PHC管桩抗浮应用及短桩处理-郑士杰

PHC管桩抗浮应用及短桩处理郑士杰摘要：本文主要介绍PHC管桩在地库抗浮设计中的应用。针对广东某项目出现的抗拔桩入土深度不足，导致地库抗浮不满足设计要求的情况，通过方案对比后采用天然基础+抗拔锚杆的组合方式来进行基础抗浮。

关键词：静压管桩；短桩；抗浮设计；抗拔锚杆

1引言

预应力混凝土管桩开始于19世纪60年代末，当时主要用于铁道桥梁工程的基础建设。19世纪80年代末，我国科研院所联合生产单位对预应力混凝土管桩进行改造，开发了高强度预应力混凝土管桩（PHC管桩）。该桩型具有单桩承载力高、施工速度快、耐久性好、质量可靠、价格适中、抗弯抗拉性能好、检测快捷、适应性广等优点，近年在各地特别是沿海地区得到了广泛应用。在我国广东珠三角地区，基岩埋藏较浅，许多地方地面以下10米~30米处有一层强风化岩层，且强风化岩上部还有一层全风化岩层，此种地质条件很适宜作为管桩的桩端持力层[1]。目前常见的压桩方法包括锤击桩和静压桩，由于静压桩施工可有效避免噪声、振动和冲击力，适用于城区中采用。

在地下水位偏高的地区，由于水浮力的存在，对于一般常规的地下车库桩基础除了考虑抗压承载力外还要考虑基础的抗浮设计。本文主要探讨地下车库采用静压预制管桩在进行基础设计时，由于岩层变化导致桩基础入土深度较小而无法满足抗拔承载力的设计要求，所采取的抗拔措施。

2预应力高强混凝土管桩抗拔承载力计算

2.1预应力高强混凝土管桩的抗拔机理

管桩的抗拔机理同管桩受竖向荷载作用下的抗压刚好相反。在水浮力的作用下，防水板通过底板将水浮力传递至桩基承台处，桩身首先将水浮力以摩阻力的形式传至桩周土中，初始阶段的上拔阻力主要由浅部土层提供，桩身的拉应力主要分布在桩的上部，随着桩身向上位移量的不断增大，桩身应力逐渐向下扩展，桩的中、下部的上拔土阻力逐渐发挥。当桩端位移量超过某一数值时，就可认为整个桩身的土层抗拔阻力达到极限值，其后该阻力值将会下降[2]。

2.2静压管桩单桩竖向抗拔承载力计算

管桩抗拔承载力的计算一般有2种：通过现场竖向抗拔静载试验；通过土的物理指标与承载力参数的经验关系。在前期设计阶段，一般通过经验公式来预估单桩竖向抗拔承载力。

根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系确定单桩抗拔承载力[3]。

3工程案例

3.1工程概况及设计方案

某7层商住楼采用框架结构，地上7层，地下2层，采用静压预应力高强混凝土管桩（PHC），AB型桩，桩径为Φ500（壁厚125），有效桩长约12~21m。要求桩端到达强风化花岗岩，并进入强风化岩不小于1m。采用静力压桩方式施工，桩基施工时应采用桩长及终压力值双指标控制，桩长12m＜L≤16m时候静力压桩的终压力值取5500KN，单桩竖向承载力特征值为2100kN；桩长16m＜L≤25m时候静力压桩的终压力值取4850KN，单桩竖向承载力特征值为2100kN；桩长6m＜L静力压桩的终压力值不小于3000KN，单桩竖向力承载力特征值为1000KN；抗拔桩抗拔承载力特征值为430KN。各土层的计算参数见表1。

设计中要求桩长不小于6米，但在实际管桩的施工工程中，由于桩端强风化持力层岩面标高变化大，导致部分管桩的实际有效桩长约2.2米~4.1米，达不到原设计6米以上的要求。由于地质勘查资料与实际差异较大，为明确现场地质实际情况，进行了该区域的二次补勘。经分析补勘资料，此场地大部分地段有砂卵石层，管桩难以穿透。按现场实际桩长计算均不能满足基础的抗压及抗浮要求。

3.2基础方案处理措施

考虑现场施工及场地地质条件，通过对基础方案的可靠性、造价、工期等进行综合比较，决定采用天然基础+防水板+抗拔锚杆的基础形式

（1）天然基础抗压设计

考虑到地库开挖范围内的地质情况，选取粗砂作为天然地基及防水底板的持力层。此方案极大的降低了现场管桩的使用量及基础造价。

（2）天然基础抗浮设计

由于该区域为纯地库范围，地面覆土约0.7米，经测算结构自重无法平衡自身水浮力。为确保地库范围的抗浮设计满足规范设计要求，选取永久性抗拔锚杆来抵抗水浮力。

（3）抗拔锚杆布置方式对比

（1）集中点状布置。此方式一般布置在柱下，其可利用上部结构的自重来平衡部分水浮力，减少抗拔锚杆的施工数量。由于锚杆布置较为集中，要求锚固范围内的岩体质量较高，不适用于土质类或软岩等地质情况。

（2）均匀面状布置。此方式均匀布置在地下室基础底板范围内，一般不考虑上部结构的整体自重，锚杆数量多且广。该布置方式一般适用各种地质情况。

结合本项目实际地质情况，选取集中点状布置方式。经计算，选取抗拔锚杆直径为150mm，抗拔承载力特征值为210kN，锚筋为325，锚杆锚固段进入中风化花岗岩深度不小于1.5m，锚杆锚固段长度不小于3.0m。

3.3抗拔锚杆施工控制措施

（1）钻孔要求

钻孔深度应超过设计长度不小于0.5m；清孔完成后，应迅速拔出钻杆，安放锚杆杆体，对于湿式钻孔要用水清孔，直至流出清水为止；钻孔记录应详细、完整，对岩石锚杆应有判层记录，确定入持力层长度；沿杆体轴线方向每隔1.0～2.0m应设置一个定位支架，杆体的保护层不应小于30mm；

2）注浆要求

（1）注浆管宜放置于杆体中心，随杆体一同放入孔中，注浆管端部距杆体端部宜为50～100mm。二次注浆管的出浆孔及端头应密封，保证一次注浆时浆液不进入二次注浆管内；

（2）注浆材料应符合下列规定：水泥宜用普通硅酸盐水泥；水泥标号采用R42.5；一次注浆材料采用M30水泥砂浆，注浆压力0.8MPa左右，二次注浆采用水灰比0.5的纯水泥浆，注浆压力2.0～3.0MPa，在一次注浆浆体初凝后进行。

经过现场的抗拔静载试验，试验数据均满足设计要求。

4、结论

（1）静压抗拔管桩的抗拔承载力可通过经验公式、抗拔静载试验两种方式确定，一般在设计前期常采用经验公式来预估单桩竖向抗拔承载力。

（2）针对纯地库范围内的地下室抗浮设计，若持力层土质情况较好，可采用天然地基+抗拔锚杆的抗浮设计方案。

（3）抗拔锚杆的布置方式一般有集中点状布置、均匀面状布置两种方式。具体选择方式可根据地质情况及施工现场选择。

参考文献：