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王离
(广东省土木建筑学会,广州510160)
摘要:结合广东省原则《锤击式预应力混凝土管桩基本技术规程》的修订,对抗拔管桩单桩竖向抗拔承载力的拟定以及抗拔管桩的构造构造涉及桩身构造、接头、桩头与承台的连接作了较具体的简介,提出了具体的质保措施,可供抗拔管桩的制作、设计、施工、监理和检测等人员参照。
核心词:抗拔管桩;单桩竖向抗拔承载力特性值;电焊接头;机械啮合接头;桩顶填芯混凝土
中图分类号:TU525文献标记码:A文章编号:1000-4637【)04—32—05
0前言
在建筑工程中特别是无上部构造的地下室以及地下停车场、污水解决池、深井泵房、船坞、人防和地铁工程;高耸构造如输电线铁塔、电视塔、烟囱的基本;锚锭基本以及在水平力作用下浮现上拔力的建(构)筑物基本,如码头、挡土墙等,均有也许遇到工程构造的抗浮抗拔问题。
抗浮抗拔措施视具体状况而定,型式种类多样,最常用的是设立锚杆和抗拔桩。常用的抗拔桩型式重要有钻(冲)孔灌注桩、预制方桩和预应力管桩等。
抗拔管桩在广东乃至全国可说方兴未艾。据记录,广东既有管桩生产厂约55家,近五年来,每年生产销售管桩总量均在7000万延米以上,多达9748万延米。建筑工程中用得最多的是4()0和5()0管桩,约占总销售量的75%左右。目前管桩基本90%以上是承受压力为主的承压桩,抗拔桩的数量不到总应用量的10%。但抗拔管桩只要在质量保证的前提下,会显示出其施工以便、工期短、造价便宜等许多长处,大有发展前程。可以估计,随着人们对抗拔管桩结识的不断加深,其应用量会逐年增多。本文重点对抗拔管桩的承载力计算及其构造构造,结合修订广东省原则《锤击式预应力混凝土管桩基本技术规程》(如下简称新广东规程)的体会,作某些简介和探讨。
1抗拔管桩的单桩竖向抗拔承载力
抗拔管桩竖向抗拔承载力应根据桩身与桩周岩土的总抗拔摩阻力以及桩身抗拉强度的大小来拟定,取两者中较小者。
抗拔管桩竖向抗拔承载力特性值
其拟定措施有如下3种:通过现场竖向抗拔静载实验拟定;通过经验公式进行计算;通过高应变动测法进行估算。
重要的工程或经验局限性、地质条件复杂的地区,单桩竖向抗拔承载力特性值应通过现场抗拔静载实验拟定,抗拔实验桩的数量,实验的开始时间、实验加载措施、加载终结条件等,多种地基基本设计规范或桩基检测技术规范均有规定,可按规定进行操作。
广东各地近几年来做了许多根管桩的抗拔静载实验,下面列出某工地用机械
啮合接头连接的3根Φ400AB型PHC桩的实验资料。桩采用D50柴油锤施打。典型土层从上至下依次为:素填土()、饱和粉细砂()。可塑粉质粘土()、硬塑粉质粘土()、全风化泥质粉砂岩()、强风化泥质粉砂岩()。其实验成果见表1。
表1管桩的抗拔静载实验
桩号桩径桩入土单桩抗拔最大上抜残存上抜特性值相应单桩极限抗
/mm长度/m力特性值/KN量/mm量/mm的上抜量/mm抜承载力/KN
≥600
≥600
≥600
从表1可看出,在这样的地质条件下Φ400管桩的抗拔承载力特性值达300KN时,桩顶的上扒量很小(<),啮合接头的抗拔位移也是很小的。
单桩竖向抗拔承载力特性值计算,新广东规程推介如下经验公式:
Rta=UpΣλi·ξsi·qsia·li+
式中Rta——单桩竖向抗拔承载力特性值;
Up——管桩桩身外周长;
λi——抗拔摩阻力折减系数,;
ξsi——管桩第i层土(岩)的侧阻力修正系数值;
qsia——管桩第i层土(岩)的侧阻力特性值,-1取值;
li——管桩穿越第i层土(岩)的厚度;
Gp——管桩自重设计值,地下水位如下部分应扣除水的浮力。
表2抗拔摩阻力折减系数λi
土岩的类别λi
强风化岩、-
-
粘性土、-
砂土和粘性土中的抗拔摩阻力折减系数广东规程取值较其她规范大某些,是由于管桩挤土效应大、穿透和入岩能力强的缘故。
。
高应变动测法可以测出承压桩的竖向抗压极限承载力,还可以提供桩侧摩阻力和桩端阻力值等数据与信息。从理论上讲,承压桩的桩侧摩阻力乘以抗拔摩阻力折减系数λi就是抗拔桩的承载力,为安全计,λi可以取较小值,-。采用高应变动测法检测承压桩的承载力和壮肾完整性,具有测试费用便宜、速度快、检测精度能满足工程需要等长处,只是用于抗拔桩的承载力的检测,还需进一步积累经验和技术数据,提高检测桩摩阻力和端阻力的辨别率和检测精度,但这是一种发展方向。
抗拔管桩桩身抗拉强度有如下3种计算模式:
按桩身不浮现拉应力为控制条件
按桩身不浮现裂缝为控制条件;
‘
新广东规程采用上述第(1)种计算模式,规定抗拔管桩受力后桩身混凝土不浮现拉应力;同步,忽视预应力钢筋的抗拉作用。其计算公式:
Rp≤бpc·A
Rp——管桩桩身竖向承载力设计值,
бpc——管桩混凝土有效预应力值
A——管桩横截面面积
对于某些临时性建筑的抗拔管桩,也可按上述第(2)种计算模式即桩身不浮现裂缝为控制条件来进行计算:
Rp≤(бpc+ft)·A
式中,fc—桩身混凝土抗拉强度设计值,C80混凝土的ft=。
值得注意的是:当抗拔管桩承受最大的Rp时,端板锚固孔与钢筋墩头连接处的抗剪强度是最单薄的环节,容易先冲切破坏。
管桩桩身混凝土有效预压应力计算比较复杂,不同人计算往往会得出不同的成果。国标GB50010-《混凝土构造设计规范》的算法适合于一般混凝土构造,不适合离心成型、高压蒸养的管桩。目前管桩界一般是套用日本的计算措施,但也很啰嗦,新广东规程提出了一种计算管桩混凝土有效预压应力的简化公式:
бpc=·Aa·Fptk/A≈800n·Aa/A
式中бpc-管桩混凝土有效预压应力值;
n-预应力钢筋数量
Aa-单根预应力钢筋的公称截面面积;
Fptk-预应力钢筋的抗拉强度原则值,取1420Mpa;
管桩截面面积,按管桩直径和壁厚的理论面积计。
这是按张拉应力的20%作为预压应力损失值来估算的,
而张拉力一般以达到预应力钢筋抗拉强度原则值的70%时的总拉力来控制的,*(1-)=。用此公式计算成果与国标GB13476《先张法预应力混凝土管桩》(送审稿)所推荐的计算措施计算的成果基本一致,但此措施简朴实用,特别在抗拔管桩抗拉强度计算中显出快捷的长处。
为便于应用,提出一种相称于桩身构造相应的单桩竖向抗拉承
表3不同规格管桩的RB
管桩的规格型号预应力钢筋配筋RB/KN
Φ400-
Φ500-
Φ500-
载力最大特性值RB。
RB≈RP/=бpc·A/
=(800·n·Aa/A)·A/≈600·n·Aa
式中,n-预应力钢筋数量;
Aa-单根预应力钢筋的公称截面面积。
运用RB≈600·n·Aa计算Φ400、Φ500AB型、B型PHC桩的RB见表3
(1)锤击法、静压法施工的管桩桩基均可作抗拔管桩。静压管桩对接头的保护要好些,故静压管桩作抗拔桩一般来说质量会好些;但锤击管桩入土较深,抗拔承载力较大些。
(2)承压桩承载力重要由桩周桩端岩土摩擦支承力来决定,桩身抗压强度一般不是控制条件;而对于抗拔桩,除短桩外,抗拔承载力一般是由桩身的抗拉强度所决定的,而桩身抗拉强度也往往由接头能力所左右的。固然,也是由桩周摩阻力决定的特殊地质条件下(如厚淤泥层)的抗拔桩。
(3)从广东的应用状况看,用的较多的抗拔管桩是Φ400-95和Φ500-125的AB型PHC桩,其单桩竖向抗拔承载力特性值的应用范畴分别为:Φ500-125AB型抗拔桩,Rta=400∽650KN
Φ400-95AB型抗拔桩,Rta=200∽350KN
但具体应随工程及水文地质条件、桩径、桩长、沉桩措施、建筑类型等因素而定,一般不适宜超过这个范畴。
重要应注意下列3个问题:桩身构造;接头;桩头与承台的连接。
桩身构造问题重点在桩身的配筋和端板的质量,同步还要注意预应力钢筋墩头与端板上锚固孔直径的抗拉能力和抗冲切能力。
国标GB13476《先张法预应力混凝土管桩》(送审稿)将本来预应力钢筋的混凝土保护层从25mm加大到40mm(Φ300管桩保护层仍为25mm,不适宜作抗拔桩),预应力钢筋的分布圆直径也随之内缩,而桩身的抗弯规定基本不变,故钢筋的配备数量略有增多。
为保证抗拔管桩的桩身抗拉强度,一方面要保证预应力钢筋的数量和钢筋的直径。目前,有些预应力钢筋生产厂生产的钢筋直径过小。为此,新广东规程专门列出每m预应力钢筋的容许最小重量,同步还规定:工地上使用的管桩,均要按一定的百分率抽检钢筋耳朵数量及重量(最佳运用截下来的余桩),若抽检钢筋的重量不不小于容许最小重量,按不合格论处。
目前端板质量存在二大问题:端板的材质和端板的厚度。
端板的材质大部分不符合规定
新广东规程规定:端板材质的性能应符合行业原则JC/T947《先张法预应力混凝土管桩用端板》的规定,该行业原则列出了端板用钢材的化学成分和力学性能,但没有对所用钢材作出具体的规定。因此,有些端板生产厂钻了这个空子,或用铸钢替代Q235钢板,或用拆船板
等废旧钢材熔炼的“地条钢”来做端板。其危害性是:①可焊性差,焊缝易开裂。②端板易腐烂。这样的街头,应用在抗拔桩中,质量隐患显而易见。因此,用于抗拔桩的端板应符合国标GB677《优质碳素构造钢技术条件》及GB700《碳素构造钢》的有关规定,材料的机械性能不得低于Q235的规定。
端板的厚度一般较薄
原广东规程规定:Φ300管桩,端板最小厚度为16mm;Φ400管桩为18mm;Φ500管桩为18mm;Φ600管桩为20mm。事实上,不少厂家连这个最小厚度也达不到。固然这个规定也有局限性之处。新广东规程不是按管桩直径来规定端板厚度,而是根据预应力钢筋的粗细来规定端板的厚度,比较科学。新广东规程规定端板的最小厚度见表4。
表4端板最小厚度
钢筋直径/
端板最小厚度/mm16182024
(3)端板桑的锚固孔与钢筋墩头的连接是抗拔管桩抗拉强度的一种“瓶颈”。
预应力钢筋两端部经电热挤压成半球状的墩头,通过墩头与端板上锚固孔的连接,是端板与预应力钢筋形成一种构造体,张拉力通过端板再传到预应力钢筋墩头上,如果端板太薄,锚固孔地板抗剪强度局限性,就批准将墩头拉脱。但一般状况下,
·Aa·Fptk,张拉时,如果端板与墩头之间不浮现拉脱状况,那么按新广东规程所规定的桩身抗拉强度计算公式(Rp=бpc·A)计算的抗拔桩的抗拔力(·Aa·Fptk),是不不小于张拉力的,此时端板与墩头之间的连接是安全可靠的,若采用Rp=(бpc+ft)·A作抗拉强度计算公式计算出来的抗拔力,有时也许打过张拉力,特别是A型桩,端板与墩头直径的连接就不一定可靠。可见,新广东规程推荐的桩身抗拉强度计算公式并不保守,而是与“墩头与锚固孔”的抗拉能力相匹配。
值得一提的是:有些管桩生产厂家在预应力张拉时,偶有一、二根预应力钢筋被拉脱或拉断,按理应作报废解决,但也有继续离心成型作成产品出厂。这种不合格的管桩,作为承压桩,其危害性还不是一下子显现出来,但作为抗拔桩,当承受较大抜力时,其他完好的预应力钢筋也会发生“多米诺”效应而被拉断。
单节管桩基本没有接头问题,若用二节以上的管桩作抗拔桩,就有一种桩节联结的接头问题。承压桩的接头质量若不大好,其危害性一时显不出来;抗拔桩的接头质量有问题,容易浮现断桩而失效。因此抗拔桩的接头质量至关重要。
接头型式,目前国内重要是采用电焊焊接接头。焊接措施重要有手工电弧焊和二氧化碳气体保护自