增强型预应力混凝土离心桩做抗拔桩的工程应用.pdf

第 4 0卷 第 9期 2 0 1 3年 9月 建筑技术开发 Bui l di ng Te c hn i q u e De v e l o pme n t Vo ! 40， No 9 S e p 201 3 增强型预应力混凝土离心桩 做 抗 拔 桩 的工 程 应 用 俞 剑龙孙旋孙静 ( 杭 州市建筑设计研 究院有限公 司， 杭 州 3 1 0 0 0 1 ) 摘要 结 合海盐庆盛名邸工程实例 ， 介 绍增强型预应力混凝 土离心桩 做为抗 拔桩 的设计要 点、 承载力 的确 定 、 以及 采取构造措施用以满足新规范提 出的要求 。由于它施工 工艺简单 易行 ， 施工 速度快 ， 成桩质 量容易 控制 ， 环 境 影响较小 、 经济效益 明显 ， 故值得推广和应用 。 关键词 桩基础 ； 抗拔桩 ； 增强型预应力混凝土离心桩 中图分类号 T U 4 7 3 1 文献标志码 B 文章 编号 1 0 0 1 5 2 3 X( 2 0 1 3 ) 0 9 0 0 2 1 0 4 增强型预应力混凝土离心桩是在传统管桩的基 础上进行优化改 良， 外壁增加数条纵向肋和环向肋 ， 摒弃了光圆管桩两端 的端板采 用连接装 置进行替 代。它在施工接桩时， 无需 电焊焊接 ， 采用直插扣接 的方式进行连接 ， 避免 了雨雪天气焊缝未充足冷却 而 遇水 脆 断造成 的连 接 问题 保 证 施 工 质 量 ； 同时 在 接 桩端 面安 放密 封材 料 ， 隔断水 与 连接件 的接触 ， 提 高 耐久 性 。 1工 程概况 本工程地处海盐县武原镇 ， 北靠环城南路， 南接 规划道路 ， 西临楞港路 ， 东 临曲秀路 ， 该工程用地约 4 9 2 1 6 m ， 地上建筑面积为 9 7 9 6 8 m ， 地下建筑面 积 为 3 9 9 0 0 m 。该 地块 内共有 5栋 幢六层 的多层 、 8栋高层住宅及 东临 曲秀路为 2栋二 层沿街商 业 房 ， 整个 场地设 一层 地 下 室 。地 下 室 为 全埋 式 地 下 室 ， 采用钢筋混凝土梁板式楼盖体系。地下室底板 面标高为 一 5 2 0 0 m， 顶板面标高为 一1 3 0 0 m， 覆土 面标高为 一 0 3 0 0 m， 覆土厚度为 1 0 m。地下水埋 藏深度为 0 71 2 m， 属于潜水类型。场地地下水 位主要受大气降水补给， 且受季节性雨季及周 围河 道 水位 的影 响 。 地下 室抗浮设 计 中 ， 按 两个 工况 进行 考 虑 ： 1 ) 施 工状态： 地下室盖板施工完成 ， 覆土未完成， 需要采用 基坑降水来保证地下室抗浮或者保证施工期间地下 室内外水流通畅； 2 ) 正常使用状态 ： 根据地质报告及 周 围场地道路的标 高， 抗浮水位根据室外地坪以下 0 5 m标高进行取值。根据地基规范要求 ： 建筑物 自 重及压重之和 比上浮力作用值不小于 1 0 5 。 场地地质勘察报告提供的地基土物理力学指标 设计参数如下表 1所示。 地基土物理力学指标设计参数 预制桩 钻孔灌注桩 土层 层厚 m 性状 桩周土摩 阻力 桩周土摩阻力 1 素填 土 O 4一1 3 软塑 饱和 2 粉质粘土 O 5 2 9 可塑 一软塑 饱 和 1 2 1 0 3 一l 淤泥质粉质粘土 5 21 O 硫塑 饱 和 8 7 3 2 粉土夹粉质粘土 8 8 2 1 3 稍密 很湿 2 1 1 7 5 淤泥质粉质粘土 1 41 3 7 软塑 饱 和 1 5 l 2 6 粉质粘土夹粉土 1 9一l 1 9 稍密 很湿 3 0 2 2 7 一 l 粘 土 2 71 8 可塑 软塑 饱和 2 5 2 0 7 2 粉质粘土 3 7一l 7 5 可塑 硬塑 饱 和 3 3 2 5 收稿 日期 ： 2 0 1 30 61 5 作者简介 ： 俞 剑龙( 1 9 8 1 一 ) ， 男 ， 浙江金华人 ， 本科学历 ， 国家一级注册 结构工程师 ， 现从 事结构设计。 2 增强型预应力混凝土离心桩做为抗拔桩的设计 设计选用 TP HCA B 5 0 04 6 0( 1 1 0) ， 同时 考虑桩在 枯水期 和丰水 期所受 的抗拔 抗压作 用 ， 21 第 9期 俞剑 龙 ， 等 ： 增 强型预应 力混凝 土 离心桩做抗拔桩的 工程应 用 第 4 0卷 结合 地 质勘 察报 告 ， 选 用 桩 尖进 入 71号或 72 号 做 持力 层 ， 设 计 有 效 桩 长 为 3 8 m。抗 拔 桩 设 计 中按 以下几 个方 面 确定 单 桩 竖 向抗拔 承 载 力 特 征 值 。 2 1 根 据地 质勘 察报 告确 定抗拔 桩 的承载 力 承受 抗 拔力 的桩基 ， 应按 下 列 公式 验 算基 桩 的 抗 拔 承载力 ： k k 2+G 。 ( 11 ) 式中： 一按 荷载效应 标准组合 计算 的基桩 拔力 ； 一 基 桩 的抗 拔极 限承载力 标准 值 G 一 基桩 自重 ， 地下 水位 以下 取 浮重度 基桩 的抗 拔极 限承 载力标 准值 按下 式计算 ： k= A iq ， M i ( 1 2 ) 式中 一基桩抗拔极限承载力标准值 u 一 桩 身周长 q 。 。 一桩侧表面第 i 层土抗压极限侧阻力 标 准值 ； A 一 抗 拔 系数 ， 粘 性 土 、 粉 土 0 70 8 ( 桩长 与桩 径 d之 比小 于 2 0时 ， 入 取小值 ) 根据式( 11 ) 、 ( 1 2 ) 求得 ： 6 5 0 k N 对 于设 计 等 级 为 甲级 和 乙级 的建 筑 桩基 ， 基 桩 的抗拔极 限承载 力还 应通 过现 场单桩 上拔 静载 荷试 验 最终 确定 。 2 2基 桩 的抗拔 极 限承 载力 的确定 1 ) 根据 桩身 结构强 度 确定 Nl 。A ( 21 ) 式 中： ， 一增强型离心桩桩身结构所受上拔力 设计 值 。 。 一 增 强 型离 心桩 桩身 混凝 土 有效 预压 应 力 ( 本工 程 中 。 = 5 8 1 MP a ) ； A 一增 强 型离 心桩桩 身横 截面 面积 。 根据式 ( 21 ) 求得 ： l 7 8 2 6 k N 与此 对应 的 N ： 6 5 2 k N， 结合 式 ( 11 ) 、 ( 1 2) 故单 桩抗 拔承 载力 特征值 取 ： N = 6 5 0 k N 2 ) 接 桩连 接强度 抗拔桩采用机械连接接头， 拼接时根据桩规格 、 型号及钢棒的根数 ， 安装相同规格及数量的插杆 、 卡 片满足同钢棒 的等强连接。具体接桩示意如 图 1 图 3所示 。 22 1 1 J 图 1 接桩对孔位 I J 图 2 插人导向位 图 3完 整 密 合 位 3 ) 根据 预应 力钢 筋墩头 抗拉 强度 N0 9 L A 。 ( 23 ) 式中 ： J v 一荷载效应基本组合时单桩上拔力设计值 ； 一 预应力钢筋抗拉强度设计值 ( MP a ) ； A 一 预应力 钢筋 横截 面 面积之 和 ( m m ) 。 该强度 由厂家根据试验确定 ， 其强度不小于桩 身抗拉强度要求。 4 ) 根据桩顶与承台的连接处强度 桩与承台连接时， 承台连接钢筋通过螺母与每 根 预应 力钢棒 直 接 连 接 。满 足 同钢 棒 的等 强 连 接 。 见 图 4图 5 。 第 4 0卷 俞剑龙 ， 等 ： 增 强型预应 力混凝 土 离心桩做 抗拔桩的工程应用 第 9期 图 4 不截桩 时桩顶 与承台连接详 图 1一托板 3 mm厚圆薄钢板 ； 2一填芯混凝土 ； 3一锚 圃钢筋 4一基础底板或承台 ； 5一 采用热墩头后液丝方法 图 5 截 桩 时 桩 顶 与 承 台 连 接 详 图 1一托板 3 1 11 11 1 厚 圆薄钢板 ； 2一填芯混凝土 ； 3一基础底板或承 台； 4一锚 固钢筋 号钢筋 的数 量根 据桩 内钢 棒数 量确 定 ， 钢 筋 连接螺纹 一端滚 丝尺 寸与桩 螺母 型号 、 规 格相 吻合 。 增 强 型离 心桩需 要 截桩 时 ， 确 保钢 棒完 好无 损 ， 如 留下的钢棒长度能满足锚固要求时可不设号钢 筋 ； 如 留下的钢棒长度不能满足锚固要求 时可增设 号钢筋 ， 并利用螺母将钢棒与号钢筋连接。如 果 没有 螺母 和外 露 钢 棒 不 能利 用 时 ， 必须 采 用 锚 固 螺 母 与专用 卡 片进行 锚 固连接 。 根 据文 献 3 桩 头灌 芯混凝 土 不小 于 3 m， 可 提 高桩的抗剪承载力 ； 号钢筋除满足受拉钢筋 的锚 固长 度外 ， 据 文献 3 规定 还不 应 小于 4 0 d 。 3 增 强型 预应 力 混凝 土 离心 桩 做 抗 拔 桩 时 采取 的 结 构措 施 增 强 型 预 应 力 混 凝 土 离 心 桩 作 为 抗 拔 桩 使 用 时， 可采取以下的结构措施 ： 1 ) 通过桩顶与承 台的连接处 的节点设计 满足 预应力筋均锚入承台的要求 ， 确保锚 固的有效性 ； 2 ) 截桩后可在设计桩顶标高 以下 5 0 0 mm范 围 内增设 1 0 0 m m厚度的保护层 ， 并 配置一定数量 的 钢筋 用 以弥补 预应 力 的损失 。 3 ) 浇 筑填 芯 混 凝 土 前 ， 将 桩 内 壁 浆 清 理 干 净 ， 采用 内壁涂刷水泥净浆、 混凝土界面剂或采用微膨 胀混凝土等措施 ， 以提高灌芯混凝土 与增强型离 心 桩桩身混凝土的整体性 ， 同时还能起到强化桩顶 ， 提 高桩 的抗 剪承 载力 的作用 。 4 ) 选 用 较 大 直 径 D、 较 大 壁 厚 t ( 不 宜 小 于 1 0 0 mm) 的桩 型 。 4桩 基检 测及 质量评 定 本 工程 委托 浙江 省地 球物 理技术 应用 研究 所对 4根增 强 型预应 力混 凝 土离 心桩 采用 慢速 维 持荷 载 法进行了单桩竖向抗拔承载力试验。试验数据汇总 见表 1 。其中 s 8 ( 地下室 DF D一2 9 ) 桩 ： 在试验 最大 荷 载 1 3 0 0 k N 的 作 用 下 ， 累 计 上 拔 量 为 2 4 8 8 m m， 根据设计单位要求终止加 载 ， 各级荷载 下上拔量变化正常 ， 一6曲线为缓变型 ， 6一l 曲 线尾支无 明显下弯 ； 卸载过程无异 常 ， 完全卸 载至 0后 ，残 余 上 拔 量 为 l 0 0 6 mm，回 弹 率 为 5 9 5 7 。根据规范要求 ， 判定该 桩的单桩竖 向抗 拔 极 限承 载 力 为 1 3 0 0 k N。U一 6曲线 与 6 一l 曲 线 如 图 6所 示 。 表 1单桩 竖向静载试 验汇总 工程 名称庆盛名 印 试桩桩号 ： DF D一2 9 测试 E t 期 ： 2 0 1 0 0 9一 o 4 桩长 ： 3 8 I n 桩径 ： 5 0 0 n l l T l 序号 荷载 k N 历时 mi n 沉降 ra m 本级 累计 本级 累计 O 0 0 0 0 0 0 O 0 O l 2 6 0 1 2 0 1 2 0 4 2 6 4 2 6 2 3 9 0 1 2 0 2 4 0 1 6 4 5 9 0 3 5 2 0 1 2 O 3 6 0 1 3 6 7 2 6 4 6 5 O 1 2 0 4 8 0 1 3 4 8 6 O 5 7 8 0 l 2 O 6 0 0 1 6 2 一 l 0 2 2 6 9 l 0 l 2 0 7 2 O 一2 0 4 1 2 2 6 7 l 0 4 0 1 2 0 8 4 0 2 4 6 一l 4 7 2 8 1 1 7 O 1 2 0 9 6 0 4 4 6 1 9 1 8 9 l 3 0 0 1 2 0 1 0 8 0 5 7 0 2 4 8 8 1 0 1 0 4 0 3 0 l l 1 O 1 5 3 2 3 5 3 1 1 7 8 0 3 0 l l 4 0 2 0 9 2 1 2 6 1 2 5 2 0 3 0 1 1 7 0 3 0 7 一l 8 1 9 l 3 2 6 0 3 0 1 2 0 0 3 3 O 一 1 4 8 9 l 4 0 l 2 0 1 3 2 0 4 8 3 一 l 0 0 6 最大沉降量 一2 4 8 8 mm 最大 回弹量 一1 4 8 2 mm 回弹 率 ： 5 9 5 7 23 第 9期 俞剑龙 ， 等 ： 增强型预应 力混凝 土离心桩做抗拔桩 的工程应 用 第 4 0卷 图 6 U一占曲 线 和 一l g t曲线 5 结语 1 ) 现该 工 程 已完 成 地 下 室 盖 板 的 覆 土 并 停 止 了施工降水 ， 经过正常使用期 间的沉降观测表明其 工作正常 ， 满足规范要求 ， 实践证 明增强型预应力混 凝土 离 心 桩 在 该 工 程 中 做 为 抗 拔 桩 的 应 用 是 成 功 的 。 2 ) 增 强型 预应力 混 凝 土离 心 桩 做 为抗 拔 桩 ， 充 分利用其预应力 的优势使其在正常使用极限状态下 的桩 身混 凝土受 压 应力 或零应 力 ， 工 作状 态合 理 。 3 ) 增强型预应力 混凝 土离 心桩具备有传统管 桩的全部优点 ， 如成熟的制作工艺 、 工 厂化生产质 量易控制 、 成桩 的施工工艺简单且速度快 、 承载力 可直观的通过抬架 和静载读 数确定 、 经济 性好 等 特点。增强型离心桩通过对接头 的进一 步优化 调 整解决 了传统管桩 用于抗拔 失效 的主要原 因： 管 桩与承台的锚固失效及 当采用 多节桩 时管桩接头 的失 效 。 4 ) 在软 弱土层 中使 用 ， 确 实 存 在管 桩 剪 切 破坏 的危 险 ， 因此 应根 据工 程具体 情况 和施 工条件 ， 结合 管桩 的受力 特点 合理选 用 ， 确保工 程安 全 。 参考文献 1 J G J 9 42 0 0 8 ， 建筑桩基技术 规范 ， 中华人 民共 和国住房和城 乡 建设部 ， 2 0 0 8 2 G B 5 0 0 0 72 0 1 1 ， 建筑地基基础设计规范 ， 中华人 民共 和国建设 部 ， 2 0 1 2 3 D B 3 3 1 0 1 62 0 0 4， 先张法预应力 混凝土管桩 基础技 术规程 ， 北 京 ： 中国建筑工业出版社 ， 2 0 0 4 4 图集 2 0 0 8浙 G 3 2 ， 增强型预应力混凝 土离心桩 ， 浙江省标准设计 站 ， 2 0 0 8 5 图集苏 G 1 9 2 0 1 2 ， 机械连接预应力混 凝土竹节 桩 ， 江苏省 工程 建设标准站 。 2 0 1 2 ( 上 接 第 2 0页 ) 地基 承载力较高 ， 同时作用在底板上 的水浮力标准 值较 小 的情况 ( 比如说 2 5 0 m m厚 的筏 板 自重就 能平 衡水浮力标准值) ， 通过确定合适的柱墩平面尺寸和 高度 以及合理 的底板厚度 ， 并选取 比较高的基床系 数 ， 可 以使带柱墩 的平板式筏板基础的计算结果更 接 近独 立 基 础 加 防水 板 的做 法 ， 经 济 性 可 以 与独 立 基础加防水板的做法相当。如果计入独立基础加防 水板 做法 中 防水 板 下 部 缓 冲 层 ( 聚 苯 乙烯 板 ) 的造 价 ， 带 柱 墩 的 平板 式 筏 板 基 础 的经 济 性 更 优 于独 立 基 础加 防水板 的做 法 。 当恒载加活载作用下的基底平均反力 已经远小 于水 浮力 ， 并 且将 抗 浮 桩 ( 锚 杆 ) 均匀 布 置 在 板 的跨 中区域 时， 需 要分别进行 以下两种工况荷载作用下 的筏板内力分析。工况 1为水浮力作用工况 ， 可 以 采用 E T A B S 、 S A F E等有 限元软件进行筏板 内力分析 计算 ， 桩 ( 锚杆) 假定为弹簧 ； 工况 2为基底反力作用 工况 ， 可采用专 门用于计算基础的有 限元软件中的 弹性地基梁模型对筏板进行分析计算 。筏板设计应 根据以上两种工况 的计算分析结果包络设计。 5 结语 天然地基上带柱墩的平板式筏板基础 ， 作 为一 种施工简单便利 、 经济合理的基础形式 ， 在纯地下室 的工程 中已得到 广泛 的应 用 。纯地 下 室平 板 式 筏板 基础的设计 、 计算 、 分析应综合考虑具体工程 的柱网 尺寸、 荷载情况、 水文和工程地质等因素。纯地下室 平 板 式 筏 板基 础 的设 计 应兼 顾 考 虑 水 浮力 的作 用 ， 选择合理的抗浮措施 ， 确定抗浮桩 ( 锚杆 ) 的合理布 置 区域 。按 本 文 所 给 设 计 建 议 进 行 设 计 、 计 算 、 分 析， 可以使纯地下室平板式筏板基础的设计具有更 好的合理性和经济性。 参考文献 1 G B 5 0 0 0 7 2 0 1 1 ， 建筑地基基础设计规范 S 2 J G J 6 2 0 1 1 ， 高层建筑筏形与箱形基础技术 规范 S 3 李国胜 ， 闫颖 高层建筑地下室及地下车库结构选 型的经济 比较 建筑结构 技术通讯 ， 2 0 0 7 ( 0 1 ) ： 1 3 4 林磊 柱帽平板式筏板设计建议 建筑结构 ， 2 0 1 2 ( 1 2) ： 1 3 51 3 8 5 李定乾 ， 张微伟 ， 张元坤 抗浮锚杆在地下结构抗浮设 计中的合理 运用 建筑技术开发 ， 2 0 1 2 ( 1 0 ) ： 1 9 2 2 6 刘 俊 ， 赵洋 某工程地下室底板倒无梁楼盖与倒 梁板式楼盖经 济 性 比较 深圳土木与建筑 。 2 0 0 7( 0 4 ) ： 6 4 6 6