静压(抗拔)管桩的应用及施工

摘要：预应力管桩具有单桩承载力高，桩端承载力可比原状土提高80%~100%；设计选用范围广，单桩承载力可从600kN到4500kN，既适用于多层建筑，也可用于50层以下的高层建筑；现阶段管桩的使用越来越普遍、越来越广泛。

关键词：管桩；单桩竖向抗拔承载力特征值;终压力；接桩；桩与承台的连接

Abstract: prestressed pipe pile is single pile bearing capacity is high, the bearing capacity of pile endpoint comparable undisturbed soil increased 80% ~ 100%; Design selection scope, single pile bearing capacity from 600 to 4500 kN kN, applies to both multistory buildings, also can be used for 50 layer below the high-rise buildings; At present the use of pipe pile is becoming more and more common, more and more widely.

Keywords: pipe; Vertical bearing capacity of the single pile out characteristic value; Eventually pressure; Meet pile; The pile and pile caps is connected

中图分类号：TU473.1文献标识码：A 文章编号：

概述

静压法沉桩是通过静力压桩机的压桩机构，以压桩机自重和桩机上的配重作反力而将预制钢筋混凝土桩分节压入地基土层中成桩。其特点是：施工无噪声、无振动、无污染；沉桩采用全液压夹持桩身向下施加压力，可避免锤击应力，打碎桩头；效率高，施工速度快；可预估和验证单桩承载力，施工安全可靠，便于拆装维修，运输等。但存在压桩设备较笨重，要求边桩中心到已有建筑物间距较大，压桩力受一定限制，挤土效应仍然存在等问题。

目前管桩基础90％以上是承受压力为主的承压桩，抗拔桩的数量不到总应用量的10％。但抗拔管桩只要在质量保证的前提下，会显示出其施工方便、工期短、造价便宜等许多优点，管桩的抗拔应用仍成发展趋势。

一、影响抗拔承载力的因素

与抗压承载力相比，预应力混凝土管桩的抗拉承载力显得复杂一些，影响因素归纳起来有以下几点:

(1)抗拔计算时桩端阻力不起作用，桩侧阻力因为要乘以抗拔系数也要折减，因此抗拔承载力比抗压承载力小很多。

(2)预应力管桩的工作环境是二类，应进行桩的抗裂验算。

(3)作为轴心受拉构件，应进行正截面的受拉承载力计算。

(4)接头是桩的薄弱环节，防腐处理也比较困难，桩接头焊缝抗拉承载力如何考虑也是影响抗拔承载力的重要因素。

(5)桩与承台之间的连接直接影响桩的抗拔承载力。

二、抗拔管桩竖向抗拔承载力特征值

其确定方法有以下3种：通过现场竖向抗拔静载试验确定；通过经验公式进行计算；通过高应变动测法进行估算。

1.通过现场抗拔静载试验确定

通过现场抗拔静载试验确定是相对稳妥的一重要途径，《建筑桩基检测技术规范》JGJ 106-2003中有明确规定，可按要求进行操作。

2．通过经验公式进行计算

由于《建筑桩基技术规范》(JGJ 94-2008)和《建筑地基基础设计规范》(GB 50007 -2002)对于桩基承受拔力时的承载力计算，只有当桩周土体破坏时的承载力计算公式，没有规定桩身抗拉承载力的计算方法。

单桩竖向抗拔承载力特征值计算，参照广东省《锤击式预应力混凝土管桩基础技术规程》推荐如下经验公式：

式中，——单桩竖向抗拔承载力特征值；

——管桩桩身外周长；

——抗拔摩阻力折减系数，可按表2取值；

——管桩第i层土(岩)的侧阻力修正系数值；

——管桩第i层土(岩)的侧阻力特征值；

——管桩穿越第i层土(岩)的厚度；

——管桩自重，对地下水位以下部分应扣除水的浮力。

抗拔摩阻力折减系数

土类 值

砂土 0.50~0.70

黏性土、粉土 0.70~0.80

注：桩长l 与桩径d 之比小于20 时，λ 取小值。

3 .通过高应变动测法进行估算。

高应变动测法可以测出承压桩的竖向抗压极限承载力，还可以提供桩侧摩阻力和桩端阻力值等数据与信息。从理论上讲，承压桩的桩侧摩阻力乘以抗拔摩阻力折减系数就是抗拔桩的抗拔承载力，为安全计，可以取较小值，如0.5～0.60。

三、抗拔管桩桩身抗拉强度的计算

1.抗拔管桩桩身抗拉强度计算公式

抗拔管桩桩身抗拉强度有以下3种计算模式：

(1)按桩身不出现拉应力为控制条件；

(2)按桩身不出现裂缝为控制条件；

(3)按桩身裂缝小于0.2mm为控制条件。

广东规程采用上述第(1)种计算模式，要求抗拔管桩受力后桩身混凝土不出现拉应力；同时，忽略预应力钢筋的抗拉作用。其计算公式：

≤

式中，——桩身竖向抗拉承载力设计值；

——管桩混凝土有效预压应力值；

A——管桩截面面积。

对于一些临时性建筑的抗拔管桩，也可按上述第(2)种计算模式即桩身不出现裂缝为控制条件来进行计算：

≤

式中，——桩身混凝土抗拉强度设计值，C80混凝土的=2.22MPa。

2. 管桩混凝土有效预压应力值的计算

国家标准《先张法预应力混凝土管桩》GB 13476-2009所推荐的计算方法为管桩混凝土有效预压应力与混凝土的弹性变形、混凝土的徐变、混凝土的收缩和预应力钢筋的松弛等有关，其计算方法如下。

①预应力放张后预应力钢筋的拉应力 （N/mm2）

…………………（1.2.2-1）

式中： ——预应力钢筋的初始张拉应力，单位为牛每平方毫米（N/mm2），=0.7；

——预应力钢筋的抗拉强度，单位为牛每平方毫米（N/mm2）；

——预应力钢筋的横截面积，单位为平方毫米（mm2）；

——管桩混凝土的横截面积，单位为平方毫米（mm2）；

n′——预应力钢筋的弹性模量与放张时混凝土的弹性模量之比。

② 混凝土的徐变及混凝土的收缩引起的预应力钢筋拉应力损失（N/mm2）

……………………（1.2.2-2）

式中：——放张后混凝土的预压应力，N/mm2；

………………………（1.2.2-3）

n——预应力钢筋的弹性模量与管桩混凝土的弹性模量之比；

——混凝土的徐变系数，取2.0；

——混凝土的收缩率，取1.5×10-4；

——预应力钢筋的弹性模量，N/mm2。

③ 预应力钢筋因松弛引起的拉应力的损失（N/mm2）

……………………（1.2.2-4）

式中：——预应力钢筋的松弛系数，取2.5% 。

④预应力钢筋的有效拉应力（N/mm2）

……………………（1.2.2-5）

⑤ 管桩混凝土的有效预压应力（N/mm2）

……………………（1.2.2-6）

3. 管桩桩身结构对应的单桩竖向抗拉承载力最大特征值的计算

桩竖向抗拉承载力最大特征值。

≈

=

式中，n——预应力钢筋数量；

——单撤预应力钢筋的公称截面面积。

四、 静压管桩终压力

对于端承摩擦桩或摩擦端承桩，按终压力值进行控制：

①对于桩长大于21m的端承摩擦桩，终压力值一般取桩的设计极限承载力。当桩周土为粘性土且灵敏度较高时，终压力可按设计极限承载力的0.8～0.9倍取值；

②当桩长小于21m，而大于14m时，终压力按设计极限承载力的1.1～1.4倍取值；或桩的设计极限承载力取终压力值的0.7～0.9倍；

③当桩长小于14m时，终压力按设计极限承载力的1.4～1.6倍取值；或设计极限承载力取终压力值0.6～0.7倍，其中对于小于8m的超短桩，按0.6倍取值。

参考文献:

[1]GB 50007-2002，建筑地基基础设计规范.

[2]GB 13476—2009先张法预应力混凝土管桩.

[3]GB 50010-2002，混凝土结构设计规范.

[4]JGJ 106-2003建筑桩基检测技术规范.

[5]03SG409及10G409预应力混凝土管桩.

[6]DJ/T15-22-2008广东省《锤击式预应力混凝土管桩基础技术规程》及王离的《抗拔管桩的承载力及结构构造》.

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。