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(lái)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(tái)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(wú)明確的設(shè)計(jì)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(jià)低、施工綠色環(huán)保、樁身檢測(cè)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(lái)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(shí)，在有效預(yù)壓應(yīng)力范圍內(nèi)樁身不會(huì)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(jià)，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(shí)間不到十年，國(guó)內(nèi)主要集中在對(duì)工程應(yīng)用中遇到的實(shí)際問題或結(jié)合工程設(shè)計(jì)開展的試驗(yàn)研究。許國(guó)平（2005）、蘇振明等（2006）分別通過(guò)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(jì)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(jì)算提出。汪加蔚（2004）、侯勝男等（2010）分別通過(guò)試驗(yàn)對(duì)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(jì)算公式。劉永超（2009

3、）通過(guò)對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁樁身、焊接接口、樁與承臺(tái)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(shí)，端板、墩頭、焊縫及樁身的抗拔性能及破壞形式，并通過(guò)理論分析，對(duì)抗拔管樁設(shè)計(jì)時(shí)的基本原則和控制節(jié)點(diǎn)進(jìn)行討論。鄭秀娟等（2010）通過(guò)對(duì)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(jì)要點(diǎn)、計(jì)算方法及相應(yīng)的構(gòu)造措施。對(duì)管樁抗拔承載力計(jì)算，樁身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、接樁焊縫強(qiáng)度、管樁與承臺(tái)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(duì)上海地區(qū)使用情況，對(duì)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(duì)管樁和承臺(tái)連接方式及計(jì)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(gè)方面：（1）對(duì)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(guò)數(shù)值模擬研究了樁長(zhǎng)、樁徑、土質(zhì)條件等對(duì)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(guò)現(xiàn)場(chǎng)抗拔試驗(yàn)對(duì)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(jì)算方法，并對(duì)設(shè)計(jì)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(jì)，對(duì)PHC抗拔管樁的新型連接進(jìn)行計(jì)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(tái)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(jì)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(guò)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(jì)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(shí)，接樁常采用焊接連接，有時(shí)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(shí)間較長(zhǎng)，影響了工程進(jìn)度，同時(shí)增加施工人員的工作量。（2）樁與承臺(tái)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(shí)被直接拔出，填芯的長(zhǎng)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(wú)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(shí)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(wú)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(guó)內(nèi)僅有少數(shù)幾個(gè)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(jì)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(jì)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(lái)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(jì)算的基樁拔力；T

8、uk為群樁呈非整體破壞時(shí)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(zhǎng)；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(zhǎng)、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(jì)算。由于缺乏理論研究，參照抗壓樁的靜力計(jì)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(jì)算方法可能使設(shè)計(jì)過(guò)于保守，也可能使整個(gè)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(duì)抗拔樁的設(shè)計(jì)有著重要的意義。3.2樁身抗拉強(qiáng)度承載力計(jì)算樁身抗拉強(qiáng)度承載力計(jì)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(tái)連接強(qiáng)度等承載力計(jì)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(duì)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(jì)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(jì)嚴(yán)格要求不出現(xiàn)裂縫時(shí)

10、：NpcA （4）（2）管樁處于一般環(huán)境或設(shè)計(jì)一般要求不出現(xiàn)裂縫時(shí)：N（pc+t）A （5）式中t一樁身混凝土軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)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(duì)于一級(jí)裂縫控制等級(jí)，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(duì)于控制二級(jí)裂縫等級(jí)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(duì)于嚴(yán)格要求不出現(xiàn)裂縫的一級(jí)裂縫控制等級(jí)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(duì)于一般要求不出現(xiàn)裂縫的二級(jí)裂縫控制等級(jí)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(duì)比以上公式，可以發(fā)現(xiàn)各規(guī)程的計(jì)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(jì)算混凝土抗拉強(qiáng)度，由于在有效

12、應(yīng)力范圍內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)裂縫，不需考慮裂縫控制，在實(shí)際工程中對(duì)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(jí)裂縫和二級(jí)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(duì)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(zhǎng)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(shí)#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(tái)階上口直徑，mm；d2為端板上預(yù)應(yīng)力鋼筋錨固孔臺(tái)階下口直徑，mm；h1為端板上預(yù)應(yīng)力鋼筋錨固孔臺(tái)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(tái)階下口距端板頂距離，mm；fv拭為端抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)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(tái)階，當(dāng)樁承受較大的上拔力時(shí)，容易出現(xiàn)沖切破壞。按公式（11）計(jì)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(lái)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(tái)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(duì)其用于抗拔樁的安全性存在質(zhì)疑。因此，以下幾個(gè)方而的關(guān)鍵問題亟待解決：4.1接頭質(zhì)量接樁時(shí)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(huì)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(duì)焊接接頭有明顯的優(yōu)越性。近年來(lái)，很多企業(yè)對(duì)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(tái)的連

15、接目前樁與承臺(tái)連接主要是通過(guò)混凝土填芯方法增加樁與承臺(tái)的粘結(jié)力，但上拔荷載作用時(shí)，樁內(nèi)灌注的部分混凝土常被拔出，樁頂與承臺(tái)之間連接失效，錨固失效直接危及建筑物的安全。因而對(duì)樁與承臺(tái)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(tái)的連接結(jié)構(gòu)如圖3所示。承臺(tái)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(lái)，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(tái)通過(guò)樁帽與樁體相連等。對(duì)于這些新型連接方式，宜通過(guò)試驗(yàn)對(duì)連接區(qū)段開展研究，分析樁與承臺(tái)連接結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能。5結(jié)語(yǔ)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(lái)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(tái)的連接、承載力如何發(fā)揮等。預(yù)制預(yù)應(yīng)力