移動(dòng)式不搶險(xiǎn)潛壩樁體抗拉分析

胡俊玲，張 波，胡 燚

（1.河南黃河勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，450003，鄭州;2.黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，450003，鄭州）

一、潛壩結(jié)構(gòu)

黃河下游移動(dòng)式不搶險(xiǎn)潛壩可以作為永久性控導(dǎo)工程或用于修建臨時(shí)搶護(hù)工程，為河道整治工程建設(shè)提供了一種可供選擇的新壩型。該潛壩布置為順河道治導(dǎo)線的透水樁形式，為實(shí)現(xiàn)導(dǎo)流樁壩的簡(jiǎn)便拼裝、拆卸和移動(dòng)，達(dá)到不搶險(xiǎn)運(yùn)用，設(shè)計(jì)采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管樁、預(yù)制鋼筋混凝土連接銷軸和連系帽梁有機(jī)組合的裝配式結(jié)構(gòu)，管樁外徑0.5 m、內(nèi)徑 0.25 m、凈間距 0.3 m，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)15 m。

二、樁體抗拉分析

黃河下游移動(dòng)式不搶險(xiǎn)潛壩通常位于河灘地的前沿。所謂潛壩的可移動(dòng)性，是指當(dāng)不搶險(xiǎn)壩需要拆除時(shí)，可先拆卸連系帽梁和連接銷軸，再拔出樁體，達(dá)到重復(fù)使用。施工階段當(dāng)樁體壓入土中時(shí)，主要承受壓力；當(dāng)樁體從土中拔出時(shí)，則主要承受拉力。

根據(jù)該潛壩的施工工藝，當(dāng)樁體需要從土中拔出時(shí)，采用特制的“旋轉(zhuǎn)射流沖擊式拔樁機(jī)”，包括底盤架、機(jī)架、卷?yè)P(yáng)機(jī)、水泵—電機(jī)和拔樁器，利用高壓水泵產(chǎn)生高速射流，在水流的作用下，使樁體附近的土壤松動(dòng)，同時(shí)由于樁體周圍產(chǎn)生水流，所受土壤的摩擦力也會(huì)相應(yīng)減小，以利于樁體完好地從土中拔出。

在拔樁過(guò)程中，假定管樁被土體掩埋，且地下水位降至樁底以下，此時(shí)為最不利情況。如圖1所示，樁體受力作用分別為：樁體上拔力F，樁體自重G，樁底下吸力P以及樁周摩擦力 f。

（1）管樁與土體之間的摩擦力

管樁與土體之間的摩擦力參照《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ 94—2008）中單樁總極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算方法：

式中，Qsk為總極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值（kN），up為樁的周長(zhǎng)（m），up 為 3.14×0.5 m；qsi為樁周第i層土樁的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值（kPa）；li為第 i層土的厚度（m）。

黃河灘地土質(zhì)多為粉細(xì)沙，對(duì)于預(yù)制混凝土樁的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值取48 kPa，計(jì)算單樁總極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值Qsk為 1 130 KN。

（2）樁體自重

預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管樁外徑0.5m、內(nèi)徑0.25 m，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)15 m。對(duì)于鋼筋混凝土構(gòu)件重度取25 KN/m3，則樁體自重G為55 kN。

（3）樁底下吸力

當(dāng)樁體被上拔的瞬間，樁體因周圍射流與底緣之間出現(xiàn)空隙，空隙無(wú)法及時(shí)補(bǔ)氣，此時(shí)易產(chǎn)生負(fù)壓，會(huì)使樁體底緣處的水壓力脈動(dòng)性增強(qiáng)，產(chǎn)生下吸力。樁底下吸力參照《水利水電工程鋼閘門設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 74—95）中，閘門底緣部分的平均下吸強(qiáng)度20 kN/m2計(jì)算，則樁底下吸力P為4 kN。

（4）樁體上拔力

由以上計(jì)算結(jié)果，單樁總極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值Qsk為 1 130 kN，樁體自重G為55kN，樁底下吸力P為4kN，則上拔力F為1 189 kN。為避免應(yīng)力集中現(xiàn)象，采用均布荷載施加于樁頂，不考慮偏心，橫截面均布荷載為8.07 MPa。

采用三維有限元方法分析拔樁受力，樁體單元如圖2所示，樁體橫斷面如圖3所示?？紤]樁土間摩擦力是沿程分布的，如果不考慮地下水的作用，則樁體上拔時(shí)最大拉應(yīng)力為3.5 MPa。上拔時(shí)最佳著力點(diǎn)應(yīng)避開(kāi)樁頭，在距離樁頂約1 m處均勻向上施力，管樁可以被拔出。

三、樁體抗拉配筋計(jì)算

擬定預(yù)應(yīng)力管樁混凝土強(qiáng)度等級(jí) C50（EC為 3.45×104N/mm2），預(yù)應(yīng)力鋼筋采用鋼絞線（1×7）（Es為 1.95×105N/mm2、fpy為 1 220 N/mm2），按照樁體受拉狀態(tài)進(jìn)行承載力及抗裂驗(yàn)算。為確保構(gòu)件安全，軸向拉力設(shè)計(jì)值采用式（1）的計(jì)算結(jié)果1 189 kN。

經(jīng)過(guò)計(jì)算，預(yù)應(yīng)力管樁主筋采用13φS12.7，螺旋箍筋采用冷拔低碳鋼絲φb5@100，并在管樁吊裝一端設(shè)置箍筋加密區(qū)，長(zhǎng)度為1m，以此滿足施工階段樁體抗拉承載力及抗裂要求。

四、結(jié) 語(yǔ)

黃河下游移動(dòng)式不搶險(xiǎn)潛壩的可移動(dòng)性在于壩體可以拆卸重復(fù)使用。預(yù)應(yīng)力管樁作為潛壩的主體，在施工階段拔樁過(guò)程中，樁體主要承受拉力，只有滿足抗拉承載力及抗裂條件下，確保構(gòu)件的安全可靠度，才能夠真正實(shí)現(xiàn)潛壩的可移動(dòng)性。