same kind engineering reference and draws lessons.
【Key words】 PHC tube stake; Single stake pull out characteristic to be worth-; Anti- pull function; Structure construction; Joint
1前言
预应力混凝土管桩因具有单桩承载力高，耐久性好，施工方便快捷，质量可靠，价格适中，抗弯抗拉性能好，检测方便，穿透力强，对地质条件适应性广等特点，在我国沿海地区得到广泛应用。因此在广东及沿海发达地区PHC管桩在20多种桩基中占据了80%以上，这种趋势正在全国各地蔓延，尤其是机械快速接头技术可在北方严寒的冬季施工，将进一步提升管桩的适用性。近年随着城市建设的发展，土地资源日益紧缺，涌现了一大批功能齐全，造型新颖的建筑，而大型、高层建筑占有很大的比例，特别是沿海地区和大中城市以及经济发达地区的公共建筑，为充分利用地下空间来满足使用功能和人防工程的需要，施工建（构）物的基础同时承受竖向压力，有时上拔荷载较大甚至成为主要作用力，主要有以下几种类型的建筑工程：无上部结构的地下室、地下停车场、污水处理池、深井泵房、船坞、人防和地铁工程；高耸结构如输电线铁塔、电视塔、烟囱的基础；锚锭基础以及在水平力作用下出现上拔力的建（构）筑物基础，如码头、挡土墙等，都有可能遇到工程结构的抗浮抗拔问题。
抗浮抗拔措施根据实际情况具体制定，型式种类多样，最常见的是设置锚杆和抗拔桩。目前采用抗拔管桩较为普遍。建筑工程中用得最多的是φ400和φ500管桩可作为抗拔桩使用，约占总销量的70%左右。但实际应用中90%以上是承受压力为主的抗压桩，抗拔桩的数量不到总应用量的10%。从工程实践中可知，抗拔管桩只要在保证质量的前提下，其施工方便、工期短、造价便宜等许多优点值得推广使用，大有发展前途。本文结合国标《先张法预应力混凝土管桩》和广东省标准《锤击式预应力混凝土管桩基础技术规程》的修订体会，介绍抗拔管桩单桩竖向抗拔承载力在工程中应用实例，为抗拔管桩单桩竖向抗拔承载力应用提供可靠的数据。
2工程概况
本工程位于东莞市莞城区，环城路与万寿路交汇处，旧市府旁，楼高4～5层，地下1层。总建筑面积18074.8m2，桩基础采用φ400－95PHC管桩344根，桩长26米，单桩竖向承载力特征值1400kN，单桩竖向桩拔力特征值250kN，桩基持力层为强风化岩。
3地质条件
根据勘察采用结果，在钻探深度范围内，场地所揭露的第四系土层主要有填土层、冲洪积层及残积层，下伏基岩为花岗岩。现将各岩土层的工程地质性质及其分布特征自上而下具体分述如下：
3.1填土层[Qm1]。填土[层号1]：浅灰、灰褐色，填料以粘性土为主，局部夹小石块、碎砖块及混凝土块，稍散。该层层顶标高约5.77~6.13m，揭露层厚约1.9～6.3m，平均3.1m；本场地各个勘探孔均有遇见该层。修正标贯击数统计：有效统计数n＝7，平均值4.5击，标准差1.07，变异系数0.23。剔除粗差后标贯击数最大值5.7击，最小值2.6击，标准值3.8击。该层为新回填土，结构较松散，密实程度较差，承载力低。管桩桩周岩土侧阻力特征值qsa=10kpa。
3.2冲洪积层[Qal+pl]。
3.2.1淤泥[层号2－1]：浅灰黑、灰黑色，主要由淤泥质粉粘粒组成，夹砂，局部含腐殖质，土质有微腥臭味，饱和，软塑。该层层顶标高约－0.18~3.90m，层顶埋深约1.9～6.3m，揭露层厚为0.8～5.2m左右，平均3.2m；本场地各个勘探孔均有遇见该层。修正标贯击数统计：有效统计数n＝18，平均值2.6击，标准差0.86，变异系数0.33。剔除粗差后标贯击数最大值3.8击，最小值1.0击，标准值2.3击。该层具高压缩性，低强度，结合现场标贯测试、土工试验结果及地区经验，综合分析，推荐其地基承载力特征值：fak=50kpa，管桩桩周岩土侧阻力特征值qsa=8kpa。
3.2.2粘土[层号2－2]：浅黄白、浅灰白色，成分以粉粘粒为主，土质均匀性尚好；粘性较强，湿，软塑，局部可塑。该层层顶标高约－2.10~1.99m，层顶埋深约4.0～8.2m，揭露层厚为0.9～5.9m左右，平均2.5m；本场地共11个勘探孔均有遇见该屋。修正标贯击数统计：有效统计数n＝12，平均值4.8击，标准差1.27，变异系数0.27。剔除粗差后标贯击数最大值6.1击，最小值3.4击，标准值4.1击。该层具较中－高压缩性，中－低强度，结合现场标贯测试、土工试验结果及地区经验，综合分析，推荐其地基承载力特征值：fak=110kpa，管桩桩周岩土侧阻力特征值qsa=25kpa。
3.2.3中细砂[层号2－3]：浅黄色，石英质，局部含少量粉粘粒，砂质分选择性、磨圆度一般，饱和，松散。该层层顶标高约－1.77m，层顶埋深约7.7m，揭露层厚为1.2m左右；本场地仅ZK1勘探孔有遇见该层。该层测试标贯1个，修正后为6.6击。该层具中－低强度，结合现场标贯测试及地区经验，综合分析，推荐其地基承载力特征值：fak=120kpa，管桩桩周岩土侧阻力特征值qsa=15kpa。
3.3残积层[Qel]。
3.3.1砂质粘性土[层号3－1]：灰黄、浅黄色，为花岗岩残积土，原岩结构已全部破坏，原岩矿物除石英外全部已风化成粘土矿物，岩芯手捏易散、具砂感，遇水易崩解、软化，湿，可塑。该层层顶标高约－4.18~－0.61m，层顶埋深约6.6～10.1m，揭露层厚为3.1～12.2m左右，平均6.7m；本场地各个勘探孔均有遇见该层。修正标贯击数统计：有效统计数n＝22，平均值10.3击，标准差2.21，变异系数0.21。剔除粗差后标贯击数最大值12.3击，最小值6.6击，标准值9.5击。该层具中等压缩性，中等强度，结合现场标贯测试、土工试验结果及地区经验，综合分析，推荐其地基承载力特征值：fak=190kpa，管桩桩周岩土侧阻力特征值qsa=32kpa。
3.3.2砂质粘性土[层号3－2]：灰黄、黄褐色，为花岗岩残积土，原岩结构已大部分破坏，原岩矿物除石英外大部分已风化成粘土矿物，局部夹风化硬块；其岩芯手捏散、具砂感，遇水易崩解、软化，湿，硬塑，局部底部呈竖硬状。该层层顶标高约－13.18~－6.07m，层顶埋深约11.9～19.1m，揭露层厚为4.2～14.6m左右，平均7.9m；本场地各个勘探孔均有遇见该层。修正标贯击数统计：有效统计数n＝25，平均值22.9击，标准差4.61，变异系数0.20剔除粗差后标贯击数最大值28.0击，最小值16.0击，标准值21.3击。该层具中－低压缩性，中－高强度，结合现场标贯测试、土工试验结果及地区经验，综合分析，推荐其地基承载力特征值：fak=260kpa，管桩桩周岩土侧阻力特征值qsa=42kpa。
3.4基岩[r]。
据勘察结果，在钻探深度范围内，场地基岩为花岗岩。根据岩石风化程度的差异，该层可分为以下二个亚层：
3.4.1强风化花岗岩[层号4－1]：浅灰、灰褐色，原岩结构可辩，岩石风化迹象明显，风化裂隙很发育，岩芯以土状、半岩半土状为主，局部夹个别中风化岩块；其岩芯手辩可断，敲击易散，钻进较困难。该层层顶标高约－22.71~－12.07m，层顶埋深约18.0～28.7m；本场地各个勘探孔均有遇见该层，其中ZK7、ZK8、ZK11、ZK12孔有遇见其底板，揭露层厚为1.5～7.0m左右，平均5.0m。该层测试标贯19个，其击数均大于50击。结合地区经验及现场标贯测试、钻进的易程度，综合分析，推荐其地基承载力特征值：faｋ=700kpa管桩，桩周岩土侧阻力特征值qsa=120kpa。
3.4.2中风化花岗岩[层号4－2]：浅灰、浅灰白色，块状构造，岩石结构清晰，原岩矿物主要为石英、长石和黑云母，裂隙发育，岩芯呈碎块状；其岩石岩质竖硬，敲击声脆，钻进困难。该层层顶标高约－24.67~－16.20m，层顶埋深约22.3～30.8m；本场地ZK7、ZK8、ZK11、ZK12勘探孔均有遇见该层，尚未揭穿其底板。结合地区经验及现场钻进的难易程度，综合分析，推荐其地基承载力特征值：faｋ=1500kpa。
4PHC管桩抗拔力设计与施工工艺
本工程为PHC管桩344根φ400－95桩基础，桩长26米，单桩竖向承载力特征值1400kN，单桩竖向桩拔力特征值250kN，桩基持力层为强风化岩。采用800吨静力压桩机施工，φ400-95AB终压力为3200KN，复压次数为5次。为了更好地施工，防止管桩被打裂、断，采用特制的包边开口桩尖和包边圆锥型桩尖，可以增强桩尖的穿岩能力，对减少打桩的破损率非常有效。
本新型桩尖是我司近年的科研成果，并已获得国家专利，是针对现有普通桩尖存在的不足，主要目的在于提供一种包边棱锥形桩尖，其包边桩尖直径底边比含桩大，锥体由4~6块侧板组成，该新型桩尖能有效地减少管桩与土（或砂和风化岩）间的瞬间摩擦力，或从而增强桩尖之穿透能力，随之可打（压）穿很厚的砂层及压缩性小的土（岩）层，降低打桩能耗，提高施工效率，可使桩尖能够顺利到达理想的持力层，同时减少施工过程中对桩身的损伤，能有效地减少桩机及场地的震动，降低打（压）桩时对其它建筑物及市政设施的影响，其主要原理包边结构扩大PHC管桩的入土孔口，利用管桩与土（岩）中存在收缩恢复的时间差的时效性，在减少瞬间的摩擦力增大打（压）桩的深度。
我司为了提高包边开口桩尖的刚度，桩靴高度从300~600mm改为100mm，钢板厚度均改为18mm，这样的桩尖能较好地保护PHC管桩桩头。包边开口桩尖的"土塞"效应是桩身与管孔进土之间的内摩擦力可以提高管桩的承载力。
5检测结果
施工完毕后我市经过了6~7月份的多次特大暴雨考验、造成多次洪涝灾害，基坑内多次泡浸对以摩阻力为主的抗拔管桩的承载力产生一定的影响，8月初经单桩竖向抗拔静载试验，基本达到设计要求，检测结果如下表：
检测结果汇总表
6抗拔管桩的单桩竖向抗拔承载力
抗拔管桩竖向抗拔承载力应根据桩身与桩周岩土的总抗拔摩阻力和桩身抗拉强度的大小来确定，取两者中较少者。
6.1抗拔管桩竖向抗拔承载力特征值。其确定方法一般有以下三种：通过现场竖向抗拔静载试验确定；通过经验公式进行计算；通过高应变测试进行估算。
6.1.1通过现场抗拔静载试验确定。影响单桩竖向抗拔承载力的因素很多，归纳起来有以下几方面：
6.1.1.1桩周围土体的影响：桩周土的性质、土的抗剪强度、侧压力系数和土的应力历史等都会对单桩竖向抗拔承载力产生一定的影响。一般说来，在粘土中，桩的抗拔极限侧阻力与土的不排水抗剪强度接近。在砂土中，桩的抗拔极限侧阻力可用有效应力法来估计，砂土的抗剪强度越大，桩侧单位面积的极限抗拔阻力也就越大。
6.1.1.2桩自身因素的影响：桩侧表面的粗糙程度越大，则桩的抗拔承载力就越大，且影响在砂土中比在粘土中更明显。此外，桩截面形状、桩长、桩的刚度和桩材的泊松比等会对单桩竖向抗拔承载力产生不同程度的影响，曾有试验证明，粗糙侧表面桩的抗拔极限承载力是光滑表面桩的1.7倍。
6.1.1.3施工因素的影响：在施工过程中，桩周土体的扰动、打入桩中的残余应力，桩身完整性、桩的倾斜角度等也将影响单桩竖向抗拔承载力的大小。
6.1.1.4休止时间的影响：从成桩到开始试验之间的休止时间的长短对单桩竖向抗拔承载力影响是明显的。另外，桩顶的加载方式、荷载维持时间、加载卸载过程对单桩竖向抗拔承载力也有影响。
因此，重要的工程或经验不足的地区，单桩竖向抗拔承载力特征值均应通过现场抗拔静载试验来确定，抗拔试验桩的数量、试验的开始时间、试验加载方法等，各种地基基础设计规范或桩基检测技术规范都有规定，在“单桩竖向抗拔静载试验要点”中，试验终止加载条件一般均列出三条，但抗拔管桩只要一拔动其累计上拔量根本不到100mm就破坏，所以是以“在某级上拔荷载作用下，桩顶上拔量大于前一级上拔荷载作用下上拔量的5倍”为终止加载条件。
单桩竖向抗拔静载试验一般按设计要求确定最大加载量，为设计提供依据的试验桩应加载至桩侧土破坏或桩身材料达到设计强度，为了防止因试验桩自身质量问题而影响抗拔试验结果，在抗拔桩试验前，宜采用低应变法对PHC管桩进行质量检测，确保试验顺利进行。
关于桩侧抗拔土阻力峰值与桩顶上拔位移量的关系，一般认为0.02D，，但根据目前抗拔桩的研究水平来看，基本上与桩径无关。
6.1.2通过高应变动测法进行估算。
高应变动测法可以测出抗压桩的竖向抗压极限承载力还可以提供桩侧摩阻力和桩端阻力值等数据与信息。从理论上讲，抗压桩的桩侧摩阻力乘以抗拔摩阻力折减系数入i就是抗拔桩的抗拔承载力，为安全计，入i可以取较小值（0.5~0.6），目前高应变动测法较为普及，采用高应变动测法检测抗压桩的承载力和桩身完整性，具有测试费用便宜、速度快、检测精度能满足工程需要等优点，但具体用于检测抗拔桩承载力，还不够成熟，需要检测部门和施工单位密切配合，进一步积累经验和技术数据，提高检测桩摩阻力和端阻力的分辨率和检测精度，使其估算的单桩竖向抗拔承载力特征值更为准确。
6.1.3通过经验公式进行计算。
单桩竖向抗拔承载力特征值计算，新广东规程推荐如下经验公式：
Rta=UpΣλi·ξsi ·qsia·li+0.9Gp
式中：Rta --单桩竖向抗拔承载力特征值；
Up --管桩桩身外周长；
λi--抗拔摩阻力折减系数，可按下表取值；
ξsi--管桩第i层土（岩）的侧阻力修正系数值；
qsia--管桩第i层土（岩）的侧阻力特征值；
li--管桩穿越第i层土（岩）的厚度；
Gp--管桩自重，对地下水位部分应扣除水的浮力。
抗拔摩阻力折减系数λi
6.1.4勘察设计参数的确定
6.2抗拔管桩桩身抗拉强度的计算。
6.2.1抗拔管桩桩身抗拉强度计算公式有以下三种计算模式：①按桩身不出现拉应力为控制条件；②按桩身不出现裂缝为控制条件；③按桩身裂缝小于0.2mm为控制条件。
新广东规程采用上述第①种计算模式，要求抗拔管桩受力后桩身混凝土不出现拉应力；同时，忽略预应力钢筋的抗拉作用。其计算公式：
Rp≤pc·A
式中：Rp--桩身竖向抗拉承载力设计值；
бpc--管桩混凝土有效预压应力值；
A--管桩截面面积。
对于一些临时性建筑的抗拔管桩，也可按上述第②种计算模式即桩身不出现裂缝为控制条件来进行计算：
Rp≤（pc+fc）·A
式中：fc --桩身混凝土抗拉强度设计值，C80混凝土的fc=2.22 MPa。
值得注意的是：当抗拔管桩承受最大的Rp时，端板锚固孔与钢筋墩头连接处的抗剪强度是最薄弱的环节，容易先冲切破坏。
6.2.2管桩混凝土有效预压应力值的计算。管桩桩身混凝土有效预压应力计算比较复杂，不同人计算往往会得出不同的结果。国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010-2002的算法适合于普通混凝土结构，不适合离心成型、高压蒸养的管桩。目前管桩界一般是套用日本的计算方法，但也很烦琐，新广东规程提出了一种计算管桩混凝土有效预压应力的简化公式：
бpc=0.56n·Aa·Fptk /A≈800n·Aa/A
式中：бpc——管桩混凝土有效预压应力值；
n——预应力钢筋数量；
Aa——单根预应力钢筋的公称截面面积；
Fptk——预应力钢筋的抗拉强度标准值，取1420 MPa；
A——管桩截面面积，按管桩直径和壁厚的理论面积计。
这是按张拉应力的20%作为预压应力损失值来估算的，而张拉力一般以达到预应力钢筋抗拉强度标准值的70%时的总拉力来控制的，故0.7×（1－0.20）=0.56，用此公式计算结果与国家标准《先张法预应力混凝土管桩》GB13476最新版本所推荐的计算方法所计算的结果基本一致，但此方法简单实用，尤其在抗拔管桩抗拉强度计算中显出快捷的优点。
6.2.3管桩桩身结构对应的单桩竖向抗拉承载力最大特征值的计算。为便于应用，提出一个相当于桩身结构对应的单桩竖向抗拉承载力最大特征值RB。
RB≈RP /1.35=бpc·A /1.35
=（800·n·Aa/A）·A /1.35
≈ 600·n·Aa
式中：n——预应力钢筋数量；
Aa——单根预应力钢筋的公称截面面积。
利用RB≈600·n·Aa计算ф400、ф500AB型、B型PHC桩的RB如下表：
7抗拔管桩的应用
对于锤击法、静压法施工的管桩桩基均可作抗拔管桩。静压管桩对接头的保护较好，故静压管桩作抗拔桩一般来说质量会好一些；锤击管桩入土较深，抗拔承载力较大些。
抗压桩承载力主要由桩周桩端岩土摩擦支承力来决定，桩身抗压强度一般不是控制条件；而对于抗拔桩，除短桩外，抗拔承载力一般是由桩身的抗拉强度所决定的，而桩身抗拉强度也往往由接头能力所左右的。当然，也有由桩周摩阻力决定的特殊地质条件下（如厚淤泥层）的抗拔桩。
东莞是建筑业较为发达的地区，管桩作抗拔承载的应用也不落后。从目前应用情况看，用得较多的抗拔管桩是Φ400-95和Φ500-125的AB型PHC桩，其单桩竖向抗拔承载力特征值的应用范围分别为：
Φ500-125AB型抗拔桩，Rta=250～650kN；
Φ400-95AB型抗拔桩，Rta=150～350kN。
应用400管桩工程实例东莞新世纪清华居（120~175KN）、莞城青少年宫（250KN）、麻涌豪峰污水厂（200KN），Φ500应用实例麻涌南峰时代广场（500KN）、莞城工业研发中心（500KN）、南城中威大厦（350KN）等一般采值都在这个范围。具体应用随工程及水文地质条件、桩径、桩长、沉桩方法、建筑类型等因素而定，以结构安全、检测结果为准。
8抗拔管桩的结构构造
主要应注意下列三个问题：桩身结构；接头；桩头与承台的连接。
8.1关于抗拔管桩的桩身结构问题。重点在桩身的配筋和端板的质量，同时还要注意预应力钢筋墩头与端板上锚固孔之间的抗拉能力和抗冲切能力。
8.2桩身的配筋。国家标准《先张法预应力混凝土管桩》GB13476最新版本将原来的预应力钢筋的混凝土保护层从25mm加大到40mm（Φ300管桩保护层仍为25mm，不宜作抗拔桩），预应力钢筋的分布圆直径也随之内缩，而桩身的抗弯要求基本不变，故钢筋的配置数量略有增多，国标附录列出了各种管桩的最小配筋量。
为保证抗拔管桩的桩身抗拉强度，首先要保证预应力钢筋的数量和钢筋的直径。目前，有些预应力钢筋生产厂生产的钢筋直径过小。为此，新广东规程专门列出每米预应力钢筋的允许最小重量，同时还规定：工地上使用的管桩，均要按一定的百分率抽检钢筋的数量及重量（最好利用截下来的余桩），若抽检钢筋的重量小于允许最小重量，按不合格论处。
8.3端板的质量。目前端板质量存在二大问题：端板的材质和端板的厚度。
8.3.1端板的材质大部分不符合规定。新规程规定：端板材质的性能应符合行业标准《先张法预应力混凝土管桩用端板》TC/T947的规定，该行业标准列出了端板用钢材的化学成分和力学性能，但没有对所用钢材作出具体的要求，因此，有些端板生产厂钻了这个空子，或用铸钢替代Q235钢板，或用拆船板等废旧钢材熔炼的“地条钢”来做端板。其危害性是：①可焊性差，焊缝易开裂；②端板易腐烂。这样的接头，应用在抗拔桩中，质量隐患显而易见。因此，用于抗拔桩的端板应符合国家标准《优质碳素结构钢技术条件》GB699及《碳素结构钢》GB700的有关规定，材料的机械性能不得低于Ｑ235的要求。
8.3.2端板的厚度普遍较薄。原规程规定：ф300管桩，端板最小厚度为16mm；ф400管桩为18mm；ф500管桩为18mm；ф600管桩为20mm。实际上，不少厂家连这个最小厚度也达不到。其实这个规定也还有不足之处。新广东规程不是按管桩直径来规定端板厚度，而是根据预应力钢筋的粗细来规定端板的厚度，比较科学。新广东规程规定端板的最小厚度如下：
8.3.3端板上的锚固孔与钢筋墩头的连接是抗拔管桩抗拉强度的一个“瓶颈”。预应力钢筋两端部经电热挤压成半球状的墩头，通过墩头与端板上锚固孔的连接，使端板与预应力钢筋形成一个结构体，张拉力通过端板再传到预应力钢筋墩头上，如果端板太薄，锚固孔底板抗剪强度不足，就容易将墩头拉脱。但一般情况下，总张拉力约为0.7n·Aa·Fptk，张拉时，如果端板与墩头之间不出现拉脱情况，那么按新广东规程所规定的桩身抗拉强度计算公式（Rp=бpc·A）计算的抗拔桩的抗拔力（0.56n·Aa·Fptk），是小于张拉力的，此时端板与墩头之间的连接是安全可靠的，若采用Rp=（бpc＋ft）A作抗拉强度计算公式计算出来的抗拔力，有时可能大过张拉力，尤其是A型桩，端板与墩头之间的连接就不一定可靠。可见，新规程推荐的桩身抗拉强度计算公式并不保守，而是与“墩头与锚固孔”的抗拉能力相匹配的。
值得一提：有些管桩生产厂家在预应力张拉时，偶有一、二根预应力钢筋被拉脱或拉断，按理应作报废处理，但也有继续离心成型做成产品出厂。这种不合格的管桩，作为承压桩，其危害性不是一下子显现出来，但作为抗拔桩，当承受较大拔力时，其余完好的预应力钢筋也会发生“多米诺”效应而被拉断。
9关于抗拔管桩接头问题
单节管桩基础没有接头问题，若用二节以上的管桩作抗拔桩，就有一个桩节联结的接头问题。承压桩的接头质量若不大好，其危害性一时显不出来；抗拔桩的接头质量有问题，容易出现断桩而失效。所以，抗拔桩的接头质量至关重要。
接头型式，目前国内主要是采用电焊焊接接头，焊接方法主要有手工电弧焊和二氧化碳气体保护自动焊。近几年来，全国各地又发明了一些机械快速接头，新广东规程推荐“机械啮合接头”。
电焊接头质量问题主要有：焊缝坡口尺寸太小；电焊施工质量差，不饱满；焊缝保护措施不力等。
9.1焊缝坡口尺寸太小。端板外周上沿留有一圈供电焊的坡口（槽）。新广东规程规定了各种管桩的具体坡口尺寸（高×深），并且要求坡口根部有R=3 mm的弧形。实际上，不少端板生产厂家对坡口尺寸的加工不重视，普遍偏小，连ф4焊条也放不进去，造成焊缝强度的先天不足。
9.2焊缝施工质量差。新规程对焊缝的施工方法和施工质量提出了许多具体要求，特别要求焊缝层数不得少于2层，Φ300以上管桩宜为2层3道，焊缝要连续饱满。按规程设置的坡口尺寸加上焊缝饱满，焊缝的抗拉强度会远大于桩身的抗拉强度，所以焊缝强度不必验算，关键是要保证焊缝的施工质量。
焊接时间不足、“草草了事”是当前焊缝施工中的突出问题，为此，新广东规程还明确规定两个焊工同时作业时各种直径的管桩正常情况下的施焊时间。如Φ400管桩，两个焊工同时施焊时，需要12～15分钟，而有的工地3～5分钟就“焊好” 。
9.3焊缝的保护问题。许多人不大注意和重视，其实也很重要。首先是焊好的接头应自然冷却后才能继续施打，自然冷却时间，旧规程规定不应少于8分钟，新规程规定不少于5分钟，而有的工地焊完就打，高温的焊缝遇水急剧冷却会使焊缝变脆，锤击时易开裂，受拉时焊缝易被拉断。其次是打桩施工时要注意对焊缝的保护，如保持桩身垂直，力戒偏心锤击；宜“重锤低击”，严禁“轻锤高击”；静压施工时夹具应避开接头……
综上所述，抗拔管桩接头比承压桩要求更高更严，因此，必须做到：①端板的材质、板厚、坡口尺寸等要严格按有关规范的要求设置。②新规程规定，抗拔桩的接头宜选用机械啮合接头（笔者按：最好外加电焊实行双保险）；若采用电焊焊接时，焊缝坡口尺寸宜按规定的坡口尺寸各向加大1mm，或由设计人员提出要求进行特制；若坡口尺寸不加大，则接头焊缝应做10%数量的探伤检查。③保证焊接施工时间和焊缝质量。
10关于抗拔管桩桩头与承台的连接问题
旧的广东规程对抗拔桩桩头与承台的连接有两条规定：一是管桩与承台连接时，桩顶嵌入承台深度宜取100mm；另一条是对于抗拔桩，应将桩的纵向钢筋全部直接锚入承台内。锚固长度不得小于50倍纵向钢筋直径且不小于500mm。
这第二条规定现在看来有些问题：问题之一是按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010-2002（9.3.1条）规定的计算公式计算出来的预应力受拉钢筋的锚固长度太长。下表是计算结果：
表中d为预应力钢筋直径。常用的承台混凝土强度等级为C30，则C30混凝土中的预应力锚固长度为113d，当钢筋直径为9.0mm时，锚固长度为102cm；当钢筋直径为10.7mm时，锚固长度为120cm。用人工手锤敲碎50cm长度的C80预应力高强混凝土已够辛苦费时了，要用手锤敲碎100cm以上的桩身混凝土就更困难费时，因此施工人员不愿接受。另外，要求保留的管桩余桩较长，造成浪费；若余桩小于1.0m，预应力锚固钢筋的接长也是个难题。
问题之二是用预应力钢筋直接锚入承台内的做法不符合防腐要求。我们的理念是抗拔桩受最大拉力时，桩身混凝土不出现拉应力，至少不出现桩身裂缝，而预应力管桩桩头以上的混凝土被敲掉以后，桩头以下一段桩身混凝土中的预应力会消失。桩头处预应力消失范围可按预应力传递长度（Ltr）来计算。计算可根据国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010-2002（6.1.9）公式，因公式中有些数据不大确定，估算Ltr的最大经验值约300mm。规范还规定：当采用骤然放松预应力钢筋的施工工艺时，Ltr的起点应距构件末端0.25Ltr处开始计算。因此，管桩桩头处混凝土应力消失区应为1.25Ltr，其值约400mm。当采用预应力钢筋作锚固抗拔筋且桩身承受最大抗拔力时，因此时管桩桩头顶部的拉力最大，于是这部分消失了预应力的桩身顶部40cm范围内的混凝土必然会出现裂缝，除非桩身外面进行必要的加固，否则管桩的耐久性就会降低。
新规程对抗拔桩桩头与承台的连接作了较大变动，废除了用预应力钢筋直接锚入承台内的连接方法，一律采用锯掉余桩后在桩顶填芯混凝土中埋设连接钢筋的连接方式。填芯混凝土长度一般均有2m以上，当连接钢筋承受最大抗拔力时，抗拔力是通过填芯混凝土柱体和管桩桩顶2m多高的内壁之间的粘结摩阻力传递到管桩桩身上，一般来说，桩头顶部40cm范围内的粘结摩阻力较小，尽管此段桩身已消失预应力，但靠桩身混凝土自身的抗拉力阻止桩身的开裂。
抗拔桩桩头与承台之间的连接示意图（见下图）：
采用桩顶填芯混凝土中埋设连接钢筋的连接方法，其主要优点是施工方便，同时，桩顶40cm范围内预应力消失区的桩身抗拔混凝土基本上不会出现裂缝。
抗拔管桩桩顶填芯混凝土长度和连接钢筋总公称截面积可通过下列经验计算公式计算确定：
管桩桩头与承台的连接示意图
式中：La——桩顶填芯混凝土长度，不应少于2.0m；
Qt——相应于荷载效应基本组合时单桩竖向拔力设计值；为简化计，也可取Qt=1.35Rta
Rta——单桩竖向抗拔承载力特征值；
fn——填芯混凝土与管桩内壁的粘结强度设计值，宜由现场试验确定。当缺乏试验资料时，C30的掺微膨胀剂的填芯混凝土fn 可取0.30～0.35N/mm2；
Upn——管桩内孔圆周长。
As——管桩内孔连接钢筋总公称截面面积；
fy——钢筋的抗拉强度设计值，HRB335（20MnSi）的 fy＝300 N/ mm2。
填芯混凝土质量的好坏也是抗拔管桩成败的关键。填芯混凝土应是无收缩混凝土（掺微膨胀剂），应密实饱满，其强度等级不得低于C30；同时，桩顶内孔不应存在较厚的未倒清的泥浆。填芯混凝土长度计算值小于2.0m时应取2.0m；埋入桩顶填芯混凝土中的连接钢筋长度应与桩顶填芯混凝土长度相同；连接钢筋锚入承台内的长度不得小于40倍钢筋直径；连接钢筋数量不得少于4根，箍筋一般为Φ6@200，若连接钢筋为5根，则箍筋应为Φ8@200。填芯混凝土应在浇筑承台垫层后进行灌注捣实，不得与承台混凝土一起浇灌。重要的工程，应进行填芯混凝土柱体的抗拔试验。
10结论
PHC管桩在设计和施工中虽然存在一定的局限性，但主要发挥自已的长处，扬长避短，很多困难可以克服的，期望在以后更多的工程中，通过设计、施工、监理、检测等多个部门的通力合作共同努力，把PHC管桩的应用推向更广阔的前景。在PHC抗拔管桩的整个设计过程中要始终考虑安全性和经济性，但具体的做法要根据实际情况灵活掌握，进行合理的地基基础设计，建议在使用PHC管桩时优先选用厚壁和AB型以上的管桩，把好原材料关，更好地利用PHC管桩的特性，创造更多的社会财富。
10.1对于抗拔管桩的抗拔承载力特征值的确定目前一般采用抗拔静载试验，但随着科研水平提高，今后可采用经验公式进行计算及高应变动测法进行抗拔承载力的估算。
10.2本工程中抗拔管桩的抗拔承载力的应用既为典型，其持力层深度起伏不大且桩较长，因此管桩的抗拔力能根据桩长起作用（短桩抗拔承载力较低长桩反之）。抗拔管桩竖向抗拔承载力应根据桩身与桩周岩土的总抗拔摩阻力和桩身抗拉强度的大小来确定，取两者中较少者。
参考文献
1东莞市桦业土木基础工程有限公司专利.专利号：ZL2006200607890和ZL200810025925.6
2国家标准:混凝土结构设计规范.GB50010-2002
3国家标准:先张法预应力混凝土管桩.GB13476（2008送审稿）
4广东省标准:锤击式预应力混凝土管桩基础技术规程.报批稿
5徐醒华等.抗拔管桩承载力的设计应用.建筑科技与管理，2008（7）
6徐醒芬等.PHC抗拔管桩在土木工程中的应用.广东土木与建筑.2007（12）
7徐醒华.我国管桩的生产、应用和发展.建筑技术，2006（3）
8王离.抗拔管桩的承载力及结构构造.广东土木与建筑，2008（5）
（＊东莞市《预应力高强混凝土管桩抗拔力试验研究》科研课题，课题编号：［２００７］００１）