預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)抗拔設(shè)計(jì)實(shí)例分析1

1、預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)抗拔設(shè)計(jì)實(shí)例分析The Structure design and analy of one prestressed pipe pile foundation 楊明 （廣州市城市規(guī)劃勘測設(shè)計(jì)研究院，510060）（Guangzhou Urban Planning & Design Survey Research Institute,510060）摘 要：在根據(jù)中國移動(dòng)南方基地項(xiàng)目的地質(zhì)實(shí)際情況而整體采用預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)的前提下，部分建筑的局部位置需采取基礎(chǔ)抗拔處理，基于工程進(jìn)度需要等方面的原因，雖預(yù)應(yīng)力管樁的抗拔承載力不高，仍將其應(yīng)用到本工程中。本文對(duì)預(yù)應(yīng)力管樁的抗拔設(shè)計(jì)原理作了介紹

2、，并對(duì)樁頭連接等結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的處理進(jìn)行了闡述。關(guān)鍵詞：管樁、抗拔設(shè)計(jì)、樁頭連接節(jié)點(diǎn)Keywords：Pipe pile Design of the uplift Pile head connection node 經(jīng)過約二十年來的推廣，預(yù)應(yīng)力管樁由于其具有造價(jià)低廉、工藝成熟、施工便捷、質(zhì)量可靠等優(yōu)點(diǎn)，在廣東地區(qū)得到廣泛的應(yīng)用，與人工挖孔樁、沖（鉆）孔樁并列為廣東地區(qū)的三大常用樁型，特別是在表層土質(zhì)差、巖層埋深較大的多層、小高層建筑中被當(dāng)作首選樁基礎(chǔ)型式。由于預(yù)應(yīng)力管樁具備有效單位面積承壓強(qiáng)度大的特點(diǎn)，通常都是用來作抗壓樁設(shè)計(jì)，較少拿來作抗拔樁設(shè)計(jì)。在“中國移動(dòng)南方基地項(xiàng)目”基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，因項(xiàng)目特除需

3、要而局部采用預(yù)應(yīng)力管樁作抗拔樁來處理地下室抗浮問題，并對(duì)預(yù)應(yīng)力樁的抗拔性能進(jìn)行分析及計(jì)算。1 工程概況“中國移動(dòng)南方基地項(xiàng)目”位于廣州市天河科技園高唐基地內(nèi)，為基地IT產(chǎn)業(yè)組團(tuán)的一個(gè)組成部分，屬于研發(fā)產(chǎn)業(yè)及其配套建筑項(xiàng)目，共有二十多幢多層建筑，總建筑面積：265760m2。根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告顯示，場地屬丘陵緩坡地段，起伏較大，土層自上而下分別描述見下表1。表1 場地地層分布情況分層編號(hào)巖土名稱土層厚度（m）承載力特征值fak(kPa)樁側(cè)摩阻力特征值qsa(kPa)端阻力特征值qpa(kPa)預(yù)制樁1人工填土1.7/102-1粉質(zhì)粘土0.913.0200302-2中砂0.54.2190252

4、-3淤泥0.74.23572-4粉質(zhì)粘土1.16.7240352-5中砂0.75.3180253砂質(zhì)粘土1.021.5320454-1全風(fēng)化花崗巖帶1.216.86007530004-2強(qiáng)風(fēng)化巖帶18.2360012040004-3中風(fēng)化巖帶0.45.110004-4微風(fēng)化巖帶0.85.52500在綜合考慮場地特點(diǎn)、基礎(chǔ)方案的安全可靠、經(jīng)濟(jì)適用及施工工期等情況后，地塊所有建筑整體采用靜壓預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)。其中，自編“4-13棟會(huì)議交流中心”項(xiàng)目在4-2棟與4-3棟之間設(shè)置了一地下2層地下室與該兩建筑相連，地下2層為游泳池設(shè)備用房（埋深9.3米），地下1層為游泳池，其上方無頂蓋，該部分面積約560

5、平方米，前方約30米的地方為人工湖，地下水位較高，水源豐富。根據(jù)工程的計(jì)算分析，選用管樁的截面為400X95（PHC-AB）,樁身混凝土強(qiáng)度為C80，豎向抗壓承載力特征值為1200KN，豎向抗拔承載力特征值為210KN。關(guān)于地下室游泳池部分抗浮問題，原擬按常規(guī)采用抗拔錨桿設(shè)計(jì)，因面積不大，采用抗拔錨桿比采用管樁作為抗浮處理方案產(chǎn)生的造價(jià)相差不大，再綜合施工工序等因素的考慮，經(jīng)與建設(shè)單位溝通同意采用管樁作抗拔樁來處理地下室抗浮問題。以下簡要介紹該工程的預(yù)應(yīng)力管樁抗拔承載力計(jì)算及相關(guān)節(jié)點(diǎn)的處理。2 預(yù)應(yīng)力管樁的抗拔承載力計(jì)算2.1樁身承載力控制截面為400X95的管樁（PHC-AB）的預(yù)應(yīng)力筋的配

6、筋為710.7，預(yù)應(yīng)力筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fpy0.814201136MPa，根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范1 第條公式可得管樁的軸向拉力設(shè)計(jì)值為：NfpyAp715KN管樁樁身軸心受拉時(shí)，裂縫控制等級(jí)取一級(jí)，并應(yīng)符合以下規(guī)定：NceA0（ce、A0-混凝土有效預(yù)壓應(yīng)力值、截面換算面積）根據(jù)錘擊式預(yù)應(yīng)力混凝土管樁基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)程4 第條經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，管樁的有效預(yù)壓應(yīng)力為：ce800nAa/A5.53MPa考慮到預(yù)應(yīng)力筋的實(shí)際配筋不大，其所引出的截面換算面積亦不大，故僅考慮管樁樁身實(shí)際有效面積（A）作計(jì)算。該處理亦與錘擊式預(yù)應(yīng)力混凝土管樁基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)程4 第條公式要求一致，即管樁的軸向拉力設(shè)計(jì)值為：NceA498

7、KN2.2 按樁側(cè)摩阻控制因本工程是采用靜壓預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)，且經(jīng)場地試樁，管樁基本穿過全風(fēng)化花崗巖帶以上土層，穩(wěn)定落于強(qiáng)（全）風(fēng)化花崗巖帶上。借助外力逼入成品樁勢(shì)必對(duì)土層進(jìn)行了擠壓，加強(qiáng)了土層對(duì)樁的約束力，如仍按巖土工程勘察報(bào)告所提供的樁側(cè)土層的阻力特征值代入建筑樁基設(shè)計(jì)規(guī)范2 有關(guān)側(cè)阻力的計(jì)算略為偏小。因管樁基本穩(wěn)定落于強(qiáng)（全）風(fēng)化花崗巖帶上，且樁靴是采用封底十字刀刃型，對(duì)樁端持力層的擾動(dòng)不大，故可根據(jù)樁的豎向抗壓承載力特征值及樁端阻力特征值來反算樁抗壓側(cè)阻力特征值，如下：QsaRaQpa120040003.140.22698KN根據(jù)本工程地質(zhì)的具體情況結(jié)合樁基舊規(guī)范的有關(guān)要求，抗拔系數(shù)可按

8、如下考慮：1/1.650.606本工程采用的樁型的理論質(zhì)量為237 Kg/m，樁長按8米計(jì)算。按錘擊式預(yù)應(yīng)力混凝土管樁基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)程4 第條公式，樁側(cè)摩阻控制的管樁軸向拉力特征值為：FQsa0.9G440KN樁側(cè)摩阻控制的管樁軸向拉力設(shè)計(jì)值為：N1.25F550KN2.3 基礎(chǔ)抗拔設(shè)計(jì)方案及驗(yàn)算根據(jù)本工程地下游泳池位置布置的情況，采用筏板+正交網(wǎng)格的抗拔管樁對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)，管樁按4D=1.6m(D為樁直徑)正交網(wǎng)格布置，筏板厚度為0.6米，如圖所示。圖2中國移動(dòng)南方基地項(xiàng)目自編“4-13棟會(huì)議交流中心”抗拔樁平面布置圖考慮地水位較高且臨湖面，工程室內(nèi)外高差為0.1米，即地下游泳池底板底的水頭壓力

9、為：p10(9.30.60.1) 98Pa地下1層混凝土結(jié)構(gòu)折算厚度為0.15m，即單根管樁需承受的抗拔力為：P(98250.75) 1.62203KN綜上述，將本工程的管樁軸向拉力設(shè)計(jì)值取為260KN(特征值為210KN)，即可滿足設(shè)計(jì)要求。3 樁頭連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)及驗(yàn)算預(yù)應(yīng)力管樁與承臺(tái)（筏板）的連接是基礎(chǔ)抗拔設(shè)計(jì)中必需引起重視的一個(gè)結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)。對(duì)于本工程，主要是采用樁頂填芯區(qū)插筋與筏板連接方式。對(duì)于樁頂填芯區(qū)，在澆灌填芯混凝土前，應(yīng)先將管樁內(nèi)壁浮漿清理干凈，宜采用內(nèi)壁涂刷水泥凈漿，并采用C30的微膨脹細(xì)石混凝土填芯，以提高填芯混凝土與管樁樁身混凝土的整體性；樁頂填芯區(qū)應(yīng)采用比管樁內(nèi)徑略小的45厚

10、的圓薄鋼板作托板，填芯區(qū)插筋宜與鋼托板焊接，詳見連接節(jié)點(diǎn)大樣圖。該節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)應(yīng)注意填芯區(qū)混凝土與管樁樁身混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度問題、填芯區(qū)插筋的抗拉強(qiáng)度問題及鋼筋抗拔錨固問題。3.1填芯區(qū)混凝土與管樁樁身混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度驗(yàn)算根據(jù)錘擊式預(yù)應(yīng)力混凝土管樁基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)程4 第條公式，樁頂填芯區(qū)混凝土深度為：LaQt/(fnUpn)2630mm因預(yù)應(yīng)力管樁的內(nèi)徑較小，為了保證樁頂填芯區(qū)混凝土的澆灌質(zhì)量，其深度不宜過大。本工程取樁頂填芯區(qū)混凝土深度為3.0米，滿足計(jì)算要求及規(guī)程的抗拔不小于2.0米的構(gòu)造要求。3.2填芯區(qū)混凝土插筋抗拉強(qiáng)度驗(yàn)算因考慮到施工的因素，鑿去樁頂以上1米的樁體時(shí)要求保留的預(yù)應(yīng)力筋未必能保

11、留住（實(shí)際施工中，為了加快工程進(jìn)度，通常是采用機(jī)械截樁的方法來進(jìn)行樁頭處理），只能作安全儲(chǔ)備考慮，連接的抗拉承載力全由樁頂填芯區(qū)插筋承受。根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范1 第條公式，該插筋的配筋面積為：AsN/fy(260103)/310 839mm2本工程配418(As=1017mm2)，并在樁頂填芯區(qū)按構(gòu)造配箍筋8200，滿足計(jì)算要求及規(guī)程的構(gòu)造要求。有關(guān)鋼筋抗拔錨固長度的計(jì)算，需根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范1 的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行驗(yàn)算，本文就不再論述。圖3管樁與承臺(tái)（筏板）連接示意圖4 結(jié)語通過上述案例計(jì)算的分析，預(yù)應(yīng)力管樁的抗拔性能更受樁頭連接節(jié)點(diǎn)抗拔承載力的控制，不能充分發(fā)揮其樁體及樁周阻力的抗拔能力。相對(duì)其高效的抗壓性能，管樁的抗拔承載力明顯過低，經(jīng)濟(jì)性不好，不宜作為抗拔樁型廣泛使用。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，含地下室的多層建筑越來越多，該類建筑的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)可能會(huì)存在部分既承壓又抗拔的