概述
靜壓法沉樁是通過靜力壓樁機的壓樁機構,以壓樁機自重和樁機上的配重作反力而將預制鋼筋混凝土樁分節(jié)壓入地基土層中成樁。其特點是:施工無噪聲、無振動、無污染;沉樁采用全液壓夾持樁身向下施加壓力,可避免錘擊應力,打碎樁頭;效率高,施工速度快;可預估和驗證單樁承載力,施工安全可靠,便于拆裝維修,運輸?shù)取5嬖趬簶对O備較笨重,要求邊樁中心到已有建筑物間距較大,壓樁力受一定限制,擠土效應仍然存在等問題。
目前管樁基礎90%以上是承受壓力為主的承壓樁,抗拔樁的數(shù)量不到總應用量的10%。但抗拔管樁只要在質量保證的前提下,會顯示出其施工方便、工期短、造價便宜等許多優(yōu)點,管樁的抗拔應用仍成發(fā)展趨勢。
一、影響抗拔承載力的因素
與抗壓承載力相比,預應力混凝土管樁的抗拉承載力顯得復雜一些,影響因素歸納起來有以下幾點:
(1)抗拔計算時樁端阻力不起作用,樁側阻力因為要乘以抗拔系數(shù)也要折減,因此抗拔承載力比抗壓承載力小很多。
(2)預應力管樁的工作環(huán)境是二類,應進行樁的抗裂驗算。
(3)作為軸心受拉構件,應進行正截面的受拉承載力計算。
(4)接頭是樁的薄弱環(huán)節(jié),防腐處理也比較困難,樁接頭焊縫抗拉承載力如何考慮也是影響抗拔承載力的重要因素。
(5)樁與承臺之間的連接直接影響樁的抗拔承載力。
二、抗拔管樁豎向抗拔承載力特征值
其確定方法有以下3種:通過現(xiàn)場豎向抗拔靜載試驗確定;通過經(jīng)驗公式進行計算;通過高應變動測法進行估算。
1.通過現(xiàn)場抗拔靜載試驗確定
通過現(xiàn)場抗拔靜載試驗確定是相對穩(wěn)妥的一重要途徑,《建筑樁基檢測技術規(guī)范》JGJ106-2003中有明確規(guī)定,可按要求進行操作。
2.通過經(jīng)驗公式進行計算
由于《建筑樁基技術規(guī)范》(JGJ94-2008)和《建筑地基基礎設計規(guī)范》(GB50007-2002)對于樁基承受拔力時的承載力計算,只有當樁周土體破壞時的承載力計算公式,沒有規(guī)定樁身抗拉承載力的計算方法。
單樁豎向抗拔承載力特征值計算,參照廣東省《錘擊式預應力混凝土管樁基礎技術規(guī)程》推薦如下經(jīng)驗公式:
式中,——單樁豎向抗拔承載力特征值;
——管樁樁身外周長;
——抗拔摩阻力折減系數(shù),可按表2取值;
——管樁第i層土(巖)的側阻力修正系數(shù)值;
——管樁第i層土(巖)的側阻力特征值;
——管樁穿越第i層土(巖)的厚度;
——管樁自重,對地下水位以下部分應扣除水的浮力。
抗拔摩阻力折減系數(shù)
土類 值
砂土 0.50~0.70
黏性土、粉土 0.70~0.80
注:樁長l與樁徑d之比小于20時,λ取小值。
3.通過高應變動測法進行估算。
高應變動測法可以測出承壓樁的豎向抗壓極限承載力,還可以提供樁側摩阻力和樁端阻力值等數(shù)據(jù)與信息。從理論上講,承壓樁的樁側摩阻力乘以抗拔摩阻力折減系數(shù)就是抗拔樁的抗拔承載力,為安全計,可以取較小值,如0.5~0.60。
三、抗拔管樁樁身抗拉強度的計算
1.抗拔管樁樁身抗拉強度計算公式
抗拔管樁樁身抗拉強度有以下3種計算模式:
(1)按樁身不出現(xiàn)拉應力為控制條件;
(2)按樁身不出現(xiàn)裂縫為控制條件;
(3)按樁身裂縫小于0.2mm為控制條件。
廣東規(guī)程采用上述第(1)種計算模式,要求抗拔管樁受力后樁身混凝土不出現(xiàn)拉應力;同時,忽略預應力鋼筋的抗拉作用。其計算公式:
≤
式中,——樁身豎向抗拉承載力設計值;
——管樁混凝土有效預壓應力值;
A——管樁截面面積。
對于一些臨時性建筑的抗拔管樁,也可按上述第(2)種計算模式即樁身不出現(xiàn)裂縫為控制條件來進行計算:
≤
式中,——樁身混凝土抗拉強度設計值,C80混凝土的=2.22MPa。
2.管樁混凝土有效預壓應力值的計算
國家標準《先張法預應力混凝土管樁》GB13476-2009所推薦的計算方法為管樁混凝土有效預壓應力與混凝土的彈性變形、混凝土的徐變、混凝土的收縮和預應力鋼筋的松弛等有關,其計算方法如下。
①預應力放張后預應力鋼筋的拉應力(N/mm2)
…………………(1.2.2-1)
式中:——預應力鋼筋的初始張拉應力,單位為牛每平方毫米(N/mm2),=0.7;
——預應力鋼筋的抗拉強度,單位為牛每平方毫米(N/mm2);
——預應力鋼筋的橫截面積,單位為平方毫米(mm2);
——管樁混凝土的橫截面積,單位為平方毫米(mm2);
n′——預應力鋼筋的彈性模量與放張時混凝土的彈性模量之比。
②混凝土的徐變及混凝土的收縮引起的預應力鋼筋拉應力損失(N/mm2)
……………………(1.2.2-2)
式中:——放張后混凝土的預壓應力,N/mm2;
………………………(1.2.2-3)
n——預應力鋼筋的彈性模量與管樁混凝土的彈性模量之比;
——混凝土的徐變系數(shù),取2.0;
——混凝土的收縮率,取1.5×10-4;
——預應力鋼筋的彈性模量,N/mm2。
③預應力鋼筋因松弛引起的拉應力的損失(N/mm2)
……………………(1.2.2-4)
式中:——預應力鋼筋的松弛系數(shù),取2.5%。
④預應力鋼筋的有效拉應力(N/mm2)
……………………(1.2.2-5)
⑤管樁混凝土的有效預壓應力(N/mm2)
……………………(1.2.2-6)
3.管樁樁身結構對應的單樁豎向抗拉承載力最大特征值的計算
樁豎向抗拉承載力最大特征值。
≈
=
式中,n——預應力鋼筋數(shù)量;
——單撤預應力鋼筋的公稱截面面積。
四、靜壓管樁終壓力
對于端承摩擦樁或摩擦端承樁,按終壓力值進行控制:
①對于樁長大于21m的端承摩擦樁,終壓力值一般取樁的設計極限承載力。當樁周土為粘性土且靈敏度較高時,終壓力可按設計極限承載力的0.8~0.9倍取值;
②當樁長小于21m,而大于14m時,終壓力按設計極限承載力的1.1~1.4倍取值;或樁的設計極限承載力取終壓力值的0.7~0.9倍;
③當樁長小于14m時,終壓力按設計極限承載力的1.4~1.6倍取值;或設計極限承載力取終壓力值0.6~0.7倍,其中對于小于8m的超短樁,按0.6倍取值。
參考文獻:
[1]GB50007-2002,建筑地基基礎設計規(guī)范.
[2]GB13476—2009先張法預應力混凝土管樁.
[3]GB50010-2002,混凝土結構設計規(guī)范.
[4]JGJ106-2003建筑樁基檢測技術規(guī)范.
[5]03SG409及10G409預應力混凝土管樁.
[6]DJ/T15-22-2008廣東省《錘擊式預應力混凝土管樁基礎技術規(guī)程》及王離的《抗拔管樁的承載力及結構構造》.
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