浅谈预应力高强混凝土管桩抗拔试验研究
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摘要：路基沉降问题一直是客运专线的一个关键性问题。本文结合盘营客专工程PHC管桩单桩竖向抗拔静载试验成果，对PHC桩抗拔设计选用的桩型进行了分析，研究了PHC桩抗拔性能，分析计算了影响PHC桩抗拔承载力的多种因素，确定了各土层抗拔系数λ的取值范围。
关键词：PHC管桩 抗拔试验抗拔系数
前言
随着我国社会主义现代化建设的高速发展，客运专线投入的不断加大，基础设施建设自然就成了工程中的重点内容。预应力高强混凝土管桩（以下简称PHC桩）由于其桩身强度高、生产速度快、质量稳定、施工易控制等优势，本文通过在实际工程中进行的PHC桩单桩竖向抗拔静载试验，研究PHC桩的抗拔承载性能，对影响PHC桩抗拔承载力的各种因素进行计算比较，提出合理化建议。
工程概况及地质情况
本段路基起讫里程DK5+232.63―DK5+974.65，全长742.02m，基础采用PHC管桩基础，本次试验共进行9根PHC桩的抗拔试验，试验分别在2个地点进行。试验点1#的地质为粉质粘土、淤泥、含泥中砂、淤泥夹中砂、含泥中砂、强化风岩。试验点2#的地质为淤泥、含泥中砂、淤质土、淤质土夹砂、含泥砾砂、含砂卵石。
3试验方法和试桩参数
单桩竖向抗拔静载试验设备由竖向静载试验的主、次梁组成，采用两个千斤顶对称加载试验。加载方法采用慢速维持荷载法，当出现某级荷载作用下桩顶上拔量大于前一级上拔荷载作用下上拔量的5倍或累计桩顶上拔量超过100mm，可终止加载。
一共取9根试验桩的主要技术参数为1～3#桩桩长为26m，桩径为400mm，壁厚95mm，内芯插筋深度8m，插筋数量6根，直径为22mm，试验休止时间分别为15天、16天、17天。4～9#桩桩长为42m，桩径为400mm，壁厚95mm，内芯插筋深度8m，插筋数量6根，直径为22mm，试验休止时间分别为15天、16天、20天、18天、17天、20天。试验前各桩均进行基桩低应变动测，对桩身各部位进行完整性检查，均为完整桩。
试验结果分析
1～9#试桩的抗拔静载试验结果分别为1～2#桩在加载至最大试验荷载1000KN后桩的位移达到了100mm。桩内芯位移没有。单桩抗拔极限承载力达到900KN后桩的位移分别为10.79mm和13.94mm。3#桩在加载至最大试验荷载900KN后桩的位移达到了100mm。桩内芯位移没有。单桩抗拔极限承载力达到800KN后桩的位移为9.58mm。4～5#桩在加载至最大试验荷载840KN后桩的位移分别为3.42mm和5.73mm。桩内芯位移没有。单桩抗拔极限承载力≥840KN时桩顶没有位移。6～7#桩在加载至最大试验荷载700KN后桩的位移分别为7.57mm和5.01mm。桩内芯位移没有。单桩抗拔极限承载力≥700KN时桩顶没有位移。8#桩在加载至最大试验荷载1000KN后桩的位移为3.36mm。桩内芯位移为7.07mm。单桩抗拔极限承载力为900KN时桩顶的位移为1.91mm。 9#桩在加载至最大试验荷载1300KN后桩的位移为14.54mm。桩内芯位移为38.14mm。单桩抗拔极限承载力为1170KN时桩顶的位移为6.79mm。
从试验结果可以看出，1～3#试桩在抗拔试验中均以达到临界极限承载状态，4～7#试桩在抗拔试验中尚未达到极限承载状态，8～9#试桩在抗拔试验中桩内芯混凝土均被拔起，插筋锚固破坏。
通过9根桩的抗拔试验，证明PHC桩不但具有很好的抗压强度，同时也具备一定的抗拔承载力。
影响PHC桩抗拔承载力因素的计算分析
影响PHC桩抗拔承载力的主要因素有：桩身长度、桩身有效预应力、桩周土层力学性能、接桩焊缝强度内芯插筋锚固深度、锚固钢筋数量等。以下将对上述各种影响因素进行计算分析。
5.1 根据桩周土层侧阻力确定
根据《建筑桩基技术规范》（JGJ-2008）规定，基桩的抗拔承载力按下式确定：
γoN≤UK/γs+Gp
UK =ΣλiQsikuili
计算结果见表1。Uko表示未考虑抗拔系数的计算值。表中采用的侧阻力参数按试验实测值取值，可反算出抗拔系数λ的值。
根据桩身强度计算确定
根据标准《先张法预应力高强混凝土管桩》的规定，按桩身强度确定PHC桩的抗拔承载力时按下式计算：计算结果见表2。
根据接桩焊缝强度确定
接桩焊缝所承受的极限拉力计算公式为
N≤βfffwhelw
式中：N为焊缝承受的轴向力；he为焊缝有效高度即he=0.7hf，hf为焊接高度取hf=10mm；lw为焊缝计算长度；ffw为正面角焊缝的强度设计值即ffw=160N/mm2；βf为正面角焊缝的强度增大系数，取βf=1.22。计算结果1～9#在焊接高度为10mm的情况下等于1717 KN。
结论
通过对PHC桩的抗拔性能的计算和分析，可以得到以下结论。
（1）试验表明PHC桩不但可作承压桩，同时也可用作抗拔桩，PHC桩以承压力为主同时兼作抗拔桩，大大缩短工期节约投资，为PHC桩多功能用途开辟新途径。
（2）PHC桩的抗拔承载力与桩身有效预应力密切相关，当PHC桩进入坚硬土层足够深度时，抗拔承载力主要由桩身有效预应力控制。PHC桩作为抗拔桩设计时最好选用有效预应力较高的B型桩。
（3）计算PHC桩的抗拔极限承载力标准值Uk时，抗拔系数λ的取值在砂土中可取为0.5～0.6，在粘土中可取为0.6～0.7。
（4）PHC桩抗拔桩锚入桩帽可采用内芯插筋锚固。插筋数量应根据钢筋抗拉强度设计值计算得出。桩内芯插筋锚固深度应根据内芯混凝土摩阻力计算得出，内芯混凝土摩阻力极限值一般可取200～250KPa.
（5）PHC桩以其强大的承压力兼抗拔力成为沿海软土路基工程设计和施工的首选，解决了沉降给沿海软土路基工程带来的困扰，同时解决了软土路基沉降的一个关键性问题。
参考文献
中华人民共和国行业标准，《建筑桩基技术规范》（JGJ-2008）北京：中国建筑工业出版社。
桩基工程手册编写委员会，桩基工程手册，北京：中国建筑工业出版社。
中华人民共和国行业标准，《铁路桥涵施工规范》TB10203-2002北京：中国铁道出版社。
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