建筑理论与设计 论ＰＨＣ管桩在建筑基础中的抗拔设计与应用 摘要：本文以某综合建筑工程桩基设计为范例，阐述了在软土地质条件下的桩基设计选型、管桩抗拔验算与试桩等内容，并探 讨了ＰＨＣ营桩用于抗拔的建议，对复杂地区的桩基设计与施工具有较大的借鉴意义。 关键词：桩基设计；试桩；抗拨验算 ０引言 随着建筑业的快速发展，越来越多的新型材料与技术被应用到建筑工程 表２桩基计算结果 靠啦 蛀■ ｔ■持力■ ｔ型 ●粗冉曩ｔ力 ●ｔ拳单ｉｔｔ丹 ｔ越■量■ｊ （ｔ＊，ｍ） 曩■拄与■■■拄ｔ台 幢簟ｔ， 精鼙值／ｉＮ ｔ ＃札，” 乱皓土一 Ｈ 枷＾Ｂ １３０（２２ｍ） 设计与施工中，ＰＨＣ管桩就是其中之一。近年来，ＰＨＣ管桩凭借其单桩承载力 高、沉桩质量可靠、工程造价低、管桩施工速度快、工期短等优势得到了广泛 的利用。 １工程概况 某综合建筑项目总建筑面积约２．０万 ，主楼地上二层（局部六层），一层 地下室，钢筋混凝土框架部分主体高度２７ｍ，钢屋盖在空侧、陆侧均有悬挑， 向空侧倾斜，跨度７２ｍ，柱距２４ｍ，下弦高度约２１～３１ｍ。建筑总高度约３９ｍ，南 北向长２５２ｍ，东西向宽８０．６ｍ。 ２工程地质 拟建场地属冲积平原地貌。土层按其时代、成因及土的物理力学性质，可 分为１２个工程地质层，２１／ｊ＇－）ｔ￣质亚层。 场地地下水位较高，地下室需进行施工期和长期抗浮设计，抗浮设计水 位地勘建议为室外地坪标高下０．５ｍ。通过设置抗拔桩抗浮，黏性土抗拔系数 建议为０．７５，粉土抗拨系数为０．７０，粉砂抗拔系数为０．６５。 ３桩基设计 ３．１桩基方案 根据各柱的平面布置、荷载作用条件与受力特点以及施工条件与环境， 进行桩基设计，选用不同的桩型、桩径、桩长及桩端持力层。柱底组合内力的 大小根据上部结构布置情况差异较大，主要柱底组合内力标准值见表ｌ。 表１主要柱底组合内力标准值 主楼有地下部分 候机廊部分 主楼无地下部分 框架柱与 框架柱 框架柱 框架柱 框架柱与 柱位 屋盖钢柱、 与履盖 框架 与屋盖 框架 与匾盏 屋盖钢柱、 框架 雨篷联合 钢柱联 柱 钢柱联 柱 钢柱联 雨篷联合 柱 桩基 合桩基 台桩基 合桩基 桩基 』、『，ｋＮ ｌ４７４７ ｌ２５０７ ５２１４ ５９９９ ４３９３ ７７６５ ｌ５ｌ４４ ６９４２ Ｍ ／ｋＮ・ｍ ３０６９５ １０４６５ ｌ１５８ ６８６ ７４３２ ６７伽 ３ｌ８ Ｍ ／ｋＮ・ｍ ２６柏 １２０６ １４８５ ３４ ５３５ ６４１ ５７ ＰＨＣ管桩具有以下优点： （１）单桩承载力高。桩身混凝土强度高，可打人密实的砂层和强风化岩 层，因挤压作用，桩端承载力可比原状土质提高７０％～８０％，桩侧摩阻力提高 ２０％～４０％。 （２）沉桩质量可靠。工厂化、专业化、标准化生产，桩身质量可靠；运输吊 装方便，接桩快捷；机械化施工程度高，操作简单，易控制。 （３）工程造价便宜。ＰＨＣ管桩的单位承载力造价在诸多桩型中是较便宜 的一种。桩基每ｋＮ承载力平均造价之比近似为ＰＨＣ管桩：预制砼方桩：灌注桩 ＝１：１．５：２。 （４）管桩施工速度快、工效高、工期短。施工现场文明，成桩质量监测方 便。 二期工程工期紧，施工时采用静压沉桩方式对现有建筑楼的使用影响较 施工灌注桩小。此外考虑与一期工程的衔接，一期工程采用的桩型为管桩，为 二期设计提供了经验和参考，工程抗压桩主要选用管桩。 地下室部分基础采用承台＋防水板，进行抗浮设计，采用ＰＨＣ管桩为抗拔 桩，桩长１５ｍ，不接桩，桩端进入承台７００ｒａｍ，凿开桩头露出钢筋全部锚入承 台。桩基设计结果见表２。 ・２２・ 主蕾 ■ 枉 挂 乱缸土■ ＰＩ 瑚ＡＢｌ （２抽） Ｔ墙鞠 毫■ ￣ＩＩ４０４ＪＬ＂ｆ 枉纂柱与■■一挂置■ｔｔ音 ｃ窑｜ 曩帖土■ ￣Ｊ００．４１４ Ｏ．４１，Ｄ．口５ ±骶 ●●往与Ｕ●啦叠一一黛古挂■ 乱薯土■ ＩＩＺｌＩ￣４１４ Ｏ，Ｉ／Ｄ，．０５＂￣ 下■柑 蠢●性与■■锋酗ｌ量ｔ‘豆膏■一一牲 甄薯±■ ｐｌ ∞０＾Ｂ１３０（￣ ） 橇懂部分 ●摹拄 嚣■●■拄 吼牿±■ ＰＢＣ姗／ｔＢ１２５１２２ｍ）’＿ ３．２管桩抗拔验算 依据《预应力混凝土管桩基础技术规程》（ＤＧＪ３２，玎１０９—２０１０）计算各基 桩抗拔承载力，以ＰＨＣ５００ＡＢ１２５为例进行计算。 ３．２．１初设时基桩抗拔极限承栽力标准值 Ｔｕｋ＝Ｘ 。ｑ ｕｌ 。式中：ｕ为桩身周长；ｑ 为桩侧抗压极限侧阻力标准值； ｜为管桩抗拔摩 阻力折减系数。仅考虑上节桩长１５ｍ，基桩抗拔极限承载力标准值 ＰＨＣ５００ＡＢ１２５为８５０ｋＮ；ＰＨＣ６００ＡＢ１３０为１０４０ｋＮ。 ３．２．２工程管桩的抗拔承栽力确定 （１）根据管桩桩身结构强度，管桩要求严格不出现裂缝： ＮＩ≤ａ Ａｏ＝８８８ｋＮ 式中：Ｎ 为管桩单桩上拔力设计值； 为管桩混凝土有效预压应力，一 般为４—１０ＭＰａ；Ａｏ￣管桩截面换算面积。其中：Ａｏ＝Ａ＋（（Ｅｓ／Ｅｃ）一１）Ａｐ （２）根据管桩接桩连接处强度确定单桩抗拔承载力时，宜同时考虑机械 连接和焊接的连接强度。 焊接连接Ｎ１≤１／４叮ｒ（Ｄ１ 一Ｄ２２）ｆ ＝ｌ７３５ｋＮ 式中：Ｄ 为焊缝外径（ｍｍ）；Ｄ：为焊缝内径ｍｍ）；ｆ 为焊缝抗拉强度设计 值，取１７５ＭＰａ。 （３）根据预应力钢筋墩头抗拉强度确定单桩抗拔承载力。 ＮＩ≤０．９０ｆｒ，，Ａ￣９７２ｋＮ 式中： 为预应力钢筋抗拉强度设计值（ＭＰａ）；ＡＰ为预应力钢筋总截面面 积（ｍ ）。 （４）根据管腔内填芯微膨胀混凝土（ｃ４ｏ）确定单桩抗拔承载力。 直径５００ｒａｍ管桩填芯４０００ｍｍ，直径６００ｍｍ管桩填芯５０００ｒａｍ。 直径５００ｒａｍ管桩Ｎｌ≤Ｋ１ １ｒ ｄｌｆ，，．ｌ＝５０２ｋＮ 直径６００ｒａｍ管桩Ｎｌ≤Ｋｌ ｄｌｆＪ【＝８５４ｋＮ 式中：Ｋ，为经验系数取０．８；ｄ 为填芯混凝土直径（管桩内径，ｍｍ）；ｌ为填芯 混凝土长度（ｒａｍ）；ｆｎ为填芯混凝土与管桩内壁之间的粘结强度设计值，宜由 现场试验确定。当缺乏试验时，取ｃ４Ｏ微膨胀混凝土为０．２～０．４ＭＰａ。 管桩抗拔承载力设计值综合以上计算取最小值。桩径５００ｒａｍ取５００ｋＮ，桩 径６００ｍｍ取８５０ｋＮ。 ３．３试桩 本工程桩基设计等级为甲级，按照《建筑基桩检测技术规程》 ＪＧＪｌＯ６—２００３的要求，对直径５００及６００不同桩长的管桩针对竖向抗压、水平及 竖向抗拔承载力分别进行了试桩。单桩竖向抗压极限承载力共检测１８根；单 桩水平承载力共检￣ｔ］１２根；单桩竖向抗拔极限承载力共检测六根。试桩均采 用慢速维持载荷法。单桩竖向抗压及水平静载试验最大加载量为预估极限承 载力，单桩竖向抗拔静载试验考虑控制实际上拔力及桩在地下室高度范围内 土侧摩阻力，桩径５００ｒａｍ、桩长２８ｍ管桩的最大加载量为１３００ｋＮ。试验每级加 载量取最大加载量的１／１０，其中第一级取分级荷载的２倍，卸载时每级卸载量 为加载量的两倍，逐级等量卸载。 桩径５００ｒａｍ、长２２ｍ的单桩竖向极限承载力标准值设计取值为２２００ｋＮ，桩 水平极限承载力标准值取值为１７０ｋＮ，单桩竖向极限抗拔承载力标准值设计 取值为１０００ｋＮ。取试桩中的一个竖向抗压静载荷试验结果Ｑ—Ｓ（下转第２９页） 建筑理论与设计 ２ １开缝背栓式干挂石材幕墙 曙圜四圈ｌ 珊瑚瑚 哪恤枷 珊 哪 位和防止上跳脱钩。 裟 溜 裟哪 铝合金型材立柱及横梁，面板为３０ｒａｍ厚花岗岩，石材局部加安全无碱网 格布。不锈钢背栓连接，铝合金挂件，开缝不打胶。设计亮点： （１）全铝合金龙骨及螺栓连接设计：立柱、横梁均采用铝合金型材，立柱 与连接角码采用螺栓连接，横梁与立柱采用不锈钢螺栓连接，可避免现场焊 接引起龙骨的变形及力学性能的削弱。 （２）不锈钢背栓连接：石材板块采用不锈钢背栓连接，板块受力更均匀， （３）开缝式设计：板块之间开缝不打胶，避免了可能出现的环境污染问 题，且相邻两板块接缝部位设置了搭接余量，使面板外视效果整体、连续，还 起到很好的防水作用。 （４）施工重点难点 ①立柱、横梁采用铝合金连接芯套固定，而横梁为全闭口型材，施工安装 较麻烦。 大大提高了幕墙抗震性能和抗位移性能。施工时可以无序安装，加快施工进 度，并可对破损的和色差大的石材进行更换。 （３）石材板块错缝分布：石材板块横缝连续，竖缝错开，给人规整又不失 变化的视觉感。由于横梁位于立柱两侧，水平方向不贯通，石材挂件的排布会 与立柱的位置发生干涉。施工时建议横梁安装在立柱前端，方便错缝石材挂 件的排布，满足石材背栓受力的合理分布。 ２．２穿孔铝板幕墙 ②穿孔铝板面板在施工中要注意成品保护，板面不能有划痕、塌陷等缺陷。 ３商业街 商业街独特的设计在于铝合金格栅和遮阳百叶。 （１）铝合金格栅：格栅设有月牙形定位安装槽孔，底部设置不锈钢防鸟 铝合金型材龙骨，３ｍｍ厚穿孔铝板，铝合金挂件连接固定，开缝不打胶。 设计亮点如下： 与焊接在主体结构埋件上的钢套管连接固定。 （１）全铝合金龙骨系统：立柱、横梁均采用铝合金型材，横梁断面为全封 ４结语 闭形状，与立柱采用铝合金连接芯套固定，无焊接固定，施工绿色环保。 （２）铝合金挂钩连接固定：穿孔铝板采用焊栓与铝合金挂件连接固定，挂 综上所述，宜兴文化中心采用先进的幕墙系统，注重无焊接绿色施工，整 扣在横粱上的铝合金挂座上，上部挂座设置有调节螺钉和限位螺钉，可对穿 个设计科学、环保，符合社会可持续发展的趋势要求，也表明了我国大型公共 孔铝板面板进行微调，确保安装的精度和质量。同时限位螺钉对面板左右限 建筑设计和施工水平的提高。 网。格栅间距尺寸较小，建议将间距尺寸稍微加大，更美观实用。 （２）遮阳百叶：遮阳百叶呈展开的翅膀形状，翅膀一边短而平举，一边长 而斜翘，造型轻巧、飘逸。施工时注意钢管支撑骨架的安装，是通过对穿螺栓 ～一 ／ ／／ ｝ｌ ７（上接第２２页）曲线见图１；水平静载荷试验结果Ｈ—ｔ—Ｙ０曲线见图２；抗拔静载 抗拔力，设计采取通过调整桩数、增加配重及上节桩长，控制拔力等措施，保 荷试验结果ｕ一△曲线见图３。 证上节桩侧阻可满足抗拔要求，以保证桩接头的承载能力，控制管桩上拔力 标准值不大于３００ｋＮ。长期使用期间管桩上拔力标准值不大于１５０ｋＮ。设计时 加强上下节管桩与承台的连接构造，另要求保证施工质量。管桩桩身纵向钢 筋全部直接锚入承台，锚固长度不小于４５倍钢筋直径及ｌｍ。填芯混凝土内插 筋数量和长度通过计算确定。在工程使用中保证桩身不出现裂缝，设计要求 上部框架结构一层主体完成后方可停止降水。 本工程对ＰＨＣ管桩进行了试桩并满足设计要求，设计方案也进行了专家 评审。专家组认为该工程采用管桩用于抗拔，设计采用措施适当，有效控制了 上拔力，工程造价经济。但最终业主考虑到施工质量控制、施工图审查、管桩 生产厂家及施工周期等因素，为确保工程顺利实施，要求抗浮采用预制钢筋 混凝土方桩。 一 一 图１静载抗压Ｑ一曲线 图２静栽水平Ｈ—ｔ—ＹＯ曲线 根据试验结果，设计桩径 ５００ｍｍ、桩长２２ｍ的单桩竖向承载力 ４结语 综上，扩建工程场地条件复杂，根据受力特点以及施工条件，采取不同的 特征值Ｒａ取１１００ｋＮ，单桩水平承载 力特征值Ｒｈａ取８５ｋＮ，单桩抗拔承载 桩型、桩长，做到经济合理；ＰＨＣ管桩只有解决了机械连接方式后方可用作抗 力设计值结合计算Ｒｔａ取５００￣Ｎ。根据 拔桩。建议尽快出台用于抗拔的ＰＨＣ管桩机械连接方式，以方便设计与施工， 桩径５００ｒａｍ、６００ｍｍ的各项试验结 降低工程造价，使管桩的应用范围更加广泛。 果，承载力均可满足设计要求。 参考文献： ３．４ ＰＨＣ管桩用于抗拔建议 Ｏ ２６０ ３９ｏ ５２０６５０ ７胁９１０ＩＯ．ｏｌＩ７０Ｉ３００ 『１］ＩＧＩ９４－２００８，建筑桩基技术规范ｆｓ］． 二期工程先期采用预应力管桩 作为抗拔桩，设计严格控制单桩实际 『２］刘金砺，高文生，丘明兵．建筑桩基技术规范应用手册口 ．北京：中国建筑工 业出版社２００８． 图３静载抗拔ｕ一△曲线 （上接第２３页） （３）数控自动消防炮的适用性 数控自动消防炮是水系灭火系统的新成员，其主要特点是在火灾早期阶 ３结语 由于制浆造纸联合厂房以联合厂房形式出现时通常具有的超高超大的特 段即可实现自动报警，并自动控制消防炮扫描着火点，进行空间定位，定点扑 救灭火，做到“早发现早扑救”。并且仅对火灾区域喷洒灭火剂灭火，减少了对 无火灾区域的影响，从而更大程度地减少火灾造成的损失。 数控自动消防炮适用于高、大空间的火灾扑救，在高、大空间的火灾扑救 中比其它类型的灭火系统具有优势，主要表现为： １）空间自动定位功能：可以自动寻找起火源，根据探测到火源的位置，自 动调节参数，瞄准起火源喷水灭火。 点，建筑设计防火规范对其防火分区最大允许建筑面积设置也超出其它工业厂 房，其主动灭火功能方面的要求尤显突出，故其消防设计在灭火系统选择时应 根据其经济性、实用性、安全性、可靠性等多种因素综合考虑，谨慎合理选择。 参考文献： 『１］ＧＢ５００１６—２００６，建筑设计防火规范【ｓ】． ｆ２］ＧＢ５００８４—２００１（２００５，￣＆），自动喷水灭火系统设计规范［ｓ】 ￣１ＧＢ５０１４０—２００５，建筑灭火器配置设计规范ｆｓ１． 『４］ＧＢ５０３３８—２００３，固定消防炮灭火系统设计规范［ｓ］． ［５］ＱＢＪｌＯｌ一８８，制浆造纸厂设计规范【ｓ】 作者简介 ２）灭火效果不受高度影响：水炮由于水压大，射程远，水量集中，水流速度 快，从高空落下时几乎不损失，可以直接作用在燃烧物体的表面，扑灭火灾。 ３）安装简便，维护容易：由于水炮压力大，喷水距离远，喷射距离可以达 到５０ｍ以上，因此无需在高、大空间内部铺设大量的管道，因此安装简便，维 护容易，并且不影响高、大空间建筑的美观性。 晏令军（１９７４一），给排水工程师，注册公用设备工程师、国家一级建造师。 ’２９‘
