鋼筋混凝土抗拔灌注樁的抗裂設(shè)計(jì)

姚梅紅

(福建船政交通職業(yè)學(xué)院 道路工程系，福建 福州 350007)

鋼筋混凝土抗拔灌注樁的抗裂設(shè)計(jì)

姚梅紅

(福建船政交通職業(yè)學(xué)院 道路工程系，福建 福州 350007)

通過對不同直徑的抗拔灌注樁在不同抗拔荷載、不同裂縫控制等級下的抗裂設(shè)計(jì)及其縱筋用鋼量與造價(jià)的對比分析，說明樁縱筋采用普通非預(yù)應(yīng)力鋼筋時(shí)，因受裂縫寬度的限制，其縱筋拉應(yīng)力水平明顯偏低，樁承受的抗拔力越大，縱筋的應(yīng)力越小，相比普通鋼筋混凝土樁，采用預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋的抗拔樁不僅可顯著減少用鋼量，當(dāng)抗拔力較高時(shí)，還可節(jié)省約40%～50%的縱筋造價(jià)；同時(shí)進(jìn)一步探討抗拔樁預(yù)應(yīng)力筋的配置及有效預(yù)應(yīng)力的控制方法。

抗拔灌注樁； 預(yù)應(yīng)力； 預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋； 裂縫控制； 用鋼量

隨著地下空間開發(fā)力度的與日俱增，各種類型的地下廣場、人防工程、地下商場、地下車庫等工程越來越多，其中大多數(shù)作為高層建筑群的大底盤連體地下室的形式出現(xiàn)，因沒有上部結(jié)構(gòu)、自重較輕的緣故，其抗浮是設(shè)計(jì)者不可疏忽的問題。

目前，抗浮設(shè)計(jì)通常采用抗拔樁或抗浮錨桿，對于軟土層較厚的沿海地區(qū)，錨桿需錨固于地層較深處，同時(shí)由于其桿體直徑小，每延米長度的錨桿所能提供的抗拔承載力普遍較小，但造價(jià)卻高達(dá)150元/m左右，且目前國家及地方均沒有相應(yīng)的規(guī)程。如何檢測、驗(yàn)收及保證施工質(zhì)量都成問題。高強(qiáng)管樁雖可作為抗拔樁，但因樁頭與結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)連接部位節(jié)點(diǎn)薄弱，單節(jié)管樁長度有限，采用焊接拼接時(shí)節(jié)點(diǎn)質(zhì)量難以保證，采用專用接頭則造價(jià)高昂。此外其單樁所能提供的抗拔力也很有限，況且在軟土層較厚地區(qū)，管樁因自身抵抗水平作用的能力較弱本就受限制使用；現(xiàn)場澆注的灌注樁，因其廣泛適用于各類巖土層且可通過各種變徑技術(shù)或樁側(cè)后注漿技術(shù)來提高樁周地基土的抗拔承載力[1-2]，但是作為永久性的抗浮構(gòu)件，《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》JGJ94-2008[3](以下稱《樁規(guī)》JGJ94-2008)對其裂縫的寬度有嚴(yán)格限制，對于普通非預(yù)應(yīng)力抗拔灌注樁而言，要提高其樁身抗裂承載力，通常需要配置大量的縱向鋼筋。由于鋼筋數(shù)量太多，往往需加大鋼筋的直徑或加大樁的直徑來解決樁中的布筋問題，造成施工難度和造價(jià)的增加。為了解決這一問題，采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)是最佳的選擇，目前已有不少設(shè)計(jì)工作者克服了施工技術(shù)上的問題，成功地在一些工程中順利實(shí)施[4-5]。影響抗拔樁的造價(jià)因素很多方面，本文僅探討抗拔灌注樁的優(yōu)化設(shè)計(jì)及預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)效益，對整個(gè)抗拔樁基的優(yōu)化問題并非本文討論的重點(diǎn)，不在探討之列。

1 抗拔樁的承載力設(shè)計(jì)

1.1 抗拔樁的正截面承載力

《樁規(guī)》JGJ94-2008規(guī)定，鋼筋混凝土軸心抗拔樁的正截面受拉承載力應(yīng)符合以下計(jì)算公式要求：

式中：N為荷載效應(yīng)基本組合下樁頂軸向拉力設(shè)計(jì)值；fy、fpy為普通鋼筋、預(yù)應(yīng)力鋼筋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；As、Ap為普通鋼筋、預(yù)應(yīng)力鋼筋的截面積。

非常明顯：式(1)中抗拔樁的正截面承載力由鋼筋材料的抗拉強(qiáng)度和配筋數(shù)量決定，與樁的截面面積無關(guān)，采用高強(qiáng)度的鋼筋可減少鋼筋用量。

1.2 抗拔樁的地基承載力

《樁規(guī)》JGJ94-2008規(guī)定，承受拔力的樁基，應(yīng)同時(shí)驗(yàn)算群樁基礎(chǔ)呈整體破壞和呈非整體破壞時(shí)基樁的抗拔承載力，其計(jì)算公式如下：

式中：Nk為按荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合計(jì)算的基樁拔力；Tgk為群樁呈整體破壞時(shí)基樁的抗拔極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值；Tuk為群樁呈非整體破壞時(shí)基樁的抗拔極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值；Ggp為群樁基礎(chǔ)所包圍體積的樁土總自質(zhì)量除以總樁數(shù)，地下水位以下取浮重度；Gp為基樁自質(zhì)量，地下水位以下取浮重度。

在式(2)、(3)中，不論抗拔樁是整體還是非整體破壞都取決于地基土層的物理力學(xué)性能及樁體的截面形狀、大小和長度等，即樁周土體所提供的側(cè)阻力和樁端擴(kuò)頭的抗拔力，而這些因素均與樁的配筋毫無關(guān)系。

1.3 抗拔樁的抗裂設(shè)計(jì)

《樁規(guī)》JGJ94-2008對于抗拔樁的裂縫控制計(jì)算有如下規(guī)定：

在荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合下對于不允許出現(xiàn)裂縫的預(yù)應(yīng)力混凝土基樁，應(yīng)符合式(4)-式(7)要求：

對一級裂縫控制等級：

對二級裂縫控制等級：

(1)在荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合下：

(2)在荷載效應(yīng)準(zhǔn)永久組合下：

對于允許出現(xiàn)裂縫的三級裂縫控制等級的普通鋼筋混凝土基樁，按荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合計(jì)算的最大裂縫寬度應(yīng)符合下列規(guī)定：

式中：σck、σcq為荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合、準(zhǔn)永久組合下正截面法向應(yīng)力；σpc為扣除全部應(yīng)力損失后，樁身混凝土的預(yù)應(yīng)力；ftk為混凝土軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值；wmax為按荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合計(jì)算的最大裂縫寬度，按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50010計(jì)算;wlim為最大裂縫寬度限值。

從《樁規(guī)》JGJ94-2008規(guī)定的抗拔樁抗裂設(shè)計(jì)公式中不難發(fā)現(xiàn)，對于預(yù)應(yīng)力混凝土抗拔樁是通過限制樁身混凝土拉應(yīng)力來滿足裂縫控制等級的；而對于普通鋼筋混凝土抗拔樁是通過控制最大裂縫寬度來滿足環(huán)境要求的，因此抗裂設(shè)計(jì)與場地地基的物理力學(xué)性能指標(biāo)無關(guān)。在配筋方面，對于預(yù)應(yīng)力混凝土抗拔樁來說影響造價(jià)的因素是鋼筋的強(qiáng)度和價(jià)格，但對于普通鋼筋混凝土抗拔樁，因影響裂縫寬度的因素很多，因此有必要在經(jīng)濟(jì)方面探討其應(yīng)用合理性，從而明確在何種情況下應(yīng)該采用預(yù)應(yīng)力混凝土抗拔樁。

需要指出的是：《樁規(guī)》JGJ94-2008的上位規(guī)范是《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50010-2002，而現(xiàn)行的《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50010-2010[6](以下稱《混規(guī)》GB 50010-2010)取消了式(6)的要求，對鋼筋混凝土構(gòu)件明確其最大裂縫寬度wmax可按荷載準(zhǔn)永久組合并考慮長期作用影響的效應(yīng)計(jì)算。

2 抗拔樁配筋的設(shè)計(jì)

2.1 普通鋼筋混凝土抗拔樁

如果不考慮抗拔樁基的承載力優(yōu)化問題，僅僅從抗拔樁的配筋方面探討優(yōu)化的問題，那么樁的抗裂設(shè)計(jì)是唯一的影響因素，現(xiàn)行的樁基設(shè)計(jì)規(guī)范并沒有針對抗拔樁的裂縫計(jì)算公式，其裂縫計(jì)算是套用《混規(guī)》GB50010-2010的公式計(jì)算的，對于允許出現(xiàn)裂縫的三級裂縫控制等級基樁，按荷載準(zhǔn)永久組合并考慮長期作用影響的最大裂縫寬度，應(yīng)符合以下規(guī)定：

式中：αcr為構(gòu)件受力特征系數(shù)，對軸心受拉鋼筋混凝土構(gòu)件，取2.7；φ為裂縫間縱向受拉鋼筋應(yīng)變不均勻系數(shù)：當(dāng)φ<0.2時(shí)，取φ=0.2；當(dāng)φ>1時(shí)，取φ=1；σsq為按荷載準(zhǔn)永久組合計(jì)算的鋼筋混凝土構(gòu)件縱向受拉普通鋼筋的應(yīng)力；Es為鋼筋彈性模量；c為最外層縱向受拉鋼筋外邊緣至受拉區(qū)底邊的距離(mm):當(dāng)c<20時(shí)，取c=20;當(dāng)c>65時(shí)，取c=65;ρte為按有效受拉混凝土截面面積計(jì)算的縱向受拉鋼筋配筋率；在最大裂縫寬度計(jì)算中，當(dāng)ρte<0.01時(shí)，取ρte=0.01；Ate為有效受拉混凝土截面面積：對軸心受拉構(gòu)件，取構(gòu)件截面面積；As為受拉區(qū)縱向非預(yù)應(yīng)力鋼筋截面面積；deq為受拉區(qū)縱向鋼筋的等效直徑(mm)；Nq為按準(zhǔn)永久組合計(jì)算的軸向力值。

抗拔樁的抗裂設(shè)計(jì)屬于樁的正常使用極限狀態(tài)問題，按現(xiàn)行國家《混規(guī)》GB 50010-2010的環(huán)境類別規(guī)定，在中國南方地區(qū)絕大都數(shù)情況下屬于二類b的環(huán)境類別，對于裂縫控制等級為三級的普通鋼筋混凝土抗拔樁，其最大裂縫寬度限值為0.2 mm。據(jù)此，以裂縫控制寬度為0.2 mm、縱筋凈距不小于60 mm、不考慮多層鋼筋籠和不同鋼筋組合為標(biāo)準(zhǔn)，以工程上常見的直徑φ600、φ700、φ800、φ900和φ1 000，C35混凝土，保護(hù)層厚度50 mm的鋼筋混凝土抗拔灌注樁為例，分別計(jì)算了在不同抗拔荷載等級作用下HRB400級鋼筋的用鋼量、配筋率和鋼筋的應(yīng)力發(fā)揮程度，其中常用的φ800樁計(jì)算結(jié)果見表1，縱筋配筋率和應(yīng)力比見圖1。

表1 φ800普通抗拔樁不同軸向拉力下的計(jì)算結(jié)果

Tab.1 Calculation result of φ800 common uplift pile under different axial tensile forces

Nq/kNσcq/ftk樁身實(shí)配鋼筋A(yù)s/mm2ρte/%σsq/MPa縱筋應(yīng)力比wmax/mm1100.107105500.112000.560.1825500.50251228270.561950.540.1838800.80301446180.921910.530.18610000.90281656301.121780.490.19111101.00271868711.371620.450.19813801.25262298831.971400.390.20116601.502228135472.701230.340.19719401.752132168893.361150.320.19422102.001936193403.851140.320.20324902.252236223934.461110.310.19427602.502040251335.001100.310.19830402.752240276465.501100.310.19633203.001650314166.251060.290.20035903.251750333796.641080.300.203

圖1 φ800樁縱筋配筋率和應(yīng)力比隨荷載變化趨勢Fig.1 The tendency of longitudinal reinforcement ratio and stress ratio with load for φ800 uplift pile

表1的計(jì)算結(jié)果表明：當(dāng)軸心拉力Nq小于1 100 kN時(shí)，其素混凝土的抗拉承載力已滿足混凝土不開裂的要求，即滿足了《混規(guī)》GB50010-2010抗裂設(shè)計(jì)等級為二級的控制標(biāo)準(zhǔn)，但按其裂縫寬度公式計(jì)算的受拉鋼筋配筋率高達(dá)1.37%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于截面的最小配筋率，這是非常不合理的。作者認(rèn)為對于軸心受拉的抗拔樁，當(dāng)抗拔荷載小于ftkA時(shí)，不宜套用現(xiàn)行規(guī)范的裂縫計(jì)算公式，按正截面受拉承載力及構(gòu)造的要求配筋即可。圖2為φ800樁按兩種裂縫控制等級在各級荷載作用下所需鋼筋量，顯然混凝土開裂前按《混規(guī)》GB50010-2010裂縫公式來計(jì)算配筋是不合理的，但如果普通混凝土抗拔樁按二級裂縫控制標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，其用鋼量是工程上不能接受的。因?yàn)椤痘煲?guī)》GB50010-2010的裂縫計(jì)算公式是簡支梁受彎構(gòu)件裂縫寬度計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)公式，將其應(yīng)用于沿截面周邊均勻配置縱筋的抗拔樁這類軸心受拉構(gòu)件是不成熟的，而采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)可以把這些問題全部解決。

圖2 φ800抗拔樁按兩種裂縫控制等級配筋曲線Fig.2 Curves of reinforcement for φ800 uplift pile according to two crack control levels

不同樁徑在各級荷載下的縱筋配筋率及其應(yīng)力發(fā)揮程度見圖3、圖4。為便于不同樁徑間的比較，將拉拔荷載換算成樁身拉應(yīng)力并作為相互間比較的標(biāo)準(zhǔn)。從圖3、圖4、表1可以看出：當(dāng)拉拔力對應(yīng)的樁身混凝土拉應(yīng)力σcq>1.0ftk時(shí)，隨著上拔力的增加，滿足抗裂要求的配筋率穩(wěn)步增長，縱筋應(yīng)力比在σcq=1.0～1.5ftk區(qū)間自0.45左右急劇下降，隨后緩步減小并穩(wěn)定在0.3上下，隨樁身直徑的增大—在同等樁身應(yīng)力水平下—縱筋配筋率略有增加而其應(yīng)力比略有下降，縱筋的應(yīng)力水平和變化狀態(tài)表明，由于普通非預(yù)應(yīng)力抗拔樁受混凝土裂縫寬度的限制，其縱筋強(qiáng)度得不到充分的發(fā)揮。圖5為不同直徑樁身配筋面積隨荷載的變化曲線，曲線變化趨勢表明隨抗拔力的不斷增加樁的配筋量越來越接近，即在相同的拉拔力作用下通過加大樁徑不能達(dá)到有效降低配筋量的目的，只能增加鋼筋的擺放根數(shù)進(jìn)而提高單樁的抗拔承載力。由此可見，對普通鋼筋混凝土抗拔樁來說增加樁徑和提高鋼筋的強(qiáng)度對減少鋼筋用量的作用微乎其微。

圖3 不同樁徑抗拔樁配筋率變化曲線Fig.3 Reinforcement ratio curve for different dia-meter uplift piles

圖4 不同樁徑抗拔樁縱筋應(yīng)力比變化曲線Fig.4 Longitudinal reinforcement stress ratio curves for different diameter uplift piles

圖5 不同樁徑抗拔樁配筋量變化曲線Fig.5 Reinforcement quantity curves for different diameter uplift piles

2.2 預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土抗拔樁

對于鋼筋混凝土抗拔樁來說，采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)可以避開裂縫寬度計(jì)算的問題，通過在樁身上施加預(yù)壓力以限制其抗拔狀態(tài)下的拉應(yīng)力以滿足裂縫控制等級的要求，從根本上改變普通灌注樁必需通過增加縱筋配筋量達(dá)到控制裂縫寬度的作法。因?yàn)榭拱螛妒锹袢氲叵碌氖芾瓨?gòu)件，至少要按二級裂縫控制標(biāo)準(zhǔn)，也就是在正常使用時(shí)，荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合下樁身混凝土的拉應(yīng)力不能大于其軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值ftk。由于抗拔灌注樁往往是水下作業(yè)工程，其鋼筋籠的制作不同于地上的預(yù)制或現(xiàn)澆構(gòu)件，如果采用高強(qiáng)鋼絞線施工上有一定的難度，為了便于施工可采用預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋作為抗拔樁的樁身無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力縱筋，根據(jù)《預(yù)應(yīng)力混凝土用螺紋鋼筋》GB/T 20065-2006[7]，PSB930級預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為fpyk=930 MPa，強(qiáng)度雖不及鋼絞線和高強(qiáng)鋼絲，但其張拉端錨具變形及鋼筋松馳引起的應(yīng)力損失較小，鋼筋籠制作和接長非常方便，因此，本文以工程上常用的PSB930級φT25預(yù)應(yīng)力螺紋筋作為分析的對象，其抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fpy=770 MPa，按《樁規(guī)》JGJ94-2008二級裂縫控制等級設(shè)計(jì)，則所需的預(yù)應(yīng)力縱筋為：

式中：σl5為在預(yù)應(yīng)力筋合力點(diǎn)處混凝土收縮和徐變引起的預(yù)應(yīng)力損失值；An為樁身凈截面面積，即扣除孔道、凹槽等削弱部分以外的混凝土全部截面面積及縱向非預(yù)應(yīng)力筋截面面積換算成混凝土的截面面積之和；σpe為預(yù)應(yīng)力筋的有效預(yù)應(yīng)力。

因預(yù)應(yīng)力抗拔樁宜按無粘結(jié)設(shè)計(jì)，且進(jìn)行極限抗拔力驗(yàn)算時(shí)不考慮混凝土的抗拉強(qiáng)度，因此必須增設(shè)非預(yù)應(yīng)力鋼筋，通常非預(yù)應(yīng)力鋼筋采用HRB400鋼筋且配筋率不小于0.2%，其用量還應(yīng)滿足下式要求:

一般地，預(yù)應(yīng)力筋的張拉控制應(yīng)力為0.85fpyk，施加預(yù)應(yīng)力時(shí)的混凝土立方體抗壓強(qiáng)度不低于0.75fcuk，同時(shí)需要考慮張拉端錨具變形、預(yù)應(yīng)力筋與孔道壁之間的摩擦、預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力松馳、混凝土的收縮和徐變引起的應(yīng)力損失，這些應(yīng)力損失值可按《混規(guī)》GB50010-2012的相關(guān)條文計(jì)算。

為便于比較按以上公式計(jì)算不同軸心拉力作用下φ800、C35長度30m的預(yù)應(yīng)力抗拔樁的配筋，此處假定拉拔荷載的準(zhǔn)永久值為標(biāo)準(zhǔn)值的80%，計(jì)算結(jié)果見表2。

觀察表2、表1不難發(fā)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力混凝土抗拔樁的配筋率遠(yuǎn)小于普通混凝土抗拔樁，其用鋼量隨荷載增加的增長速率也小很多，上拔荷載越大，兩者間的差值也越大，對比圖見圖6。圖7為不同直徑樁隨抗拔荷載增加預(yù)應(yīng)力筋與非預(yù)應(yīng)力筋用鋼量的變化曲線，由于預(yù)應(yīng)力抗拔樁主要是依靠預(yù)壓力來平衡上拔荷載，因而在相同的拉拔力作用下通過加大樁徑不能達(dá)到降低預(yù)應(yīng)力筋用量的目的，但加大樁徑可容許施加更大的預(yù)壓力進(jìn)而提高單樁的抗拔承載力；非預(yù)應(yīng)力鋼筋的用量基本上按0.2%的配筋率配置即可，總的來說通過增加斷面來減少配筋是不明智的。

圖6 φ800抗拔樁兩種配筋方案配筋率變化曲線Fig.6 Curves of reinforcement ratio for φ800 uplift pile according to two reinforcement schemes

2.3 樁身混凝土有效預(yù)應(yīng)力的控制

雖然可以預(yù)壓應(yīng)力來抵消抗拔樁樁身拉應(yīng)力，但顯然需要有合理的度，樁身有效預(yù)壓應(yīng)力σpc不宜太小，否則起不到抑制裂縫的作用，建議σpc不小于1.0MPa；同時(shí)σpc也不宜太高，否則雖然樁身抗拔承載力滿足要求了，卻可能造成樁身混凝土預(yù)壓應(yīng)力偏高，當(dāng)?shù)叵滤幌陆抵粱A(chǔ)底面以下時(shí)，疊加上豎直向下荷載產(chǎn)生的壓應(yīng)力，樁身混凝土主壓應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值就會超過規(guī)范限值。

表2 φ800預(yù)應(yīng)力抗拔樁不同軸向拉力下的配筋計(jì)算結(jié)果Tab.2 Calculation result of reinforcement for φ800 prestressed uplift pile under different axial tensile forces

圖7 不同直徑預(yù)應(yīng)力抗拔樁配筋量變化曲線Fig.7 Curves of reinforcement quantity for prestressed uplift piles with different diameters

中國現(xiàn)行《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)范》GB50007-2011[8]中，預(yù)應(yīng)力樁的樁身抗壓承載力標(biāo)準(zhǔn)值參照美國統(tǒng)一建筑法規(guī)(UBC)規(guī)定取為：

式中：Ra為基樁豎向抗壓承載力特征值；fcuk為混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值；σpc為樁身混凝土有效預(yù)壓應(yīng)力；Aps為樁身截面面積。

當(dāng)樁身有效預(yù)壓應(yīng)力σpc不大于0.3fck時(shí)，與基樁豎向抗壓承載力特征值Ra對應(yīng)的樁身混凝土壓應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值不低于0.3fck，兩者相當(dāng)。同時(shí)在最不利情況下，樁身混凝土主壓應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值也不超過0.6fck，滿足《混規(guī)》GB50010-2010對嚴(yán)格要求和一般要求不出現(xiàn)裂縫的預(yù)應(yīng)力構(gòu)件主壓應(yīng)力的限值要求。

考慮荷載分項(xiàng)系數(shù)及混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fc與fcuk間的關(guān)系，根據(jù)上式可推導(dǎo)出預(yù)應(yīng)力樁樁身抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值：

式中：Q為基樁樁身抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；ψc為基樁成樁工藝系數(shù)，取0.6～0.7；fc為混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。

由于抗拔灌注樁樁身有效預(yù)壓應(yīng)力σpc不超過0.3fck，因此其抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值僅比普通灌注樁降低20%～25%，這對于以承受拉力為主的抗拔樁而言是適宜的。

3 預(yù)應(yīng)力抗拔灌注樁的經(jīng)濟(jì)性分析

表3是根據(jù)表2φ800預(yù)應(yīng)力抗拔樁實(shí)配縱筋及對應(yīng)的普通鋼筋混凝土抗拔樁實(shí)配縱筋的用鋼量及造價(jià)的對比分析，其中HRB400鋼筋、φT25預(yù)應(yīng)力螺紋筋的現(xiàn)行市場綜合單價(jià)按《福建省建筑工程消耗量定額》(FJYD-101-2005)[9](包括接頭、錨固件、人工費(fèi)、管理費(fèi)及利潤等)分別為3 600元/t、6 000元/t進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的，圖8為不同直徑的抗拔樁采用預(yù)應(yīng)力配筋方案與普通非預(yù)應(yīng)力配筋方案的造價(jià)比隨荷載的變化曲線，從圖8可以看出：當(dāng)拉拔力對應(yīng)的樁身混凝土拉應(yīng)力σck≥1.5ftk時(shí)，預(yù)應(yīng)力方案的縱筋的造價(jià)僅為普通非預(yù)應(yīng)力方案的40%～50%，拉拔力越大，造價(jià)比越低。以直徑φ800mm、C35預(yù)應(yīng)力抗拔灌注樁為例，當(dāng)σck=2.5ftk、Nk=2 800 kN時(shí)，相對于普通抗拔樁每延米可節(jié)約縱筋造價(jià)約350元，若樁長30m，每根樁節(jié)省縱筋造價(jià)約7 500元，經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)可觀。

表3 φ800抗拔樁兩種配筋方案的經(jīng)濟(jì)比較Tab.3 Economic comparison between two reinforcement schemes of φ800 uplift pile

圖8 不同直徑抗拔樁兩種配筋方案造價(jià)比變化曲線Fig.8 Curves of cost ratio for different diameter uplift piles according to two reinforcementschemes

4 結(jié)論

(1)對于承受軸心拉力的抗拔樁，當(dāng)要求的抗拔力準(zhǔn)永久值小于樁身混凝土抗拔承載力標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，采用《混規(guī)》GB50010-2010最大裂縫寬度計(jì)算公式來進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)是不妥的。

(2)普通鋼筋混凝土抗拔樁因受裂縫寬度的限制，鋼筋的應(yīng)力程度較低，當(dāng)與抗拔荷載準(zhǔn)永久值對應(yīng)的樁身混凝土拉應(yīng)力不小于1.5ftk時(shí)，鋼筋的應(yīng)力程度不足0.4fy，即只發(fā)揮了不到40%。

(3)抗拔樁采用預(yù)應(yīng)力配筋時(shí)，樁身有效預(yù)壓應(yīng)力σpc不宜小于1.0MPa，不應(yīng)超過0.3fck。

(4)不論是預(yù)應(yīng)力還是普通鋼筋混凝土抗拔樁，加大樁的直徑對減少鋼筋用量的作用很小，從造價(jià)來說是得不償失的。

(5)將預(yù)應(yīng)力技術(shù)用于鋼筋混凝土抗拔灌注樁對于減少鋼筋用量是非常有效的。

(6)采用預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)螺紋鋼作為抗拔樁的預(yù)應(yīng)力鋼筋，可大大減小鋼筋籠重量和縱筋根數(shù)，提高施工效率和樁身混凝土的質(zhì)量。

(7)對于抗拔灌注樁，當(dāng)拉拔力對應(yīng)的樁身混凝土拉應(yīng)力σck≥1.5ftk時(shí)，采用預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋方案的縱筋造價(jià)僅為普通非預(yù)應(yīng)力方案的40%～50%，拉拔力越大，造價(jià)比越低，經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)可觀。

[1]滕延京，王衛(wèi)東，康景文，等.基礎(chǔ)工程技術(shù)的新進(jìn)展[J].土木工程學(xué)報(bào),2016,49(4):1-21.

[2]劉波，徐薇，胡和濤，等.大直徑擴(kuò)底嵌巖樁抗拔承載性狀試驗(yàn)與分析[J].安徽理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2015,35(2):1-5.

[3]中華人民共和國建設(shè)部. 建筑樁基技術(shù)規(guī)范：JGJ94-2008[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2008.

[4]遲鈴泉，趙志民，劉金礪，等.抗拔灌注樁后張預(yù)應(yīng)力技術(shù)研究與工程應(yīng)用[C]//劉金礪.樁基工程技術(shù)進(jìn)展2009.北京:中國建筑工業(yè)出版社,2009：260-267.

[5]劉金礪，高文生，邱明兵.建筑樁基技術(shù)規(guī)范(JGJ94-2008)應(yīng)用手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2010，115-127.

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[8]中華人民共和國建設(shè)部.建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)范：GB50007-2011[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2011.

[9]福建省建設(shè)工程造價(jià)管理總站.福建省建筑工程消耗量定額：FJYD-101-2005[S].北京:中國計(jì)劃出版社，2005.

(特約編輯：黃家瑜)

Anti-crack design for reinforced concrete anti-uplift cast-in-place pile

Yao Meihong

(Road Construction Department, Fujian Chuangzheng Communications College，F(xiàn)uzhou 350007，China)

The anti-cracking design for different uplift caste-in-place piles was analysed in the perspective of consumption and cost of the longitudinal bars. The variables of aforementioned piles include different diameters, different anti-pulling load and different crack control level. Since the experimenal results indicate that the longitudinal bars of pile have a significantly inadequate pulling stress level because of its limitation of maximum crack width, it is concluded that the stress of the longitudinal bar will be lower when the uplift force of the pile is stronger. Compared with common reinforcement concrete piles, the uplift piles containing prestressed screw bar not only reduce the consumption of steel significantly, but also save about 40%～50% of the longitudinal reinforcement cost when the anti-uplift force is high. Moreover, the arrangement for prestressed reinforcement and the control method of the effective prestress are also discussed.

anti-uplift cast-in-situ pile； prestress； prestressing screw bar； crack control； steel consumption

2016-11-05

姚梅紅(1966- )，女，福建莆田人，高級工程師，研究方向：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工。

10.3969/j.issn.1672-4348.2016.06.002

TU473

A

1672-4348(2016)06-0518-08