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關于“預應力管樁抗拔”,你知道多少?
更新:2017-07-09 21:29:46        來源: 江蘇大力神新型建材有限公司         訪問次數:

預應力高強混凝土管樁(以下簡稱PHC管樁)由于其樁身強度高、生產速度快、質量穩定、施工易控制等優勢,在廣東及長三角等沿海地區得到了廣泛的應用。據不完全統計,僅2006年上海地區PHC管樁的使用量已超過2800萬米,約占所有預制樁總量的80%。隨著上海地區PHC管樁應用的廣泛與深入,越來越多的設計人員采用PHC管樁作為抗拔樁來使用。

PHC管樁作為抗拔樁使用有著其他樁型不可比擬的優勢,尤其是在有效預壓應力范圍內樁身不會出現裂縫,對預應力鋼筋保護較好,能較好的發揮樁身抗拉強度,提高樁身抗拔承載力。相比較上海地區常規采用的抗拔樁樁型-混凝土預制方樁或鉆孔灌注樁,PHC管樁由于無須考慮因嚴格的裂縫控制[1]而增加配筋來增強樁身抗拉能力,因此PHC管樁作為抗拔樁使用的經濟性日益凸現。

然而,由于各設計人員對PHC管樁作抗拔樁使用的認識不一,在PHC管樁的抗拔設計中產生了諸多問題。一方面,對PHC管樁樁身抗拉強度取值過小,導致確定的單樁豎向抗拔承載力遠遠低于管樁所能提供的單樁抗拔承載力;另一方面在PHC管樁的抗拔設計中還忽視了對樁身連接構件強度的驗算,一般只是進行簡單的樁土相互作用的抗拔承載力計算,個別工程因此還發生了質量事故。這一定程度上阻礙了PHC管樁進一步地推廣與使用,嚴重時更影響到了基礎工程的安全。

一、 PHC管樁的抗拔設計

1.土體提供的豎向抗拔承載力計算根據表1參數計算PHC B500管樁單樁抗拔承載力設計值Rd’= 753kN。眾多類似地質條件的試樁成果表明,實測單樁豎向抗拔承載力極限值都大大超過規范計算的估算值,故本工程建議通過靜載荷試驗最終確定單樁承載力設計值(設計時擬取Rd’=850 kN)。

2.管樁連接構件的強度驗算由于上海軟粘土地層的特性,一般的工程樁(預制樁)都為多節樁。抗拔樁當然也不例外,一般都需要接樁。因而管樁連接構件的強度,也是管樁抗拔承載力的重要控制指標。連接構件的強度驗算主要包含焊縫強度驗算、端板孔口抗剪強度驗算、鋼棒墩頭抗拉強度驗算。

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3.管樁與承臺連接作抗拔樁時,PHC管樁與承臺連接按廣東省標準的要求,抗拔PHC管樁應將樁的縱向鋼筋全部直接錨入承臺內,因此必須截樁,讓樁內鋼筋外露,這樣做一方面樁身結構有所損傷,另一方面費時費力。

4.靜載荷試驗及結果為了確定單樁豎向抗拔承載力,同時驗證PHC管樁的抗拔性能,工程現場進行了3組常規管樁的靜載荷抗拔承載力試驗。樁型采用上海管樁圖集PHC B500 100 39m(端板厚度19mm,D1=300mm),設計抗拔承載力850kN,抗拔試驗最大加載量1400kN(本工程試樁都是作為工程樁使用,在確定抗拔試驗最大加載量時不宜超過PHC管樁樁身強度的極限承載力)。

其中2組管樁樁頂采用C30微膨脹混凝土填芯,填芯高度5m,內插12Φ22螺紋鋼筋。 靜載抗拔U-s曲線作為對比試驗,另一組管樁樁頂采用鋼筋通過鋼管直接與端板焊接的連接方式。試驗中當上拔力達到1120 kN時,端板被拔壞,基本接近驗算所得的端板整體的抗拉能力。破壞形式主要是預應力鋼棒與端板連接的綜合強度(端板孔口抗剪強度、鋼棒墩頭抗拉強度)不足造成的。

分析其破壞原因,可能一方面是實際生產制作的PHC管樁的構件強度與理論計算有所出入;另一方面是抗拔試驗中各鋼筋的受力不免有受力不均的現象存在。

因而,可以認為端板孔口抗剪強度是PHC管樁作為抗拔樁中的薄弱點,根據抗拔承載力設計要求對其驗算增加端板厚度是有必要的;作為受抗拔力最大的樁頂與承臺的連接,同時采用填芯加端板焊接鋼筋的連接方法也是必須的。靜載荷試驗結果表明,對于本工程中抗拔承載力850kN的情況下,PHC管樁各項連接節點均能滿足抗拔承載力的要求。試驗所得的土層提供的極限抗拔承載力為1400kN,遠大于根據表1參數的計算值,且還尚未達到土體的破壞。建議估算抗拔承載力時,抗拔承載力系數λ可根據行業的樁基規范[8]取值,即:粘性土、粉性土取0.7~0.8;砂土取0.5~0.7。

二、 總結

通過介紹PHC管樁抗拔設計的應用,分析了PHC管樁作抗拔樁使用時所需的樁身結構強度驗算、管樁連接構件的強度驗算的方法,并探討了管樁與承臺的連接方式。同時通過現場的靜載荷試驗驗證了其可靠性,得出以下初步結論與建議:

1.PHC管樁是性能良好的抗拉構件,適宜作為抗拔工程樁的使用。

2.PHC管樁樁身結構強度的確定建議主要由有效預壓應力控制,可以充分發揮其混凝土的抗拉能力,以零裂縫的控制要求計算。實際工程使用中,可根據地層條件的不同,選用不同配筋的管樁,一般宜采用有效預壓應力較大的B型樁。

3.抗拉設計時管樁拼接時連接構件的強度必須進行驗算,其主要包含焊縫強度、端板孔口抗剪強度、鋼板棒墩頭抗拉強度的驗算。

4.從理論計算以及抗拔試驗表明,端板與預應力鋼棒連接的強度是PHC管樁作為抗拔樁使用的薄弱點。因此需根據抗拔承載力設計的要求對其進行驗算,建議增加端板厚度,以滿足端板孔口抗剪強度的要求。

5.樁頂與承臺的連接,由于受到的抗拔力最大,建議采用微膨脹混凝土填芯內插鋼筋、端板焊鋼筋并共同錨入承臺或底板的構造形式。同時應通過抗拔承載力要求計算確定填芯高度及填芯鋼筋籠的配筋。

6.考慮到樁材制作的因素,在設計中,建議適當降低樁身整體的抗拔承載力強度,以保證其總體安全度。

7.估算土層提供的極限抗拔承載力時,抗拔承載力系數λ宜按以下取值:粘性土、粉性土0.7~0.8;砂土0.5~0.7。建議通過靜載荷試驗最終確定單樁抗拔承載力設計值。