預(yù)應(yīng)力混凝土抗拔樁論

1、.預(yù)應(yīng)力混凝土抗拔樁論文摘要：預(yù)應(yīng)力混凝土樁具有抗裂性好、施工速度快、經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)點(diǎn)，在工程實(shí)踐中作為抗拔樁使用已越來越廣泛。但預(yù)應(yīng)力混凝土抗拔樁在應(yīng)用中尚存在一些問題，如接頭抗拔、樁與承臺的連接、承載力如何發(fā)揮等。預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土抗拔樁單樁豎向抗拔承載力尚無明確的設(shè)計方法。前言預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土樁具有樁身質(zhì)量好、工程造價低、施工綠色環(huán)保、樁身檢測方便、可工廠化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，在建筑工程樁基領(lǐng)域的使用越來越廣泛，已成為樁基工程首選樁型。其樁身抗裂性能優(yōu)越，用于抗拔樁時，在有效預(yù)壓應(yīng)力范圍內(nèi)樁身不會出現(xiàn)裂縫，預(yù)應(yīng)力鋼筋保護(hù)較好，能較好地發(fā)揮樁身強(qiáng)度，提高樁身抗拔承載力，從而大幅降低抗拔樁的工程造價，節(jié)

2、約投資，有效縮短施工工期。1預(yù)應(yīng)力混凝土抗拔樁研究現(xiàn)狀1.1試驗(yàn)研究預(yù)應(yīng)力混凝土管樁作為抗拔樁應(yīng)用時間不到十年，國內(nèi)主要集中在對工程應(yīng)用中遇到的實(shí)際問題或結(jié)合工程設(shè)計開展的試驗(yàn)研究。許國平（2005）、蘇振明等（2006）分別通過PHC管樁的單樁豎向抗拔靜載試驗(yàn)，研究預(yù)應(yīng)力管樁抗拔性能，分析計算了影響管樁抗拔承載力的多種因素，并提出各土層抗拔系數(shù)入的取值范圍，建議內(nèi)芯插筋深度應(yīng)根據(jù)填芯混凝土摩阻力計算提出。汪加蔚（2004）、侯勝男等（2010）分別通過試驗(yàn)對預(yù)應(yīng)力混凝土管樁樁身的抗拉強(qiáng)度、接頭焊縫的抗拉強(qiáng)度及填芯混凝土的抗拉強(qiáng)度驗(yàn)算方法進(jìn)行分析，提出管樁抗拉承載力的計算公式。劉永超（2009

3、）通過對預(yù)應(yīng)力混凝土管樁樁身、焊接接口、樁與承臺連接強(qiáng)度和抗拔靜載性能等專項(xiàng)試驗(yàn)，研究其作為抗拔結(jié)構(gòu)時，端板、墩頭、焊縫及樁身的抗拔性能及破壞形式，并通過理論分析，對抗拔管樁設(shè)計時的基本原則和控制節(jié)點(diǎn)進(jìn)行討論。鄭秀娟等（2010）通過對預(yù)應(yīng)力混凝土管樁進(jìn)行抗拔靜載試驗(yàn)和室內(nèi)足尺寸試驗(yàn)，研究樁身抗拉結(jié)構(gòu)性能，根據(jù)試驗(yàn)樁破壞形式，找出管樁抗拔薄弱部位。韋宏等（2001）虞林軍（2006）、沈曉梅等（2008）分別結(jié)合工程實(shí)例介紹了預(yù)應(yīng)力混凝土管樁作為抗拔樁的設(shè)計要點(diǎn)、計算方法及相應(yīng)的構(gòu)造措施。對管樁抗拔承載力計算，樁身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、接樁焊縫強(qiáng)度、管樁與承臺的連接強(qiáng)度的驗(yàn)算方法等提出了一些合理化建議。陳

4、岱杰等（2007）針對上海地區(qū)使用情況，對預(yù)應(yīng)力混凝土管樁作抗拔樁的樁身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、焊縫強(qiáng)度、端板孔口抗剪強(qiáng)度、鋼棒墩頭進(jìn)行驗(yàn)算，并對管樁和承臺連接方式及計算方法進(jìn)行了探討。1.2理論研究目前預(yù)應(yīng)力混凝土管樁抗拔受荷性狀的理論研究工作主要集中在以下幾個方面：（1）對樁土共同作用下抗拔管樁承載力發(fā)揮機(jī)理的研究。林宏劍（2010）通過數(shù)值模擬研究了樁長、樁徑、土質(zhì)條件等對樁側(cè)摩阻力及管樁抗拔承載力特性的影響。閻懷先和趙文勇（2011）通過現(xiàn)場抗拔試驗(yàn)對管樁的抗拔機(jī)理進(jìn)行探討，分析了預(yù)應(yīng)力混凝土抗拔管樁在樁土共同作用下的受荷機(jī)理及軸力計算方法，并對設(shè)計施工提出了一些建議。（2）預(yù)應(yīng)力混凝土管樁接頭抗拉

5、強(qiáng)度研究。劉軍（2007）提出一種新型的管樁錨固式接頭，圍繞其受力性能進(jìn)行了一系列理論分析及試驗(yàn)研究。李偉興等（2010）結(jié)合世博主題館的設(shè)計，對PHC抗拔管樁的新型連接進(jìn)行計算分析和試驗(yàn)研究。結(jié)果表明：新型連接方式較標(biāo)準(zhǔn)型接樁節(jié)點(diǎn)在受力性能、施工工藝、焊接質(zhì)量等方面均有明顯改善，值得在工程中推廣應(yīng)用。（3）管樁與承臺連接性能的研究。王恒棟等（1997）、李平先等（2004）在預(yù)應(yīng)力混凝土管樁與樁帽連接節(jié)點(diǎn)軸拔試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，討論了連接節(jié)點(diǎn)的破壞狀態(tài)、粘結(jié)機(jī)理以及受力特性。并給出了連接節(jié)點(diǎn)軸拔承載力的建議計算公式，提出了在實(shí)際工程中連接的合理型式。張忠等（2007）以預(yù)應(yīng)力薄壁管樁為例，開展

6、了預(yù)應(yīng)力管樁填芯混凝土軸拔試驗(yàn)。通過試驗(yàn)分析表明，填芯混凝土與樁內(nèi)壁粘結(jié)性能良好，有橫向膨脹效應(yīng)，為管樁設(shè)計提供依據(jù)和理論基礎(chǔ)。2存在的問顆（1）預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土樁用于抗拔工程時，接樁常采用焊接連接，有時因焊縫質(zhì)量不能保證，焊接處存在安全隱患。另外，焊接接樁時間較長，影響了工程進(jìn)度，同時增加施工人員的工作量。（2）樁與承臺連接主要采取混凝土填芯插筋的方法。由于樁身內(nèi)壁光滑，填芯混凝土與樁內(nèi)壁粘結(jié)力不強(qiáng)，在上拔荷載作用下，填芯有時被直接拔出，填芯的長度和施工質(zhì)量直接影響抗拔承載力。（3）抗拔樁的承載力主要靠樁側(cè)摩阻力提供，無論是預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土管樁還是方樁，樁表面均比較光滑，與樁周土體之間的摩擦

7、力不足。樁受上拔荷載作用時荷載傳遞規(guī)律、樁土共同作用的機(jī)理不明確。樁身抗拉強(qiáng)度控制承載力尚無明確的驗(yàn)算方法。影響預(yù)應(yīng)力混凝土樁抗拔承載力的關(guān)鍵因素未完全確定，樁承載力發(fā)揮的薄弱環(huán)節(jié)有待解決。目前國內(nèi)僅有少數(shù)幾個應(yīng)用預(yù)應(yīng)力混凝土抗拔樁較多的省份頒布了地方規(guī)程，但其中的設(shè)計方法及內(nèi)容存在差異，規(guī)程內(nèi)容也不太成熟和系統(tǒng)化。3設(shè)計方法預(yù)應(yīng)力混凝土抗拔樁單樁豎向抗拔承載力應(yīng)根據(jù)樁身和樁周巖土的總抗拔摩阻力以及樁身抗拉強(qiáng)度的大小來確定，取兩者中的較小值。3.1樁周土層側(cè)阻力確定抗拔承載力根據(jù)JGJ94-2008建筑樁基技術(shù)規(guī)范規(guī)定，基樁的抗拔承載力按下式確定：式中Nk為按荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合計算的基樁拔力；T

8、uk為群樁呈非整體破壞時基樁的抗拔極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值；GP為基樁自重，地下水位以下取浮重度；u為樁身周長；qsik為樁側(cè)表第 i層土的抗壓極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值；i為抗拔系數(shù)。由式（2）可知，抗拔樁的承載力靠樁側(cè)摩阻力提供。側(cè)摩阻力受到樁長、樁徑、地基土的類別、樁的荷載特性等因素的影響，目前很難準(zhǔn)確計算。由于缺乏理論研究，參照抗壓樁的靜力計算公式估算樁側(cè)摩阻力，再按相應(yīng)系數(shù)折減作為抗拔樁的承載力。該粗略的計算方法可能使設(shè)計過于保守，也可能使整個工程安全度降低造成工程事故。所以開展抗拔樁的承載力發(fā)揮機(jī)理研究對抗拔樁的設(shè)計有著重要的意義。3.2樁身抗拉強(qiáng)度承載力計算樁身抗拉強(qiáng)度承載力計算包括樁身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、

9、接樁連接強(qiáng)度、端板孔口抗剪強(qiáng)度、鋼棒墩頭抗拉強(qiáng)度、樁與承臺連接強(qiáng)度等承載力計算。3.2.1樁身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度浙江省建筑標(biāo)準(zhǔn)圖集2010浙G35預(yù)應(yīng)力離心混凝土空心方樁123和廣東省標(biāo)準(zhǔn)DBJ/T15-22-2008錘擊式預(yù)應(yīng)力混凝土管樁基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)程對于樁身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度推薦公式：式中，N為荷載效應(yīng)基本組合下樁身受拉承載力設(shè)計值，kN；pc為樁身混凝土有效預(yù)壓應(yīng)力，MPa；A為樁身橫截面面積，2福建省工程建設(shè)地方標(biāo)準(zhǔn)DBJ13-86-2007先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)程和江蘇省工程建設(shè)規(guī)程DGJ32/TJ109-2010預(yù)應(yīng)力混凝土管樁基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)程規(guī)定：（1）管樁處于腐蝕環(huán)境或設(shè)計嚴(yán)格要求不出現(xiàn)裂縫時

10、：NpcA （4）（2）管樁處于一般環(huán)境或設(shè)計一般要求不出現(xiàn)裂縫時：N（pc+t）A （5）式中t一樁身混凝土軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計值，MPa上海市建筑產(chǎn)品推薦性應(yīng)用圖集2009滬G/T-502 （HKFZ/KFZ先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁推薦公式：（1）對于一級裂縫控制等級，在荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合下，承載力限值Nk應(yīng)符合以下規(guī)定：（2）對于控制二級裂縫等級的抗拔基樁，在荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合下，其抗拔承載力限值應(yīng)符合如下規(guī)定： （7）式中，Nk為荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合下空心樁的軸心拉力標(biāo)準(zhǔn)值，kN；ftk為混凝土軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，MPa天津市工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)DBJT29-187-2009先張法預(yù)應(yīng)力離心混凝土空心方

11、樁規(guī)定：對于嚴(yán)格要求不出現(xiàn)裂縫的一級裂縫控制等級預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁，在荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合下混凝土不應(yīng)產(chǎn)生拉應(yīng)力，應(yīng)符合下列要求：（8）對于一般要求不出現(xiàn)裂縫的二級裂縫控制等級的預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁，在荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合下的拉應(yīng)力不應(yīng)大于混凝土軸心受拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，應(yīng)符合下列要求：在荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合下： （9）在荷載效應(yīng)準(zhǔn)永久組合下： （10）式中，ck為荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合下正截而法向應(yīng)力，MPa；cq為荷載效應(yīng)準(zhǔn)永久組合下正截面法向應(yīng)力，MPa對比以上公式，可以發(fā)現(xiàn)各規(guī)程的計算方法相差較大，其原因主要在于抗裂控制標(biāo)準(zhǔn)的不同。浙江省、廣東省標(biāo)準(zhǔn)均只考慮樁身有效預(yù)壓應(yīng)力，不計算混凝土抗拉強(qiáng)度，由于在有效

12、應(yīng)力范圍內(nèi)不會出現(xiàn)裂縫，不需考慮裂縫控制，在實(shí)際工程中對樁身安全較為有利。福建省、江蘇省、上海市及天津市標(biāo)準(zhǔn)除樁的有效預(yù)壓應(yīng)力外還考慮了混凝土的抗拉能力，以一級裂縫和二級裂縫控制。差別在于福建省、江蘇省標(biāo)準(zhǔn)以荷載效應(yīng)基本組合，上海市標(biāo)準(zhǔn)以荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合、天津市標(biāo)準(zhǔn)以荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合和準(zhǔn)永久組合進(jìn)行驗(yàn)算，即福建省、江蘇省標(biāo)準(zhǔn)是以樁承載能力極限狀態(tài)，而上海市、天津市標(biāo)準(zhǔn)以樁正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算。對比上海市和天津市標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)現(xiàn)天津市增加了荷載效應(yīng)準(zhǔn)永久組合，考慮了可變荷載的長期作用效應(yīng)。3.2.2端板孔口抗剪強(qiáng)度根據(jù)樁端板孔口抗剪強(qiáng)度確定單樁抗拔承載力時#端板與預(yù)應(yīng)力鋼筋連接如圖1 所示：式中，n為

13、預(yù)應(yīng)力鋼筋數(shù)量，根；d1為端板上預(yù)應(yīng)力鋼筋錨固孔臺階上口直徑，mm；d2為端板上預(yù)應(yīng)力鋼筋錨固孔臺階下口直徑，mm；h1為端板上預(yù)應(yīng)力鋼筋錨固孔臺階上口距端板頂距離，mm；h2為端板上預(yù)應(yīng)力鋼筋錨固孔臺階下口距端板頂距離，mm；fv拭為端抗剪強(qiáng)度設(shè)計值，取120MPa；ts為端板厚度，mm孔口薄弱處為預(yù)應(yīng)力鋼棒墩頭與端板錨固孔連接部位的臺階，當(dāng)樁承受較大的上拔力時，容易出現(xiàn)沖切破壞。按公式（11）計算發(fā)現(xiàn)，端板孔口的抗剪強(qiáng)度值遠(yuǎn)小于樁身強(qiáng)度和焊縫強(qiáng)度，所以應(yīng)采取加厚端板的方法，來提高端板孔口抗剪強(qiáng)度，并建 議設(shè)置端板錨固鋼筋增加端板與樁身的連接強(qiáng)度，以保證該部位的連接安全。4要解決的關(guān)鍵問題傳

14、統(tǒng)用于抗壓樁的預(yù)應(yīng)力混凝土樁作為抗拔樁在基礎(chǔ)工程中已得到應(yīng)用，但由于樁身抗拉、接頭抗拔、樁與承臺連接等技術(shù)問題在實(shí)際應(yīng)用中沒有得到有效的解決，目前，對其用于抗拔樁的安全性存在質(zhì)疑。因此，以下幾個方而的關(guān)鍵問題亟待解決：4.1接頭質(zhì)量接樁時多采用樁頂端板的直接焊接連接，由于施工水平和質(zhì)量不能保證，連接焊縫經(jīng)常失效，造成下節(jié)樁失去抗拔作用，上節(jié)樁被拔出?？拱螛兜慕宇^質(zhì)量問題會直接導(dǎo)致斷樁而失效。機(jī)械接頭的接樁可不受下雨，下雪等惡劣天氣條件的影響，相對焊接接頭有明顯的優(yōu)越性。近年來，很多企業(yè)對新型機(jī)械接頭的開發(fā)研制做了大量的工作，如空心方樁T形槽機(jī)械接樁結(jié)構(gòu)，新型管樁抱箍式接頭等。4.2樁與承臺的連

15、接目前樁與承臺連接主要是通過混凝土填芯方法增加樁與承臺的粘結(jié)力，但上拔荷載作用時，樁內(nèi)灌注的部分混凝土常被拔出，樁頂與承臺之間連接失效，錨固失效直接危及建筑物的安全。因而對樁與承臺之間的填芯混凝土連接強(qiáng)度研究尤為重要。帶內(nèi)嚙合結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力混凝土空心樁，樁的中心圓孔內(nèi)壁上有內(nèi)螺紋或內(nèi)槽等結(jié)構(gòu)。其與承臺的連接結(jié)構(gòu)如圖3所示。承臺下延部分的鋼筋混凝土與發(fā)明樁的中心圓孔結(jié)合力強(qiáng)，可有效的解決填芯混凝土從圓孔中滑脫的問題，安全性好。近年來，研究人員亦開發(fā)出其他型式的連接方法，如在樁體周圍設(shè)置樁帽，基礎(chǔ)承臺通過樁帽與樁體相連等。對于這些新型連接方式，宜通過試驗(yàn)對連接區(qū)段開展研究，分析樁與承臺連接結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能。5結(jié)語預(yù)應(yīng)力混凝土樁具有抗裂性好、施工速度快、經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)點(diǎn)，在工程實(shí)踐中作為抗拔樁使用已越來越廣泛。但預(yù)應(yīng)力混凝土抗拔樁在應(yīng)用中尚存在一些問題，如接頭抗拔、樁與承臺的連接、承載力如何發(fā)揮等。預(yù)制預(yù)應(yīng)力