抗拔混凝土管樁在工程中的應(yīng)用

于德國，陳 明，徐鑫哲

（盤錦職業(yè)技術(shù)學(xué)院 建筑工程分院，遼寧 盤錦 124000）

高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁基礎(chǔ)由于具有施工速度快，樁身質(zhì)量可靠，承載力高，造價(jià)低的優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑的各個(gè)領(lǐng)域［1］.抗拔樁的受力與豎向抗壓樁相反，是樁受力的一種形式，存在于體育場(chǎng)，高聳建筑物等構(gòu)件中［2］，過去傳統(tǒng)的抗拔樁主要采用混凝土鉆孔灌注樁以及擴(kuò)底樁，隨著混凝土預(yù)制管樁的發(fā)展，現(xiàn)在越來越多的管樁被作為抗拔樁使用［3］.抗拔樁樁身內(nèi)的混凝土在受力時(shí)，由于不是受壓而是受拉，而混凝土本身的受拉強(qiáng)度不高，因此容易使混凝土產(chǎn)生裂縫.由于樁體處于地下，進(jìn)而導(dǎo)致樁內(nèi)的鋼筋容易銹蝕，力學(xué)性能下降，從而導(dǎo)致構(gòu)件失效.而高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁樁身采用的是C80 高強(qiáng)混凝土，力學(xué)性能優(yōu)于普通混凝土，在管樁內(nèi)部空心部位增加鋼筋籠，并澆筑混凝土，能夠更加有效地防止樁身混凝土產(chǎn)生開裂.

1 工程情況

某教學(xué)主樓工程，層數(shù)6 層，建筑面積30 161.5 m2，包括建筑主體27 164.2 m2，塔樓540 m2，連廊 1 695 m2.按方位共分東、西、南、北等4 個(gè)區(qū)域. 其中，中部為塔樓，塔樓15 層，建筑高度58 m，塔樓下部基礎(chǔ)采用靜壓管樁基礎(chǔ)，管樁型號(hào)為PHC-AB500（100）-27（防 腐 樁），矩 形 樁 布 置，樁 間 距1 750 mm，共計(jì)36 根樁（見圖1），樁端進(jìn)入粉細(xì)砂層，且不小于1 000 mm，塔樓下管樁按抗拔樁進(jìn)行設(shè)計(jì).

圖1 管樁平面布置圖/mm

場(chǎng)地所處地貌單元屬下遼河河口三角洲水下延伸部分，地勢(shì)自岸向海緩傾，后經(jīng)人工吹填、平整.地層巖性主要為素填土、粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土粉沙互層、粉沙夾粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土夾粉沙及粉細(xì)砂等（見表1）.

地面高程約為2.06～2.21 m 之間，建筑室內(nèi)地面規(guī)劃高程4.15 m.地下水位埋深0.20～0.45 m，地下水位變幅一般在1.0 m 左右.

表1 工程地質(zhì)參數(shù)一覽表

2 灌樁芯施工流程

2.1 樁芯清理

管樁施工時(shí)，上部要比樁頂標(biāo)高要多留出1 000 mm.在靜壓管樁施工完成后，應(yīng)用蓋板將管狀口封閉，防止雜物掉落到孔內(nèi).在灌樁芯之前，應(yīng)對(duì)孔內(nèi)情況進(jìn)行檢查，若孔內(nèi)及孔口有多余泥土或山皮石，應(yīng)用鋼絲刷將多余雜物清理干凈，清理的深度要大于樁芯灌注的長度.雜物清理完成后，應(yīng)采用高壓水槍對(duì)孔內(nèi)管壁進(jìn)行沖洗，并將孔內(nèi)多余的水外抽，以保證孔內(nèi)壁的干凈.在管樁內(nèi)壁涂刷水泥凈漿、混凝土界面劑或采用微膨脹混凝土等措施，以提高混凝土與管樁樁身混凝土的整體性.

2.2 樁芯鋼筋籠制作

樁芯鋼筋采用5 根直徑20 mm 的二級(jí)鋼筋，并且沿管樁圓周均勻布置，上部錨入承臺(tái)不少于800 mm，箍筋為螺旋箍筋，采用直徑6 mm 的一級(jí)鋼筋，間距200 mm，箍筋間隔2 000 mm 設(shè)置一道直徑12 mm 的二級(jí)鋼筋加勁箍，底部采用5 mm 厚鋼托板，托板尺寸宜略小于管樁內(nèi)徑，由于灌注樁芯長度為14 m，因此必須保證鋼托板與鋼筋焊接牢固，防止灌注混凝土?xí)r鋼托板脫落.將加工好的鋼筋籠安放到管樁孔內(nèi)（見圖2），在鋼筋籠上部焊接十字鋼架進(jìn)行固定.鋼架放置在管樁上.

將上部多余管樁用小錘破除，露出管樁內(nèi)鋼筋，要嚴(yán)格保證破除時(shí)管樁下部的混凝土不會(huì)產(chǎn)生裂紋、松動(dòng)，將鑿出的鋼筋錨入到承臺(tái)內(nèi).

圖2 樁頂與承臺(tái)連接詳圖/mm

2.3 樁芯混凝土澆筑

樁芯砼采用C30 無收縮混凝土，由于灌注高度過高，為防止混凝土產(chǎn)生離析，在灌注混凝土之前，在孔內(nèi)應(yīng)放置混凝土導(dǎo)管，同時(shí)嚴(yán)格控制混凝土的坍落度.

灌注混凝土的高度，根據(jù)管樁圖集10G409［4］，對(duì)于抗拔樁，管樁頂填芯混凝土的高度H應(yīng)按公式：H≥Qct/（Um×fn）計(jì)算，且不小于3 m，本工程為14 m.

式中，Qct：?jiǎn)螛敦Q向抗拔承載力設(shè)計(jì)值，單位kN；Um：管樁內(nèi)孔圓周長，單位m；fn：填芯混凝土與管樁內(nèi)壁的粘結(jié)強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，單位kpa，宜由現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定.

3 管樁抗拔承載力的確定

根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94-2008）［5］，非整體破壞時(shí)，對(duì)于靜壓管樁群樁基礎(chǔ)，當(dāng)需要核算其抗拔極限承載力時(shí)，可以通過規(guī)范推薦公式，對(duì)抗拔極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行估算.

式中，Nk：荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合時(shí)，管樁的抗拔力，單位kN；Tgk：整體破壞時(shí)，管樁抗拔極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值，單位kN；Tuk：非整體破壞時(shí)，管樁抗拔極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值，單位kN；Ggp：分?jǐn)偟饺簶睹扛鶚兜臉锻林亓浚瑔挝籯N，地下水位以下按有效重度計(jì)算；Gp：管樁的自身重量，單位kN，地下水位以下按有效重度計(jì)算.

因此可以取基樁的抗拔承載力應(yīng)小于340 kN.

4 管樁抗拔承載力的檢測(cè)

工程結(jié)束后，對(duì)工程樁進(jìn)行了檢測(cè).根據(jù)《建筑基樁檢測(cè)技規(guī)范》（JGJ106-2014）規(guī)定［6］，驗(yàn)收檢測(cè)時(shí)，宜先進(jìn)行樁身完整性的檢測(cè)，后進(jìn)行承載力檢測(cè)，本工程采用低應(yīng)變法檢測(cè)樁身的完整性，經(jīng)檢測(cè)，樁身完整性良好，滿足要求.

另外規(guī)范規(guī)定［6］，工程樁驗(yàn)收檢測(cè)時(shí)，施加的上拔荷載不得小于單樁豎向抗拔承載力特征值的2.0 倍或使樁頂產(chǎn)生的上拔量達(dá)到設(shè)計(jì)要求的限值.當(dāng)抗拔承載力受抗裂條件控制時(shí)，可按設(shè)計(jì)要求確定最大加載量.本工程單樁抗拔承載力特征值為340 kN，檢測(cè)荷載為單樁豎向抗拔承載力的2.0 倍，取680 kN.通過對(duì)工程樁的檢測(cè)，能夠滿足要求，見圖3.

圖3 荷載作用下的Q-S 曲線

5 結(jié)論

抗拔管樁施工流程主要包括樁芯清理、鋼筋籠制作以及混凝土的澆筑，通過規(guī)范進(jìn)行了抗拔承載力的計(jì)算并進(jìn)行了檢測(cè)，可以看出高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁是可以作為抗拔樁使用的，且效果良好.但也存在這一些有待完善的地方，如管樁要承擔(dān)抗拔作用，還需要考慮樁體與上部結(jié)構(gòu)的可靠連接，以保證抗拔承載力的正常發(fā)揮；管樁圖集里沒有給出填在不同條件下，樁芯混凝土與管樁內(nèi)壁的粘結(jié)強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的參考取值，在以后的修訂中還應(yīng)該逐步完善；另外，由于管樁的樁徑相對(duì)于灌注樁較小，并且管樁內(nèi)部為空心，導(dǎo)致管樁的有效面積更小，因此施工中質(zhì)量的把控也是影響管樁抗拔效果的重要影響因素.