管桩端板

管桩端板

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2023年3月20日发(作者：微博英语)

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PHCB500100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

引用规程计算公式和列式计算结果

国家标准设计《预应力混凝

土管桩》（03SG409）

N≤fpy*Ap=1000x3.14x10.72x15

=1348kN

1348kN

广东省《预应力混凝土管桩

基础技术规程》

（DBJ/T15-22-98）

Rpl=σpc*A

=7.56x3.14x(5002-3002)/4=950kN

950kN

江苏省《先张法预应力混凝

土管桩基础技术规程》（苏

JG/T011-2003）

Nl≤(σpc+fl)A＝(7.56+2.22)x

3.14x(5002-3002)/4=1228kN

1228kN

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）ftw/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＝1017kN。

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＝1470kN。

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≤0.95fpy*Ap=0.95x1348=1280kN。

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。