先张法预应力混凝土管桩作为抗拔桩的设计

1 预应力混凝土管桩在人防工程中的应用预应力混凝土管桩在人防工程中的应用 1 工程概况工程概况 本工程位于昆明市区 为单建式人防地下室 该地下室平时为 汽车库 战时为 6 级二等人员掩蔽工程 总建筑面积为 2430m2 工 程剖面见图 1 所示 图 1 本工程结构采用钢筋混凝土梁板式楼盖体系 地下室底板面标 高为 4 2m 顶板面标高为 0 6m 覆土厚度为 0 6m 土层情况见表 1 2 土层情况土层情况 表表 1 土层平均层厚 m 其他性状qsik KPa qpk KPa 1 杂填土 2 粘土 3 泥炭 4 粉土 5 粘土 6 粉土 7 粘土 8 粉砂 2 5 2 0 1 8 1 7 2 25 1 9 2 2 未揭穿 可塑 软塑 饱和 软塑 流塑 饱和 可塑 软塑 饱和 可塑 软塑 饱和 中密 很湿 中压缩性 可塑 湿 中压缩性 中密 密实 湿 中压缩性 28 12 60 52 70 60 753500 qsik 管桩桩周极限侧阻力标准值 qpk 管桩极限端阻力标准值 场地浅层地下室为孔隙型潜水 补给源主要为大气降水 勘察 期间测得钻孔稳定水位埋深在地下 0 4 1 8m 之间 由于地下水为较 高 结构本身自重不能抵抗地下水的浮力 所以该结构基础设计要进行 抗浮计算 2 抗浮整体设计计算抗浮整体设计计算 2 1 抗浮工况 结构进行抗浮分析计算时 考虑了三种工况 1 施工阶段 地下室正在施工中 要求在施工阶段采取可靠的降排 水措施 所以设计不考虑施工阶段的浮力作用 2 施工完毕还未使用阶段 顶板已施工完毕 覆土尚未回填 地面景 观绿化还未开始施工这时侯就已经停止降排水 估计届时最高地 下水位为地表下 1 8m 以此作为抗浮计算水位 抗浮安全系数取 1 2 永久荷载分项系数取 0 9 3 使用阶段 地面景观绿化已施工完毕正常使用阶段 按地勘报告提 3 供的最高地下水位来计算水浮力 以地表下 0 4m 作为抗浮计算水 位 抗浮安全系数取 1 2 永久荷载分项系数取 0 9 经计算比较以第三种情况为最不利情况 选取第三种情况进行计算 2 2 抗浮桩型的选取 预应力管桩方案具有以下优点 承载力高 根据岩土勘察报告 管桩 qsik平均为 50Kpa 经济性好 根据桩基施工单位报价 而 PC 400 95 管桩为 140 元 m 由于管桩为预制桩 混凝土为压应力或 零应力 工作状况合理 充分利用了管桩的预应力优势 结合工程 实际 当地供货情况 施工水平和工期的要求 确定预应力管桩为 工程的抗拔桩 3 抗拔桩设计抗拔桩设计 设计选用 PC B400 95 桩型 由于在枯水工况下桩须承受压 力作用 故选用层 粉砂层作为桩端持力层 设计桩长为 12m 在 自然地坪施打 送桩至地下室底板下设计桩顶标高 管桩作为抗拔 桩使用时 设计计算应从以下几方面确定单桩竖向抗拔承载力征值 3 1 桩身抗拉强度 验算桩身抗拉强度时荷载效应采用基本组合 Qc 桩身仅考虑预 应力 不计算混凝土抗拉应力 Qc n CONAS 1 Qc 相应于荷载效应基本组合时的单桩所承担的竖向拉力设计值 n 预应力钢筋根数 con 预应力钢筋张拉控制应力 根据文 4 con 994MPa As 预应力钢筋截面面积 n CONAS 13x994x64 827008N 4 根据图纸计算得 Qc 249390N 满足 Qc n CONAS 桩身抗拉强度满足要求 3 2 根据地质资料确定地基土对管桩的承载力 3 R Up Gp 3 s isiki lq Up 桩身周长 R 抗拔承载力特征值 i 土层抗拔系数 取 0 7 li 土层厚度 GP 单桩自重标准值 按浮重度计算 第 1 2 层土与桩身无接触不起作用 只计算 3 4 5 6 7 8 层 土的摩阻力 有效桩长为 12 米 计算得 R 1 256x0 7x 1 8x12 1 7x60 2 25x52 1 9x70 2 2x60 2 15x75 1 65 16 38 371 71KN 满足 Qc R 地基土承载力满足设计要求 3 3 验算桩端与承台连接 桩端伸入承台长度满足设计要求 且不需要凿桩时按图 2 a 连 接 需要凿桩时按图 2 b 连接 5 1 L1须满足桩抗拔承载力通过填芯混凝土与管桩内壁粘结力 的传递 根据下式计算 RaL 4 t fLD 12 D2 管桩内径 取 210mm ft 混凝土抗拉强度设计值 C30 混凝土 取 1 43kN mm2 粘结系数 取 0 3 0 3x x210L11 43 Qc 求得 L1 881mm 由于凿桩使管桩端板对预应力钢筋的锚固受破坏 在凿桩段预 应力未充分传递 故 L1应不小于预应力钢筋锚固长度 并依据文 4 有 关规定取 L1 1000mm 2 验算锚固钢筋的抗拉强度 采用 6 20 ft 6x300 x310 558000N Qc 3 L2应满足受拉钢筋的锚固长度 2 要求 L2 40d 800mm 管桩墩头预应力筋与端板的连接强度由厂家根据试验确定 当 管桩作为抗拔桩使用时 在设计文件中须提出连接强度不小于桩身 抗拉强度的要求 4 4 静载试验静载试验 选取三根工程桩做了非破坏性单桩抗拔静载试验 采用慢速维 持荷载法 桩长 12m 桩径 400mm 依据结构所需的抗拔力特征值 确定试验极限承载力标准值为 450kN 分 10 级加载 每级加载值为 45KN 当加载至 450KN 时 1 试桩总共上拔量 7 57mm 2 试桩总共 上拔量 10 43mm 3 试桩总共上拔量 6 31mm 上拔变形量满足设计 要求 根据试桩结果 求得单桩竖向抗拔承载力特征值为 R Quk sp 450 1 6 281 2KN Qc 3 6 试桩结果满足抗拔要求 5 5 核爆等效静荷载作用下的桩身强度验算核爆等效静荷载作用下的桩身强度验算 根据文 5 第 4 8 15 条的条文说明 为了确保结构安全 在防空 第下室结构设计中 不论何种情况桩本身都应按计入上部墙 柱传 来的核武器爆炸动荷载的荷载效应组合值来验算构件的强度 本人防地下室的抗力级别为 6 级 顶板等效静荷载标准值为 70KN m2 根据下式验算桩身强度 5 0 GSGK QSQK R 式中 0 结构重要性系数 可取 1 0 G 永久荷载分项系数 取 1 2 SGK 永久荷载标准组合值 本工程计算得 340 65KN Q 等效静荷载分项系数 可取 1 0 SQK 等效静荷载效应标准值 本工程计算得 831 6KN R 桩身竖向承载力设计值 取 1750KN 5 得 1x 1 2x340 65 1 0 x831 6 1240 38KN R 1750KN 经过验算 核爆等效静荷载作用下的桩身强度满足设计要求 6 6 结语结语 经过施工和检测 工程已顺利完成并投入使用至今已两年 沉 降观测表明地下室使用期间工作正常 证明设计计算是可靠的 预 应力管桩作为抗拔桩具有承载力高 经济性好 施工速度快等优点 在技术上完全可行 且充分利用了管桩的预应力特点 利于抗拔桩 的裂缝控制 并且用于抗力级别不太高的人防工程 预应力管桩的 桩身强度也是可以满足设计要求的 可供同类设计参考 由于管桩为分节工厂预制 工地现场连接 现场施工水平尤其 是接桩对承载力有较大影响 建议设计时每根抗拔不宜多于三节 当用作坑拔桩时的技术指标要求 应在设计文件中注明 并应根据 7 规范要求进行桩的检验和监测 参参 考考 文文 献献 1 先张法预应力混凝土管桩 GB13476 1999 中国标准出版社 出版