PHC抗拔管桩在土木工程中的应用.pdf

第1 2 期 2 0 0 7 年1 2月 广 东土 木与 建筑 GUA NGDONG ARC HI T EC T URE C I VI L ENGI NE ERI NG N o ． 1 2 DE C 2 o 0 7 P HC抗拔管桩在土木工程中的应用 徐 醒芬 ， 徐 情根 徐醒华 陈晓凯 z 林尤奖 ( 1 、 东莞市桦业土木基础工程有限公司 广东东莞5 2 3 1 2 9 ；2 、 广东省工勘院新方法技术应用研究所 广州5 1 0 6 2 0 ) 摘要 ： P H C管桩现 已广泛应用于土木基础工程 中， 取得显著的社会和经济效益， 但 对其在抗拔 力方 面应用的研 究较少， 工程实践 中也 出现较 多问题 ， 给基础 工程带来质量隐患， 文中结合 -g , 例对这一问题进行探讨 ， 供 同行参考。 关 键 词 ： P HC管桩 ； 竖 向承 载 力 ；抗 拔 力 ；快速 接 头 1概述 我国自8 0年代初歼始引进并研制生产 P H C管 桩 ． 该桩型具有单桩承载力高 、 耐久性好、 施工方便 快捷 、 质量可靠 、 价格适 巾、 抗弯抗拉性能好 、 检测方 便快捷 、 对地质条件适应性广等优点 ， 近年在各地特 别是 沿海地 区得 到 了广泛应用 随着施工 工艺和 机 械设备的不断进步和更新 ． 以及大型静压桩机的研 制和投 入使用 ． 静力 压桩 技术 H趋成熟 ． 在施 丁T艺 方面更具有明显的优势 ， 噪音小 、 无振动、 冲击力( 厚 粗砂 层 除外 ) 施 工应力 小 、 桩 顶不 易 破坏 、 沉 桩 不易 偏 t2 , 、 节约材料 、 施丁快捷方便 、 沉桩终压力直观等 ， 在很 大程度上减少了打桩振动对地基及邻近建筑 物 、 道路 、 管线 等 的影 响 ， 因此 在 我 国特 别是 华 南地 区具有 广 阔的发展 应用前 景 但 目前 对 P HC管 桩 的研 究 和 应 用还 存 在不 少 问题亟待解决 ， 如管桩接驳质量较难控制： 管桩接头 及桩身钢筋的防腐蚀处理 ： 高层建筑管桩基础在水 平抗力作用下抗震防灾以及管桩在抵抗浮力的抗拔 性能等 ， 都值得业内人士关注和研究探讨． 本文主要 论述 P HC抗拔管桩在土木1 程中的应用 2 P HC 管桩竖 向抗 拔力 近年 随着城 市建 设 的发 展 ． 土地 资源 H益 紧缺 ． 涌 现 出一 大批功 能齐 全 、 造型 新颖 的建筑 ． 其 中大 型 高层建 筑 占有很 大 的比例 ． 特 别是沿海 地 区 、 大 中城 市以及经济发达地区的公共建筑 ． 为了充分利用地 下空间来满足使用功能和人防丁程 的需要 ． 施T建 ( 构)物的基础要同时承受竖向压力和拉力的作用． 有 时上拔 荷载 较 大甚 至 成为 主要 作 用力 。 主要 有 以 3 6 下几种类型的建( 构) 筑物 ： ① 承受浮托力为主的地 下工程和人防丁程 ， 如地下室( 防空 ) 、 深水泵房或其 它丁业建筑中的深坑等： ②高压送电线路塔： ③电视 塔等高耸构筑物 ：④在水平力作用下出现上拔力的 建( 构) 筑物 ； ⑤索拉桥和斜拉桥 中采用的锚桩基础 ； ⑥修建船舶的船坞底板： ⑦海上石油钻井平台： ⑧膨 胀土地基上的建筑物等． 在特定条件下原来的承压桩 可能承受拉拔荷载． 如深水泵房一类的取水结构 、 港 口船坞等， 其底板下端桩群会因地下水位的升高、 建 筑物承受巨大浮托力而使桩顶产生拉应力 ． 水闸、 船 闸一类建筑除浮托力作用外 ．还可能受到水流的脉 动压力( 有拉有压) ． 又如在地震作用下 ． 砂土或粉土 地基液化使泵房 、船坞等基础地板同上部封闭筒状 结构一起上浮 ，这时其底板下的桩群所受的拉力将 很大 以往房屋建筑的 P H C管桩基础主要承受竖向 抗压荷载 ，但 目前许多桩基础则要同时承受竖向抗 压荷载和竖 向拉拔荷载 P H C管桩壁厚较小 ( 7 0 ～ 1 3 0 mm) ． 预应力纵 向 主筋直径较小( 7 ． 1 ～ 1 0 ． 7 ) ， 一旦桩身出现裂缝， 则 会导致钢筋锈蚀和降低抗拔桩的耐久性 ．因此应严 格控 制 P H C抗 拔管桩 的桩 身不 出现裂缝 在 P HC抗拔管桩施T中． 桩顶标高不易准确控 制 ， 因常会遇到截桩或接桩等情况 ． 使桩顶预应力损 失很大， 降低了抗拔承载力 ． 接桩时也应采取相应措 施 ， 建议 采用 机械快 速接头技 术加 上焊接 方法 抗 拔 桩设计巾应考虑桩顶标高比抗压桩高出 l ～ 2 m． 桩内 预应力 筋应伸 入承 台内 6 0 0 m m 以上 3 P HC抗拔管桩的作用机理 单桩竖向抗拔静载试验就是采用接近于竖向抗 拔桩实际丁作条件的试验方法。 确定单桩竖向抗拔极 维普资讯 2 0 0 7 年1 2 月 第1 2 期 徐醒 芬等： P H C抗拔管 桩在土 木工程中 的 应用 D E C 2 0 0 7 N o , 1 2 限承载力。 这是一种最直观和可靠的方法 ． 较常用的 是慢速维持荷载法 单桩竖 向抗拔静载试验一般按 设计要求确定最大加载量 。 试验桩加载至桩侧土破 坏或桩身材料达到设计强度 。 为了防止 因桩身质量 问题而影响试验结果 。试 验前宜采用低应变法对 P H C管桩进行质量检测 。 以确保试验的顺利进行 在上拔荷载作用下 ． 桩身首先将荷载 以摩阻力 的形式传至桩周土中． 其规律与承受竖 向下压荷载 时一样但 方向相反 ． 初始 阶段的上拔阻力主要由浅 部土层提供 ． 桩身的拉应力主要分布在桩的上部 ． 随 着桩身上拔位移量的增大 。 桩身应力逐渐向下扩展 ． 桩的中、 下部的上拔土阻力逐渐发挥 。当桩端位移 量超过某一数值 ( 通常为 6 ～ 1 0 m m) 时 。 就可认为整 个桩身的土层抗拔阻力达到极 限值 ． 其后该阻力值 将会下降。 关于桩侧抗拔土阻力峰值与桩顶上拔位移量的 关系． 一般认为是 0 ． 0 2 D。 但根据 目前抗拔桩的研究 成果 ． 基本上与桩径无关 影响单桩竖 向抗 拔承载 力的因素很多。 归纳起来有以下方面 ： ( 1 )桩周土体的影响 ： 桩周土的性质 、 抗剪强度 、 侧压力系数和土应力等都会对单桩竖 向抗拔承载力 产生一定影响 ． 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。 ( 2 )桩身因素的影响： 桩侧表面越粗糙 ， 桩 的抗 拔承载力就越大 ．且这种影响在砂土中比在粘土中 更为明显 此外 ， 桩截面形状 、 桩长、 桩 的刚度和桩材 的泊松 比等均会对单桩竖向抗拔承载力产生不 同程 度的影响． 有试验表 明桩侧表 面粗糙的桩 的抗拔极 限承载力为表面光滑的桩的 1 ． 7倍。 ( 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 斜度等也将影响单桩竖向抗拔承载力的大小。 ( 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 载过程也有一定影响。 4 P HC管 桩 的抗拔 力设 计 桩基础是建( 构) 筑物抵抗上拔荷载的重要基础 形式 ， G B 5 0 0 0 7 — 2 0 0 2《 建筑地基基础设计规范》 规 定 ，当桩基承受拔力时应对其进行抗拔验算及桩身 抗裂验算 。如何解决工程结构的抗浮问题 目前已成 为岩土工程界的热点 因浮托力作用或抗浮措施不 当造成地下工程破坏的例子在国内较为多见．如上 海某地下机库 、 武汉某地下车库 、 东莞某污水处理池 等 ．一些城市的人防工程因地下水浮力的作用而造 成不 同程度的破坏 。因此加强抗拔承载力的研究具 有重 大 的意义 《 预应力混凝土管桩》 ( 0 3 S G 4 0 9第 7 ． 6条 ) 明确 规定管桩用作受拉 ( 抗拔 ) 桩 、 锚桩或主要承受水平 荷载时， 应验算后选用。 J G J 9 4 — 9 4 《 建筑桩基技术规 范》 第 5 ． 5 ． 8条规定对于长期或经常出现的水平力或 拔力的建筑基础 。 应验算桩身的裂缝宽度 ． 其最大裂 缝宽度不得超过 0 ． 2 m m．因此抗拔桩基础设计必须 同时满足强度和刚度要求 5 预 应 力混 凝土 管桩抗 拔 的设计 方 法 5 ． 1 单桩竖 向抗拔承载力特征值应通过单桩竖向抗 拔静载荷试验确定 。 试验 中荷载值减去桩的 自重 单 桩竖 向抗拔承载力特征值应符合下式要求 ： ≤A o Q ≤A 厶／ 1 ．3 5 式中 ： A。 为管桩换算横截面面积 ，包括净截面积 以 及全部纵向预应力筋截面面积换算成混凝土的截面 面积 ， 简化计算可采用管桩横截面面积 ： Q 为混凝土 的有效预压 应力 ； A 为纵 向预应力筋总截 面面积 ； 为预应力筋抗的拉强度设计值 5 ． 2 预应力混凝土管桩抗拔的构造措施 在沉桩施工中抗拔桩桩顶位于预定设计标高而 不需截桩 时． 宜在桩顶接头端板上焊接锚板和钢筋 。 锚板与钢筋、 端板之间的焊接应按等强度设计 ， 也可 采用其它有效的连接方式。钢筋总截 面面积应满足 下式要求 ： A > 1 ． 3 5 U a ／ f Y 式 中： 为单桩竖向抗拔承载力特征值 ； 为锚筋的 抗拉强度设计值 当沉桩施工中抗拔桩桩顶高于其设计标高而需 进行截桩时 。 其设计应符合下列规定 ： ( 1 )截桩时应保 留桩身的全部预应力筋 。 以斜线 形或斜折形埋入承台内。锚入承台内的锚固长度及 构造应达到 9 4 d ( d为预应力筋直径 ) 以上。 ( 2 )截桩后桩端预应力 的损失范围可采用预应 力传递长度 。 按规范计算 。 3 7 维普资讯 2 0 0 7 年1 2 月 第1 2 期 广东 土木与 建 筑 D E C 2 0 o 7 N o ． 1 2 ( 3 )桩端预应力传递长度范围应按规范处理或 采取其 它有效 的抗 裂加强措施 ( 4 )截桩时应采取有效措施防止损坏预应力钢 筋及 桩顶 以下 混凝 土的完整 性 还 需指 的是抗 拔桩不 应采用 P T C型管桩 。 6工程 实例 『 实例 1 ] 某高层建筑 ， 设有 l 层地下室 ， 基础采 用 5 0 0 — 1 2 5 A B管桩兼作抗拔桩． 其 中 8 桩桩长约 3 0 m． 设计要求单桩竖向抗拔承载力特征值 8 0 0 k N； 『 实例 2 ] 某 大跨 度 丁 业 厂 房 ， 基 础采 用 5 0 0 — 1 2 5 A B和 g ~ 4 0 0 — 9 5 A B管 桩兼 作抗 拔 桩 ，其 中 6 7 、 1 3 5 桩桩长约 1 4 m．设计单桩竖向抗拔承载力特征 值分别 为 5 0 0 ． 3 0 0 k N 上述两丁程的场地地质条件大致如下： 素填土 ， 层厚 1 ． 0 ～ 3 ． 0 m： 淤泥 ， 层厚 0 ～ 1 6 m 粉质粘土 ． 层厚 2 ． 0 ～ 8 ． 0 m： 砂 质粘 土 ， 层 厚 2 ． 0 ～ 5 ． 0 m； 以下 为 强 、 中 、 微风化 岩层 8 桩和 1 3 5 桩预计最大抗拔试验荷载分别 为 2 0 0 0 ， 1 0 0 0 k N， 当加 载 至第 7级 和第 9级 时 ， 上 拔 量 不 大 ． 分 别 为 6 ． 2 ， 6 ． 5 r n m， 加 至下 一 级 荷 载 时 。 管 桩 焊接 口脱焊 ． 随即终止试验 从表 l 可见， 影响管桩 抗拔力的主要 因素有有 2个． 一是桩侧土摩阻力． 二 是桩身材料强度及管桩接 口粘合力 机械快速接头 适用于抗拔桩 ． 且地面下第 l 节管桩采用长桩 ． 以免 管桩接 口被拉至断裂 笔者近年参与多项 P HC管桩丁程 的设计与施 T．发现 目前 P HC抗拔管桩存丁程中使用较多的是 5 0 0 、 4 0 0两种 ， 以 A B型桩居多 ， g ~ 4 0 0 — 9 5单桩竖 向抗拔 承 载力 特 征值 一般 取 2 5 0 ～ 4 0 0 k N ．而 5 0 0 — 1 2 5桩则一般取 4 0 0 ～ 7 0 0 k N为宜．具体情况视丁程 地质 、 建筑类型 和水 文条件 而定 表 1 抗拔桩的检测参数 7结论 P H C管桩基础上拔承载力 的计算 目前 尚未从 理论上得到彻底解决 ．因此现场原位试验在确定单 桩 竖 向抗 拔极 限承载 力 中的作 用尤 为重要 在 P HC抗拔管桩的整个设计过程中． 应始终考 虑 安全性 和经济性 ．具 体做法 则根据实 际情 况灵 活 掌握 ．根据以往的工程经验和条件推定某一地区的 岩土地质情况 ， 进行合理的地基基础设计． 为社会创 造更多的精品工程 参考文献 [ 1 ]陈凡等编．基桩 质量检测技 术[ M] ． 北京 ： 中国建筑工业 出版社 ． 2 0 0 3 『 2 ]巾国建筑学会地基基础分会 ． 2 0 0 6年学 术年会论文集 ( 地基基础 下程技术新进展) 『 C ] ． 知识 产权 出版社 ． 2 0 0 6 [ 3 ]徐醒华等． 管桩工程在典型地 质施工的质量控制[ J ] ． 施 工技术 ． 2 0 0 5年增刊 [ 4 ]伍锦湛等． 预应力管桩 的质量通病及其预防措施[ J ] ．广 东土木与建筑 ． 2 0 0 5 ( 8 ) f 5 ]徐醒华等．超短 P H C管桩在某多层厂房工程中的应用与 分析 J ] ．广东土木与建筑 ， 2 0 0 5 ( 1 ) ( 上接第 4 5页 ) 参考 文献 f 1 ]钟小春， 朱伟 ， 郭涛等． 装配式管片接 头受力平 面有 限元 分析[ J ] ．现代隧道技术 ， 2 0 0 5 ( 6 ) f 2 1曾东 洋， 何川．地铁盾构隧道管片接头抗弯刚度 的数值 计 算 J ] ．西 南 交 通 大学 学 报 ， 2 0 0 4( 6) f 3 张厚美 ． 傅德 明， 过迟．盾构隧道管 片接头荷载试验研究 3 8 f J ] ． 现代隧道技术， 2 0 0 2 ( 6 ) 4 ]张厚美 ， 张正林 ， 王建华．盾构隧道装配式管 片接头三维 有限元分析 [ J ] ．上海 j =苎 通大学学报 ，2 0 0 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