預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁(以下簡(jiǎn)稱PHC管樁)由于其樁身強(qiáng)度高、生產(chǎn)速度快、質(zhì)量穩(wěn)定、施工易控制等優(yōu)勢(shì)，在廣東及長(zhǎng)三角等沿海地區(qū)得到了廣泛的應(yīng)用。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，僅2006年上海地區(qū)PHC管樁的使用量已超過2800萬米，約占所有預(yù)制樁總量的80%。隨著上海地區(qū)PHC管樁應(yīng)用的廣泛與深入，越來越多的設(shè)計(jì)人員采用PHC管樁作為抗拔樁來使用。

  PHC管樁作為抗拔樁使用有著其他樁型不可比擬的優(yōu)勢(shì)，尤其是在有效預(yù)壓應(yīng)力范圍內(nèi)樁身不會(huì)出現(xiàn)裂縫，對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼筋保護(hù)較好，能較好的發(fā)揮樁身抗拉強(qiáng)度，提高樁身抗拔承載力。相比較上海地區(qū)常規(guī)采用的抗拔樁樁型-混凝土預(yù)制方樁或鉆孔灌注樁，PHC管樁由于無須考慮因嚴(yán)格的裂縫控制[1]而增加配筋來增強(qiáng)樁身抗拉能力，因此PHC管樁作為抗拔樁使用的經(jīng)濟(jì)性日益凸現(xiàn)。

  然而，由于各設(shè)計(jì)人員對(duì)PHC管樁作抗拔樁使用的認(rèn)識(shí)不一，在PHC管樁的抗拔設(shè)計(jì)中產(chǎn)生了諸多問題。一方面，對(duì)PHC管樁樁身抗拉強(qiáng)度取值過小，導(dǎo)致確定的單樁豎向抗拔承載力遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于管樁所能提供的單樁抗拔承載力;另一方面在PHC管樁的抗拔設(shè)計(jì)中還忽視了對(duì)樁身連接構(gòu)件強(qiáng)度的驗(yàn)算，一般只是進(jìn)行簡(jiǎn)單的樁土相互作用的抗拔承載力計(jì)算，個(gè)別工程因此還發(fā)生了質(zhì)量事故。這一定程度上阻礙了PHC管樁進(jìn)一步地推廣與使用，嚴(yán)重時(shí)更影響到了基礎(chǔ)工程的安全。

  一、 PHC管樁的抗拔設(shè)計(jì)

  1.土體提供的豎向抗拔承載力計(jì)算根據(jù)表1參數(shù)計(jì)算PHC B500管樁單樁抗拔承載力設(shè)計(jì)值Rd’= 753kN。眾多類似地質(zhì)條件的試樁成果表明，實(shí)測(cè)單樁豎向抗拔承載力極限值都大大超過規(guī)范計(jì)算的估算值，故本工程建議通過靜載荷試驗(yàn)最終確定單樁承載力設(shè)計(jì)值(設(shè)計(jì)時(shí)擬取Rd’=850 kN)。

  2.管樁連接構(gòu)件的強(qiáng)度驗(yàn)算由于上海軟粘土地層的特性，一般的工程樁(預(yù)制樁)都為多節(jié)樁。抗拔樁當(dāng)然也不例外，一般都需要接樁。因而管樁連接構(gòu)件的強(qiáng)度，也是管樁抗拔承載力的重要控制指標(biāo)。連接構(gòu)件的強(qiáng)度驗(yàn)算主要包含焊縫強(qiáng)度驗(yàn)算、端板孔口抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算、鋼棒墩頭抗拉強(qiáng)度驗(yàn)算。

  3.管樁與承臺(tái)連接作抗拔樁時(shí)，PHC管樁與承臺(tái)連接按廣東省標(biāo)準(zhǔn)的要求，抗拔PHC管樁應(yīng)將樁的縱向鋼筋全部直接錨入承臺(tái)內(nèi)，因此必須截樁，讓樁內(nèi)鋼筋外露，這樣做一方面樁身結(jié)構(gòu)有所損傷，另一方面費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

  4.靜載荷試驗(yàn)及結(jié)果為了確定單樁豎向抗拔承載力，同時(shí)驗(yàn)證PHC管樁的抗拔性能，工程現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了3組常規(guī)管樁的靜載荷抗拔承載力試驗(yàn)。樁型采用上海管樁圖集PHC B500 100 39m(端板厚度19mm，D1=300mm)，設(shè)計(jì)抗拔承載力850kN，抗拔試驗(yàn)最大加載量1400kN(本工程試樁都是作為工程樁使用，在確定抗拔試驗(yàn)最大加載量時(shí)不宜超過PHC管樁樁身強(qiáng)度的極限承載力)。

  其中2組管樁樁頂采用C30微膨脹混凝土填芯，填芯高度5m，內(nèi)插12Φ22螺紋鋼筋。 靜載抗拔U-s曲線作為對(duì)比試驗(yàn)，另一組管樁樁頂采用鋼筋通過鋼管直接與端板焊接的連接方式。試驗(yàn)中當(dāng)上拔力達(dá)到1120 kN時(shí)，端板被拔壞，基本接近驗(yàn)算所得的端板整體的抗拉能力。破壞形式主要是預(yù)應(yīng)力鋼棒與端板連接的綜合強(qiáng)度(端板孔口抗剪強(qiáng)度、鋼棒墩頭抗拉強(qiáng)度)不足造成的。

  分析其破壞原因，可能一方面是實(shí)際生產(chǎn)制作的PHC管樁的構(gòu)件強(qiáng)度與理論計(jì)算有所出入;另一方面是抗拔試驗(yàn)中各鋼筋的受力不免有受力不均的現(xiàn)象存在。

  因而，可以認(rèn)為端板孔口抗剪強(qiáng)度是PHC管樁作為抗拔樁中的薄弱點(diǎn)，根據(jù)抗拔承載力設(shè)計(jì)要求對(duì)其驗(yàn)算增加端板厚度是有必要的;作為受抗拔力最大的樁頂與承臺(tái)的連接，同時(shí)采用填芯加端板焊接鋼筋的連接方法也是必須的。靜載荷試驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)于本工程中抗拔承載力850kN的情況下，PHC管樁各項(xiàng)連接節(jié)點(diǎn)均能滿足抗拔承載力的要求。試驗(yàn)所得的土層提供的極限抗拔承載力為1400kN，遠(yuǎn)大于根據(jù)表1參數(shù)的計(jì)算值，且還尚未達(dá)到土體的破壞。建議估算抗拔承載力時(shí)，抗拔承載力系數(shù)λ可根據(jù)行業(yè)的樁基規(guī)范[8]取值，即：粘性土、粉性土取0.7~0.8;砂土取0.5~0.7。

  二、 總結(jié)

  通過介紹PHC管樁抗拔設(shè)計(jì)的應(yīng)用，分析了PHC管樁作抗拔樁使用時(shí)所需的樁身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度驗(yàn)算、管樁連接構(gòu)件的強(qiáng)度驗(yàn)算的方法，并探討了管樁與承臺(tái)的連接方式。同時(shí)通過現(xiàn)場(chǎng)的靜載荷試驗(yàn)驗(yàn)證了其可靠性，得出以下初步結(jié)論與建議：

  1.PHC管樁是性能良好的抗拉構(gòu)件，適宜作為抗拔工程樁的使用。

  2.PHC管樁樁身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的確定建議主要由有效預(yù)壓應(yīng)力控制，可以充分發(fā)揮其混凝土的抗拉能力，以零裂縫的控制要求計(jì)算。實(shí)際工程使用中，可根據(jù)地層條件的不同，選用不同配筋的管樁，一般宜采用有效預(yù)壓應(yīng)力較大的B型樁。

  3.抗拉設(shè)計(jì)時(shí)管樁拼接時(shí)連接構(gòu)件的強(qiáng)度必須進(jìn)行驗(yàn)算，其主要包含焊縫強(qiáng)度、端板孔口抗剪強(qiáng)度、鋼板棒墩頭抗拉強(qiáng)度的驗(yàn)算。

  4.從理論計(jì)算以及抗拔試驗(yàn)表明，端板與預(yù)應(yīng)力鋼棒連接的強(qiáng)度是PHC管樁作為抗拔樁使用的薄弱點(diǎn)。因此需根據(jù)抗拔承載力設(shè)計(jì)的要求對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)算，建議增加端板厚度，以滿足端板孔口抗剪強(qiáng)度的要求。

  5.樁頂與承臺(tái)的連接，由于受到的抗拔力最大，建議采用微膨脹混凝土填芯內(nèi)插鋼筋、端板焊鋼筋并共同錨入承臺(tái)或底板的構(gòu)造形式。同時(shí)應(yīng)通過抗拔承載力要求計(jì)算確定填芯高度及填芯鋼筋籠的配筋。

  6.考慮到樁材制作的因素，在設(shè)計(jì)中，建議適當(dāng)降低樁身整體的抗拔承載力強(qiáng)度，以保證其總體安全度。

  7.估算土層提供的極限抗拔承載力時(shí)，抗拔承載力系數(shù)λ宜按以下取值：粘性土、粉性土0.7~0.8;砂土0.5~0.7。建議通過靜載荷試驗(yàn)最終確定單樁抗拔承載力設(shè)計(jì)值。