樁錨固段(錨固點)對樁穩定性的影響

譙春麗,劉會娟,羅一農

(中國中鐵二院工程集團有限責任公司,四川 成都 610031)

樁穩定性計算是將懸臂段上的諸力所產生的效應轉換到錨固點,按彈性地基梁的方式計算出錨固段的位移、轉角、彎矩、剪力和側向壓應力。根據地面、樁頂的位移和錨固段的側向壓應力的大小調整錨固段長度和樁身截面大小,使之滿足穩定性要求。因此,錨固段長度的確定及錨固點位置的選擇對樁穩定性非常重要,正確分析錨固段長度、錨固點位置對樁內力的影響,才能正確指導設計中對錨固段長度及錨固點位置的選取。

1 錨固段長度與樁內力的關系

首先以實例分析錨固段長度與樁內力的關系。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,側向容許壓應力[σH]=1800 kPa,地基系數 K=120000 kN/m3,錨固段長度與錨固段最大彎矩和最大剪力的關系見表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系

樁身的穩定需要足夠的錨固段長度。但從表1計算結果可以看出錨固段增大到一定的長度后,則不再起作用(最大側壓應力和錨固點樁身變位都不再變化),過長的錨固段是一種浪費,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壓應力的影響很大,即地基側向容許壓應力是計算錨固段長度的一個關鍵值,若計算所得的錨固段長度未達到構造要求,可以通過降低地基側向容許壓應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。因為此時樁身錨固段下端的彎矩和剪力出現了正負交替的現象(如圖 2所示,樁錨固段長度 H2=30m),樁身會出現波浪形彎曲,這對樁身的受力會造成不利的影響,故樁結構應雙面配筋。

2 錨固點的選擇對樁結構正截面和斜截面計算的影響

圖2 樁錨固段彎矩和剪力圖

錨固點的選擇很重要,設計中應根據地質條件和地形情況選擇合適的錨固點。一般錨固點離地面要有一定的距離,但并非錨固點越靠下就越好。人為地將錨固點過分下移會造成埋入地面部分太長而不經濟,而且計算出的彎矩峰值和剪力峰值的位置也會下移,與實際情況不符。

下面以實例考察錨固點位置對樁結構正截面和斜截面設計的影響。已知:巖層地基橫向容許壓應力[σH]=1800 kPa,單位推力 T=362 kN/m,樁截面(寬度 ×高度)1.5m×2.5m。錨固點人為下移 2m的樁身彎矩圖和原錨固點位置下的樁身彎矩圖如圖 3所示,剪力包絡線如圖 4所示。

圖3 錨固點人為下移 2m及原錨固點位置的樁身彎矩圖

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

圖4 錨固點人為下移 2m及原錨固點位置的樁身剪力包絡線圖

對比圖 4,錨固點人為下移 2m后及原錨固點位置的樁身剪力包絡線,可知錨固點人為下移后,錨固段下部的箍筋配置加強了,但 10～12m之間(即錨固點人為下移的 2m范圍內)的箍筋配置卻較原錨固點位置下的配置弱。錨固點人為下移后的剪力包絡線不能完全包住原錨固點位置下的剪力包絡線,一但實際錨固點位置并未下移到此深度,則該區域內容易出現剪切破壞。因此建議對錨固點下移的樁進行配筋時,不要完全依據剪應力設計圖來配置箍筋,應將箍筋密集區域適當延伸至地面(滑面)以上。實際工程中,地面、滑面、順層分界面和截面變化處容易出現剪切破壞,結構設計時其附近的箍筋應適當加密。

3 結論

(1)在一定范圍內,錨固段的增加對樁的整體穩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,甚至對樁身的受力會造成不利影響。

(2)錨固點下移后,樁的主筋配置加強,樁身抗彎能力增大,但抗剪卻不能完全根據剪應力圖配筋。故應結合實際情況,在地面、滑面、順層分界面、截面變化處附近適當加密箍筋。

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