房江鋒，房江勇

（1.深圳宏業(yè)基巖土科技股份有限公司，廣東 深圳 518029；2.中國新興建筑工程有限責(zé)任公司，北京 100079）

0 引言

隨著旋挖設(shè)備施工能力的大力發(fā)展，在地質(zhì)條件復(fù)雜地區(qū)的深基坑支護(hù)工程中，大直徑旋挖鉆孔灌注樁作為支護(hù)樁的應(yīng)用越來越廣泛，由于支護(hù)樁樁身受到很大的彎矩，使其鋼筋籠有直徑大、配筋多、自重大、施工要求高、吊放施工難度大［1-7］等特點(diǎn)。工程中通常采取設(shè)置加勁箍來控制鋼筋籠的徑向變形及籠體剛度，設(shè)計(jì)及施工規(guī)范中建議的加勁箍直徑范圍為 12～25 mm。但是在設(shè)計(jì)中，鋼筋籠的直徑、縱筋數(shù)量及直徑等參數(shù)變化較大，對(duì)于不同參數(shù)的鋼筋籠，選取加勁箍時(shí)，規(guī)范及現(xiàn)有研究文獻(xiàn)暫無建議值。本文依托工程案例，采用結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器，對(duì)各因素對(duì)鋼筋籠徑向變形的影響進(jìn)行了計(jì)算分析。通過計(jì)算和結(jié)果分析，對(duì)調(diào)整加勁箍直徑和加勁箍間距兩種控制鋼筋籠徑向變形的方法進(jìn)行了比較。同時(shí)，經(jīng)過計(jì)算分析，給出了直徑為 1.2 m 的支護(hù)樁型的鋼筋籠加勁箍的適用范圍。

1 關(guān)于灌注樁鋼筋籠設(shè)計(jì)的規(guī)范要求

1.1 規(guī)范要求及設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

JGJ 94-2008《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》第 4 章：樁基構(gòu)造中要求：“當(dāng)鋼筋籠長度超過 4 m 時(shí)，應(yīng)每隔 2 m 設(shè)一道直徑不小于 12 mm 的焊接加勁箍筋”。

JGJ/T 225-2010《大直徑擴(kuò)底灌注樁技術(shù)規(guī)程》第 5 章“基本構(gòu)造”中要求：“當(dāng)鋼筋籠長度超過 4 m 時(shí)，每隔 2 m 宜設(shè)一道直徑為 18～25 mm 的加勁箍筋”。

JGJ 120-2012《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》4.3 節(jié)“排樁設(shè)計(jì)”中要求：“沿樁身配置的加強(qiáng)箍筋應(yīng)滿足鋼筋籠起吊安裝要求，宜選用 HPB300、HRB400 鋼筋，其間距宜取 1 000～2 000 mm”，未給出加勁箍建議直徑。

11S G 814《建筑基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)造》圖集中4.4.13 條要求：“鋼筋籠應(yīng)設(shè)置加強(qiáng)箍筋，加強(qiáng)箍筋應(yīng)焊接封閉，直徑不宜小于 12 mm，間距不宜大于 2 m”。

綜上可知，對(duì)于灌注樁鋼筋籠加勁箍的選型，規(guī)范中推薦范圍為 12～25 mm，實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，為考慮工程造價(jià)，往往忽視了鋼筋籠加工和吊運(yùn)過程中變形控制的要求，給出的加勁箍直徑一般偏小。

1.2 鋼筋籠變形控制要求

根據(jù) GB 50204-2015《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》和設(shè)計(jì)要求，鋼筋籠徑向變形容許誤差通常為-10～10 mm。鋼筋籠在現(xiàn)場(chǎng)制作完成放于地面后，沿徑向會(huì)產(chǎn)生超限變形，鋼筋籠截面呈橢圓形，如圖 1 所示。而過大的超限變形會(huì)造成鋼筋籠起吊和安裝施工困難。

圖1 鋼筋籠變形

2 結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器及建模

2.1 結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器簡介

結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器（SM Solve r—Structural Mechanics Solver，以下簡稱為“求解器”）是清華大學(xué)袁駟教授主持研發(fā)的結(jié)構(gòu)力學(xué)分析計(jì)算軟件，能夠求解經(jīng)典結(jié)構(gòu)力學(xué)課程中所涉及的桿系結(jié)構(gòu)的幾何組成、靜定、超靜定、位移、內(nèi)力、影響線、包絡(luò)圖、自由振動(dòng)、彈性穩(wěn)定、極限荷載等問題［8-10］。

該軟件算法先進(jìn)、結(jié)果精確、界面友好、操作方便，便于施工企業(yè)技術(shù)人員快速掌握，應(yīng)用于設(shè)計(jì)復(fù)核、計(jì)算之用。

2.2 計(jì)算模型

鋼筋籠放置于地面時(shí)，縱筋在自重作用下將荷載傳遞到相鄰 2 個(gè)加勁箍上。因此，每個(gè)加勁箍承受長 2 m（加勁箍間距 2 m）的縱筋重量。為簡化計(jì)算，建模時(shí)對(duì) 3 個(gè)加勁箍的鋼筋籠進(jìn)行建模，則中間一個(gè)加勁箍需要承受重量的縱筋長度也為 2 m，與實(shí)際相符。

計(jì)算模型如圖 2 所示，利用軟件進(jìn)行計(jì)算，下面利用結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器進(jìn)行編程并求解，在軟件中輸入的 INP 文件如下。

圖2 鋼筋籠計(jì)算斷面模型

變量定義，pi=atan（1）*4，dt=2*pi/N

結(jié)點(diǎn)，1，-2R，0

結(jié)點(diǎn)，2，-2R*cos（dt），2R*sin（dt）

……

結(jié)點(diǎn)，N，2R*cos（dt），-2R*sin（dt）

單元，1，2，1，1，1，1，1，1

單元，2，3，1，1，1，1，1，1

……

單元，N，1，1，1，1，1，1，1

結(jié)點(diǎn)支承，N1，3，0，0，0

結(jié)點(diǎn)支承，N2，3，0，0，0

結(jié)點(diǎn)荷載，1，1，P，-90

結(jié)點(diǎn)荷載，2，1，P，-90

……

結(jié)點(diǎn)荷載，N，1，P，-90

單元材料性質(zhì)，1，N，EA，EI，0，0，-1

其中，N為鋼筋籠主筋數(shù)量，R為鋼筋籠半徑，P為等效節(jié)點(diǎn)荷載，E為材料的彈性模量，A為鋼筋截面面積，I為截面的慣性矩。

3 工程案例

3.1 工程概況

本工程場(chǎng)地為填海造陸形成，基坑開挖范圍內(nèi)主要分布的地層為人工填土層（Qml）、第四系全新統(tǒng)海陸交互相沉積淤泥質(zhì)黏土層（）、第四系上更新統(tǒng)沖洪積黏土和礫砂層（）、第四系殘積砂質(zhì)黏性土層（Qel）。基坑開挖深度約 18 m，設(shè)置兩道內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)，樁徑 1.2 m，采用旋挖鉆孔灌注工藝施工，支護(hù)樁配筋情況如表 1 所示，鋼筋籠材料參數(shù)如表 2 所示。

表1 支護(hù)樁規(guī)格及配筋

3.2 加勁箍直徑對(duì)鋼筋籠徑向變形的影響規(guī)律分析

選取配筋量最大的 4-4 剖面鋼筋籠進(jìn)行計(jì)算分析，從鋼筋籠在自重作用下的變形（見圖 3）可以看出：當(dāng)縱向主筋為 42C32、加勁箍為 C18@2 000，鋼筋籠僅在其自重作用下最大的徑向變形發(fā)生在加勁箍的頂端，變形最大值為 64.6 mm，該結(jié)果未考慮焊接施工的影響。

圖3 直徑 1.2 m 鋼筋籠（加勁箍 C18）變形示意圖

計(jì)算結(jié)果表明，在原設(shè)計(jì)配筋的情況下，鋼筋籠在其自重作用下會(huì)產(chǎn)生超限變形。 通過調(diào)整加勁箍直徑和間距，計(jì)算鋼筋籠徑向變形，結(jié)果如表 3 和圖4 所示。

圖4 4-4 剖面鋼筋籠變形與加勁箍直徑關(guān)系圖

表3 不同加勁箍直徑和間距時(shí)鋼筋籠的徑向變形

由計(jì)算結(jié)果可知，當(dāng)采用 C25@1 200 或 C28@1 800 加勁箍時(shí)，鋼筋籠徑向變形可滿足規(guī)范要求。施工期間按照計(jì)算結(jié)果，對(duì)該剖面鋼筋籠的加勁箍直徑和間距進(jìn)行調(diào)整，綜合考慮施工難度和效率，施工時(shí)選取加勁箍參數(shù)為C28@1 800，鋼筋籠的徑向變形得到了有效控制。

3.3 加勁箍間距對(duì)鋼筋籠徑向變形的控制分析

除了加勁箍直徑以外，加勁箍間距也會(huì)對(duì)鋼筋籠徑向變形產(chǎn)生影響，通過調(diào)整加勁箍間距進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表 3 所示。

分析圖 5 所示結(jié)果可知，隨著加勁箍直徑的增大，加勁箍間距對(duì)鋼筋籠徑向變形的影響逐漸較小。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)焊接施工難度及工作效率，與減小加勁箍間距相比，增大加勁箍直徑對(duì)變形的控制更為高效、經(jīng)濟(jì)。

圖5 不同加勁箍間距對(duì)鋼筋籠徑向變形的控制效果圖

3.4 直徑為 1.2 m 的灌注樁鋼筋籠加勁箍選配建議

現(xiàn)階段采用樁錨和咬合樁支護(hù)的深基坑越來越多，深基坑的支護(hù)樁承受較大的彎矩，設(shè)計(jì)配筋率偏高。但是一般設(shè)計(jì)中少有考慮鋼筋籠加工過程、成品堆放、吊運(yùn)過程中的變形控制指標(biāo)，因此，按照規(guī)范建議的加勁箍選型范圍要求，選配的加勁箍偏小。對(duì)于 1.2 m 直徑的鋼筋籠，通過調(diào)整縱筋數(shù)量、縱筋直徑和加勁箍直徑等參數(shù)，計(jì)算分析了不同參數(shù)下鋼筋籠的徑向變形。計(jì)算時(shí)，考慮到現(xiàn)場(chǎng)施工難度及工效，加勁箍間距按照常用的 2.0 m 選用。對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析總結(jié)，對(duì)于 1.2 m 直徑的鋼筋籠，加勁箍選配的結(jié)果如表 4 所示。

表4 直徑 1.2 m 鋼筋籠的加勁箍選配表

4 結(jié)語

1）采用結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器對(duì)大直徑鋼筋籠變形計(jì)算，得出原設(shè)計(jì)配置的加勁箍偏小，不能滿足規(guī)范徑向變形的要求。通過計(jì)算，除 4-4 剖面選配 C28@1 800，其他剖面選配 C25@2 000 型加勁箍，可有效控制鋼筋籠徑向變形。

2）計(jì)算結(jié)果表明，減小加勁箍間距的方式對(duì)鋼筋籠徑向變形的控制效果不如增大加勁箍直徑明顯；同時(shí)會(huì)增加加勁箍數(shù)量，增加現(xiàn)場(chǎng)焊接的工作量，加大施工的難度，降低工效。

3）通過計(jì)算分析，給出了直徑 1.2 m 鋼筋籠的在不同設(shè)計(jì)參數(shù)情況下加勁箍的選配范圍，可為同類工程設(shè)計(jì)及施工提供參考。Q