一級注冊建筑師|抗拔樁怎樣設計更合理?

編輯推薦：2020全國一級建筑師報名時間/報名入口專題【匯總】

注意：2020年一級建筑師考試時間已重新確定。為應對今年的特殊情況，環(huán)球網(wǎng)校開通“ 免費預約短信提醒” 功能，預約成功后，報考時間一旦公布，將會及時收到短信提醒。

引言

普通抗拔樁受拉后拉區(qū)混凝土開裂較早 ,過早的 開裂使得抗拔樁一直處于帶裂縫狀態(tài)下工作 ,為了控 制裂縫 ,通常增加受拉鋼筋 ,即使這樣也難免有裂縫出 現(xiàn) ,這種做法既沒有充分發(fā)揮受拉鋼筋的特點 ,又沒有 完全根治裂縫產(chǎn)生 ,極易使鋼筋受到地下水侵蝕 ,直接 影響其耐久性[1 ,2] 。根據(jù)近幾年的工程實踐 ,結合理論 研究分析提出一種解決抗浮問題的有效方法 ,采用拉力分散型預應力混凝土抗拔樁提供的抗力平衡由于基 礎處于超補償狀態(tài)的水浮力 ,其與傳統(tǒng)的普通抗拔樁相比在不增加工程成本前提下 ,作為永久性抗浮措施技術性更加合理 ,具有重要的工程意義。

1 拉力分散型預應力混凝土抗拔樁的理論研究

1.1 問題的提出

北京某工程抗拔樁的設計分別按承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)進行設計計算 ,根據(jù)該工程地質報告提供的場地的水文條件和基底布樁情況 ,要求 抗拔樁單樁承載力設計值不得低于 369kN。根據(jù)規(guī)范 GB50010 —2002 中耐久性的要求 ,取樁身混凝土強度等 級為 C30。樁縱筋為 HRB335 級鋼筋 ,通長配筋 ,樁長 11.2m。根據(jù)承載能力極限狀態(tài)計算 ,抗拔樁的縱筋取 4Φ20 即可滿足強度設計要求 ;但按正常使用極限狀 態(tài)進行裂縫寬度驗算 ,不能滿足小于 0.2mm 的控制要 求。將縱筋配筋提高至 8Φ20 ,計算裂縫最大寬度為0.16mm ,小于 0.2mm ,滿足控制要求[2] 。由工程樁的計 算結果可以看出 :1) 抗拔樁的縱筋配筋取決于裂縫控制要求而非樁身承載要求 ,根據(jù)正常使用極限狀態(tài)控制的配筋量比根據(jù)承載能力極限狀態(tài)控制要求的鋼筋量大 2～2.5 倍 ;2) 以耐久性為控制條件時 ,工程中鋼筋的強度僅為117～136N/mm2 ,遠低于鋼筋抗拉強度設 計值 ,其強度沒有充分發(fā)揮 ,經(jīng)濟效益低下。因此有必 要對這種結構形式進行改進。

1.2 拉力分散型預應力混凝土抗拔樁

預應力抗拔樁是在普通抗拔樁的基礎上采用預應力技術 ,即采用高強鋼絲(預應力筋 ,通常用7股鋼絞線) 取代普通抗拔樁中抗拉要求縱向主筋的截面面積以外的縱向受拉鋼筋(非預應力筋 ,通常用 HRB335 級鋼筋) ,在構件受外荷之前 ,對預應力筋進行張拉錨固 , 用以減小或抵消外荷作用時在混凝土中產(chǎn)生的拉應 力 ,這樣既合理地利用了鋼筋(絲) 和混凝土這兩種材料的受力特點 ,又能充分滿足樁與土之間的抗拔側阻 力及樁身自重所提供的承載力 ,同時還有效地提高了 抗拔樁的抗裂性 ,其設計計算方法與鋼筋混凝土結構中預應力軸心受拉構件一致 ,不再贅述。抗拔樁樁身 軸力沿樁長的分布規(guī)律為[4] :

式中 : T(z) 為距樁頂任一截面處的樁身軸力( kN) ; l 為樁長(m) ; z 為樁身任一截面距樁頂?shù)木嚯x(m) ; Ta 為 抗拔側阻力及樁身自重所提供的承載力 ,按下式計算 :

式中各參數(shù)含義見文[2] ,[3] 。

樁徑 Φ400、樁長 l = 12m 和 Φ600、樁長 l = 12m 的 抗拔樁在控制截面 1-1(樁頂處) 、控制截面 2-2 (距樁頂 1/3 樁長處) 、控制截面3-3(距樁頂1/2 樁長處) 、控制截 面4-4(距樁頂2/3 樁長處) 的裂縫控制分析計算結果見 表 1。表中的分析計算是在滿足裂縫控制等級為一級 時預應力筋被充分利用的結果 ;考慮到便于施工 ,不使 配筋過于復雜 ,除非預應力筋根據(jù)文[ 1 ]要求通長布置 外 ,抗拔樁樁長 l = 12m ,樁徑分別為 Φ400 ,Φ600 的預 應力筋布置可見圖 2。拉力分散型預應力抗拔樁就是在預應力抗拔樁的 基礎上根據(jù)樁身軸力沿樁長的分布規(guī)律分段布置不同數(shù)量的預應力筋 ,使其在樁長范圍內(nèi)任意截面的材料 強度得以充分發(fā)揮。

1.3 拉力分散型預應力混凝土抗拔樁的經(jīng)濟指標

北京市朝陽區(qū)棗營路附近某工程采用普通抗拔 樁 ,該工程設計者采用分段布置不同鋼筋 ,抗拔樁設計 參數(shù)為 :樁長 11m ,樁徑 Φ600 ,主筋布置見圖 3 ,主筋采 用 HRB335 級鋼筋 ,混凝土強度等級為 C30 ;若改用拉 力分散型預應力抗拔樁 ,抗拔樁設計參數(shù)為 : 樁長 11m ,樁徑 Φ600 ,非預應力筋采用 HRB335 級鋼筋 ,通長 配置 10Φ18 ,混凝土強度等級為 C40 ,預應力筋布置見 圖 4 ;設計單樁抗拔承載力特征值均為 600kN ;兩種不 同類型抗拔樁的經(jīng)濟技術指標分析見表 2。

由表 2 分析計算結果可知 ,普通抗拔樁和拉力分 散型預應力抗拔樁在提供同等抗力時 ,雖然根據(jù)北京市兩種工法材料和施工造價計算其施工總費用一樣 , 但拉力分散型預應力抗拔樁采用無粘結鋼絞線 ,構成多層防腐 ,且混凝土體受壓 ,沒有開裂現(xiàn)象 ,有效地提 高了抗拔樁的耐久性。

2 拉力分散型預應力混凝土抗拔樁的設計

根據(jù)規(guī)范[1-3]規(guī)定、工程實踐和以上對拉力分散型 預應力抗拔樁的理論分析及對拉力分散型預應力抗拔 樁和普通抗拔樁的經(jīng)濟技術性比較 ,在設計抗拔樁時 應遵循以下原則。

(1) 抗拔樁因處于與水或土壤直接接觸的環(huán)境 ,裂 縫控制必須滿足文[2]的一、二級要求 ,這也正是文[ 1 ] 對抗拔樁抗裂驗算的目的 ,所以應采用拉力分散型預 應力抗拔樁。

(2) 拉力分散型預應力抗拔樁屬于摩擦型樁范 疇 ,在施工條件許可情況下 ,宜采用較小直徑的抗拔樁 ,以增加側阻效率。

(3) 拉力分散型預應力抗拔樁非預應力主筋截面 面積根據(jù)抗拔樁所提供的抗力特征值進行計算 ,其值 不小于文[1 ]規(guī)定的灌注樁最小配筋率 ,并通長布置 , 箍筋按文[1]對灌注樁的規(guī)定要求進行配置 ;預應力主 筋截面面積根據(jù)式 ⑴抗裂驗算進行配置 ,采用后張法 一端固定、樁頂一端張拉施加預應力 ,當混凝土強度達 到 100 %后方可進行預應力張拉。

3 施工工藝和構造措施

拉力分散型預應力混凝土抗拔樁中的預應力筋錨 固端和張拉端機具分別見圖 5。拉力分散型預應力混 凝土抗拔樁的施工工藝和構造措施除滿足普通抗拔樁 要求外 ,對預應力筋錨固端和張拉端還應滿足以下構 造措施。

(1) 根據(jù)預應力筋設計長度將錨固端固定在箍筋 內(nèi)側 ,并采用涂抹環(huán)氧樹脂對錨固端進行防腐處理 ,預 應力筋沿樁周邊均勻。

(2) 張拉端鎖定在上部結構鋼筋混凝土底板頂部 , 上部結構鋼筋混凝土底板施工時 ,將承壓板預埋在距 板頂 100mm 處 ,并在上部結構鋼筋混凝土底板頂部對每一根預應力筋周圍預留 直徑為 Φ50 ,深度為 100mm 的孔槽 ,以放置張拉端杯套 管 ,張拉鎖定完畢 ,截斷高 出底板頂部部分預應力筋 , 盡快在張拉端錨具上涂抹 環(huán)氧樹脂 ,并用微膨脹水泥 砂漿封堵 ,見圖 6。

(3) 樁頭防水構造措施 做法見文[4] ,不再贅述。

4 結語

過去慣用的普通抗拔樁不但樁身材料強度存在兩 種材料在數(shù)量和強度上極不匹配的問題 ,而且普通抗 拔樁對裂縫控制上只是限制裂縫寬度 ,無法滿足規(guī)范 GB50010 —2002 中一、二級要求。根據(jù)樁身軸力沿樁長 的分布規(guī)律和預應力技術分析論證了拉力分散型預應 力抗拔樁的可行性 ,并提出拉力分散型預應力抗拔樁 的設計方法。

對于抗拔樁《, 建筑地基基礎設計規(guī)范》( GB50007 — 2002) 要求進行抗拔驗算及樁身抗裂驗算 ;拉力分散型 預應力混凝土抗拔樁縱向受拉主筋由非預應力筋和預 應力筋組成 ,用非預應力筋和預應力筋分別進行抗拔 驗算及樁身抗裂驗算 ;抗拔樁處于與水或土壤直接接 觸的環(huán)境 ,因此《建筑地基基礎設計規(guī)范》( GB50007 — 2002) 所要求的樁身抗裂驗算必須滿足《混凝土結構設 計規(guī)范》( GB50010 —2002) 一、二級要求 ,拉力分散型預 應力抗拔樁通過合理設計既能滿足抗拔要求又能滿足 樁身抗裂要求 ,而且也不增加工程成本 ,所以該設計方 法具有特別重要的工程實際意義。

參 考 文 獻

[1 ] 建筑地基基礎設計規(guī)范( GB50007 —2002) [ S]. 北京 :中國建筑工 業(yè)出版社 ,2002.

[2 ] 混凝土結構設計規(guī)范( GB50010 —2002) [ S]. 北京 : 中國建筑工 業(yè)出版社 ,2002.

[3 ] 建筑樁基技術規(guī)范 (J GJ94 —94) [ S]. 北京 :中國建筑工業(yè)出版 社 ,1995.

[4 ] 陳仲頤 , 葉書鱗. 基礎工程學[M]. 北京 :中國建筑工業(yè)出版社 , 1991.

[5 ] 地下工程防水技術規(guī)范( GB50108 —2001) [ S]. 北京 :中國計劃出 版社 ,2001.

[6 ] 張尚根等. 抗拔樁的變形分析[J ]. 工業(yè)建筑 ,2002 ,32 (11) .

[7 ] 特種結構地基基礎工程手冊[M]. 北京 :中國建筑工業(yè)出版社 , 2000.

[8 ] 黨昱敬. 消除液化土沉陷措施灌注樁法與振沖碎石樁法設計應 用探討[J ]. 建筑科學 ,2006 (2)

距離2020一級建筑師考試還有2個多月，備考復習時不我待!想要報名參加2020年一級建筑師考試，就趕緊行動起來吧!小編還為大家整理了2020年一級建筑師考試大綱、教材變動情況、歷年高頻考點、模擬試題、歷年真題解析等備考資料，可以點擊下方按鈕免費下載學習!