先张法预应力混凝土梁抗拔锚桩的设计

先张法预应力混凝土梁抗拔锚桩的设计

1抗拔锚桩的设计在施工现场，预制建筑混凝土梁应采用先张法制备，原设计为直线钢筋。由于弯曲钢筋具有在梁端提供预压力、减少剪切钢筋等优点，将直线张拉改为折叠钢筋。有关更多详细信息，请参见图1。在起弯点处需提供固定的锚固力,设计用抗拔锚桩来实现,抗拔锚桩的抗拔力必须大于张拉高强钢束时产生的上拔力设计值。为保证张拉过程的顺利进行,抗拔锚桩的设计也就极为重要。拟张拉的梁长20m,高0.9m,宽1.24m,每片梁布筋12束,单束筋设计张拉力为196kN,起弯点处的水平倾角为9°,经计算所需抗拔力设计值P=368kN。现场地表以下4m为硬塑状粉质黏土,其下为粉土。粉质黏土的有关物理力学性质指标为:天然孔隙比e0=0.72,含水量w=21%,容重γ=18.5kN/m3,10mm液限wL=29.4,塑性指数IP=12.7,直剪试验快剪测定黏聚力C=50kPa、内摩擦角φ=25°。在抗拔桩设计中,桩身的结构计算较容易满足,关键在于抗拔承载力的检算。这里仅对其计算过程进行介绍。2桩身长度方向布置根据梁宽和结构要求,可初步设抗拔锚桩的截面尺寸为2m×1.2m,桩身材料采用C30钢筋混凝土,沿长度方向布置8ϕ28@200钢筋,桩身截面强度检算满足。可依据下列抗拔承载力的计算公式,通过提供的设计上拔力值P来计算桩长。计算公式有3种:第1种《建筑桩基技术规范》(JGJ94-94),简称规范法1;第2种《公路桥涵地基和基础设计规范》(JTJ024-85),简称规范法2;第3种土重法。(1)桩侧表面极限侧阻力UΚ=∑λiqsiΚuiliUK=∑λiqsiKuili根据地基土参数,式中参数取值为:抗拔系数λ=0.7,桩侧表面极限侧阻力标准值qsiK=65kPa,抗拔力设计值为UK=368kN,桩的周长u=(2+1.2)×2=6.4m,故算得桩长l=UΚ/(λqsiΚu)=1.26ml=UK/(λqsiKu)=1.26m近似取为1.5m。(2)桩的抗拔力设计值的确定[Ρ1]=0.3U∑lτΡ+G[P1]=0.3U∑lτP+G该式中,参数取值为:桩侧表面极限侧阻力标准值τp=70kPa,因为抗拔力设计值为[P1]=368kN,桩的周长u=(2+1.2)×2=6.4m,桩的有效自重G=V×γc=2×1.2×24×l=57.6l,故算得桩长l=1.9ml=1.9m近似取为2.0m。(3)桩体重、资金重量计算Ρu=GΡ+GcPu=GP+Gc土重法的计算模型如图2所示,假定倒锥体的破裂角为土体内摩擦角φ,抗拔力来源于桩身自重和倒锥形土体的重量之和。其中桩体自重GP=57.6l,倒锥土体的重量计算如下。等效直径de=0.6(2+1.2)=1.92mh′=de2/tanφ=2.06m倒锥土体的体积V=13π(l+h′)(de2+ltanφ)2-13πh′(de2)2-2.4l倒锥土体的重力GC=Vγ=18.5V将GP、GC带入土重法抗拔力计算公式,且知抗拔力设计值Pu=368kN,通过试算或求极值的方法可得到桩长l=2.97m,近似取为3.0m。3不同埋置深度桩-桩-土截面破坏的抗拔力计算方法通过3种不同的计算公式得到了3种不同的结果,究竟桩长取哪一个值较为妥当,这取决于这种浅埋锚固桩最可能的破坏形式。抗拔锚桩的破坏形式一般有4种类型:沿桩-土侧壁截面滑动、桩周土体破坏、桩身拔断和复合剪切破坏(即桩的下部沿桩-土截面破坏,而上部的部分深度内土体中形成剪切面)。上述4种破坏形式中,只有在浅埋情况下发生的破坏是第二种类型,因为埋深较大时,倒锥土体的重力过大,该种破坏不可能发生;而规范法公式计算是以第一种破坏形式为基础,主要在埋深较大时发生这种破坏。对于同一土体而言,这两种计算结果有这样一种趋势,规范法计算的抗拔力先是大于土重法计算的抗拔力值,随着埋置深度的增加,后来则小于土重法的计算结果,当然这与很多因素有关,笔者将另文介绍。因此,在浅埋情况下,以土重法的计算结果较为安全,也符合其可能的破坏特征,故确定抗拔锚桩的桩长为3.0m。4多方案比选难从抗拔锚桩计算过程中看到,当采用不同的计算公式时,锚桩的设计长度相差较大,最大与最小值差了1.4倍。这不仅是一个经济问题,更涉及到工程的安全问