王 辉，乐金朝
（郑州大学环境与水利学院，河南 郑州 450001）
[摘要]针对某工程预应力管桩在抗拔静载试验过程中出现的破坏现象，从现场工程地质条件、试验方法及试验过程等方面深入分析破坏原因，结合现场情况提出相应处理措施后，试桩结果理想节省了造价，缩短了工期。
[关键词]预应力；预应力混凝土；管桩；抗拔桩；静载试验；承载力
[中图分类号]TU757.4[文章编号]1002-8498（2016）09-0074-03
预应力管桩具有构件质量可靠、桩身强度高、耐锤击，且施工快捷、造价相对较低等特点，因此其作为抗拔桩在工程中应用日益增多。阎怀文分析了预应力混凝土管桩在抗拔荷载作用下的受荷机理及轴力计算方法，得出预应力管桩完全可以作抗拔桩，起到抗拔和抗浮的作用。天津大学通过试验量化分析了将预应力管桩作为抗拔结构时的端板、墩头、焊缝及桩身的抗拔性能及破坏形式，通过理论分析提出了管桩用作抗拔桩设计的基本原则和控制节点。经大量工程经验表明，采用预应力管桩作为抗拔桩其综合造价比钻孔灌注桩节省20%~40%，因而大量的软土地层中也选用预应力管桩作为抗拔桩。朱陆明研究分析了预应力管桩抗拔作用破坏的原因，并提出了抗拔设计施工工艺等控制措施。但是，对我国东部沿海地区的海相软土而言，使用预应力管桩作为抗拔桩存在饱和砂土液化的现象，使预应力管桩抗拔承载力大大减小，这将直接影响到其承载力的确定，进而影响工程安全。本文以某工程预应力管桩抗拔静载试验中出现的破坏现象为例，详细分析成因并提出相应对策。
1 工程概况及场地地质条件
本工程位于浙江东部沿海某新区，由7栋高层商务办公楼组成。项目主体部分采用钻孔灌注桩作为承压桩，在纯地下室部位采用预应力管桩作为抗拔桩。根据勘察资料，场地地层主要为第四系海相及河流相沉积物，各土层力学参数如表1所示。软土层由③1层淤泥质粉质黏土、④1层淤泥质粉质黏土组成，其中③1层层底埋深27. 50~ 31. 10m，④，层层底埋深42.40~ 46.00m。该软土层均呈流塑状态，具有含水量高、孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低、灵敏度高、低渗透性等工程特性，长期受水浸泡，土质极差，稍受外力作用就会发生扰动、变形，且强度显著下降。
2抗拔静载试验
2.1试验方法
采用慢速维持荷载法，逐级等量加载。每级加载量取单桩竖向极限承载力的1/10，第1级加载取加载分级值的2倍。每级荷载施加后按第5，15，30，45，60min测读桩顶位移量，此后每隔30min测读1次。当每1h内桩顶位移量不超过0.1mm，并连续出现2次（从分级荷载施加后第30min开始，按1. 5h连续3次每30min的位移观测值计算），则认为位移已趋稳定，即可进行下一级加载。加载装置如图1所示。在抗拔静载试验前，对3根桩进行低应变检测，判断桩身的完整性，根据实测曲线分析，3根桩均无明显缺陷。
2.2试验桩
试验桩为3根AB型号预应力管桩（1号为PC600 AB-110-6、12a,2号为PC 600 AB-110-6、11a,3号为PC 600 AB-110-6、11a），桩径均为600mm，1号桩长18m，2，3号桩长17m，3根桩顶位于自然地面下约20mm，持力层均为2～3层砂质粉土。计算单桩竖向抗拔承载力特征值为540kN，静载试桩抗拔最大加载荷载为1100kN。
施工中对填芯、焊缝的连接强度等进行了严格控制，桩端全截面进持力层>1. 2m，各节桩之间焊缝连续饱满，冷却时间> 10min，填芯长度6m，抗拔钢筋锚固长度≥(40d +500) mm（d为抗拔钢筋直径）。桩头填芯混凝土强度等级为C40，掺微膨胀剂，填芯前对管桩内壁进行凿毛、清洗等界面处理以增加黏结力，且管桩桩顶按规范要求沿管桩圆周均匀设置6422钢筋，沉桩采用型号为DD83-8. 3T的柴油锤击打桩机，3桩垂直度偏差≤0.3%。
2.3试验结果
各桩的荷载-位移曲线如图2所示。从图中可知，当1号桩荷载施加到550kN并稳定后，上拔位移为10. 90mm。当荷载为660kN时，该桩上拔量急剧增加，超过90mm且上拔增量超过前级荷载的5倍。因此，取前一级荷载( 550kN)作为该桩的单桩竖向极限承载力建议值。当2号桩荷载施加到550kN并稳定后，其上拔位移为16. 78 mm。当荷载增至660kN时，其上拔量急剧增加，超过100mm且上拔增量超过前级荷载的5倍。因此，单桩竖向极限承载力建议值也取前级荷载( 550kN)。当3号桩加载至1100kN，上拔量达到相对稳定标准后，停止加载，其对应的上拔量为4. 97mm，卸载后测得回弹量为1.15 mm，回弹率为24. 0%，则该桩的单桩竖向极限承载力建议值取为1100kN。对比3根桩的荷载-位移曲线并结合其承载力设计值可知，只有3号桩的抗拔承载力满足要求。此外，通过观察可知在试验过程中1，2号桩均被明显拔出，可以认为达到破坏状态，但通过低应变检测可知3根桩桩身完整，均无明显缺陷。
3原因分析与对策
3.1原因分析
本次试验桩身范围内为稍密到密实的砂质粉土，根据土性、密实程度及原位的静力触探指标等综合判断，岩土勘察报告提供的桩侧摩阻力值是合理的。抗拔系数取值为0.7亦能满足规范的取值要求。本工程抗拔桩有效桩长仅为12m，桩长较短，根据已有工程实践，存在短桩抗拔桩抗拔系数略偏小的现象，但不至于造成本次试桩如此大的差距。
试桩场地地下水位高，尤其是施工期间恰逢雨季，桩埋深较浅，试桩地层①2层黏质粉土呈饱和松散状，②层砂质粉土呈饱和稍密~密实状不等，上述粉土具有原位结构性，渗透性为一般至偏好。但是，试桩施工时采用较重锤高落距锤击工艺，且单桩锤击数分别为621，512，553击不等，在重锤反复的振动荷载作用下，破坏了粉土原位结构强度，对桩周粉土产生工程振动液化，管桩底端（开口桩靴）处未能产生有效“土塞”效应，导致桩侧摩阻大幅降低且在较短时间内难以恢复，进而影响抗拔承载力。
3.2对策
1)在场地适当位置另行增设3根抗拔桩进行静载试验，试桩施工采取合理的施工方法。采用静压法施工对于减小土体的扰动有好处，但考虑本场地砂性土较厚，静压施工难度较大，本工程仍采用锤击法施工，且采用穿透条件更好的钢桩靴，减小桩的锤击数及对土体的扰动，同时采用合适的锤垫，减少对桩身的影响。在另行增设的至少3组静力抗拔试桩周边各增补1个双桥静力触探孔测试；在已完成1，2，3号抗拔试桩周围各增补2个双桥静力触探测试，双桥静力触探测试前应做好事先率定。
2)调整预应力管桩的型号。本场地砂层较厚，试桩锤击数普遍超过500击，为提高桩身强度，减小锤击对桩身影响，将当前预应力混凝土管桩( PC)调整为预应力高强混凝土管桩
( PHC)。
3)需考虑抗拔系数折减。详勘资料提供的①2层、②层粉土基桩抗拔系数0.7稍偏大，本工程抗拔桩有效桩长仅为12m，桩长较短。根据已有工程实践，存在短桩效应，抗拔系数取0. 65，计算单桩竖向抗拔承载力特征值为500kN，静载试桩抗拔最大加载荷载1000kN。
4)试桩施工前及施工过程中应排除试桩附近地面的积水，且在试桩附近自然地面以下10m采取井点降水，以消散孔隙水压力。试桩抗拔承载力静载试验的休止期≥28d。
4 结语
本项目采取了上述对策后，沉桩完成后休止30d，重新进行静载抗拔试验，试桩结果较为理想，单桩竖向极限承载力均达到1000kN，为工程节省了造价，缩短了工期。
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