張亮亮

(山西約翰芬雷華能設(shè)計(jì)工程有限公司，山西 太原 030000)

鋼筋混凝土灌注樁具有安全適用、經(jīng)濟(jì)合理等優(yōu)點(diǎn)，近年來獲得了廣泛的應(yīng)用，作者通過這幾年完成的幾項(xiàng)采用人工挖孔灌注樁工程的設(shè)計(jì)，并結(jié)合 JGJ 94-2008建筑樁基技術(shù)規(guī)范，GB 50010-2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(以下簡稱《規(guī)范》)的有關(guān)規(guī)定，對(duì)柱下單樁承臺(tái)及連系梁的受力狀況和設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)，簡述如下。

1 承臺(tái)

《規(guī)范》及《建筑地基基礎(chǔ)計(jì)算手冊(cè)》對(duì)柱下單樁承臺(tái)都缺少理論分析和設(shè)計(jì)的規(guī)定。規(guī)范沒有明確單樁基礎(chǔ)必須設(shè)置承臺(tái)，但其實(shí)承臺(tái)處受力復(fù)雜，而承臺(tái)恰恰可以把這些力傳遞到樁的頂部。

1.1 承臺(tái)的功能

樁頂部承擔(dān)的柱子底部和基礎(chǔ)梁端的內(nèi)力均很大，同時(shí)還是樁與柱子、梁的交點(diǎn)，是剛度突變、桿件斷裂的不利部位，也是上部結(jié)構(gòu)與樁的分界點(diǎn)，此位置容易產(chǎn)生應(yīng)力集中。為避免樁身頂部遭到破壞，需要采取一定的加強(qiáng)措施，而承臺(tái)的主要作用就是加強(qiáng)薄弱位置，避免應(yīng)力集中而產(chǎn)生樁頂部破壞。

1.2 承臺(tái)的受力分析

樁頂部是一個(gè)受力比較復(fù)雜的節(jié)點(diǎn)區(qū)。通過分析，結(jié)果表明其主要是受壓應(yīng)力和剪力的作用，破壞形式為“剪壓破壞”。

圖1 樁頂部受力詳圖

如圖1所示，可以看出承臺(tái)承擔(dān)著三部分的荷載:

1)上部結(jié)構(gòu)(柱子)傳來的力。包括軸力Nc，彎矩Mc和剪力Vc;2)基礎(chǔ)梁傳來的力。包括軸向力 Nb1，Nb2，彎矩 Mb1，Mb2，剪力Vb1，Vb2;3)樁的反力。

1.3 承臺(tái)的設(shè)計(jì)

1.3.1 承臺(tái)與樁身和柱子采用固接

承臺(tái)與樁身和柱子采用固接的原因如下:

1)傳遞樁端彎矩的需要:只有樁、樁承臺(tái)、柱子三者間采用固接，才能夠?qū)⒅讖澗貍鬟f到樁身。2)結(jié)構(gòu)計(jì)算的需要:結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)我們假定上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)固接，樁、樁承臺(tái)、柱子三者之間應(yīng)采用固接。3)抵抗水平荷載的需要:樁、樁承臺(tái)、柱子三者間采用固接可以有效減少樁頂?shù)乃轿灰?，提高樁抵抗水平力的能力?/p>

對(duì)樁與承臺(tái)，柱與承臺(tái)的連接構(gòu)造，《規(guī)范》中規(guī)定:樁頂及上部結(jié)構(gòu)柱子的縱向主筋錨入承臺(tái)內(nèi)的長度不宜小于35倍的縱向主筋直徑。對(duì)于抗拔樁，樁頂縱向主筋的錨固長度應(yīng)按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《規(guī)范》確定。詳見圖2。

圖2 承臺(tái)內(nèi)鋼筋錨固詳圖

柱下獨(dú)立樁基承臺(tái)的最小寬度不應(yīng)小于500 mm，邊樁中心至承臺(tái)邊緣的距離不應(yīng)小于150 mm，詳見圖3。

圖3 單樁承臺(tái)示意圖

1.3.2 樁身應(yīng)嵌入承臺(tái)內(nèi)

為防止樁身與承臺(tái)連接不緊密，造成剪切破壞，需要把樁身嵌入承臺(tái)一定的深度?！兑?guī)范》第4.2.4第1條中規(guī)定:樁嵌入承臺(tái)內(nèi)的長度對(duì)中等直徑樁不宜小于50 mm;對(duì)大直徑樁不宜小于100 mm。

1.3.3 承臺(tái)的剛度

由于承臺(tái)是多個(gè)桿件匯集的節(jié)點(diǎn)，是把上部荷載傳遞給樁頂部的構(gòu)件，為了可靠地連接柱子、連系梁及樁身，承臺(tái)必須保證自身的剛度及尺寸，參照《規(guī)范》第4.2.1條規(guī)定，承臺(tái)構(gòu)造尺寸見圖3。

煤礦GIS“一張圖”，是煤礦空間環(huán)境數(shù)據(jù)組織集成的統(tǒng)一框架，是2DGIS或2D+3DGIS一體化的服務(wù)平臺(tái)，是基于統(tǒng)一地理信息平臺(tái)的煤礦安全生產(chǎn)大數(shù)據(jù)集成和展示平臺(tái)，其核心理念是“綜合、集成”統(tǒng)一管理、“隨時(shí)、隨地”訪問使用，“持續(xù)、及時(shí)”協(xié)同、動(dòng)態(tài)更新，服務(wù)于技術(shù)、生產(chǎn)、安監(jiān)、防災(zāi)應(yīng)急等煤礦大數(shù)據(jù)分析展示等。

1.3.4 承臺(tái)的混凝土強(qiáng)度等級(jí)

混凝土強(qiáng)度等級(jí)主要滿足以下兩個(gè)因素:1)滿足計(jì)算和構(gòu)造的要求。計(jì)算要滿足局部承壓的要求。2)滿足施工的需要。為了方便施工，承臺(tái)宜與連系梁、樁身或柱為同一等級(jí)混凝土，減少混凝土等級(jí)的種類。通常情況下采用C25，C30。

1.3.5 承臺(tái)的配筋要求

承臺(tái)的鋼筋理論上應(yīng)該根據(jù)實(shí)際受力的需要進(jìn)行配置，且有以下計(jì)算要求:1)承臺(tái)的頂面底面均需配置雙向鋼筋。計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮上部結(jié)構(gòu)柱子傳來的豎向力(見圖4a))。2)在對(duì)承臺(tái)側(cè)面的受拉鋼筋及箍筋進(jìn)行計(jì)算時(shí)，應(yīng)考慮上部結(jié)構(gòu)柱子傳來的彎矩及剪力，按抗彎剪計(jì)算并配置鋼筋(見圖4b))。3)承臺(tái)還承擔(dān)著連系梁傳來的彎矩、剪力，也需按抗彎剪計(jì)算，并配置承臺(tái)側(cè)面的受拉鋼筋及箍筋(見圖4b))。實(shí)際設(shè)計(jì)中，承臺(tái)本身的剛度比與其連接的構(gòu)件要大，計(jì)算出的配筋量一般都比較小，但設(shè)計(jì)時(shí)一般要滿足最小配筋率的要求，主筋直徑不應(yīng)小于12。承臺(tái)的配筋構(gòu)造詳見圖4c)。

圖4 承臺(tái)配筋示意圖

對(duì)于柱下單樁基礎(chǔ)，沖切不是影響承臺(tái)尺寸及配筋的因素，可不予考慮。

2 連系梁

《規(guī)范》第4.2.6第3條規(guī)定:“有抗震設(shè)防要求的柱下樁基承臺(tái)，宜沿兩個(gè)主軸方向設(shè)置連系梁”。

2.1 連系梁的功能

1)承托上部墻體荷載，將其傳給承臺(tái)，通過承臺(tái)傳入樁身。2)整體現(xiàn)澆的連系梁與承臺(tái)能調(diào)整各樁間的不均勻沉降。3)協(xié)調(diào)各樁之間的水平力，使樁頂水平位移大致相等，防止個(gè)別樁因水平承載力不足而導(dǎo)致破壞。4)承擔(dān)一部分樁底不平衡彎矩。

以上四個(gè)作用除第一個(gè)是一般的基礎(chǔ)梁都具有的功能外，其余三個(gè)均是連系梁特有的功能。

2.2 連系梁的位置

1)梁底與承臺(tái)底部平齊。我國上海、浙江等地采用此方法。這種方法傳力明確，施工較為方便。缺點(diǎn)是梁底部的鋼筋不能直接通過承臺(tái)，受伸入承臺(tái)的樁頭的影響。

2)梁置于承臺(tái)中部。當(dāng)實(shí)際工程允許時(shí)，應(yīng)采用這種布置，其優(yōu)點(diǎn)是傳力更為明確，同時(shí)解決了鋼筋干擾的問題。不足之處是當(dāng)梁高不同時(shí)，梁底不在同一標(biāo)高上，給施工帶來不便。

3)梁頂與承臺(tái)頂面平齊?！兑?guī)范》中采用了梁頂與承臺(tái)頂面平齊的方法。具有1)的優(yōu)點(diǎn)，傳力明確，同時(shí)也與2)的不足之處相同，施工不便，梁頂部縱向鋼筋與承臺(tái)頂部主筋也互相干擾。

實(shí)際施工中得出方法3)相對(duì)來說施工較為便利。

2.3 連系梁的計(jì)算

計(jì)算方法有以下三種:

1)將上部直接承托的墻體的荷載全部布置于連系梁上，按多跨連續(xù)梁或者簡支梁分析計(jì)算。

2)將連系梁看作過梁進(jìn)行計(jì)算。在砌體結(jié)構(gòu)中，過梁的計(jì)算考慮了上部墻體的共同作用。

3)按倒置彈性地基梁計(jì)算。把連系梁上部的墻體看作彈性地基基礎(chǔ)，樁頂?shù)姆戳t視為外力。

方法1)沒有考慮墻體與梁共同作用，偏向于保守;按過梁計(jì)算是建立在墻體充分發(fā)揮拱效應(yīng)的情況下，偏向于不安全;實(shí)際工程中通常采用倒置彈性地基梁的方法。