樁錨固段(錨固點(diǎn))對樁穩(wěn)定性的影響

譙春麗,劉會娟,羅一農(nóng)

(中國中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司,四川 成都 610031)

樁穩(wěn)定性計(jì)算是將懸臂段上的諸力所產(chǎn)生的效應(yīng)轉(zhuǎn)換到錨固點(diǎn),按彈性地基梁的方式計(jì)算出錨固段的位移、轉(zhuǎn)角、彎矩、剪力和側(cè)向壓應(yīng)力。根據(jù)地面、樁頂?shù)奈灰坪湾^固段的側(cè)向壓應(yīng)力的大小調(diào)整錨固段長度和樁身截面大小,使之滿足穩(wěn)定性要求。因此,錨固段長度的確定及錨固點(diǎn)位置的選擇對樁穩(wěn)定性非常重要,正確分析錨固段長度、錨固點(diǎn)位置對樁內(nèi)力的影響,才能正確指導(dǎo)設(shè)計(jì)中對錨固段長度及錨固點(diǎn)位置的選取。

1 錨固段長度與樁內(nèi)力的關(guān)系

首先以實(shí)例分析錨固段長度與樁內(nèi)力的關(guān)系。已知樁的截面(寬度 ×高度)1.5m×2.25 m,懸臂段長度H1=12 m,單位推力 =510.5 kN/m,側(cè)向容許壓應(yīng)力[σH]=1800 kPa,地基系數(shù) K=120000 kN/m3,錨固段長度與錨固段最大彎矩和最大剪力的關(guān)系見表1及圖 1。

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圖1 錨固段長度與最大彎矩和最大剪力的關(guān)系

樁身的穩(wěn)定需要足夠的錨固段長度。但從表1計(jì)算結(jié)果可以看出錨固段增大到一定的長度后,則不再起作用(最大側(cè)壓應(yīng)力和錨固點(diǎn)樁身變位都不再變化),過長的錨固段是一種浪費(fèi),不解決任何問題。由表 1還可以看出錨固段長度的變化對最大側(cè)壓應(yīng)力的影響很大,即地基側(cè)向容許壓應(yīng)力是計(jì)算錨固段長度的一個關(guān)鍵值,若計(jì)算所得的錨固段長度未達(dá)到構(gòu)造要求,可以通過降低地基側(cè)向容許壓應(yīng)力來延長錨固段長度。

由表1及圖1可見,錨固段長度增加,錨固段范圍內(nèi)的最大彎矩增加,最大剪力減小。因此若人為延長錨固段長度,而不加強(qiáng)錨固段范圍的樁身配筋,錨固段的抗剪有富裕,抗彎則偏于不安全。當(dāng)錨固段很長后,最大彎矩開始減小,最大剪力也有一定幅度的上下波動。因?yàn)榇藭r樁身錨固段下端的彎矩和剪力出現(xiàn)了正負(fù)交替的現(xiàn)象(如圖 2所示,樁錨固段長度 H2=30m),樁身會出現(xiàn)波浪形彎曲,這對樁身的受力會造成不利的影響,故樁結(jié)構(gòu)應(yīng)雙面配筋。

2 錨固點(diǎn)的選擇對樁結(jié)構(gòu)正截面和斜截面計(jì)算的影響

圖2 樁錨固段彎矩和剪力圖

錨固點(diǎn)的選擇很重要,設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件和地形情況選擇合適的錨固點(diǎn)。一般錨固點(diǎn)離地面要有一定的距離,但并非錨固點(diǎn)越靠下就越好。人為地將錨固點(diǎn)過分下移會造成埋入地面部分太長而不經(jīng)濟(jì),而且計(jì)算出的彎矩峰值和剪力峰值的位置也會下移,與實(shí)際情況不符。

下面以實(shí)例考察錨固點(diǎn)位置對樁結(jié)構(gòu)正截面和斜截面設(shè)計(jì)的影響。已知:巖層地基橫向容許壓應(yīng)力[σH]=1800 kPa,單位推力 T=362 kN/m,樁截面(寬度 ×高度)1.5m×2.5m。錨固點(diǎn)人為下移 2m的樁身彎矩圖和原錨固點(diǎn)位置下的樁身彎矩圖如圖 3所示,剪力包絡(luò)線如圖 4所示。

圖3 錨固點(diǎn)人為下移 2m及原錨固點(diǎn)位置的樁身彎矩圖

由圖 3可見,錨固點(diǎn)人為下移 2m后,樁身錨固段各點(diǎn)的彎矩均較原錨固點(diǎn)位置下樁身錨固段各點(diǎn)的彎矩大,即錨固點(diǎn)人為下移 2m后的彎矩包絡(luò)圖能完全包住原錨固點(diǎn)位置下的彎矩包絡(luò)圖。這說明人為下移錨固點(diǎn)后,計(jì)算所得的樁的主筋配置會加強(qiáng),樁身抗彎安全儲備增大,同時錨固點(diǎn)下移后,錨固段長度增長,對樁身整體穩(wěn)定亦有利。

圖4 錨固點(diǎn)人為下移 2m及原錨固點(diǎn)位置的樁身剪力包絡(luò)線圖

對比圖 4,錨固點(diǎn)人為下移 2m后及原錨固點(diǎn)位置的樁身剪力包絡(luò)線,可知錨固點(diǎn)人為下移后,錨固段下部的箍筋配置加強(qiáng)了,但 10～12m之間(即錨固點(diǎn)人為下移的 2m范圍內(nèi))的箍筋配置卻較原錨固點(diǎn)位置下的配置弱。錨固點(diǎn)人為下移后的剪力包絡(luò)線不能完全包住原錨固點(diǎn)位置下的剪力包絡(luò)線,一但實(shí)際錨固點(diǎn)位置并未下移到此深度,則該區(qū)域內(nèi)容易出現(xiàn)剪切破壞。因此建議對錨固點(diǎn)下移的樁進(jìn)行配筋時,不要完全依據(jù)剪應(yīng)力設(shè)計(jì)圖來配置箍筋,應(yīng)將箍筋密集區(qū)域適當(dāng)延伸至地面(滑面)以上。實(shí)際工程中,地面、滑面、順層分界面和截面變化處容易出現(xiàn)剪切破壞,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時其附近的箍筋應(yīng)適當(dāng)加密。

3 結(jié)論

(1)在一定范圍內(nèi),錨固段的增加對樁的整體穩(wěn)定性及受力是有利的,但無限制地延長錨固段,不僅是一種浪費(fèi),甚至對樁身的受力會造成不利影響。

(2)錨固點(diǎn)下移后,樁的主筋配置加強(qiáng),樁身抗彎能力增大,但抗剪卻不能完全根據(jù)剪應(yīng)力圖配筋。故應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況,在地面、滑面、順層分界面、截面變化處附近適當(dāng)加密箍筋。

[1]TB 10025-2006鐵路路基支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]

[2]GB 50010-2002混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]

[3]M·＆A·林伯特.支擋建筑與土壓力[M].劉盛唐,譯.北京:中國鐵道出版社,1982

[4]李海光.新型支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工程實(shí)例[M].北京:人民交通出版社,2004

[5]羅一農(nóng).抗滑樁設(shè)計(jì)中幾個問題的商榷[J].路基工程,1997(6)