预应力管桩抗拔中级职称论文Word文档下载推荐.docx
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广场工程位于上海市闸北区海宁路南侧、河南北路以西、塘沽路以北、拟建山西北路以东。
总建筑面积为79930m2，地上建筑面积58836m2，地下建筑面积21094m2。
四栋主楼建筑物为剪力墙、框筒或框架结构，均设2层地下室。
基础采用桩基础，主楼桩型采用PHC600及PHC500管桩。
根据岩土工程勘察报告，预制桩（PHC管桩）的设计参数如表1所示。
上海地区的地下水位一般在地面下0.5m左右，由于除主楼区域外均为2层纯地下室，故需设置抗拔桩以抵抗水浮力。
根据地下室的抗浮计算以及柱下布桩的要求，需要选用单桩抗拔承载力较高的桩型作为本工程的抗拔桩。
结合本工程的特点，通过比选后，最终确定抗拔桩采用B型PHC500管桩，即选用上海市建筑标准设计《先张法预应力混凝土管桩》PHCB500100管桩。
抗拔工程桩送桩为地面下9m，有效桩长31m，桩端进入第⑦层粉砂层。
表1
地基液化判别综合试验工程概况一览表
层序
土层名称
层底一般埋深
（m）
平均比贯入阻力
Ps（MPa）
抗拔承载力
折减系数λ*
PHC桩
fi（kPa）
fp（kPa）
②-1
粉质粘土夹粘质粉土
2.5
1.17
15
②-3-1
砂质粉土
6
1.45
0.6
②-3-2
粘质粉土
18
1.03
25
⑤-1
粉质粘土
27.5
0.75
35
⑤-3
36
50
⑤-4
39
2.22
70
1500
⑦
粉砂
44
13.59
0.5
105
6500
⑧-1
粘土
59
1.62
55
⑧-2
粉质粘土夹粉砂
76
2.86
65
2800
*根据上海市工程建设标准《地基基础设计规范》抗拔承载力系数λ：
粘性土、粉性土取0.6；
砂土取0.5。
3
PHC管桩的抗拔设计
3.1
土体提供的竖向抗拔承载力计算
根据表1参数计算PHCB500管桩单桩抗拔承载力设计值Rd’=753kN。
众多类似地质条件的试桩成果表明，实测单桩竖向抗拔承载力极限值都大大超过规范计算的估算值，故本工程建议通过静载荷试验最终确定单桩承载力设计值（设计时拟取Rd’=850kN）。
3.2
桩身结构强度验算
抗拔桩竖向抗拔承载力除了要满足桩土相互作用的抗拔承载力要求外，还需满足PHC管桩桩身结构强度的要求。
目前应用较多的计算方法有国标图集[2]、广东省标准[3]和江苏省规程[4]的推荐公式。
以本工程上海管桩图集[5]PHCB500100管桩为例。
（1）国家建筑标准设计《预应力混凝土管桩》（03SG409）推荐公式：
式中：
—管桩桩身轴向拉力设计值，kN；
—钢棒的抗拉强度设计值，MPa；
—预应力钢筋面积，mm2。
（2）广东省标准《预应力混凝土管桩基础技术规程》（DBJ/T15-22-98）推荐公式：
＝7.56×
3.14×
（5002-3002）/4＝950kN
—桩身抗拔承载力设计值，kN；
—管桩混凝土有效预压应力，MPa；
—桩的横截面面积，mm2。
（3）江苏省工程建设推荐性技术规程《先张法预应力混凝土管桩基础技术规程》（苏JG/T011-2003）推荐公式：
＝（7.56+2.22）×
（5002-3002）/4＝1228kN
—单桩上拔力设计值，kN；
—混凝土轴心抗拉强度设计值，MPa；
—管桩有效的横截面面积，mm2。
对比以上的三个计算公式，广东省标准相对较为保守，仅发挥了管桩中的有效预压应力部分；
国标图集以预应力筋的抗拉强度为控制，未涉及混凝土的裂缝控制验算；
而江苏省标准则除管桩有效预压应力外还考虑了混凝土的抗拉能力，以零裂缝为控制，较之国标图集留有一部分预应力筋的抗拉安全储备。
相对而言，采用江苏省规范进行桩身强度验算较为合理。
3.3
管桩连接构件的强度验算
由于上海软粘土地层的特性，一般的工程桩（预制桩）都为多节桩。
抗拔桩当然也不例外，一般都需要接桩。
因而管桩连接构件的强度，也是管桩抗拔承载力的重要控制指标。
连接构件的强度验算主要包含焊缝强度验算、端板孔口抗剪强度验算、钢棒墩头抗拉强度验算。
图1
焊缝节点大样
图2
端板与预应力筋锚孔详图
3.3.1焊缝强度验算
上海地区管桩管节拼接一般采用端板焊接的连接方式，通常考虑到减少接桩隐患，一般控制抗拔工程桩的接头数量为一个（即采用二节桩）。
不同于承压桩，焊缝对抗拔桩承载力影响至关重要。
本工程31mPHCB500100管桩由两节单桩拼接而成，焊缝局部大样见图1，具体焊缝强度验算如下：
＝0.25×
（4982－4762）×
170＝2860kN
—焊缝外径，取
；
—焊缝内径，取
—焊缝抗拉强度设计值，取值170N/mm2（现场焊缝质量按三级考虑）。
从焊缝验算中可以看出，如果焊缝质量可以保证，则端板焊缝强度远远大于桩身结构强度。
但在实际的工程中发现，由于施工质量的问题，焊缝处发生质量事故的几率很大。
因此，本工程设计中为确保端板连接的焊接质量，要求施工单位必须严格按照相应规范进行焊接施工，同时对桩材也要求确保端板坡口的H0和a满足管桩图集的相应要求。
3.3.2端板孔口抗剪强度验算
在不少PHC管桩作为锚桩的静载荷试验中，发现管桩端板与桩身预应力筋连接处亦是一个薄弱点，经常有端板拔坏的现象发生。
端板孔口剖面详见图2，孔口最不利处为端板上预应力钢棒锚固孔台阶易产生冲切破坏，因此需进行孔口抗剪强度验算。
同样以PHCB500100为例（端板厚度ts=19mm），端板孔口抗剪强度设计值验算如下：
＝15×
（12+20）/2×
（19－（9.5＋6）/2）×
125＝1060kN
验算的抗剪强度值远小于桩身强度和焊缝强度。
因此，本工程虽然抗拔承载力设计值取Rd’=850kN，但在实际设计中仍采用加厚端板（ts=24mm）的办法，提高端板孔口抗剪强度，增加其安全度。
端板孔口抗剪强度设计值验算如下：
（24－（9.5＋6）/2）×
120＝1470kN
3.3.3钢棒墩头抗拉强度验算
在PHC管桩作抗拔桩的试桩过程中，也出现过预应力筋墩头拔坏的现象。
这是由于墩头在受力过程中受到冲切破坏，为此设计中也需要进行墩头抗拉强度的验算。
上海市标准《先张法预应力离心混凝土管桩制作规程（DBJ08-302-96）》[6]规定，镦头强度损失不应大于钢筋抗拉强度的5％。
按镦头强度为钢筋抗拉强度的95％考虑，钢棒镦头抗拉强度设计值为：
由于PHC管桩采用先张法施加预应力，因而单节桩的预应力筋与端板的整体连接强度在管桩制作过程中都已得到检验。
理论上讲，只要管桩制作时预应力张拉到位，构件的整体连接强度还是有相当保证率的。
3.4
管桩与承台连接
作抗拔桩时，PHC管桩与承台连接按广东省标准[3]的要求，抗拔PHC管桩应将桩的纵向钢筋全部直接锚入承台内，因此必须截桩，让桩内钢筋外露，这样做一方面桩身结构有所损伤，另一方面费时费力。
上海地区较为成熟的做法是采用上海管桩图集[5]推荐方法，用微膨胀混凝土填芯内插钢筋，同时在PHC管桩端板上焊钢筋，一并锚入桩承台或者基础底板。
锚固钢筋大小根据抗拔力的大小进行计算调整。
3.4.1管桩填芯混凝土抗拔性能的探讨
填芯的连接方式中，抗拔力主要通过填芯混凝土与PHC管壁的粘结力传递。
填芯混凝土与管桩桩壁的粘结强度是由接触面上的胶结力、摩擦力和机械咬合力组成，而且随接触面的位置而变化。
在混凝土强度等级不太高的情况下，粘结强度随混凝土抗拉强度增大而增加，因此文献[7]建议采用平均粘结强度概念去考虑新老混凝土的粘结力，并假定平均粘结强度与混凝土抗拉强度成正比，即：
－为待定系数；
－平均粘结强度。
新老混凝土粘结强度试验研究和理论分析表明，K1＝0.45～0.56，设计时若采用了微膨胀混凝土，则K1值可以适当放大。
因此填芯与管桩的粘结力建议可用下式计算：
－填芯粘结力设计值；
－填芯直径（管桩内径）；
－填芯高度。
以PHCB500100管桩为例，填芯采用C30微膨胀混凝土，K1取0.5，填芯高度2m时，粘结力约为1347kN。
从理论上分析表明这种连接方式是可行的。
但是，在实际运用中，由于管桩内壁不可避免有离心浮浆层的存在，且因施工问题造成填芯的施工质量不一，都对填芯的整体抗拉强度造成了损失。
因而，在PHC管桩端板上焊钢筋并锚入桩承台的措施是必须的。
考虑到有可能截桩，在端板上焊接钢筋不一定都可行，因此在抗拔设计计算中建议仅以填芯作用为控制指标，端板焊接钢筋可作为安全储备。
3.4.2本工程桩顶与承台的连接设计
考虑到本工程中抗拔设计值仅取Rd’=850kN，故填芯高度采用L=1.5m，其具体构造见图3。
对于必须截桩的管桩（如试、锚桩等），要求如纵向钢筋有足够锚固长度时，L取1.5m；
其余情况下，L取2.5m。
在本工程实际设计中，也采取了增加端板内直径的方法来确保混凝土填芯的抗拔强度。
详见图4。
图3
PHCB500管桩作抗拔桩桩头连接详图
图4
端板详图
4
静载荷试验及结果
为了确定单桩竖向抗拔承载力，同时验证PHC管桩的抗拔性能，工程现场进行了3组常规管桩的静载荷抗拔承载力试验。
桩型采用上海管桩图集PHCB50010039m（端板厚度19mm，D1=300mm），设计抗拔承载力850kN，抗拔试验最大加载量1400kN（本工程试桩都是作为工程桩使用，在确定抗拔试验最大加载量时不宜超过PHC管桩桩身强度的极限承载力）。
其中2组管桩桩顶采用C30微膨胀混凝土填芯，填芯高度5m，内插12Φ22螺纹钢筋，其U－S曲线见图5。
图5
静载抗拔U－s曲线
作为对比试验，另一组管桩桩顶采用钢筋通过钢管直接与端板焊接的连接方式。
试验中当上拔力达到1120kN时，端板被拔坏，基本接近验算所得的端板整体的抗拉能力。
破坏形式主要是预应力钢棒与端板连接的综合强度（端板孔口抗剪强度、钢棒墩头抗拉强度）不足造成的。
分析其破坏原因，可能一方面是实际生产制作的PHC管桩的构件强度与理论计算有所出入；
另一方面是抗拔试验中各钢筋的受力不免有受力不均的现象存在。
因而，可以认为端板孔口抗剪强度是PHC管桩作为抗拔桩中的薄弱点，根据抗拔承载力设计要求对其验算增加端板厚度是有必要的；
作为受抗拔力最大的桩顶与承台的连接，同时采用填芯加端板焊接钢筋的连接方法也是必须的。
静载荷试验结果表明，对于本工程中抗拔承载力850kN的情况下，PHC管桩各项连接节点均能满足抗拔承载力的要求。
试验所得的土层提供的极限抗拔承载力为1400kN，远大于根据表1参数的计算值，且还尚未达到土体的破坏。
建议估算抗拔承载力时，抗拔承载力系数λ可根据行业的桩基规范[8]取值，即：
粘性土、粉性土取0.7~0.8；
砂土取0.5~0.7。
5
结语与建议
本文通过介绍上海某项目PHC管桩抗拔设计的应用实例，分析了PHC管桩作抗拔桩使用时所需的桩身结构强度验算、管桩连接构件的强度验算的方法，并探讨了管桩与承台的连接方式。
同时通过现场的静载荷试验验证了其可靠性，得出以下初步结论与建议：
（1）PHC管桩是性能良好的抗拉构件，适宜作为抗拔工程桩的使用。
（2）PHC管桩桩身结构强度的确定建议主要由有效预压应力控制，可以充分发挥其混凝土的抗拉能力，以零裂缝的控制要求计算。
实际工程使用中，可根据地层条件的不同，选用不同配筋的管桩，一般宜采用有效预压应力较大的B型桩。
（3）抗拉设计时管桩拼接时连接构件的强度必须进行验算，其主要包含焊缝强度、端板孔口抗剪强度、钢板棒墩头抗拉强度的验算。
（4）从理论计算以及抗拔试验表明，端板与预应力钢棒连接的强度是PHC管桩作为抗拔桩使用的薄弱点。
因此需根据抗拔承载力设计的要求对其进行验算，建议增加端板厚度，以满足端板孔口抗剪强度的要求。
（5）桩顶与承台的连接，由于受到的抗拔力最大，建议采用微膨胀混凝土填芯内插钢筋、端板焊钢筋并共同锚入承台或底板的构造形式。
同时应通过抗拔承载力要求计算确定填芯高度及填芯钢筋笼的配筋。
（6）考虑到桩材制作的因素，在设计中，建议适当降低桩身整体的抗拔承载力强度，以保证其总体安全度。
（7）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抗拔承载力设计值。
参
考
文
献
[1]国家建筑标准设计.GJBT-708预制钢筋混凝土方桩（04G361）[S].北京,2004.
[2]国家建筑标准设计.GJBT-644预应力混凝土管桩（03SG409）[S].北京,2003.
[3]广东省标准.DBJ/T15-22-98预应力混凝土管桩基础技术规程[S].广州,1998.
[4]江苏省工程建设推荐性技术规程.苏JG/T011-2003先张法预应力混凝土管桩基础技术规程[S].南京,2003.
[5]上海市建筑标准设计.DBJT08-92-2000先张法预应力混凝土管桩（2000沪G502）[S].上海,2000.
[6]上海市标准.先张法预应力离心混凝土管桩制作规程（DBJ08-302-96）[S].
[7]李先平,张雷顺,赵国藩.预应力混凝土管桩与桩帽连接节点抗拔性能原型试验研究[J].土木工程学报,2005,38（7）:
81-86.
[8]国家行业标准.JGJ94-94建筑桩基技术规范[S].北京:
中国建筑工业出版社,1995.
出师表
两汉：
诸葛亮
先帝创业未半而中道崩殂，今天下三分，益州疲弊，此诚危急存亡之秋也。
然侍卫之臣不懈于内，忠志之士忘身于外者，盖追先帝之殊遇，欲报之于陛下也。
诚宜开张圣听，以光先帝遗德，恢弘志士之气，不宜妄自菲薄，引喻失义，以塞忠谏之路也。
宫中府中，俱为一体；
陟罚臧否，不宜异同。
若有作奸犯科及为忠善者，宜付有司论其刑赏，以昭陛下平明之理；
不宜偏私，使内外异法也。
侍中、侍郎郭攸之、费祎、董允等，此皆良实，志虑忠纯，是以先帝简拔以遗陛下：
愚以为宫中之事，事无大小，悉以咨之，然后施行，必能裨补阙漏，有所广益。
将军向宠，性行淑均，晓畅军事，试用于昔日，先帝称之曰“能”，是以众议举宠为督：
愚以为营中之事，悉以咨之，必能使行阵和睦，优劣得所。
亲贤臣，远小人，此先汉所以兴隆也；
亲小人，远贤臣，此后汉所以倾颓也。
先帝在时，每与臣论此事，未尝不叹息痛恨于桓、灵也。
侍中、尚书、长史、参军，此悉贞良死节之臣，愿陛下亲之、信之，则汉室之隆，可计日而待也
。
臣本布衣，躬耕于南阳，苟全性命于乱世，不求闻达于诸侯。
先帝不以臣卑鄙，猥自枉屈，三顾臣于草庐之中，咨臣以当世之事，由是感激，遂许先帝以驱驰。
后值倾覆，受任于败军之际，奉命于危难之间，尔来二十有一年矣。
先帝知臣谨慎，故临崩寄臣以大事也。
受命以来，夙夜忧叹，恐托付不效，以伤先帝之明；
故五月渡泸，深入不毛。
今南方已定，兵甲已足，当奖率三军，北定中原，庶竭驽钝，攘除奸凶，兴复汉室，还于旧都。
此臣所以报先帝而忠陛下之职分也。
至于斟酌损益，进尽忠言，则攸之、祎、允之任也。
愿陛下托臣以讨贼兴复之效，不效，则治臣之罪，以告先帝之灵。
若无兴德之言，则责攸之、祎、允等之慢，以彰其咎；
陛下亦宜自谋，以咨诹善道，察纳雅言，深追先帝遗诏。
臣不胜受恩感激。
今当远离，临表涕零，不知所言。
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