预应力混凝土抗拔桩的设计与运用

胡 廖 琪

(上海强劲地基工程股份有限公司，上海 200000)

预应力混凝土抗拔桩的设计与运用

胡 廖 琪

(上海强劲地基工程股份有限公司，上海 200000)

结合工程实例，阐明了预应力抗拔桩的设计原理及构造要求，并通过计算对比验证了预应力混凝土抗拔桩相对于普通钢筋混凝土抗拔桩的经济性，总结出了预应力混凝土抗拔桩的一些优点。

抗拔桩，预应力钢绞线，套筒，设计原理，经济性

0 引言

常用的抗拔桩有预应力管桩、抗浮锚杆、钢筋混凝土灌注桩等。预应力管桩常要通过接桩来达到设计长度，接桩技术要求高，且管桩与底板之间需通过灌芯来连接，在很多地区都禁止用管桩作抗拔桩。抗浮锚杆直径小、数量多，影响底板止水效果。而钢筋混凝土灌注桩抗拔桩配筋量大，造价高。采用预应力混凝土抗拔桩，可以克服以上缺点。通过锚固钢筋连接灌注桩和底板，连接牢靠；数量少，对底板穿孔少，止水效果好；用预应力钢绞线代替部分受力纵筋，施加预应力，可对混凝土抗拔桩进行有效的裂缝控制，减少了配筋量，降低了造价。本文通过数据计算及表格统计对比，阐明预应力混凝土抗拔桩在造价方面的优势，并借助工程实例介绍了预应力混凝土抗拔桩的设计原理。

1 关于预应力抗拔桩的研究

预应力混凝土是将钢筋拉足张力而压在混凝土里，一方面可以增加钢筋的抗拉能力，另一方面可以减少混凝土的裂缝[1]。

预加应力的作用可以认为是对混凝土构件预先施加与使用荷载(外力)方向相反的荷载，用以抵消部分或全部使用荷载效应的一种方法。预应力筋位置的调整可对混凝土构件造成横向力[2,3]。

我国现行GB 50010-2010混凝土结构设计规范中对裂缝控制做了如下规定：在二类环境条件下，普通钢筋混凝土结构为0.2 mm，预应力混凝土结构为二级要求(一般要求不出现裂缝)[4]。欧洲混凝土委员会和国际预应力协会CEB-HP对预应力混凝土结构裂缝控制宽度的规定在一般土中为0.2 mm，处于侵蚀介质中为0.1 mm；美国混凝土学会规定在土壤中为0.3 mm[5]。

为进一步说明问题，下面作一些数值计算对比。假设抗拔桩桩身直径为600 mm，桩截面面积A=282 744 mm2，承受的拉力标准值分别为2 000 kN,1 600 kN,1 000 kN。分不进行裂缝验算和进行裂缝验算两个方向。

1.1 不进行抗裂验算

根据公式：

N≤fyAs

(1)

可得：

。

拉力标准值为2 000kN时，灌注桩主筋用钢量为199kg/m3。

拉力标准值为1 600kN时，灌注桩主筋用钢量为158kg/m3。

拉力标准值为1 000kN时，灌注桩主筋用钢量为98kg/m3。

1.2 进行抗裂验算

按上海规范进行抗裂设计，灌注桩主筋用钢量为252kg/m3。

按正常规定进行抗裂设计，灌注桩主筋用钢量为305kg/m3。

按最严格要求进行抗裂设计，灌注桩主筋用钢量为435kg/m3。

按后张法预应力灌注桩形式进行抗裂设计，灌注桩主筋用钢量为105.3kg/m3。

1.3 计算结果归纳对比

按不同情况整理见图1。

通过采用钢绞线和焊接钢管代替大部分受力钢筋，可以大大减少抗拔桩的用钢量，从图1可以看出，后张法预应力灌注桩的用钢量比常规灌注桩任何情况下的用钢量都要少，且桩身受力越大，优势越明显。

2 预应力灌注桩的设计与工程运用

项目名称：安徽凤台金地项目抗浮桩设计。

工程概况：抗拔桩持力层为③层粉质粘土、④层粉细砂。

单桩竖向抗拔承载力特征值为490kN。

灌注桩桩长9.0m，桩径0.7m。

2.1 单桩极限抗拔承载力计算

单桩抗拔承载力计算按式(2)计算：

Tuk=∑λiqsikuili+G

(2)

其中，Tuk为基桩抗拔极限承载力标准值；ui为桩身周长；qsik为桩侧表面第i层土的抗压极限侧阻力标准值；λi为抗拔系数；li为桩身范围土墙厚度；G为抗拔桩自重。

计算过程如表1所示。

表1 单桩极限抗拔承载力计算表

单桩抗拔极限承载力标准值Tuk=344+707=1 051kN，特征值取530kN>490kN。

2.2 桩体配筋计算及构造要求

桩身强度验算的荷载设计值T=1.25×530=662.5kN。

预应力混凝土灌注桩通过锚固钢筋和底板连接，锚固钢筋锚入底板1m，锚入灌注桩顶部2m。

首先选用3根φ15.2的预应力无粘结钢绞线作预应力筋，每根钢绞线用一根27.0mm，壁厚2.0mm的钢管作护筒。

根据式(3)配置纵筋：

T≤fyAs+fpyApy

(3)

再根据式(3)计算锚固钢筋：

2.3 抗拔桩裂缝验算

本工程抗拔桩需按不出现裂缝进行设计，即：

σck-σpc≤ftk。

桩身所受拉力标准值：

Tk=530kN。

桩身采用C35混凝土：

ftk=2.2N/mm2。

取张拉控制应力为：

σcon=0.75fptk=0.75×1 860=1 395N/mm2。

钢绞线面积：

Ap=3×140=420mm2。

钢管总截面面积：

Ay1=3×157=471mm2。

纵筋总截面面积：

Ay2=3×201.1=603mm2。

混凝土净面积：

预应力损失：

施加预应力后，混凝土法向压应力：

fcu′≥0.8fcu,k=0.8×35=28 N/mm2。

含钢率：

ρ′=(420+471+603)÷383 576=0.003 9。

扣除全部预应力损失后的混凝土预应力：

标准荷载下，混凝土构件平均拉应力：

σck=530 000÷383 576=1.38N/mm2。

σck-σpc=1.38-1.08=0.30N/mm2≤ftk=2.20N/mm2。

所以，不会出现拉裂缝。

3 结语

1)通过采用钢绞线和焊接钢管代替大部分受力钢筋，可以大大减少抗拔桩的用钢量。后张法预应力灌注桩的用钢量比常规灌注桩大多数情况下的用钢量都要少，且桩身受力越大，优势越明显。

2)预应力抗拔灌注桩的钢绞线为无粘结钢绞线，可采用焊接钢管作为套管，既可代替部分受力主筋承受拉力，又可保证灌注桩钢筋笼的相对刚度，还可以保证钢绞线孔道的完整性以及防止周围环境对钢绞线的腐蚀。

3)预应力抗拔灌注桩设计的内容有抗拔承载力计算、钢筋笼配筋计算、桩身抗裂验算。

[1] 林同炎.预应力混凝土技术[J].科技导报，1980(1)：52.

[2] 林同炎，NedH.Burns.预应力混凝土结构设计[M].第3版.路湛心,译.北京：中国铁道出版社，1984.

[3] 蔡江勇.后张预应力混凝土结构分析及施工检测评定方法研究[D].武汉：武汉理工大学博士论文，2004.

[4] GB 50010-2010,混凝土结构设计规范[S].

[5] 朱世平，杜高恒，何世鸣，等.抗拔(浮)桩的发展历程和研究方向[J].探矿工程(岩土钻掘工程)，2007(5)：5-11.

Design and application of prestressed concrete anti-pulling pile

HU Liao-qi

(Shanghai Qiangjin Foundation Engineering Co., Ltd, Shanghai 200000, China)

Combining with engineering examples, the paper describes design principles and structural demands of prestressed anti-pulling pile, testifies its economy comparing to common steel concrete anti-pulling pile through calculation comparison, and summarizes some advantages of prestressed concrete anti-pulling pile.

anti-pulling pile, prestressed steel strand, sleeve, design principle, economy

1009-6825(2014)36-0072-03

2014-10-15

胡廖琪(1987- )，男，助理工程师

TU473.1

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