预应力高强混凝土管桩在某地下室抗浮中的应用

陈 斌

(福建省华厦能源设计研究院有限公司 福建福州 350003)

0 引言

随着城市地下空间的开发利用，地下工程的规模和深度也在不断加大，其抗浮问题日益突出，因受地下水浮力的影响发生地下室等地下工程结构上浮，隆起，开裂破坏的案例不在少数。因此，地下工程的抗浮问题是工程设计中不容忽视的重点问题，尤其在上部无建筑物的地下室或是高层裙房下的地下室抗浮问题尤为突出。

预应力高强混凝土管桩(PHC管桩)具备施工简便易控制、施工速度快，桩身强度高、质量稳定，基础质量有保证，基础造价相对较低等优点，在建筑工程中应用广泛。但PHC管桩作为抗浮桩时常存在不同意见，由于设计人员对PHC管桩的抗浮性能及关键节点控制不全面，原本可以采用PHC管桩作为抗拔桩的地下工程项目，最终没有选择PHC管桩，而选用造价更高的冲钻孔灌注桩或其它措施来解决抗浮问题。

本文结合某地下室工程实例，从桩身强度、接点强度及桩侧抗拔力等方面，分析探讨PHC管桩在地下工程中作为抗拔桩时对桩身结构强度的要求、桩体连接处的强度验算及其它主要注意事项等，同时通过现场抗拔静载荷试验以验证其可靠性，供相似地下工程抗浮设计参考借鉴。

1 工程实例

1.1 工程概况

该工程位于福州市鼓楼区西二环路某新建住宅小区，小区拟建6栋28～30层住宅楼，住宅楼下及住宅楼之间设2层地下室，框剪结构，室外地面设计标高7.20m。地下室总埋深9.25m，底板标高-2.05m，地下室顶板厚0.30m，底板厚0.25m，室内建筑面层厚0.10m，顶板上覆土厚度1.00m，典型柱网7.90m×8.20m，地下室典型剖面如图1所示。

拟建场地属福州小盆地地貌单元，地形地貌开阔平坦，最高地下水位标高为6.20m，场地地下水及地基土对建筑材料具有弱腐蚀性。典型岩土层分布及岩土层参数如表1所示。

表1 岩土层参数

图1 地下室典型剖面示意图

1.2 抗拔桩选型及设计

该工程地下室底板位于③淤泥层中，该土层强度和变形均不能满足高层住宅楼及地下室荷载的要求，经多方案比较，该工程基础选用了预应力混凝土管桩基础。

对于直接位于高层住宅楼下的地下室抗浮，主要是施工期间的临时抗浮问题，可通过施工期的临时降排水措施解决。对于住宅楼之间的纯地下室部分，则属于永久性抗浮问题，需通过抗浮验算，并采取相应的抗浮措施。

综合场地水、土对建筑材料的腐蚀性，结合住宅楼主楼的基础型式，该工程纯地下室地段选用工程桩作为抗拔桩，选用桩型PHC 500 AB 125-14，以⑨砂土状强风化花岗岩层作为桩端持力层，桩端进入持力层4.0m，桩长约27.95m，当水位低、水浮力小时作为基础承压桩，当水位高、水浮力大时作为抗拔桩，大大节省了基础造价。

该工程地下室水压力F浮=(9.25-1.00)×10=82.50kPa，地下室自重F抗=覆土1.00×18+砼梁板(0.30+0.25+0.25+0.30)×25+底板面层(0.10+0.10)×20=49.50kPa，F浮>F抗，依靠地下室的自身重量无法满足抗浮要求。

该工程取纯地下室地段典型柱网7.90m×8.20m位置进行比较分析，单柱上浮力Fk=(82.50×1.05-49.50)×7.90×8.20=2405kN。查表[1]，PHC 500 AB 125桩身轴心受拉承载力设计值[N]=918kN，该工程桩身轴心受拉承载力特征值取680kN，2405kN/680kN=3.54，地下室单柱下设置4桩可满足抗拔要求。单柱4桩按桩中心距2m矩形布置。

1.3 抗拔承载力验算

在上拔力的作用下，抗拔桩的破坏模式主要包括两大类：一种是桩身材料强度不足，出现桩身混凝土或钢筋被拔断破坏以及桩接点破坏等；一种是桩体从岩土中拔出的破坏，包括单桩桩体被拔出的破坏，以及群桩连带群桩所包围的岩土体整体被拔出的破坏，即非整体破坏模式及整体破坏模式。

1.3.1桩身及接点强度

(1)桩基按桩身轴心受拉承载力布置，满足桩身强度抗拔要求。

(2)根据福建省管桩技术规程[1]，Qct=680kN<(σpc+ft)A=(6.02+2.22)×1000×[3.14×(0.252-0.1252)]=1213kN，桩身强度满足抗裂要求。

1.3.2桩体拔出破坏

单桩桩体被拔出的破坏和群桩连带群桩所包围的岩土体整体被拔出的破坏，对该类破坏的桩基承载力验算按桩基规范[2]公式进行：

Nk≤Tuk/2+Gp，Tuk=∑λisikuili；

(1)非整体破坏

Tuk=∑λisikuili=3.14×0.5×(0.70×6.55×12+0.70×2.10×50+0.70×7.30×15+0.60×3.50×70+0.70×2.00×70+0.70×2.50×90+0.65×4.0×120)=1443.8kN；

Gp=3.83×27.95-3.14×0.252×27.95×10=52.2kN；

Nk=680kN

(2)整体破坏

Ggp=(桩重208.8+土重1210.8)/4=355kN；

Nk=680kN

2 单桩竖向抗拔静载试验

为了验证该工程PHC管桩的抗拔性能，确保安全，施工现场根据相关规范[2-3]及设计要求，选取了3根工程桩进行单桩竖向抗拔静载荷试验。试验过程采用慢速维持荷载法，单桩最大上拔荷载取1360kN，最终最大上拔量为13.69mm，试验全过程均满足规范及设计要求，试验结果如表2所示。

表2 单桩竖向抗拔静载试验结果

由此可见，该工程PHC管桩单桩竖向抗拔极限承载力不小于1360kN，与上述分析计算的结果吻合，能满足拟建地下室的抗拔承载力要求。

3 结论

在一定条件下，PHC管桩作为抗拔桩完全能满足要求，技术上可行，是一种经济效益明显的抗拔桩桩型。

PHC管桩作为抗拔桩，抗拔承载力主要由桩身、桩接头以及桩侧等部位的抗拉力综合确定，其抗拔承载力直接受桩体最薄弱的部位控制，各部位强度及验算均需满足抗拔承载力要求，缺一不可。用管桩内孔填芯混凝土中的钢筋作为抗拔桩的受力钢筋时，填芯混凝土的灌注深度及质量直接影响到抗拔力的传递，设计及施工时应慎重处理，必要时应通过抗拔试验确定。另外，作为抗拔桩，对桩体质量的要求极高，从生产、运输、施工沉桩等各个环节必须确保桩体质量满足要求以及不受破坏。

[1] DBJ13-86-2007 先张法预应力混凝土管桩基础技术规程[S].福州：福建省建筑标准设计办公室，2007.

[2] JGJ 94-2008 建筑桩基技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2008.

[3] JGJ 106-2014 建筑基桩检测技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2014.

[4] 10G409 预应力混凝土管桩[S].北京：中国计划出版社，2010.

[5] 杨振仲．预应力高强混凝土管桩抗拔承载力分析[J]．福建建筑，2016(7).

[6] 李宏伟．浅析预应力高强混凝土抗拔管桩的连接接头方式[J]．福建建筑，2013(3).