預(yù)應(yīng)力混凝土抗拔樁的設(shè)計(jì)與運(yùn)用

胡 廖 琪

(上海強(qiáng)勁地基工程股份有限公司，上海 200000)

預(yù)應(yīng)力混凝土抗拔樁的設(shè)計(jì)與運(yùn)用

胡 廖 琪

(上海強(qiáng)勁地基工程股份有限公司，上海 200000)

結(jié)合工程實(shí)例，闡明了預(yù)應(yīng)力抗拔樁的設(shè)計(jì)原理及構(gòu)造要求，并通過(guò)計(jì)算對(duì)比驗(yàn)證了預(yù)應(yīng)力混凝土抗拔樁相對(duì)于普通鋼筋混凝土抗拔樁的經(jīng)濟(jì)性，總結(jié)出了預(yù)應(yīng)力混凝土抗拔樁的一些優(yōu)點(diǎn)。

抗拔樁，預(yù)應(yīng)力鋼絞線，套筒，設(shè)計(jì)原理，經(jīng)濟(jì)性

0 引言

常用的抗拔樁有預(yù)應(yīng)力管樁、抗浮錨桿、鋼筋混凝土灌注樁等。預(yù)應(yīng)力管樁常要通過(guò)接樁來(lái)達(dá)到設(shè)計(jì)長(zhǎng)度，接樁技術(shù)要求高，且管樁與底板之間需通過(guò)灌芯來(lái)連接，在很多地區(qū)都禁止用管樁作抗拔樁。抗浮錨桿直徑小、數(shù)量多，影響底板止水效果。而鋼筋混凝土灌注樁抗拔樁配筋量大，造價(jià)高。采用預(yù)應(yīng)力混凝土抗拔樁，可以克服以上缺點(diǎn)。通過(guò)錨固鋼筋連接灌注樁和底板，連接牢靠；數(shù)量少，對(duì)底板穿孔少，止水效果好；用預(yù)應(yīng)力鋼絞線代替部分受力縱筋，施加預(yù)應(yīng)力，可對(duì)混凝土抗拔樁進(jìn)行有效的裂縫控制，減少了配筋量，降低了造價(jià)。本文通過(guò)數(shù)據(jù)計(jì)算及表格統(tǒng)計(jì)對(duì)比，闡明預(yù)應(yīng)力混凝土抗拔樁在造價(jià)方面的優(yōu)勢(shì)，并借助工程實(shí)例介紹了預(yù)應(yīng)力混凝土抗拔樁的設(shè)計(jì)原理。

1 關(guān)于預(yù)應(yīng)力抗拔樁的研究

預(yù)應(yīng)力混凝土是將鋼筋拉足張力而壓在混凝土里，一方面可以增加鋼筋的抗拉能力，另一方面可以減少混凝土的裂縫[1]。

預(yù)加應(yīng)力的作用可以認(rèn)為是對(duì)混凝土構(gòu)件預(yù)先施加與使用荷載(外力)方向相反的荷載，用以抵消部分或全部使用荷載效應(yīng)的一種方法。預(yù)應(yīng)力筋位置的調(diào)整可對(duì)混凝土構(gòu)件造成橫向力[2,3]。

我國(guó)現(xiàn)行GB 50010-2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中對(duì)裂縫控制做了如下規(guī)定：在二類環(huán)境條件下，普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)為0.2 mm，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)為二級(jí)要求(一般要求不出現(xiàn)裂縫)[4]。歐洲混凝土委員會(huì)和國(guó)際預(yù)應(yīng)力協(xié)會(huì)CEB-HP對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制寬度的規(guī)定在一般土中為0.2 mm，處于侵蝕介質(zhì)中為0.1 mm；美國(guó)混凝土學(xué)會(huì)規(guī)定在土壤中為0.3 mm[5]。

為進(jìn)一步說(shuō)明問(wèn)題，下面作一些數(shù)值計(jì)算對(duì)比。假設(shè)抗拔樁樁身直徑為600 mm，樁截面面積A=282 744 mm2，承受的拉力標(biāo)準(zhǔn)值分別為2 000 kN,1 600 kN,1 000 kN。分不進(jìn)行裂縫驗(yàn)算和進(jìn)行裂縫驗(yàn)算兩個(gè)方向。

1.1 不進(jìn)行抗裂驗(yàn)算

根據(jù)公式：

N≤fyAs

(1)

可得：

。

拉力標(biāo)準(zhǔn)值為2 000kN時(shí)，灌注樁主筋用鋼量為199kg/m3。

拉力標(biāo)準(zhǔn)值為1 600kN時(shí)，灌注樁主筋用鋼量為158kg/m3。

拉力標(biāo)準(zhǔn)值為1 000kN時(shí)，灌注樁主筋用鋼量為98kg/m3。

1.2 進(jìn)行抗裂驗(yàn)算

按上海規(guī)范進(jìn)行抗裂設(shè)計(jì)，灌注樁主筋用鋼量為252kg/m3。

按正常規(guī)定進(jìn)行抗裂設(shè)計(jì)，灌注樁主筋用鋼量為305kg/m3。

按最嚴(yán)格要求進(jìn)行抗裂設(shè)計(jì)，灌注樁主筋用鋼量為435kg/m3。

按后張法預(yù)應(yīng)力灌注樁形式進(jìn)行抗裂設(shè)計(jì)，灌注樁主筋用鋼量為105.3kg/m3。

1.3 計(jì)算結(jié)果歸納對(duì)比

按不同情況整理見圖1。

通過(guò)采用鋼絞線和焊接鋼管代替大部分受力鋼筋，可以大大減少抗拔樁的用鋼量，從圖1可以看出，后張法預(yù)應(yīng)力灌注樁的用鋼量比常規(guī)灌注樁任何情況下的用鋼量都要少，且樁身受力越大，優(yōu)勢(shì)越明顯。

2 預(yù)應(yīng)力灌注樁的設(shè)計(jì)與工程運(yùn)用

項(xiàng)目名稱：安徽鳳臺(tái)金地項(xiàng)目抗浮樁設(shè)計(jì)。

工程概況：抗拔樁持力層為③層粉質(zhì)粘土、④層粉細(xì)砂。

單樁豎向抗拔承載力特征值為490kN。

灌注樁樁長(zhǎng)9.0m，樁徑0.7m。

2.1 單樁極限抗拔承載力計(jì)算

單樁抗拔承載力計(jì)算按式(2)計(jì)算：

Tuk=∑λiqsikuili+G

(2)

其中，Tuk為基樁抗拔極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值；ui為樁身周長(zhǎng)；qsik為樁側(cè)表面第i層土的抗壓極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值；λi為抗拔系數(shù)；li為樁身范圍土墻厚度；G為抗拔樁自重。

計(jì)算過(guò)程如表1所示。

表1 單樁極限抗拔承載力計(jì)算表

單樁抗拔極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值Tuk=344+707=1 051kN，特征值取530kN>490kN。

2.2 樁體配筋計(jì)算及構(gòu)造要求

樁身強(qiáng)度驗(yàn)算的荷載設(shè)計(jì)值T=1.25×530=662.5kN。

預(yù)應(yīng)力混凝土灌注樁通過(guò)錨固鋼筋和底板連接，錨固鋼筋錨入底板1m，錨入灌注樁頂部2m。

首先選用3根φ15.2的預(yù)應(yīng)力無(wú)粘結(jié)鋼絞線作預(yù)應(yīng)力筋，每根鋼絞線用一根27.0mm，壁厚2.0mm的鋼管作護(hù)筒。

根據(jù)式(3)配置縱筋：

T≤fyAs+fpyApy

(3)

再根據(jù)式(3)計(jì)算錨固鋼筋：

2.3 抗拔樁裂縫驗(yàn)算

本工程抗拔樁需按不出現(xiàn)裂縫進(jìn)行設(shè)計(jì)，即：

σck-σpc≤ftk。

樁身所受拉力標(biāo)準(zhǔn)值：

Tk=530kN。

樁身采用C35混凝土：

ftk=2.2N/mm2。

取張拉控制應(yīng)力為：

σcon=0.75fptk=0.75×1 860=1 395N/mm2。

鋼絞線面積：

Ap=3×140=420mm2。

鋼管總截面面積：

Ay1=3×157=471mm2。

縱筋總截面面積：

Ay2=3×201.1=603mm2。

混凝土凈面積：

預(yù)應(yīng)力損失：

施加預(yù)應(yīng)力后，混凝土法向壓應(yīng)力：

fcu′≥0.8fcu,k=0.8×35=28 N/mm2。

含鋼率：

ρ′=(420+471+603)÷383 576=0.003 9。

扣除全部預(yù)應(yīng)力損失后的混凝土預(yù)應(yīng)力：

標(biāo)準(zhǔn)荷載下，混凝土構(gòu)件平均拉應(yīng)力：

σck=530 000÷383 576=1.38N/mm2。

σck-σpc=1.38-1.08=0.30N/mm2≤ftk=2.20N/mm2。

所以，不會(huì)出現(xiàn)拉裂縫。

3 結(jié)語(yǔ)

1)通過(guò)采用鋼絞線和焊接鋼管代替大部分受力鋼筋，可以大大減少抗拔樁的用鋼量。后張法預(yù)應(yīng)力灌注樁的用鋼量比常規(guī)灌注樁大多數(shù)情況下的用鋼量都要少，且樁身受力越大，優(yōu)勢(shì)越明顯。

2)預(yù)應(yīng)力抗拔灌注樁的鋼絞線為無(wú)粘結(jié)鋼絞線，可采用焊接鋼管作為套管，既可代替部分受力主筋承受拉力，又可保證灌注樁鋼筋籠的相對(duì)剛度，還可以保證鋼絞線孔道的完整性以及防止周圍環(huán)境對(duì)鋼絞線的腐蝕。

3)預(yù)應(yīng)力抗拔灌注樁設(shè)計(jì)的內(nèi)容有抗拔承載力計(jì)算、鋼筋籠配筋計(jì)算、樁身抗裂驗(yàn)算。

[1] 林同炎.預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)[J].科技導(dǎo)報(bào)，1980(1)：52.

[2] 林同炎，NedH.Burns.預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[M].第3版.路湛心,譯.北京：中國(guó)鐵道出版社，1984.

[3] 蔡江勇.后張預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)分析及施工檢測(cè)評(píng)定方法研究[D].武漢：武漢理工大學(xué)博士論文，2004.

[4] GB 50010-2010,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[5] 朱世平，杜高恒，何世鳴，等.抗拔(浮)樁的發(fā)展歷程和研究方向[J].探礦工程(巖土鉆掘工程)，2007(5)：5-11.

Design and application of prestressed concrete anti-pulling pile

HU Liao-qi

(Shanghai Qiangjin Foundation Engineering Co., Ltd, Shanghai 200000, China)

Combining with engineering examples, the paper describes design principles and structural demands of prestressed anti-pulling pile, testifies its economy comparing to common steel concrete anti-pulling pile through calculation comparison, and summarizes some advantages of prestressed concrete anti-pulling pile.

anti-pulling pile, prestressed steel strand, sleeve, design principle, economy

1009-6825(2014)36-0072-03

2014-10-15

胡廖琪(1987- )，男，助理工程師

TU473.1

A