抗拔混凝土管桩在工程中的应用

于德国，陈 明，徐鑫哲

（盘锦职业技术学院 建筑工程分院，辽宁 盘锦 124000）

高强预应力混凝土管桩基础由于具有施工速度快，桩身质量可靠，承载力高，造价低的优点，目前已经广泛应用于工业与民用建筑的各个领域［1］.抗拔桩的受力与竖向抗压桩相反，是桩受力的一种形式，存在于体育场，高耸建筑物等构件中［2］，过去传统的抗拔桩主要采用混凝土钻孔灌注桩以及扩底桩，随着混凝土预制管桩的发展，现在越来越多的管桩被作为抗拔桩使用［3］.抗拔桩桩身内的混凝土在受力时，由于不是受压而是受拉，而混凝土本身的受拉强度不高，因此容易使混凝土产生裂缝.由于桩体处于地下，进而导致桩内的钢筋容易锈蚀，力学性能下降，从而导致构件失效.而高强预应力混凝土管桩桩身采用的是C80 高强混凝土，力学性能优于普通混凝土，在管桩内部空心部位增加钢筋笼，并浇筑混凝土，能够更加有效地防止桩身混凝土产生开裂.

1 工程情况

某教学主楼工程，层数6 层，建筑面积30 161.5 m2，包括建筑主体27 164.2 m2，塔楼540 m2，连廊 1 695 m2.按方位共分东、西、南、北等4 个区域. 其中，中部为塔楼，塔楼15 层，建筑高度58 m，塔楼下部基础采用静压管桩基础，管桩型号为PHC-AB500（100）-27（防 腐 桩），矩 形 桩 布 置，桩 间 距1 750 mm，共计36 根桩（见图1），桩端进入粉细砂层，且不小于1 000 mm，塔楼下管桩按抗拔桩进行设计.

图1 管桩平面布置图/mm

场地所处地貌单元属下辽河河口三角洲水下延伸部分，地势自岸向海缓倾，后经人工吹填、平整.地层岩性主要为素填土、粉质粘土、粉质粘土粉沙互层、粉沙夹粉质粘土、粉质粘土夹粉沙及粉细砂等（见表1）.

地面高程约为2.06～2.21 m 之间，建筑室内地面规划高程4.15 m.地下水位埋深0.20～0.45 m，地下水位变幅一般在1.0 m 左右.

表1 工程地质参数一览表

2 灌桩芯施工流程

2.1 桩芯清理

管桩施工时，上部要比桩顶标高要多留出1 000 mm.在静压管桩施工完成后，应用盖板将管状口封闭，防止杂物掉落到孔内.在灌桩芯之前，应对孔内情况进行检查，若孔内及孔口有多余泥土或山皮石，应用钢丝刷将多余杂物清理干净，清理的深度要大于桩芯灌注的长度.杂物清理完成后，应采用高压水枪对孔内管壁进行冲洗，并将孔内多余的水外抽，以保证孔内壁的干净.在管桩内壁涂刷水泥净浆、混凝土界面剂或采用微膨胀混凝土等措施，以提高混凝土与管桩桩身混凝土的整体性.

2.2 桩芯钢筋笼制作

桩芯钢筋采用5 根直径20 mm 的二级钢筋，并且沿管桩圆周均匀布置，上部锚入承台不少于800 mm，箍筋为螺旋箍筋，采用直径6 mm 的一级钢筋，间距200 mm，箍筋间隔2 000 mm 设置一道直径12 mm 的二级钢筋加劲箍，底部采用5 mm 厚钢托板，托板尺寸宜略小于管桩内径，由于灌注桩芯长度为14 m，因此必须保证钢托板与钢筋焊接牢固，防止灌注混凝土时钢托板脱落.将加工好的钢筋笼安放到管桩孔内（见图2），在钢筋笼上部焊接十字钢架进行固定.钢架放置在管桩上.

将上部多余管桩用小锤破除，露出管桩内钢筋，要严格保证破除时管桩下部的混凝土不会产生裂纹、松动，将凿出的钢筋锚入到承台内.

图2 桩顶与承台连接详图/mm

2.3 桩芯混凝土浇筑

桩芯砼采用C30 无收缩混凝土，由于灌注高度过高，为防止混凝土产生离析，在灌注混凝土之前，在孔内应放置混凝土导管，同时严格控制混凝土的坍落度.

灌注混凝土的高度，根据管桩图集10G409［4］，对于抗拔桩，管桩顶填芯混凝土的高度H应按公式：H≥Qct/（Um×fn）计算，且不小于3 m，本工程为14 m.

式中，Qct：单桩竖向抗拔承载力设计值，单位kN；Um：管桩内孔圆周长，单位m；fn：填芯混凝土与管桩内壁的粘结强度设计值，单位kpa，宜由现场试验确定.

3 管桩抗拔承载力的确定

根据《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）［5］，非整体破坏时，对于静压管桩群桩基础，当需要核算其抗拔极限承载力时，可以通过规范推荐公式，对抗拔极限承载力标准值进行估算.

式中，Nk：荷载效应标准组合时，管桩的抗拔力，单位kN；Tgk：整体破坏时，管桩抗拔极限承载力标准值，单位kN；Tuk：非整体破坏时，管桩抗拔极限承载力标准值，单位kN；Ggp：分摊到群桩每根桩的桩土重量，单位kN，地下水位以下按有效重度计算；Gp：管桩的自身重量，单位kN，地下水位以下按有效重度计算.

因此可以取基桩的抗拔承载力应小于340 kN.

4 管桩抗拔承载力的检测

工程结束后，对工程桩进行了检测.根据《建筑基桩检测技规范》（JGJ106-2014）规定［6］，验收检测时，宜先进行桩身完整性的检测，后进行承载力检测，本工程采用低应变法检测桩身的完整性，经检测，桩身完整性良好，满足要求.

另外规范规定［6］，工程桩验收检测时，施加的上拔荷载不得小于单桩竖向抗拔承载力特征值的2.0 倍或使桩顶产生的上拔量达到设计要求的限值.当抗拔承载力受抗裂条件控制时，可按设计要求确定最大加载量.本工程单桩抗拔承载力特征值为340 kN，检测荷载为单桩竖向抗拔承载力的2.0 倍，取680 kN.通过对工程桩的检测，能够满足要求，见图3.

图3 荷载作用下的Q-S 曲线

5 结论

抗拔管桩施工流程主要包括桩芯清理、钢筋笼制作以及混凝土的浇筑，通过规范进行了抗拔承载力的计算并进行了检测，可以看出高强预应力混凝土管桩是可以作为抗拔桩使用的，且效果良好.但也存在这一些有待完善的地方，如管桩要承担抗拔作用，还需要考虑桩体与上部结构的可靠连接，以保证抗拔承载力的正常发挥；管桩图集里没有给出填在不同条件下，桩芯混凝土与管桩内壁的粘结强度设计值的参考取值，在以后的修订中还应该逐步完善；另外，由于管桩的桩径相对于灌注桩较小，并且管桩内部为空心，导致管桩的有效面积更小，因此施工中质量的把控也是影响管桩抗拔效果的重要影响因素.