预应力混凝土抗拔桩应用与展望

资料大小：740KB
资料类型：.PDF
资料等级：
发布时间：2021-09-04

资料介绍

管桩桩身、焊接接口、桩与承台连接强度和抗拔静
载性能等专项试验，研究其作为抗拔结构时，端板、
镦头、焊缝及桩身的抗拔性能及破坏形式，并通过
理论分析．对抗拔管桩设计时的基本原则和控制节
点进行讨论。郑秀娟等(2010)]9]通过对预应力混凝
土管桩进行抗拔静载试验和室内足尺寸试验，研究
桩身抗拉结构性能，根据试验桩破坏形式，找出管
桩抗拔薄弱部位。
韦宏等(2001) 彻、虞林军(2006) “】、沈晓梅等
(2008)㈣分别结合工程实例介绍了预应力混凝土管
桩作为抗拔桩的设计要点、计算方法及相应的构造
措施。对管桩抗拔承载力计算，桩身结构强度、接桩
焊缝强度、管桩与承台的连接强度的验算方法等提
出了一些合理化建议。陈岱杰等(2007)[。3]针对上海
地区使用情况，对预应力混凝土管桩作抗拔桩的桩
身结构强度、焊缝强度、端板孔口抗剪强度、钢棒镦
头进行验算。并对管桩和承台连接方式及计算方法
进行了探讨。
1．2 理论研究
目前预应力混凝土管桩抗拔受荷性状的理论
研究工作主要集中在以下几个方面：
(1)对桩土共同作用下抗拔管桩承载力发挥机
理的研究。林宏剑(2010)] 4】通过数值模拟研究了桩
长、桩径、土质条件等对桩侧摩阻力及管桩抗拔承
载力特性的影响。阎怀先和赵文勇(2011)【 51通过现
场抗拔试验对管桩的抗拔机理进行探讨，分析了预
应力混凝土抗拔管桩在桩土共同作用下的受荷机
理及轴力计算方法。并对设计施工提出了一些建议。
(2)预应力混凝土管桩接头抗拉强度研究。刘
军(2007) 提出一种新型的管桩锚固式接头，围绕
其受力性能进行了一系列理论分析及试验研究。李
伟兴等(2010)[ 7】结合世博主题馆的设计．对PHC抗
拔管桩的新型连接进行计算分析和试验研究。结果
表明：新型连接方式较标准型接桩节点在受力性
能、施工工艺、焊接质量等方面均有明显改善。值得
在工程中推广应用。
(3)管桩与承台连接性能的研究。王恒栋等
(1997)]堋、李平先等(2004)t 9】在预应力混凝土管桩与
桩帽连接节点轴拔试验研究的基础上．讨论了连接
节点的破坏状态、粘结机理以及受力特性。并给出
了连接节点轴拔承载力的建议计算公式．提出了在
实际工程中连接的合理型式。张忠等(2007) 以预
应力薄壁管桩为例，开展了预应力管桩填芯混凝土
轴拔试验。通过试验分析表明。填芯混凝土与桩内
壁粘结性能良好，有横向膨胀效应．为管桩设计提
供依据和理论基础。
吴水根、康殿丙(2009)[2 1对先张预制抗拔方桩
和钢筋混凝土抗拔桩的受力性能和抗裂性能进行比
较分析．阐明了先张法预应力方桩作为抗拔桩在技
术上的可行性和经济上的优越性。
2 存在的问题
(1)预制预应力混凝土桩用于抗拔工程时，接桩
常采用焊接连接．有时因焊缝质量不能保证，焊接处
存在安全隐患。另外，焊接接桩时间较长，影响了工
程进度，同时增加施工人员的工作量。
(2)桩与承台连接主要采取混凝土填芯插筋的
方法。由于桩身内壁光滑，填芯混凝土与桩内壁粘
结力不强．在上拔荷载作用下。填芯有时被直接拔
出，填芯的长度和施工质量直接影响抗拔承载力。
(3)抗拔桩的承载力主要靠桩侧摩阻力提供，无
论是预制预应力混凝土管桩还是方桩．桩表面均比
较光滑，与桩周土体之间的摩擦力不足。桩受上拔
荷载作用时荷载传递规律、桩土共同作用的机理不
明确。桩身抗拉强度控制承载力尚无明确的验算方
法。影响预应力混凝土桩抗拔承载力的关键因素未
完全确定，桩承载力发挥的薄弱环节有待解决。
目前国内仅有少数几个应用预应力混凝土抗拔
桩较多的省份颁布了地方规程，但其中的设计方法
及内容存在差异，规程内容也不太成熟和系统化。
3 设计方法
预应力混凝土抗拔桩单桩竖向抗拔承载力应根
据桩身和桩周岩土的总抗拔摩阻力以及桩身抗拉强
度的大小来确定，取两者中的较小值。
3．1 桩周土层侧阻力确定抗拔承载力
根据JGJ94-2008(建筑桩基技术规范》圈规定，
基桩的抗拔承载力按下式确定： ≤ 12+G (1)
1
= kiq ff (2)
式中，为按荷载效应标准组合计算的基桩拔
力；为群桩呈非整体破坏时基桩的抗拔极限承载
力标准值；Gp为基桩自重，地下水位以下取浮重度；
为桩身周长；口为桩侧表面第i层土的抗压极限
侧阻力标准值；为抗拔系数。
由式(2)可知，抗拔桩的承载力靠桩侧摩阻力提
供。侧摩阻力受到桩长、桩径、地基土的类别、桩的荷
载特性等因素的影响，目前很难准确计算。由于缺乏
理论研究，参照抗压桩的静力计算公式估算桩侧摩
阻力，再按相应系数折减作为抗拔桩的承载力。该粗
略的计算方法可能使设计过于保守，也可能使整个
工程安全度降低造成工程事故。所以开展抗拔桩的
一35—
2014年第1期混凝土与水泥制品总第213期
承载力发挥机理研究对抗拔桩的设计有着重要的
意义。
3．2 桩身抗拉强度承载力计算
桩身抗拉强度承载力计算包括桩身结构强度、
接桩连接强度、端板孔口抗剪强度、钢棒镦头抗拉
强度、桩与承台连接强度等承载力计算。
3．2．1 桩身结构强度
浙江省建筑标准图集2010浙G35(预应力离心
混凝土空心方桩》和广东省标准DBJ／T15—22—
2008《锤击式预应力混凝土管桩基础技术规程》
对于桩身结构强度推荐公式：Ⅳ≤ A (3)
式中．Ⅳ 为荷载效应基本组合下桩身受拉承载
力设计值，kN；为桩身混凝土有效预压应力，
MPa；A为桩身横截面面积，mm 。
福建省工程建设地方标准DBJ13—86—2007(先
张法预应力混凝土管桩基础技术规程》闭和江苏省
工程建设规程DGJ32厂rJl09—2010(预应力混凝土管
桩基础技术规程》闭规定：
(1)管桩处于腐蚀环境或设计严格要求不出现
裂缝时：Ⅳ≤ A (4)
(2)管桩处于一般环境或设计一般要求不出现
裂缝时：Ⅳ≤( (5)
式中，．
一桩身混凝土轴心抗拉强度设计值，MPa。
上海市建筑产品推荐性应用图集2009沪G厂r一
502(HKFZ／KFZ先张法预应力混凝土空心方桩》
推荐公式：
(1)对于一级裂缝控制等级，在荷载效应标准
组合下，承载力限值应符合以下规定：
肌≤ (6)
(2)对于控制二级裂缝等级的抗拔基桩，在荷
载效应标准组合下．其抗拔承载力限值应符合如下
规定： ≤( (7)
式中，为荷载效应标准组合下空心桩的轴心
拉力标准值，kN；．
为混凝土轴心抗拉强度标准值，
MPa。
天津市工程建设标准DBJ1'29—187—2009(先张
法预应力离心混凝土空心方桩》规定：
对于严格要求不出现裂缝的一级裂缝控制等
级预应力混凝土空心方桩。在荷载效应标准组合下
混凝土不应产生拉应力，应符合下列要求：
一 ≤0 (8)
对于一般要求不出现裂缝的二级裂缝控制等
级的预应力混凝土空心方桩，在荷载效应标准组合
下的拉应力不应大于混凝土轴心受拉强度标准值。
应符合下列要求：
一36一
在荷载效应标准组合下：一 ≤ (9)
在荷载效应准永久组合下：~cq- ≤0 (10)
式中，为荷载效应标准组合下正截面法向应
力，MPa；~ 为荷载效应准永久组合下正截面法向
应力，MPa。
对比以上公式，可以发现各规程的计算方法相
差较大，其原因主要在于抗裂控制标准的不同。浙
江省、广东省标准均只考虑桩身有效预压应力．不计
算混凝土抗拉强度，由于在有效应力范围内不会出
现裂缝，不需考虑裂缝控制，在实际工程中对桩身安
全较为有利。福建省、江苏省、上海市及天津市标准
除桩的有效预压应力外还考虑了混凝土的抗拉能
力，以一级裂缝和二级裂缝控制。差别在于福建省、
江苏省标准以荷载效应基本组合，上海市标准以荷
载效应标准组合、天津市标准以荷载效应标准组合
和准永久组合进行验算．即福建省、江苏省标准是
以桩承载能力极限状态，而上海市、天津市标准以
桩正常使用极限状态验算。对比上海市和天津市标
准，发现天津市增加了荷载效应准永久组合。考虑了
可变荷载的长期作用效应。
3．2．2 接桩连接强度
根据接桩连接处强度确定单桩抗拔承载力，焊
接连接时，采用较多的