张治中 吴伯赋
（南京天华百润投资发展有限责任公司，江苏南京210000）
摘要：本文通过现行国家、地方相关规程、标准图集的设计要求和节点构造，分析抗拔管桩抗拔锚固构造的要点，以期对工程设计及施工有所启发。
关键词：抗拔管桩；锚固；设计；构造
前言
砼预应力管桩作为抗拔桩在江苏地区，已经从禁止使用到广泛采用。管桩与承台的连接效果是管桩能否起抗拔作用的关键所在。本文通过现行国家、地方相关规程、标准图集的设计要求和节点构造，分析抗拔管桩抗拔锚固构造的要点，以期对工程实践有所启发。
1现行规程和图集中关于抗拔管桩的做法和要求
关于预应力砼管桩的国家标准是《先张法预应力管桩》（GB 13476-2009），主要用于规范管桩产品的生产工艺和产品质量，不涉及设计和施工方面的要求；其相对应的国家标准图集是《预应力混凝土管桩》（10G409），其中有抗拔管桩桩顶与承台的连接详图。
江苏省地方标准《预应力混凝土管桩基础技术规程》（DGJ32/TJ109-2010）（以下简称《江苏规程》），对先张法预应力砼管桩的基础设计、施工及验收等做出相应规定，特别对抗拔管桩的设计、抗拔承载力取值以及抗拔锚固等提出了详尽的设计要求。《江苏规程》相对应的标准图集是《预应力混凝土管桩》（苏G03-2012），其中也明确了抗拔管桩与承台的连接详图。
2《江苏规程》中关于管桩抗拔承载力的取值
《江苏规程》第3.6.4条，管桩用做抗拔桩时，应进行结构强度、接桩连接强度、端板孔口抗剪强度、钢棒及其镦头抗拉强度、桩顶与承台连接处强度等承载力计算。确定单桩抗拔承载力时，应按下列规定计算，并按最不利处的抗拉强度确定工程桩的抗拉承载力。
下以江苏省标准图集《预应力砼管桩》中PHC-500（100）AB-C80为例，根据《江苏规程》第3.6.4条要求，计算各项强度，确定抗拔承载力。
2.1根据桩身结构强度确定单桩抗拔承载力时，按下式计算：
Nl ——单桩上拔力设计值
σpc——管桩砼有效预压应力
ft ——桩身砼轴心抗拉强度设计值
A ——管桩有效横截面面积
对于PHC-500(100)AB-C80，σpc=6.4MPa；ft=2.22MPa；
（σpc+ft）A=（6.4+2.22）×（2502-1502）×3.14=1083（KN）
2.2 根据连接处强度确定单桩抗拔承载力时，宜考虑机械连接和焊接的连接强度。机械连接应按有关规范进行计算。焊接按下式计算：
D1——焊缝外径（mm）
D2——焊缝内径（mm）
ftw ——焊缝抗拉设计强度，取175MPa
=0.25×3.14×（5002-4942）×175
=819MPa
2.3根据管桩端板孔口抗剪强度确定单桩抗拔承载力时，按下式计算：
n ——预应力钢筋数（根）
d1 ——端板钢筋锚固孔台阶上口直径（mm）
d2 ——端板钢筋锚固孔台阶下口直径（mm）
h1 ——端板钢筋锚固孔台阶上口距端板顶距离（mm）
h2 ——端板钢筋锚固孔台阶下口距端板顶距离（mm）
fv ——端板抗剪强度设计值，取120MPa
ts ——端板厚度
=11×3.14×（20+12）×（20-8）×120×0.5
=795（KN）
2.4根据预应力钢筋镦头抗拉强度确定单桩抗拔承载力时，按下式计算：
fpy ——预应力筋抗拉强度设计值（MPa）
Ap ——预应力筋总横截面面积（mm2）
=0.90×1000×11×90
=891（KN）
2.5根据管腔内填芯砼确定单桩抗拔承载力时按下式确定：
K1 ——经验系数，取0.8
d1 ——填芯砼直径（mm）
l ——填芯砼长度（mm）
fn ——填芯砼与管桩内壁之间的粘结强度设计值
根据《江苏规程》第3.4.1条中填芯砼长度不小于8倍管桩外径且不小于3.5m的要求，设填芯砼为4.0m，则：
=0.8×3.14×150×0.3×4000
=452（KN）
通过计算可知，对于直径500壁厚100的预应力管桩，《江苏规程》第3.6.4条中规定的五个计算项目中，结构强度、连接处强度、端板孔口抗剪强度以及预应力筋镦头抗拉强度这四项，计算值在795～1083KN之间，而管桩的填芯砼这一项，计算值为452KN，为所有五项中最小者。其他规格管桩，计算结果也相似。
《江苏规程》第3.6.5条规定，管桩的抗拔承载力应取第3.6.4条中的各项计算值和第3.6.3条规定的抗拔承载力相比的最小值，填芯砼成为连接环节中决定抗拔承载力的决定性因素。
3现行标准中抗拔桩与承台锚固连接构造分析
3.1《江苏规程》
关于抗拔管桩与承台的连接，《江苏规程》第3.4.2.2条规定，管桩应将桩身纵向钢筋全部直接锚入承台内，锚固长度应按《砼结构设计规范》的受拉锚固长度确定。同时第3.6.4.5条又明确，当管桩采用端板焊接钢筋与承台连接时，其抗拔力应通过现场试验、计算和构造综合确定。也就是说，不同处的条文，字面表达不完全一致，但从实质受力来分析《江苏规程》的要求，可理解为，应首选采用预应力筋锚入承台的连接方式，同时也可采用端板焊接钢筋锚入的方式与承台连接，以达到锚固的效果。
3.2江苏省标准图集《预应力砼管桩》
本图集给出了管桩与承台的锚固专用连接大样，其做法与《江苏规程》的规定基本一致，是江苏省内抗拔管桩锚固连接的标准做法。此详图中，抗拔管桩与承台的连接主要靠原管桩内的预应力钢筋棒锚入承台，桩的拔力的传递直接而可靠。采用该连接方式抗拔承载力取值并不由锚固连接点的构造方式所决定，而取决于管桩自身的抗拔承载力。本图集要求的填芯砼长度应计算且达到8倍桩径、不小于3.5m。尽管填芯砼与管桩内壁的摩擦力也决定着抗拔力的大小，但并不能完全传递桩的拔力至承台。
此抗拔连接方式的优点是：传力直接、可靠；缺点是：施工复杂，破桩头时要求先做填芯，易损坏桩头、产生质量隐患。
3.3 国标图集《预应力砼管桩》（10G409）
本图集规定，根据管桩抗拔力的大小，可采用不同的连接大样。
3.3.1当拔力较小时，按照下图施工：
此大样，既用于抗压的不截桩桩顶与承台连接，也用于拔力较小时抗拔管桩与承台的连接。用于抗拔时，拔力的传递是靠（填芯砼+填芯砼中的同时焊于端板上的纵向钢筋+管桩端板上的连接钢板+焊于连接钢板上的钢筋）协同完成的，管桩的端板作为传力节点，汇聚填芯内钢筋和管桩内部预应力钢筋棒的拔力，然后传递给管桩端板上焊接的连接钢板，最终通过锚固钢筋传递至承台。图集要求填芯砼与管桩内壁的粘结力应该大于拔力；填芯内主筋的抗拉力也需要大于拔力。
此连接方式优点是：与抗压受力的连接大样相同，施工便捷；缺点是：仅用于拔力较小的情况，拔力传递须通过管桩端板作为传力节点，端钢板在专递拔力过程中受力较为复杂、不直接，无法直接计算；如遇接桩、截桩，则该大样不可采用。
3.3.2常规情况下，按照下图施工：
此大样要求“宜”将管桩中的全部预应力筋锚入承台，与江苏省标准图集的抗拔连接大样传力机理类似，通过管桩内的预应力筋直接锚入承台传递拔力；同时填芯砼中的纵向主筋（其抗拉力须大于拔力）通过填芯砼与管桩内壁的粘结力（填芯砼的高度也需要计算，其粘结力须大于拔力）传递拔力至承台，可以说，此大样的拔力专递是“双保险”：一是通过填芯砼传递，二是通过管桩内预应力筋传递，效果是上述几种两列方式中最可靠的。
此抗拔连接方式的优点是：传力直接、可靠、安全储备达；缺点是：存在破桩头时影响桩端质量隐患、费工，也稍显不经济。
4抗拔管桩与承台连接方式的合理设计
相比抗压管桩与承台的连接，抗拔管桩与承台的连接要求更高，因为抗拔管桩与承台的连接一旦失效，产生的安全后果更严重，所以不管是国标图集（10G409）还是《江苏规程》、江苏省标准图集（苏G03-2012），有关抗拔管桩的连接构造大样，均优先采用最为可靠的传递拔力方式——将管桩内的预应力筋直接锚入承台，同时通过在灌注桩端填芯砼作为辅助措施加强连接构造，以确保万无一失，其安全贮备是相当大的。但是这种方式的最大缺陷是，需要破除1m高的桩头，从施工的角度看，较为费时费工，也不算经济，如果遇到桩顶标低于设计标高，需要破除的桩头高度会小于1m，预应力筋的锚固长度不够。
下图为笔者建议的抗拔管桩的锚固连接大样：
图中，H为填芯砼高度，根据下列公式确定，且应不小于10倍桩径及不小于4.0m（此要求大于《江苏规程》和江苏省标准图集规定的8倍和3.5m，目的是加大填芯砼与管桩内壁的摩擦力，增加抗拔安全储备）：
Nl ——管桩单桩上拔力设计值
K1 ——经验系数，取0.8
K2 ——安全储备特别系数，取0.8
d1 ——填芯砼直径（mm）
l ——填芯砼长度（mm）
fn ——填芯砼与管桩内壁之间的粘结强度设计值
钢筋①为填芯砼中纵向钢筋，宜取6根，均匀布置与桩周，钢筋总面积As按照下式确定：
Nl ——单桩上拔力设计值
fy ——钢筋的抗拉强度设计值
钢筋②为端板锚固钢筋，宜取6根，钢筋总面积不少于钢筋①的一半，并不小于6Φ16。
钢筋③为定位构造钢筋，以保证填芯砼底部托板位置，当管桩直径不大于700时，可取3Φ8。
钢筋④为填芯砼内纵向主筋的箍筋，构造配置（Φ8@200）。
5结语
此大样根据图集（10G409）中抗拔桩连接大样演变而来，同时满足《江苏规程》第3.6.4.5条的规定。工作机理是通过填芯砼与管桩内壁的粘结力+填芯内纵向主筋锚入承台传递拔力，同时额外在管桩端板焊接钢筋锚入承台，充分发挥抗拔管桩内的预应力筋的作用，通过管桩端钢板上的焊接钢筋锚入承台传递拔力，从而形成抗拔“双保险”。该连接方式最大的特点是未将管桩内预应力筋锚入承台，摒弃繁琐的破桩头工序，有效避免对桩头的损伤，也直接减少了1m桩长费用。
论文作者:张治中,吴伯赋
论文发表刊物:《建筑建材装饰》2015年9月上
论文发表时间:2016/8/31
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