预应力混凝土管桩的受力分析及应用建议
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（1）当桩顶截桩时（图 2（a）），应将桩头预应力钢 筋锚入承台（锚固长度按混凝土规范公式 9.3.1-2 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，填芯长度不应小于 5D（D 为管桩外径。当 基桩承受较大拉力时，填芯长度不应小于 8D；当基桩不承 受拉力时，填芯长度可取 3D 及 1m 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公式 9.3.1-1 确定，且不宜 小于纵向钢筋直径的 40 倍。填芯混凝土应采用比承台混凝 土强度等级高一级的微膨胀混凝土，浇灌前应对管桩内壁进 行界面处理，其他做法可参考文[2]。
预应力混凝土管桩的受力特点
表1
序 情况
号
受力特点
应用分析
桩身采用高
1
抗压强度高
强混凝土
适用于作为受压桩
桩身采用预
具备作为抗拔桩的基本
2
抗拉承载力高，抗裂性能好
应力钢筋
条件
不适用于软土地基工
抗弯、抗剪能力较低、耐腐蚀 程、基桩承受地基土压
3 管壁较薄
能力差
力差较大的工程和处于
腐蚀环境的基桩
混凝土骨料分布不均匀，粗骨
适当长度的填芯钢筋混凝土，不仅可加强管桩与承台的 连接，同时还能强化管桩桩顶、提高管桩抗剪承载力。
（2）当桩顶不截桩时（图 2（b）），除应按上述设置 填芯钢筋混凝土外，还应在桩头端板焊接普通钢筋，并将其 锚入承台（锚固长度按混凝土规范公式 9.3.1-2 确定）。相 关做法可参考文[2]。 3.3.2 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
Building Structure
设计交流
预应力混凝土管桩的受力分析及应用建议
朱炳寅/中国建筑设计研究院
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（表 1）
We learn we go 7
设计交流
Building Structure
PHC 桩与实心桩的截面面积比
表2
桩外径 D/mm 300 400 500 500 550 550 600 600 800 1000
壁厚 t/mm 70 95 100 125 100 125 110 130 110 130
（1）应根据工程具体情况合理选用预应力混凝土管桩。 软土地区工程、深基坑工程、承受较大水平力的基桩、承受 抗拔力较大的基桩应避免采用预应力管桩，不宜采用预应力 混凝土薄壁管桩（PTC 桩）。
（2）预应力混凝土管桩应优先考虑作为抗压桩使用。 （3）设置适当长度的填芯钢筋混凝土，可提高预应力 混凝土管桩的抗剪能力，并强化预应力混凝土管桩与承台的 连接，确保连接有效。 （4）应重视“大震不倒”对地基基础的要求，预应力混 凝土管桩设计应留有适当的余地。
（a）桩顶不截桩
（b）桩顶截桩
图 1 管桩与承台的锚固失效示意
2.1.2 多节桩接头失效 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。
2.2 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
参考文献
[1] 国家建筑标准设计图集 03SG409 预应力混凝土管桩[M]. [2] 塘沽区高层建筑预应力混凝土管桩应用技术管理暂行规定[S]. 天津 市塘沽区建委（塘建委（2006）93 号）.
PHC 桩为例[1]，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 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Leabharlann Baidu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。
采用离心式 料较多地集中分布在管壁的外 填芯混凝土与管壁摩擦 4
生产工艺 侧，内侧粗骨料较少，内表面 力降低，抗拔性能差
光滑，摩擦系数降低
多节桩采用
焊接接头或
5
接头的耐腐蚀处理困难
机械快速接
头连接
受地下水的长期腐蚀， 易造成多节抗拔桩的接 头失效
管桩与承台
常导致桩与承台受拉锚
6
受多种因素影响，锚固效果差
面积比/% 71.6 72.4 64 64 59.5 70.3 59.9 67.9 47.4 45.2
3 采用预应力混凝土管桩的相应技术措施 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。此处结合文[2]对预应力混凝土管桩的应 用提出以下建议。 3.1 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。 3.2 预应力混凝土管桩应优先考虑作为抗压桩使用。 3.3 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 须采用时应采取下述可靠的结构措施。 3.3.1 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：
8 We learn we go
（a）桩顶截桩
（b）桩顶不截桩
图 2 保证桩头钢筋与承台有效锚固的措施
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）。 3.4 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。 3.5 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。 3.6 桩底持力层顶面起伏较大（＞5%）的地区，应慎用管桩。 3.7 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。 3.8 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。 4 结论
受拉锚固
固失效
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。 2.1 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。 2.1.1 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（图 1（a））， 直接在管桩顶面的端板上焊接普通钢筋并将其锚入承台，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（图 1（b）），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。
预应力混凝土管桩的受力特点
表1
序 情况
号
受力特点
应用分析
桩身采用高
1
抗压强度高
强混凝土
适用于作为受压桩
桩身采用预
具备作为抗拔桩的基本
2
抗拉承载力高，抗裂性能好
应力钢筋
条件
不适用于软土地基工
抗弯、抗剪能力较低、耐腐蚀 程、基桩承受地基土压
3 管壁较薄
能力差
力差较大的工程和处于
腐蚀环境的基桩
混凝土骨料分布不均匀，粗骨
适当长度的填芯钢筋混凝土，不仅可加强管桩与承台的 连接，同时还能强化管桩桩顶、提高管桩抗剪承载力。
（2）当桩顶不截桩时（图 2（b）），除应按上述设置 填芯钢筋混凝土外，还应在桩头端板焊接普通钢筋，并将其 锚入承台（锚固长度按混凝土规范公式 9.3.1-2 确定）。相 关做法可参考文[2]。 3.3.2 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
Building Structure
设计交流
预应力混凝土管桩的受力分析及应用建议
朱炳寅/中国建筑设计研究院
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（表 1）
We learn we go 7
设计交流
Building Structure
PHC 桩与实心桩的截面面积比
表2
桩外径 D/mm 300 400 500 500 550 550 600 600 800 1000
壁厚 t/mm 70 95 100 125 100 125 110 130 110 130
（1）应根据工程具体情况合理选用预应力混凝土管桩。 软土地区工程、深基坑工程、承受较大水平力的基桩、承受 抗拔力较大的基桩应避免采用预应力管桩，不宜采用预应力 混凝土薄壁管桩（PTC 桩）。
（2）预应力混凝土管桩应优先考虑作为抗压桩使用。 （3）设置适当长度的填芯钢筋混凝土，可提高预应力 混凝土管桩的抗剪能力，并强化预应力混凝土管桩与承台的 连接，确保连接有效。 （4）应重视“大震不倒”对地基基础的要求，预应力混 凝土管桩设计应留有适当的余地。
（a）桩顶不截桩
（b）桩顶截桩
图 1 管桩与承台的锚固失效示意
2.1.2 多节桩接头失效 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。
2.2 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
参考文献
[1] 国家建筑标准设计图集 03SG409 预应力混凝土管桩[M]. [2] 塘沽区高层建筑预应力混凝土管桩应用技术管理暂行规定[S]. 天津 市塘沽区建委（塘建委（2006）93 号）.
PHC 桩为例[1]，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 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Leabharlann Baidu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。
采用离心式 料较多地集中分布在管壁的外 填芯混凝土与管壁摩擦 4
生产工艺 侧，内侧粗骨料较少，内表面 力降低，抗拔性能差
光滑，摩擦系数降低
多节桩采用
焊接接头或
5
接头的耐腐蚀处理困难
机械快速接
头连接
受地下水的长期腐蚀， 易造成多节抗拔桩的接 头失效
管桩与承台
常导致桩与承台受拉锚
6
受多种因素影响，锚固效果差
面积比/% 71.6 72.4 64 64 59.5 70.3 59.9 67.9 47.4 45.2
3 采用预应力混凝土管桩的相应技术措施 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。此处结合文[2]对预应力混凝土管桩的应 用提出以下建议。 3.1 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。 3.2 预应力混凝土管桩应优先考虑作为抗压桩使用。 3.3 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 须采用时应采取下述可靠的结构措施。 3.3.1 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：
8 We learn we go
（a）桩顶截桩
（b）桩顶不截桩
图 2 保证桩头钢筋与承台有效锚固的措施
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）。 3.4 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。 3.5 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。 3.6 桩底持力层顶面起伏较大（＞5%）的地区，应慎用管桩。 3.7 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。 3.8 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。 4 结论
受拉锚固
固失效
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。 2.1 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。 2.1.1 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（图 1（a））， 直接在管桩顶面的端板上焊接普通钢筋并将其锚入承台，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（图 1（b）），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。