PHC管桩作抗拔桩的分析与释疑
复地集团总师室高志建
【摘要】利用绿化及道路下场地作为地下停车库的开发案例较为普遍，对于这类无上部结构的地下室采用PHC管桩作为抗浮桩，集团很多工程技术专业管理人员还存在着一些疑虑和认识上误区，本文从桩身结构强度、焊缝强度、端板孔口抗剪强度、钢棒墩头等几个方面，对采用PHC管桩作为抗拔桩进行了分析，验证了PHC管桩作为抗拔桩的可行性，并提出在施工和验收过程中的重点注意事项。
1 前言
在地下水位较高的地区，建筑工程中尤其是无上部结构的地下室以及地下停车场，工程结构的抗浮问题较为普遍。
最常见的抗浮措施是设置锚杆和抗拔桩，常见的抗拔桩主要有钻孔灌注桩、预制方桩、PHC管桩。
为抵抗拉力，控制拉力作用下的桩身裂缝，钻孔灌注桩和预制方桩须额外配置数量可观的抗拉钢筋（远远大于一般抗压桩时的钢筋数量），工程造价较高。
PHC管桩由于桩身混凝土中有效预压应力可以抵消上拔时的拉应力，一般无须额外增加抗浮钢筋，造价较低。
加上PHC管桩本身质量稳定、养护时间短、施工速度快、施工方便等因素，越来越多的工程中开始采用PHC管桩作为抗浮桩。
本文以地区PHC B500 100管桩为例，从桩身结构强度、焊缝强度、端板孔口抗剪强度、钢棒墩头等几个方面，对采用PHC管桩作为抗拔桩进行了分析，验证了PHC管桩作为抗拔桩的可行性。
2 抗拔桩桩身结构承载力验算强度
2．1桩身结构强度验算
桩身结构强度的验算，目前有国家标准、广东省规程、江苏省规程推荐的公式，具体计算如下。
桩身结构强度验算表
广东省标准只是利用了管桩中的有效预压应力，不考虑预应力筋和混凝土的进一步发挥作用，因此不须考虑裂缝控制；国家标准将预应力筋性能完全发挥；江苏省标准除发挥管桩混凝土的有效预压应力和抗拉性能外，较之国家标准还保留了预压应力筋的抗力作为安全储备。
国家标准和江苏省标准桩身应力都超过有效预压应力，因此须进行裂缝验算，但由于有效预压应力抵消大部分拉应力，裂缝控制容易满足。
因此在地质水文条件复杂、抗腐蚀要求高的情况下，可利用广东省标准进行桩身强度验算，而在正常设计中建议利用江苏省规范进行桩身强度验算。
2．2接桩处的焊缝强度验算
Nl≤3.142（D12-D22）ft w/4=0.25x3.142x(4982-4762)x170=2860kN。
从焊缝验算结果可以看出，如果焊缝质量可以保证，则端板焊缝强度远大于桩身结构强度。
2．3端板孔口抗剪强度验算
由于管桩端板与桩身预应力筋的连接处的受压冲切力，因此须进行孔口抗剪强度验算，计算表明该处是管桩应用中的一个薄弱点。
N≤n*3.142*（d1+d2）*[ts-(h1+h2)/2]*fv/2
=15x3.14x(12+20)x[19-(9.5+6)/2]x125/2＝1017 kN。
验算的抗剪强度值远小于桩身强度和焊缝强度，常采用加厚端板的方法，提高孔口抗剪强度。
若加厚至24mm，则承载能力＝15x3.14x(12+20)x
[24-(9.5+6)/2]x125/2＝1470 kN。
2．4钢棒墩头抗拉强度验算
在PHC管桩作抗拔桩的试桩过程中，也出现过预应力筋墩头拔出的现象。
这是由于墩头在受力过程中受到冲切破坏。
因此须验算墩头抗拉强度。
N≤0.95 fpy*Ap=0.95x1348=1280 kN。
通过上面的分析可知，PHC管桩作为抗拔桩使用时，桩身具有较高的承载能力，在地质条件允许情况下，不仅施工、检测方便，而且经济性较好。
实际应用时，须注意端板孔口抗剪强度和钢棒墩头抗拉强度的验算。
3 施工中的重点注意事项
3.1接桩处的焊缝质量
从焊缝验算中可以看出，如果焊缝质量可以保证，则端板焊缝强度远远大于桩身结构强度。
但在实际工程抗拔桩试桩时发现，焊缝处发生事故的几率很大，原因主要是以下几点：
1）端板焊缝坡口尺寸太小，不少端板生产厂家对坡口尺寸的加工不重视，普遍偏小，连Ф4焊条也放不进去，造成焊缝强度的先天不足。
2）焊缝施工质量差。
手工焊接时必须分三层以上对称进行环缝焊接，并采取措施减小焊接变形，其中第一层必须用Ф3.2电焊条打底，确保根部焊透，第二层方可用粗焊条（Ф4或Ф5）。
焊接时，要正确掌握电流和施焊速度，每层焊接厚度应均匀，每层间的焊渣必须敲渣后方能焊次一层，焊接时间应充分保证，不能草草了事，一般Ф400管桩，两个焊工同时施焊时，需要12～15分钟。
此外，电焊厚度宜高出坡口1mm。
3）焊缝不注意保护。
焊缝应有足够的冷却时间（一般大于8分钟），方可继续沉桩。
另外在沉桩时，应保持桩身垂直，力戒偏心锤击，轻锤高击，静压施工时，夹具应避开接头。
3.2确保抗拔管桩施工质量的措施
1）加强桩身质量的验收:应对端板的材质、板厚、坡口尺寸等加强验收，严格满足有关规范、图集和设计要求。
2）电焊焊接时，焊缝坡口尺寸宜比规定尺寸大1mm，或按设计要求特制。
3）保证焊接施工时间和焊缝质量。
4 结论
通过上面的分析，可以得出以下结论和建议：
1）在地质条件允许情况下，抗拔桩建议选用PHC管桩，不仅施工、检测方便，而且经济性较好。
2）焊缝强度验算中一般都能满足抗拔承载力要求，重要的是控制焊缝质量。
3）端板孔口抗剪强度是PHC管桩作为抗拔桩中的薄弱点，因此宜特别注意此处的验算。
不够时，应加厚端板厚度。