抗拔管樁的錨固設(shè)計與構(gòu)造

1、抗拔管樁的錨固設(shè)計與構(gòu)造摘要：本文通過現(xiàn)行國家、地方相關(guān)規(guī)程、標準圖集的設(shè)計要求和節(jié)點構(gòu)造， 分析抗拔管樁抗拔錨固構(gòu)造的要點，以期對工程設(shè)計及施工有所啟發(fā)。關(guān)鍵詞：抗拔管樁；錨固；設(shè)計；構(gòu)造刖言砼預(yù)應(yīng)力管樁作為抗拔樁在江蘇地區(qū)，已經(jīng)從禁止使用到廣泛采用。管樁與 承臺的連接效果是管樁能否起抗拔作用的關(guān)鍵所在。本文通過現(xiàn)行國家、地方相 關(guān)規(guī)程、標準圖集的設(shè)計要求和節(jié)點構(gòu)造，分析抗拔管樁抗拔錨固構(gòu)造的要點， 以期對工程實踐有所啟發(fā)。1現(xiàn)行規(guī)程和圖集中關(guān)于抗拔管樁的做法和要求關(guān)于預(yù)應(yīng)力砼管樁的國家標準是先張法預(yù)應(yīng)力管樁(GB 13476-2009 )， 主要用于規(guī)范管樁產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品質(zhì)量，不涉及

2、設(shè)計和施工方面的要求； 其相對應(yīng)的國家標準圖集是預(yù)應(yīng)力混凝土管樁(10G409)，其中有抗拔管樁 樁頂與承臺的連接詳圖。江蘇省地方標準預(yù)應(yīng)力混凝土管樁基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)程(DGJ32/TJ109-2010) (以下簡稱江蘇規(guī)程)，對先張法預(yù)應(yīng)力砼管樁的基礎(chǔ)設(shè)計、施工及驗收等 做出相應(yīng)規(guī)定，特別對抗拔管樁的設(shè)計、抗拔承載力取值以及抗拔錨固等提出了 詳盡的設(shè)計要求。江蘇規(guī)程相對應(yīng)的標準圖集是預(yù)應(yīng)力混凝土管樁(蘇 G03-2012)，其中也明確了抗拔管樁與承臺的連接詳圖。2江蘇規(guī)程中關(guān)于管樁抗拔承載力的取值江蘇規(guī)程第3.6.4條，管樁用做抗拔樁時，應(yīng)進行結(jié)構(gòu)強度、接樁連接 強度、端板孔口抗剪強度、鋼棒及其鐓

3、頭抗拉強度、樁頂與承臺連接處強度等承 載力計算。確定單樁抗拔承載力時，應(yīng)按下列規(guī)定計算，并按最不利處的抗拉強 度確定工程樁的抗拉承載力。下以江蘇省標準圖集預(yù)應(yīng)力砼管樁中PHC-500 (100)AB-C80為例，根 據(jù)江蘇規(guī)程第3.6.4條要求，計算各項強度，確定抗拔承載力。2.1根據(jù)樁身結(jié)構(gòu)強度確定單樁抗拔承載力時，按下式計算：Nl 單樁上拔力設(shè)計值opc管樁砼有效預(yù)壓應(yīng)力ft 樁身砼軸心抗拉強度設(shè)計值A(chǔ)管樁有效橫截面面積對于 PHC-500(100)AB-C80，opc=6.4MPa； ft=2.22MPa；(opc+ft) A= (6.4+2.22)x (2502-1502)x3.14=

4、1083 (KN)2.2根據(jù)連接處強度確定單樁抗拔承載力時，宜考慮機械連接和焊接的連接 強度。機械連接應(yīng)按有關(guān)規(guī)范進行計算。焊接按下式計算：D1焊縫外徑(mm)D2焊縫內(nèi)徑(mm)ftw一一焊縫抗拉設(shè)計強度，取175MPa=0.25x3.14x (5002-4942) x175=819MPa2.3根據(jù)管樁端板孔口抗剪強度確定單樁抗拔承載力時，按下式計算：n預(yù)應(yīng)力鋼筋數(shù)(根)d1一端板鋼筋錨固孔臺階上口直徑(mm)d2端板鋼筋錨固孔臺階下口直徑（mm）hl端板鋼筋錨固孔臺階上口距端板頂距離（mm）h2端板鋼筋錨固孔臺階下口距端板頂距離（mm）fv端板抗剪強度設(shè)計值，取120MPats端板厚度=

5、11x3.14x（20+12）x（20-8）X120X0.5=795 （KN）2.4根據(jù)預(yù)應(yīng)力鋼筋鐓頭抗拉強度確定單樁抗拔承載力時，按下式計算：fpy預(yù)應(yīng)力筋抗拉強度設(shè)計值（MPa）Ap預(yù)應(yīng)力筋總橫截面面積（mm2）=0.90 x1000 x11x90=891 （KN）2.5根據(jù)管腔內(nèi)填芯砼確定單樁抗拔承載力時按下式確定：K1一一經(jīng)驗系數(shù)，取0.8d1填芯砼直徑（mm）l填芯砼長度（mm）fn 填芯砼與管樁內(nèi)壁之間的粘結(jié)強度設(shè)計值根據(jù)江蘇規(guī)程第3.4.1條中填芯砼長度不小于8倍管樁外徑且不小于3.5m的要求，設(shè)填芯砼為4.0m，則：=0.8x3.14x150 x0.3x4000=452 （KN

6、）通過計算可知，對于直徑500壁厚100的預(yù)應(yīng)力管樁，江蘇規(guī)程第3.6.4 條中規(guī)定的五個計算項目中，結(jié)構(gòu)強度、連接處強度、端板孔口抗剪強度以及預(yù) 應(yīng)力筋鐓頭抗拉強度這四項，計算值在7951083KN之間，而管樁的填芯砼這一 項，計算值為452KN，為所有五項中最小者。其他規(guī)格管樁，計算結(jié)果也相似。江蘇規(guī)程第3.6.5條規(guī)定，管樁的抗拔承載力應(yīng)取第3.6.4條中的各項計 算值和第3.6.3條規(guī)定的抗拔承載力相比的最小值，填芯砼成為連接環(huán)節(jié)中決定 抗拔承載力的決定性因素。3現(xiàn)行標準中抗拔樁與承臺錨固連接構(gòu)造分析3.1江蘇規(guī)程關(guān)于抗拔管樁與承臺的連接，江蘇規(guī)程第3.4.2.2條規(guī)定，管樁應(yīng)將樁身

7、縱向鋼筋全部直接錨入承臺內(nèi)，錨固長度應(yīng)按砼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的受拉錨固長 度確定。同時第3.6.4.5條又明確，當(dāng)管樁采用端板焊接鋼筋與承臺連接時，其抗 拔力應(yīng)通過現(xiàn)場試驗、計算和構(gòu)造綜合確定。也就是說，不同處的條文，字面表 達不完全一致，但從實質(zhì)受力來分析江蘇規(guī)程的要求，可理解為，應(yīng)首選采 用預(yù)應(yīng)力筋錨入承臺的連接方式，同時也可采用端板焊接鋼筋錨入的方式與承臺 連接，以達到錨固的效果。3.2江蘇省標準圖集預(yù)應(yīng)力砼管樁本圖集給出了管樁與承臺的錨固專用連接大樣，其做法與江蘇規(guī)程的規(guī) 定基本一致，是江蘇省內(nèi)抗拔管樁錨固連接的標準做法。此詳圖中，抗拔管樁與 承臺的連接主要靠原管樁內(nèi)的預(yù)應(yīng)力鋼筋棒錨入承臺，

8、樁的拔力的傳遞直接而可 靠。采用該連接方式抗拔承載力取值并不由錨固連接點的構(gòu)造方式所決定，而取 決于管樁自身的抗拔承載力。本圖集要求的填芯砼長度應(yīng)計算且達到8倍樁徑、 不小于3.5m。盡管填芯砼與管樁內(nèi)壁的摩擦力也決定著抗拔力的大小，但并不能 完全傳遞樁的拔力至承臺。此抗拔連接方式的優(yōu)點是：傳力直接、可靠；缺點是：施工復(fù)雜，破樁頭時 要求先做填芯，易損壞樁頭、產(chǎn)生質(zhì)量隱患。3.3國標圖集預(yù)應(yīng)力砼管樁（10G409）本圖集規(guī)定，根據(jù)管樁抗拔力的大小，可采用不同的連接大樣。3.3.1當(dāng)拔力較小時，按照下圖施工：此大樣，既用于抗壓的不截樁樁頂與承臺連接，也用于拔力較小時抗拔管樁 與承臺的連接。用于抗

9、拔時，拔力的傳遞是靠（填芯砼+填芯砼中的同時焊于端 板上的縱向鋼筋+管樁端板上的連接鋼板+焊于連接鋼板上的鋼筋）協(xié)同完成的， 管樁的端板作為傳力節(jié)點，匯聚填芯內(nèi)鋼筋和管樁內(nèi)部預(yù)應(yīng)力鋼筋棒的拔力，然 后傳遞給管樁端板上焊接的連接鋼板，最終通過錨固鋼筋傳遞至承臺。圖集要求 填芯砼與管樁內(nèi)壁的粘結(jié)力應(yīng)該大于拔力；填芯內(nèi)主筋的抗拉力也需要大于拔力。此連接方式優(yōu)點是：與抗壓受力的連接大樣相同，施工便捷；缺點是：僅用 于拔力較小的情況，拔力傳遞須通過管樁端板作為傳力節(jié)點，端鋼板在專遞拔力 過程中受力較為復(fù)雜、不直接，無法直接計算；如遇接樁、截樁，則該大樣不可 采用。3.3.2常規(guī)情況下，按照下圖施工：此大

10、樣要求宜將管樁中的全部預(yù)應(yīng)力筋錨入承臺，與江蘇省標準圖集的抗 拔連接大樣傳力機理類似，通過管樁內(nèi)的預(yù)應(yīng)力筋直接錨入承臺傳遞拔力；同時 填芯砼中的縱向主筋（其抗拉力須大于拔力）通過填芯砼與管樁內(nèi)壁的粘結(jié)力 （填芯砼的高度也需要計算，其粘結(jié)力須大于拔力）傳遞拔力至承臺，可以說， 此大樣的拔力專遞是“雙保險：一是通過填芯砼傳遞，二是通過管樁內(nèi)預(yù)應(yīng)力筋 傳遞，效果是上述幾種兩列方式中最可靠的。此抗拔連接方式的優(yōu)點是：傳力直接、可靠、安全儲備達；缺點是：存在破 樁頭時影響樁端質(zhì)量隱患、費工，也稍顯不經(jīng)濟。4抗拔管樁與承臺連接方式的合理設(shè)計相比抗壓管樁與承臺的連接，抗拔管樁與承臺的連接要求更高，因為抗拔管

11、 樁與承臺的連接一旦失效，產(chǎn)生的安全后果更嚴重，所以不管是國標圖集（10G409）還是江蘇規(guī)程、江蘇省標準圖集（蘇G03-2012），有關(guān)抗拔管樁 的連接構(gòu)造大樣，均優(yōu)先采用最為可靠的傳遞拔力方式一一將管樁內(nèi)的預(yù)應(yīng)力筋 直接錨入承臺，同時通過在灌注樁端填芯砼作為輔助措施加強連接構(gòu)造，以確保 萬無一失，其安全貯備是相當(dāng)大的。但是這種方式的最大缺陷是，需要破除1m 高的樁頭，從施工的角度看，較為費時費工，也不算經(jīng)濟，如果遇到樁頂標低于 設(shè)計標高，需要破除的樁頭高度會小于1m，預(yù)應(yīng)力筋的錨固長度不夠。下圖為筆者建議的抗拔管樁的錨固連接大樣：圖中，H為填芯砼高度，根據(jù)下列公式確定，且應(yīng)不小于10倍樁徑

12、及不小于 4.0m （此要求大于江蘇規(guī)程和江蘇省標準圖集規(guī)定的8倍和3.5m，目的是加 大填芯砼與管樁內(nèi)壁的摩擦力，增加抗拔安全儲備）：Nl 管樁單樁上拔力設(shè)計值K1經(jīng)驗系數(shù)，取0.8K2安全儲備特別系數(shù)，取0.8d1填芯砼直徑（mm）l 填芯砼長度（mm）fn 填芯砼與管樁內(nèi)壁之間的粘結(jié)強度設(shè)計值鋼筋為填芯砼中縱向鋼筋，宜取6根，均勻布置與樁周，鋼筋總面積As 按照下式確定：Nl 單樁上拔力設(shè)計值fy 鋼筋的抗拉強度設(shè)計值鋼筋為端板錨固鋼筋，宜取6根，鋼筋總面積不少于鋼筋的一半，并 不小于616。鋼筋為定位構(gòu)造鋼筋，以保證填芯砼底部托板位置，當(dāng)管樁直徑不大于 700時，可取38。鋼筋為填芯砼內(nèi)縱向主筋的箍筋，構(gòu)造配置（8200）。5結(jié)語此大樣根據(jù)圖集（10G409）中抗拔樁連接大樣演變而來，