1工程概況
該工程位于市區(qū)，其地下汽車庫為全埋式地下汽車庫，工程剖面見圖1，結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土梁板式樓蓋體系。地下室底板面標(biāo)高-6.0m，頂板面標(biāo)高-2.7m，覆土面標(biāo)高-1.5m，覆土厚度為1.2m。土層情況見表1。場(chǎng)地淺層地下室為孔隙潛水，補(bǔ)給源主要為大氣降水，勘察期間測(cè)得鉆孔穩(wěn)定水位埋深在地下0.5～1.0m之間。
表1土層情況
土層 層厚(m) 其他性狀
①雜填土 0.5～1.2 —
?、谡惩?span id="mcqwucq" class="Apple-tab-span" style="white-space:pre"> 0.7～1.4 軟塑，飽和
?、塾倌?span id="u66oei6" class="Apple-tab-span" style="white-space:pre"> 18.2～28.4 流塑，飽和
?、苷惩?span id="6c6i6us" class="Apple-tab-span" style="white-space:pre"> 3.2～4.7 可塑，飽和
?、莘圪|(zhì)粘土 15.2～18.7 可塑，中等壓縮性，w0=30.1%，e0=0.944
2抗浮整體設(shè)計(jì)計(jì)算
2.1抗浮工況
結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗浮分析計(jì)算時(shí)，考慮了三種工況：
2.1.1施工階段
車庫頂板已施工完成，覆土尚未回填，要求在施工階段采取可靠的降排水措施，設(shè)計(jì)不考慮施工階段的浮力作用；
2.1.2使用階段
考慮常年穩(wěn)定水位下地下水的浮力作用，以地表下0.5m作為抗浮計(jì)算水位，抗浮系數(shù)采用1.2；
2.1.3漫水工況
考慮使用階段短時(shí)水位超過室外地面，抗浮系數(shù)取1.1。
2.2抗浮方案
圖1地下室剖面示意圖圖2管樁接樁示意圖
結(jié)合工程實(shí)際、當(dāng)?shù)毓┴浨闆r、施工水平和甲方對(duì)工期的要求，設(shè)計(jì)時(shí)比較了鉆孔灌注樁和先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁作為抗拔樁的方案，預(yù)應(yīng)力管樁方案具有以下優(yōu)點(diǎn)：承載力高，根據(jù)巖土勘察報(bào)告，管樁qsia要比鉆孔灌注樁高20%～30%；經(jīng)濟(jì)性好，根據(jù)樁基施工單位報(bào)價(jià)，當(dāng)?shù)?phi;500鉆孔灌注樁造價(jià)為176元/m，而B600110管樁為153元/m；由于管樁為預(yù)制樁，材料供貨方便，施工速度快；正常使用極限狀態(tài)下管樁混凝土為壓應(yīng)力或零應(yīng)力，工作狀況合理，充分利用了管樁的預(yù)應(yīng)力優(yōu)勢(shì)。因此確定預(yù)應(yīng)力管樁作為工程的抗拔樁。
3抗拔樁設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)選用B600110樁型，由于在枯水工況下樁須承受壓力作用，故選用層⑤粉質(zhì)粘土作為樁端持力層，設(shè)計(jì)樁長為36m。管樁作為抗拔樁使用時(shí)，設(shè)計(jì)計(jì)算應(yīng)從以下幾方面確定單樁豎向抗拔承載力特征值。
3.1樁身抗拉強(qiáng)度
驗(yàn)算樁身抗拉強(qiáng)度時(shí)荷載效應(yīng)采用基本組合Qc，樁身僅考慮預(yù)應(yīng)力，不計(jì)算混凝土抗拉應(yīng)力：
Qc≤σpcA0(1)
式中：Qc為相應(yīng)于荷載效應(yīng)基本組合時(shí)的單樁豎向力設(shè)計(jì)值；σpc為管樁混凝土有效預(yù)壓應(yīng)力，σpc=4.1Mpa；A0為樁身換算橫截面面，A0=An+(Es/Ec-1)Ap。經(jīng)計(jì)算，設(shè)計(jì)應(yīng)滿足Qc≤527kN。
3.2管樁連接構(gòu)件的強(qiáng)度驗(yàn)算
3.2.1焊縫強(qiáng)度驗(yàn)算
由于焊縫是采用未焊透的對(duì)接焊縫，且考慮現(xiàn)場(chǎng)焊縫質(zhì)量達(dá)不到二級(jí)要求和端板受力偏心的影響，焊縫抗拉強(qiáng)度的設(shè)計(jì)值取為170Mpa。具體的焊縫強(qiáng)度驗(yàn)算如下：
Nl≤1/4π(Dl2-D22)ftw=0.25×3.14×(5982-5762)×170=3448kN
式中：Dl———焊縫外徑，取Dl=D-2(mm)；
D2———焊縫內(nèi)徑，取Dl=D-24(mm)；ft
w———焊縫抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。
從焊縫驗(yàn)算中可以看出，如果焊縫質(zhì)量可以保證，則端板焊縫強(qiáng)度遠(yuǎn)大于樁身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。但是在實(shí)際的工程中發(fā)現(xiàn)，由于施工質(zhì)量的問題，焊縫處發(fā)生質(zhì)量事故的幾率很大。
因此，本工程設(shè)計(jì)中為確保端板連接的焊接質(zhì)量，要求施工單位必須嚴(yán)格按照相應(yīng)規(guī)范進(jìn)行焊接施工。另外，設(shè)計(jì)明確要求對(duì)試樁接頭的焊縫質(zhì)量進(jìn)行探傷檢查。
3.2.2墩頭抗拉強(qiáng)度驗(yàn)算
管樁做抗拔樁的靜荷載試驗(yàn)中，預(yù)應(yīng)力筋墩頭被拉斷的情況時(shí)有發(fā)生。墩頭折減系數(shù)可按有關(guān)規(guī)范取0.92，鋼棒墩頭抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為：
N≤fpy×Ap=0.92×1420×0.85/1.2×18×3.14×10.72/4=1378kN
上式?jīng)]有考慮管樁兩端6φ22×400非預(yù)應(yīng)力錨筋的有利因素。另外，由于管樁采用先張法施加預(yù)應(yīng)力，因而單節(jié)樁的預(yù)應(yīng)力筋與端板的整體連接強(qiáng)度在管樁制作過程中都已得到檢驗(yàn)。理論上講，只要管樁制作時(shí)預(yù)應(yīng)力張拉到位，構(gòu)件的整體連接強(qiáng)度應(yīng)該是可靠的。
3.2.3孔口端板抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算
孔口最薄弱處為端板上預(yù)應(yīng)力鋼棒錨固孔臺(tái)階易產(chǎn)生沖切破壞。上海管樁圖集取ts=19mm，端板孔口抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值驗(yàn)算如下：
N
18×3.14×(12+20)/2×[19-(9.5+6)/2]×120=1221kN
試樁采取加厚端板的方法，來提高端板孔口抗剪強(qiáng)度。端板厚度ts=30mm，相應(yīng)的抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為2416kN。
3.2.4端板抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算
在管樁抗拔靜荷載試驗(yàn)中，一般是采用混凝土填芯以及填芯內(nèi)的插筋來傳遞上拔力，但在擬定加載量不大時(shí)為了節(jié)省費(fèi)用或工期緊迫，有時(shí)采取在端板直接焊接上引鋼筋傳遞上拔力。為使上拔力均勻傳遞至端板，宜增加一過渡段，先將圓鋼柱筒與管樁端板T形對(duì)接焊透，再將上引鋼筋焊接在圓鋼柱筒上，如圖3所示。
圖3端板與圓鋼柱筒、上引鋼筋連接詳圖
將預(yù)應(yīng)力筋的拉力連續(xù)化后的端板作為一懸臂板計(jì)算。端板受彎強(qiáng)度驗(yàn)算如下：
M/W≤f
式中：M———彎矩；
W———抗彎截面模量；
f———Q235強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。
經(jīng)計(jì)算可知：端板最大受拉承載力設(shè)計(jì)值為1320kN。
雖然在端板上先焊接圓鋼柱筒后焊上引鋼筋的做法要比直接焊接鋼筋荷載傳遞均勻，但是仍然會(huì)產(chǎn)生一定的偏心力，端板仍然是一偏心受拉構(gòu)件。為了保證樁承受軸心拉力，可對(duì)節(jié)點(diǎn)采取下面改進(jìn)措施，在端板沿徑向焊接100×(100—600)×8立起的梯形鋼板，立板上焊上引鋼筋傳遞上拔力。
3.3填芯混凝土的抗拔驗(yàn)算
抗拔靜荷載試驗(yàn)一般用微膨脹混凝土填芯內(nèi)插鋼筋的做法傳遞上拔力。建議的方法計(jì)算填芯黏結(jié)力。N=kπDLft
式中：N———填芯黏結(jié)力設(shè)計(jì)值，kN；
D———填芯直徑(管樁內(nèi)徑)；
L———填芯高度；
ft———填芯混凝土抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，Mpa；
k———平均黏結(jié)剪應(yīng)力系數(shù)。
對(duì)于比較光滑的黏結(jié)面，建議：k=0.45～0.56；文獻(xiàn)[1]3組試件的下限值為k=0.53。
驗(yàn)算取k=0.45，同時(shí)考慮到管樁內(nèi)壁實(shí)際上是比較粗糙的，取k=0.45是偏于安全的。以B600110管樁為例，填芯采用C35微膨脹混凝土，填芯高度3m時(shí)，黏結(jié)力約為2530kN。填芯內(nèi)插12φ22HRB335，鋼筋錨固長度滿足混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范要求，末端熔透于直徑370mm，厚5mm的圓形托板上。按照相關(guān)樁基檢測(cè)規(guī)范的要求，試驗(yàn)最大上拔力不得超過受拉鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的0.9倍或設(shè)計(jì)值，計(jì)算出鋼筋所能提供的最大加載量1368kN。
3.4根據(jù)地質(zhì)資料確定地基土對(duì)管樁的承載力
RaL=UpΣλiqsiali+Gpk(3)
式中：Up為樁身周長；RaL為抗拔承載力特征值；λi為土層抗拔系數(shù)，取0.7；li為土層厚度；Gpk為單樁自重標(biāo)準(zhǔn)值，扣除浮力。
根據(jù)式(3)可得RaL為260kN，與此對(duì)應(yīng)的基本組合Qc為310kN，滿足式(1)，(2)，設(shè)計(jì)取RaL=260kN。
3.5樁端與承臺(tái)連接
樁端伸入承臺(tái)長度滿足設(shè)計(jì)要求，且不需要鑿樁時(shí)按圖4(a)連接，需要鑿樁時(shí)按圖4(b)連接。
3.5.1L1須滿足樁抗拔承載力通過填芯混凝土與管樁內(nèi)壁粘結(jié)力的傳遞：
RaL≤ψπD2L1ft(4)
式中：D2為管樁內(nèi)徑，取300mm；ft為混凝土抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，取1143kN/mm2；ψ為粘結(jié)系數(shù)，取0.3。求得L1≥800mm。
圖4管樁與承臺(tái)的連接示意圖
由于鑿樁使管樁端板對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼筋的錨固受破壞，在鑿樁段預(yù)應(yīng)力未充分傳遞，故建議L1應(yīng)不小于預(yù)應(yīng)力鋼筋錨固長度，并依據(jù)有關(guān)規(guī)定取L1=3000mm。
3.5.2L2應(yīng)滿足受拉鋼筋的錨固長度要求，并依據(jù)有關(guān)規(guī)定取L2=40d。
管樁墩頭預(yù)應(yīng)力筋與端板的連接強(qiáng)度由廠家根據(jù)試驗(yàn)確定，當(dāng)管樁作為抗拔樁使用時(shí)，在設(shè)計(jì)文件中須提出連接強(qiáng)度不小于樁身抗拉強(qiáng)度的要求。
4靜荷載試驗(yàn)與結(jié)果
試樁采用的上海管樁圖集B60011033m管樁，端板厚度30mm。微膨脹劑摻量取為15%，填芯混凝土內(nèi)箍筋采用螺旋箍φ8@200。同時(shí)，采取減小端板內(nèi)徑的方法，內(nèi)徑380mm減小至360mm，確保混凝土填芯的抗拔強(qiáng)度。
雖然填芯黏結(jié)力約為2530kN，超過2400kN的最大加載量。但是12φ22HRB335只允許提供1368kN的上拔力。同時(shí)內(nèi)插鋼筋數(shù)量不宜增多，否則鋼筋過密會(huì)導(dǎo)致靜荷載試驗(yàn)橫梁安裝困難。
所以采取混凝土填芯內(nèi)插鋼筋與端板焊接圓鋼鋼柱筒兩種方式聯(lián)合傳遞上拔力的方法。為確保上、中節(jié)樁接樁間上拔力的可靠傳遞，管樁上、中段連接節(jié)點(diǎn)處用6塊270mm×80mm×8mm的鋼板將上、中段樁焊接起來，并將接頭處的鋼套箍壁厚度由2.3mm改為8mm。靜荷載試驗(yàn)結(jié)果表明：4組抗拔樁在2400kN荷載作用下，管樁連接節(jié)點(diǎn)均能滿足抗拔承載力的要求，且均未達(dá)到土體的破壞。
5結(jié)語
在抗拔樁設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)工程具體情況采用不同的樁型。采用標(biāo)準(zhǔn)圖集時(shí)，應(yīng)注意樁受拉力的特點(diǎn)，驗(yàn)算樁身強(qiáng)度、抗裂、樁頂節(jié)點(diǎn)和接樁節(jié)點(diǎn)，滿足樁承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)下的設(shè)計(jì)要求，確保樁可靠傳遞拉力，保證工程質(zhì)量。
參考文獻(xiàn)：
[1]張忠.預(yù)應(yīng)力混凝土管樁填芯混凝土抗拔試驗(yàn)研究及理論分析[D].合肥工業(yè)大學(xué)，2006.
[2]先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)程(DB33P1016—2004)[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2004.
成功提示
錯(cuò)誤提示
警告提示
評(píng)論 （0）