关于“预应力管桩抗拔”,你知道多少?

2017/5/8
来源:慧聪工程机械网

核心提示:PHC管桩作为抗拔桩使用有着其他桩型不可比拟的优势,尤其是在有效预压应力范围内桩身不会出现裂缝,对预应力钢筋保护较好,能较好的发挥桩身抗拉强度,提高桩身抗拔承载力。

  预应力高强混凝土管桩(以下简称PHC管桩)由于其桩身强度高、生产速度快、质量稳定、施工易控制等优势,在广东及长三角等沿海地区得到了广泛的应用。据不完全统计,仅2006年上海地区PHC管桩的使用量已超过2800万米,约占所有预制桩总量的80%。随着上海地区PHC管桩应用的广泛与深入,越来越多的设计人员采用PHC管桩作为抗拔桩来使用。

  PHC管桩作为抗拔桩使用有着其他桩型不可比拟的优势,尤其是在有效预压应力范围内桩身不会出现裂缝,对预应力钢筋保护较好,能较好的发挥桩身抗拉强度,提高桩身抗拔承载力。相比较上海地区常规采用的抗拔桩桩型-混凝土预制方桩或钻孔灌注桩,PHC管桩由于无须考虑因严格的裂缝控制[1]而增加配筋来增强桩身抗拉能力,因此PHC管桩作为抗拔桩使用的经济性日益凸现。

  然而,由于各设计人员对PHC管桩作抗拔桩使用的认识不一,在PHC管桩的抗拔设计中产生了诸多问题。一方面,对PHC管桩桩身抗拉强度取值过小,导致确定的单桩竖向抗拔承载力远远低于管桩所能提供的单桩抗拔承载力;另一方面在PHC管桩的抗拔设计中还忽视了对桩身连接构件强度的验算,一般只是进行简单的桩土相互作用的抗拔承载力计算,个别工程因此还发生了质量事故。这一定程度上阻碍了PHC管桩进一步地推广与使用,严重时更影响到了基础工程的安全。

  一、 PHC管桩的抗拔设计

  1.土体提供的竖向抗拔承载力计算根据表1参数计算PHC B500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’=850 kN)。

  2.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。

  3.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。

  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PHC B500 100 39m(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。 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1120 kN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。

  二、 总结

  通过介绍PHC管桩抗拔设计的应用,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。

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