预应力混凝土管桩作为抗拔桩使用时应采取的措施

预应力混凝土管桩作为抗拔桩使用时，常出现抗拔失效的工程事故。预应力管桩是否还可以作为抗拔桩使用?

预应力混凝土管桩出现抗拔失效的主要原因是，管桩与承台的锚固失效及当采用接桩时管桩接头失效所致。实际工程中应优先考虑采用钢筋混凝土灌注桩或钢筋混凝土预制桩作为抗拔桩使用。必须采用预应力混凝土管桩作为抗拔桩时，应采取有效措施确保桩头与承台的锚固有效。在受地下水长期侵蚀的环境下，不应采用多节预应力混凝土管桩作为抗拔桩。

[问题分析]

预应力混凝土管桩包括:预应力高强混凝土管桩(简称“PHC桩”)、预应力混凝土管桩(简称“PC桩”)和预应力混凝土薄壁管桩(简称“PTC桩”)等。由于预应力混凝土管桩具有供应充足、施工速度快、经济性好等优点，因而在工业与民用建筑工程中应用相当普遍。但预应力混凝土管桩使用不当(如作为抗拔桩使用)时，常出现抗拔失效的工程事故;在软弱土层中使用时，存在管桩剪切破坏的危险。上海的倒楼事件，敲响了采用预应力混凝土管桩的警钟。实际工程中，应根据工程具体情况，结合预应力混凝土管桩的受力特点，合理选用预应力混凝土管桩，确保工程安全。

1.预应力混凝土管桩的受力特点见表7.6.8-1。

2.采用预应力混凝土管桩的工程事故分析

实际工程中采用预应力混凝土管桩应警惕下列工程事故的发生:

1)预应力混凝土管桩的抗拔失效

预应力混凝土管桩出现抗拔失效的主要原因是，管桩与承台的锚固失效及当采用多节桩时管桩接头失效。

(1)管桩与承台的锚固失效

预应力混凝土抗拔桩与承台的连接包括:管桩的桩顶填芯混凝土钢筋在承台的锚固和预制管桩的预应力钢筋在承台的锚固两部分。工程事故表明，导致预应力混凝土管桩与承台锚固失效主要情况如下:

①当桩顶不截桩时(见图7.6.8-1)，直接在管桩顶面的端板.上焊接普通钢筋并将其锚人承台，导致抗拔失效的主要原因有:桩顶端板的厚度不足，导致端板拉脱失效;锚入承台的普通钢筋，其焊缝(与桩顶端板的焊缝)长度方向与钢筋的受力方向垂直，导致焊缝撕裂失效;桩身预应力钢筋在桩顶端板的锚固失效等。

②当桩顶截桩时(见图7.6.8-2)，桩与承台通过管桩填芯钢筋混凝土连接，填芯混凝土长度不足或填芯混凝土与管桩之间摩擦力不足而拔出，导致桩与承台连接失效。

(2)多节桩接头的失效

管桩接长时，多采用桩顶端板的直接焊接接头或机械快速接头连接，管桩与管桩的连接焊缝或机械快速接头的连接销受腐蚀环境的长期影响而失效，造成下节管桩不起抗拔作用，上节管桩被拔出。

2)预应力混凝土管桩的抗剪失效

预应力混凝土管桩的管壁较薄，以管径D=400mm的PHC桩为例(见国家标准图03SG409预应力混凝土管桩)，管桩的有效截面面积仅为同外径实心桩截面面积的72.4%，由表7.6.8-2可以看出，随桩径的增加，管桩的有效截面面积比不断减小。而桩身的抗剪强度与桩身的截面面积成正比，减小了截面面积，也就降低了管桩的抗剪承载力。还由于管桩为空心薄壁构件，当管桩承受较大水平力或地基发生较大侧向变形时，容易发生剪切破坏。

应结合工程经验合理使用预应力混凝土管桩。对软土地区工程、深基坑工程及承受较大水平力的基桩应慎用预应力混凝土管桩。此处对预应力混凝土管桩的应用提出以下建议:

1)在民用建筑中不宜采用预应力混凝土薄壁管桩(PTC桩)，对软土地区工程(如IV类场地的工程)、深基坑工程、承受较大水平力的基桩及处在腐蚀环境中的基桩等，严禁采用PTC桩。

2)预应力混凝土管桩应优先考虑作为抗压桩使用。

3)实际工程中应优先考虑采用钢筋混凝土灌注桩作为抗拔桩使用。对预应力混凝土管桩应避免作为抗拔桩使用，必须采用时应采取可靠的结构措施:

(1)加强桩与承台的连接，采取综合措施(填芯及凿出桩头预应力钢筋等)，确保桩头钢筋与承台锚固有效:

①当桩顶截桩时(见图7.6.8-3)，应将桩头预应力钢筋锚入承台(锚固长度按《混凝土规范》式(8.3.1-3)确定，且不小于预应力钢筋直筋的50倍及500mm)，并采取钢筋混凝土填芯措施，其填芯长度不应小于8D且不得小于3.5m (其中D为管桩外径。当基桩不承受拉力时，其填芯长度可取5D及2m的较大值)。填芯部分的纵向普通钢筋按承担基桩全部拉力计算(对填芯钢筋混凝土可不考虑裂缝宽度的限值要求)，填芯混凝土的纵向钢筋在承台的锚固长度按《混凝土规范》式(8.3.1-3)确定，且不宜小于纵向钢筋直径的40倍。填芯混凝土应采用不低于C40的微膨胀混凝土，浇灌前应对管桩内壁进行界面处理，其他做法可参考国家标准图10SG409。

适当长度的填芯钢筋混凝土，不仅可以加强管桩与承台的连接，同时还能起到强化管桩桩顶，提高管桩抗剪承载力的作用。

②当桩顶不截桩时(见图7.6.8-4)，除应按上述①设置填芯钢筋混凝土外，还应在桩头端板焊接普通钢筋，并将其锚人承台(在承台的锚固长度按《混凝土规范》式(8.3.1-3)确定)。相关做法可参考国家标准图10SG409。

(2)采取措施确保多节桩接头的有效性。应按抗拉等强接头设计，并采取有效的防腐蚀措施。当设计中无法确保接头防腐措施的长期(工程设计使用年限内)有效时，对接头的焊缝可参考钢桩的做法，留出适当的腐蚀余量(按等比关系对焊缝强度留有足够的余量)。否则，不应采用多节管桩作为抗拔桩使用，必须采用时，只可考虑最上节管桩的抗拔承载力(即不考虑接头以下管桩的抗拔作用)。

4)对软土地区工程(如IV类场地的工程)、深基坑工程、承受较大水平力的基桩等，应避免采用预应力管桩。必须采用时，应由地下室外墙、承台侧面的土压力(垂直于水平力作用方向的承台侧壁被动土压力)承担水平力，同时还应在管桩顶部设置填芯钢筋混凝土，以增加管桩顶部的有效截面面积，提高管桩的抗剪承载力。

5)对软土地基上较高的高层建筑(如当房屋高度超过50m时)，不宜采用预应力混凝土管桩。

6)桩底持力层顶面起伏较大(>5%)的地区，应慎用管桩。

7)实际工程中宜选用较大直径D、较大壁厚t (不宜小于80mm)的管桩。管桩的长径比不宜超过60，不应超过80。

8)在桩基础设计乃至地基基础的抗震设计中，如何实现“大震不倒”的设防目标，一直是工程界关注的问题。在相关规范没有明确规定之前，应重视大震时的地基基础问题，对基桩设计应留有适当的余地，并采取有效的结构措施，强化桩与承台的连接，确保在大震时连接不失效。