預應力混凝土抗拔樁的設計與運用

胡 廖 琪

(上海強勁地基工程股份有限公司，上海 200000)

預應力混凝土抗拔樁的設計與運用

胡 廖 琪

(上海強勁地基工程股份有限公司，上海 200000)

結合工程實例，闡明了預應力抗拔樁的設計原理及構造要求，并通過計算對比驗證了預應力混凝土抗拔樁相對于普通鋼筋混凝土抗拔樁的經濟性，總結出了預應力混凝土抗拔樁的一些優點。

抗拔樁，預應力鋼絞線，套筒，設計原理，經濟性

0 引言

常用的抗拔樁有預應力管樁、抗浮錨桿、鋼筋混凝土灌注樁等。預應力管樁常要通過接樁來達到設計長度，接樁技術要求高，且管樁與底板之間需通過灌芯來連接，在很多地區都禁止用管樁作抗拔樁。抗浮錨桿直徑小、數量多，影響底板止水效果。而鋼筋混凝土灌注樁抗拔樁配筋量大，造價高。采用預應力混凝土抗拔樁，可以克服以上缺點。通過錨固鋼筋連接灌注樁和底板，連接牢靠；數量少，對底板穿孔少，止水效果好；用預應力鋼絞線代替部分受力縱筋，施加預應力，可對混凝土抗拔樁進行有效的裂縫控制，減少了配筋量，降低了造價。本文通過數據計算及表格統計對比，闡明預應力混凝土抗拔樁在造價方面的優勢，并借助工程實例介紹了預應力混凝土抗拔樁的設計原理。

1 關于預應力抗拔樁的研究

預應力混凝土是將鋼筋拉足張力而壓在混凝土里，一方面可以增加鋼筋的抗拉能力，另一方面可以減少混凝土的裂縫[1]。

預加應力的作用可以認為是對混凝土構件預先施加與使用荷載(外力)方向相反的荷載，用以抵消部分或全部使用荷載效應的一種方法。預應力筋位置的調整可對混凝土構件造成橫向力[2,3]。

我國現行GB 50010-2010混凝土結構設計規范中對裂縫控制做了如下規定：在二類環境條件下，普通鋼筋混凝土結構為0.2 mm，預應力混凝土結構為二級要求(一般要求不出現裂縫)[4]。歐洲混凝土委員會和國際預應力協會CEB-HP對預應力混凝土結構裂縫控制寬度的規定在一般土中為0.2 mm，處于侵蝕介質中為0.1 mm；美國混凝土學會規定在土壤中為0.3 mm[5]。

為進一步說明問題，下面作一些數值計算對比。假設抗拔樁樁身直徑為600 mm，樁截面面積A=282 744 mm2，承受的拉力標準值分別為2 000 kN,1 600 kN,1 000 kN。分不進行裂縫驗算和進行裂縫驗算兩個方向。

1.1 不進行抗裂驗算

根據公式：

N≤fyAs

(1)

可得：

。

拉力標準值為2 000kN時，灌注樁主筋用鋼量為199kg/m3。

拉力標準值為1 600kN時，灌注樁主筋用鋼量為158kg/m3。

拉力標準值為1 000kN時，灌注樁主筋用鋼量為98kg/m3。

1.2 進行抗裂驗算

按上海規范進行抗裂設計，灌注樁主筋用鋼量為252kg/m3。

按正常規定進行抗裂設計，灌注樁主筋用鋼量為305kg/m3。

按最嚴格要求進行抗裂設計，灌注樁主筋用鋼量為435kg/m3。

按后張法預應力灌注樁形式進行抗裂設計，灌注樁主筋用鋼量為105.3kg/m3。

1.3 計算結果歸納對比

按不同情況整理見圖1。

通過采用鋼絞線和焊接鋼管代替大部分受力鋼筋，可以大大減少抗拔樁的用鋼量，從圖1可以看出，后張法預應力灌注樁的用鋼量比常規灌注樁任何情況下的用鋼量都要少，且樁身受力越大，優勢越明顯。

2 預應力灌注樁的設計與工程運用

項目名稱：安徽鳳臺金地項目抗浮樁設計。

工程概況：抗拔樁持力層為③層粉質粘土、④層粉細砂。

單樁豎向抗拔承載力特征值為490kN。

灌注樁樁長9.0m，樁徑0.7m。

2.1 單樁極限抗拔承載力計算

單樁抗拔承載力計算按式(2)計算：

Tuk=∑λiqsikuili+G

(2)

其中，Tuk為基樁抗拔極限承載力標準值；ui為樁身周長；qsik為樁側表面第i層土的抗壓極限側阻力標準值；λi為抗拔系數；li為樁身范圍土墻厚度；G為抗拔樁自重。

計算過程如表1所示。

表1 單樁極限抗拔承載力計算表

單樁抗拔極限承載力標準值Tuk=344+707=1 051kN，特征值取530kN>490kN。

2.2 樁體配筋計算及構造要求

樁身強度驗算的荷載設計值T=1.25×530=662.5kN。

預應力混凝土灌注樁通過錨固鋼筋和底板連接，錨固鋼筋錨入底板1m，錨入灌注樁頂部2m。

首先選用3根φ15.2的預應力無粘結鋼絞線作預應力筋，每根鋼絞線用一根27.0mm，壁厚2.0mm的鋼管作護筒。

根據式(3)配置縱筋：

T≤fyAs+fpyApy

(3)

再根據式(3)計算錨固鋼筋：

2.3 抗拔樁裂縫驗算

本工程抗拔樁需按不出現裂縫進行設計，即：

σck-σpc≤ftk。

樁身所受拉力標準值：

Tk=530kN。

樁身采用C35混凝土：

ftk=2.2N/mm2。

取張拉控制應力為：

σcon=0.75fptk=0.75×1 860=1 395N/mm2。

鋼絞線面積：

Ap=3×140=420mm2。

鋼管總截面面積：

Ay1=3×157=471mm2。

縱筋總截面面積：

Ay2=3×201.1=603mm2。

混凝土凈面積：

預應力損失：

施加預應力后，混凝土法向壓應力：

fcu′≥0.8fcu,k=0.8×35=28 N/mm2。

含鋼率：

ρ′=(420+471+603)÷383 576=0.003 9。

扣除全部預應力損失后的混凝土預應力：

標準荷載下，混凝土構件平均拉應力：

σck=530 000÷383 576=1.38N/mm2。

σck-σpc=1.38-1.08=0.30N/mm2≤ftk=2.20N/mm2。

所以，不會出現拉裂縫。

3 結語

1)通過采用鋼絞線和焊接鋼管代替大部分受力鋼筋，可以大大減少抗拔樁的用鋼量。后張法預應力灌注樁的用鋼量比常規灌注樁大多數情況下的用鋼量都要少，且樁身受力越大，優勢越明顯。

2)預應力抗拔灌注樁的鋼絞線為無粘結鋼絞線，可采用焊接鋼管作為套管，既可代替部分受力主筋承受拉力，又可保證灌注樁鋼筋籠的相對剛度，還可以保證鋼絞線孔道的完整性以及防止周圍環境對鋼絞線的腐蝕。

3)預應力抗拔灌注樁設計的內容有抗拔承載力計算、鋼筋籠配筋計算、樁身抗裂驗算。

[1] 林同炎.預應力混凝土技術[J].科技導報，1980(1)：52.

[2] 林同炎，NedH.Burns.預應力混凝土結構設計[M].第3版.路湛心,譯.北京：中國鐵道出版社，1984.

[3] 蔡江勇.后張預應力混凝土結構分析及施工檢測評定方法研究[D].武漢：武漢理工大學博士論文，2004.

[4] GB 50010-2010,混凝土結構設計規范[S].

[5] 朱世平，杜高恒，何世鳴，等.抗拔(浮)樁的發展歷程和研究方向[J].探礦工程(巖土鉆掘工程)，2007(5)：5-11.

Design and application of prestressed concrete anti-pulling pile

HU Liao-qi

(Shanghai Qiangjin Foundation Engineering Co., Ltd, Shanghai 200000, China)

Combining with engineering examples, the paper describes design principles and structural demands of prestressed anti-pulling pile, testifies its economy comparing to common steel concrete anti-pulling pile through calculation comparison, and summarizes some advantages of prestressed concrete anti-pulling pile.

anti-pulling pile, prestressed steel strand, sleeve, design principle, economy

1009-6825(2014)36-0072-03

2014-10-15

胡廖琪(1987- )，男，助理工程師

TU473.1

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