席亞軍，黃 沛，任宇濤

(1.河北建研科技有限公司，河北 石家莊 050022；2.同濟(jì)大學(xué)，上海200092；3.中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司，北京100038)

先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁(簡(jiǎn)稱管樁)具有高強(qiáng)、質(zhì)量保障率高、工期短等優(yōu)點(diǎn)[1]，已被廣泛應(yīng)用到建筑工程領(lǐng)域，逐漸成為國(guó)內(nèi)外應(yīng)用量最大的樁型[2]。在管樁基礎(chǔ)質(zhì)量檢測(cè)及驗(yàn)收階段，按照現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)[3]要求，應(yīng)進(jìn)行單樁承載力靜載荷試驗(yàn)。選用何種加載反力裝置對(duì)靜載荷試驗(yàn)快速、準(zhǔn)確、經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)便的實(shí)現(xiàn)，有著至關(guān)重要的作用。在錨樁橫梁反力裝置，壓重平臺(tái)反力裝置、錨樁壓重聯(lián)合反力裝置、地錨反力裝置等幾種抗壓靜載荷試驗(yàn)反力裝置中，相比較而言，通過(guò)將工程管樁加工成錨樁，采用錨樁橫梁反力裝置體現(xiàn)了地基基礎(chǔ)工程中必須堅(jiān)持因地制宜、就地取材、保護(hù)環(huán)境和節(jié)約資源的原則。管樁用作錨樁，首先碰到的問(wèn)題是如何加載，因?yàn)楣軜稑侗砻婀饣?，很難用夾具扣牢，即使扣牢受力亦很不均勻，因此，試驗(yàn)時(shí)采用在樁芯內(nèi)埋設(shè)鋼筋澆灌混凝土的方法，使其被加工成錨樁?；诖?，本文研究探討了一種將管樁用作靜載荷試驗(yàn)中錨樁的試驗(yàn)方法，有著廣泛的推廣價(jià)值和顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

1 工程概況及錨樁設(shè)計(jì)參數(shù)

1.1 工程概況

本工程管樁選用PHC B 500 125型號(hào)管樁，設(shè)計(jì)單樁抗壓承載力特征值為1 550 kN，樁長(zhǎng)26 m。由于現(xiàn)場(chǎng)交叉施工，場(chǎng)地狹小、施工道路不暢，考慮到堆載靜載荷試驗(yàn)法需大量配重進(jìn)出場(chǎng)，吊裝設(shè)備占位等不便因素，決定采用錨樁橫梁反力裝置靜載荷試驗(yàn)方法。對(duì)所選試樁周邊工程樁進(jìn)行混凝土填芯插筋處理，使其成為抗拔錨樁。

該場(chǎng)地工程地質(zhì)情況見(jiàn)圖1，錨樁設(shè)計(jì)參數(shù)值見(jiàn)表1，試樁錨樁布置圖見(jiàn)圖2。

圖1 場(chǎng)地工程地質(zhì)圖

圖2 試樁錨樁布置示意圖

表1 錨樁設(shè)計(jì)參數(shù)值

1.2 錨樁設(shè)計(jì)參數(shù)

1.2.1 錨樁抗拔承載力特征值的估算

依據(jù)《預(yù)應(yīng)力混凝土管樁基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)程》[3]DB13(J)/T105-2010，錨樁抗拔承載力特征值為:

式中:Rta為單樁抗拔承載力特征值(kN)；up為管樁樁身外周邊長(zhǎng)(m)；λi為抗拔摩阻力折減系數(shù)，砂土取0.50，粘性土、粉土取0.70；qsia為管樁第i層土(巖)的側(cè)阻力特征值(kPa)；li為管樁穿越第i層土(巖)的厚度(m)；Gp為管樁自重(kN)。樁徑500 mm，壁厚125 mm。

經(jīng)計(jì)算: Rta=859 kN

1.2.2 確定錨樁根數(shù)

依據(jù)《建筑樁基檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》[4]JGJ 106—2003規(guī)定，加載反力裝置所提供的最小反力計(jì)算方法如下:

1550×2×1.2=3720 kN

錨樁根數(shù)計(jì)算:

3720÷859=4.3，取 6根。(考慮錨樁受力對(duì)稱均勻，取雙數(shù)，偏于安全)

采用6根樁徑500 mm的工程樁作為錨樁

則每根錨樁需承受的拉力為3360÷6=560 kN＜859 kN，滿足要求。

1.2.3 錨樁內(nèi)需插入鋼筋的數(shù)量

單根錨樁抗拔力計(jì)算:

3720÷6=620 kN＜859 kN，滿足要求。

插入鋼筋截面積計(jì)算，根據(jù)試驗(yàn)最大上拔力不得超過(guò)受拉鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的0.9倍[4]，采用Ⅱ級(jí)鋼筋:

620÷(0.3×0.9)=2296 mm2，選用 4Φ 28。

1.2.4 管樁內(nèi)預(yù)應(yīng)力主筋受拉承載力驗(yàn)算

依據(jù)《國(guó)家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集預(yù)應(yīng)力混凝土管樁》[5]10G409，主筋受拉承載力為:

式中:N為拉力設(shè)計(jì)值；取620 kN；C為考慮預(yù)應(yīng)力鋼筋墩頭與端板連接處受力不均勻等因素的影響而取得折減系數(shù)，C=0.85；fpy為預(yù)應(yīng)力鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，取1 860 MPa；Ap為全部縱向預(yù)應(yīng)力鋼筋的截面面積，Ap=1500 mm2。

經(jīng)計(jì)算

CfpyAp=2 371 kN ＞620 kN。滿足要求，管樁內(nèi)預(yù)應(yīng)力主筋不會(huì)拉斷。

1.2.5 填芯深度計(jì)算

填芯深度大小必須要滿足抗拔承載力的要求，否則會(huì)出現(xiàn)填芯與管樁之間聯(lián)接脫落，導(dǎo)致試驗(yàn)失敗的后果。本工程采用摻微膨脹劑的C30混凝土進(jìn)行填芯，為保證填芯混凝土便于振搗、澆筑密實(shí)，先用干燥的粗砂填灌至設(shè)計(jì)填芯深度處，充當(dāng)填芯混凝土?xí)r的阻塞擋板，防止填芯混凝土振搗時(shí)阻塞擋板掉落。填芯深度的計(jì)算關(guān)鍵取決于填芯混凝土與管樁內(nèi)壁新老混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度。

(1)根據(jù)《預(yù)應(yīng)力混凝土管樁基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)程》[3]DB13(J)/T105-2010，填芯深度為:

式中:La為填芯混凝土深度(mm)，不應(yīng)少于2.5 m；Qt為相應(yīng)荷載效應(yīng)基本組合時(shí)的單樁豎向抗拔力設(shè)計(jì)值(N)；fn為填芯混凝土與管樁內(nèi)壁的粘結(jié)強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，宜由現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。當(dāng)缺乏試驗(yàn)資料時(shí)，C30的摻微膨脹劑的填芯混凝土fn可取0.20 N/mm2～0.30 N/mm2；Upn為管樁內(nèi)孔圓周長(zhǎng)(mm)。

[6]中的大量研究成果，取fn=0.20 N/mm2，經(jīng)計(jì)算

(2)根據(jù)文獻(xiàn)[7]建議的方法計(jì)算填芯深度為:

式中:N為填芯黏結(jié)力設(shè)計(jì)值(kN)；D為填芯直徑(管樁內(nèi)徑)；L為填芯深度；ft為填芯混凝土抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值(MPa)；k為平均黏結(jié)剪應(yīng)力系數(shù)。對(duì)于比較光滑的黏結(jié)面，文獻(xiàn)[8]建議:k=0.45～0.56；文獻(xiàn)[9]3組試件的下限值為k=0.53。取k=0.45，是偏于安全的。

經(jīng)計(jì)算:

綜合比較分析，填芯深度取計(jì)算(1)結(jié)果，偏于安全。同時(shí)證明，簡(jiǎn)單的以混凝土的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值用作填芯混凝土與管樁內(nèi)壁的粘結(jié)強(qiáng)度值是偏于不利的。

1.2.6 反力裝置

管樁靜載荷試驗(yàn)反力裝置示意圖如圖3，錨樁與次梁焊接。錨樁填芯示意圖如圖4。

2 管樁用作錨樁后工程性能分析評(píng)價(jià)

工程管樁在靜載荷試驗(yàn)中臨時(shí)用作抗拔錨樁后，對(duì)其后期作為工程抗壓樁的性能是否有影響?這個(gè)問(wèn)題解答主要取決于工程管樁在用作錨樁時(shí)，在抗拔力的作用下是否出現(xiàn)裂縫。如果在抗拔拉力的作用下，管樁樁身出現(xiàn)裂縫，那么勢(shì)必會(huì)出現(xiàn)預(yù)應(yīng)力鋼絞線外露銹蝕等影響管樁耐久性的現(xiàn)象。根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》[10]GB 50010-2002正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算，管樁有效預(yù)應(yīng)力計(jì)算:

圖3 反力裝置示意圖

圖4 錨樁填芯示意圖

表明管樁在抗拔拉力作用下，樁身混凝土未出現(xiàn)拉應(yīng)力。滿足上述規(guī)范Ⅰ級(jí)不出現(xiàn)裂縫的裂縫寬度驗(yàn)算要求。進(jìn)而證明，本工程中工程管樁用作抗拔錨樁后，對(duì)后期使用性能不會(huì)有較大影響。

3 結(jié) 論

通過(guò)本工程中工程管樁用作靜載荷試驗(yàn)中抗拔錨樁的成功應(yīng)用，本文對(duì)管樁用作抗拔錨樁的制作方法、設(shè)計(jì)參數(shù)以及管樁后期使用性能作了系統(tǒng)研究。得出了填芯混凝土與管樁內(nèi)壁新老混凝土的粘結(jié)值的取值依據(jù)；靜載荷反力裝置的設(shè)計(jì)參數(shù)(錨樁承載力、錨樁根數(shù)、錨樁配筋)的計(jì)算方法以及錨樁工程使用性能的評(píng)價(jià)方法。

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