鋼筋混凝土抗拔樁最大上拔荷載計(jì)算及最大裂縫寬度驗(yàn)算的探討

沈美恒 （健研檢測(cè)集團(tuán)有限公司，福建 廈門(mén) 361000）

0 引言

鋼筋混凝土抗拔樁是工程中常見(jiàn)的一種構(gòu)件，廣泛應(yīng)用于地下水位較高的地下工程中，主要用來(lái)解決結(jié)構(gòu)的抗浮問(wèn)題。實(shí)際工程中，鋼筋混凝土抗拔樁樁側(cè)巖土阻力的抗力分項(xiàng)系數(shù)比樁身混凝土要大，比鋼材要大很多，鋼筋混凝土抗拔樁的最大上拔荷載主要由樁身混凝土強(qiáng)度和裂縫控制，因此時(shí)常出現(xiàn)設(shè)計(jì)對(duì)鋼筋混凝土抗拔樁有裂縫控制要求時(shí)，抗裂驗(yàn)算給出的荷載可能小于或遠(yuǎn)小于單樁豎向抗拔承載力特征值的2倍，因此試驗(yàn)時(shí)的最大上拔荷載只能按設(shè)計(jì)要求確定。設(shè)計(jì)對(duì)樁上拔量有要求時(shí)也如此。考慮這一因素將對(duì)鋼筋混凝土抗拔樁的配筋和承載力取值產(chǎn)生影響，本文對(duì)龍巖某工程的鋼筋混凝土抗拔樁的最大上拔荷載進(jìn)行了計(jì)算，同時(shí)對(duì)最大裂縫寬度進(jìn)行了驗(yàn)算，為類(lèi)似工程的設(shè)計(jì)、施工和檢測(cè)提供參考。

1 最大上拔荷載計(jì)算及最大裂縫寬度驗(yàn)算

1.1 工程概況

本工程由A、B和C三個(gè)地塊組成，主要由1棟2層建筑物、1棟7層的建筑物及2層連體地下室組成。建筑物最大高度約為32.0m，地下室最大高度約為10.9m，基礎(chǔ)型式擬采用淺基礎(chǔ)。各擬建物情況詳見(jiàn)表1（擬建物情況一覽表）。

1.2 鋼筋混凝土樁最大上拔荷載計(jì)算

因篇幅所限，本工程部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)及計(jì)算過(guò)程忽略，取C地塊的鋼筋混凝土抗拔樁的最大上拔荷載和最大裂縫寬度進(jìn)行驗(yàn)算。

①本工程鋼筋混凝土抗拔樁的抗拔承載力計(jì)算涉及的相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)有：抗浮水位標(biāo)高334.68m（按照現(xiàn)有建筑圖中室外地坪標(biāo)高確定）；抗浮穩(wěn)定系數(shù)取1.05；基底標(biāo)高323.9m；筏板厚度0.8m；筏板上建筑做法取0.4m；底板厚為0.25m，梁折算厚度0.05m；底板建筑做法取0.1m；面層重度20kN/m2；頂板厚0.3m；梁折算厚度0.05m；頂板上覆土厚度1.7m。

擬建物情況一覽表 表1

水頭高差334.68-323.9=10.8m；

1.0 恒 載=25×（0.8+0.25+0.05+0.05+0.3）+18×1.7+20×（0.1+0.4）=76.85kPa；

1.05 水浮力=1.05×10.8×10=113.4kPa；

1.0 恒載-1.05水浮力=-36.55kPa=-36.55kN/m2。

②根據(jù)地勘資料，該區(qū)域基樁設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高至試驗(yàn)樁頂標(biāo)高段分布的土層見(jiàn)表2：

基樁設(shè)計(jì)標(biāo)高至±0.00標(biāo)高位置的土層參數(shù)建議值 表2

根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ94-2008)及《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50007-2011)，結(jié)合實(shí)際工程情況，灌注樁側(cè)阻尺寸效應(yīng)系數(shù)ψs=(0.8/D)^1/3=1，樁身周長(zhǎng)u（m）=3.14×0.8=2.512m，基樁抗拔極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值Tuk=Σλiqsikuili，基樁自重Gp=3.14×0.4×0.4×15×16，荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合計(jì)算的基樁抗拔力Nk≤Tuk/2+Gp，計(jì)算取整為870kN[1]。所列土層參數(shù)依據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》(GB50021-2001)的相關(guān)要求[2]。

板跨尺寸為8.4m×8.4m，故36.55×8.4×8.4=2579kN，n=2579÷870=2.96根，則每個(gè)板跨需要3根抗拔樁。

本工程鋼筋混凝土抗拔樁的抗拔承載力特征值經(jīng)計(jì)算為870kN，鋼筋混凝土軸心抗拔樁的正截面受拉承載力N≤fy×As+fpy×Apy。對(duì)由永久荷載效應(yīng)控制的基本組合，也可采用簡(jiǎn)化規(guī)則，荷載效應(yīng)基本組合的設(shè)計(jì)值S=1.35×Sk≤R，根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007-2011)，荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合值Sk為870kN，S=1.35×870=1174kN，取整為1200kN。根據(jù)《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》(JGJ106-2014)，當(dāng)抗拔承載力受抗裂條件控制時(shí)，可按設(shè)計(jì)要求確定最大加載值，即抗拔樁最大上拔荷載可取1200kN[3]。

根據(jù)《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》(JGJ106-2014)規(guī)定：按鋼筋抗拉強(qiáng)度控制，樁頂上拔荷載達(dá)到鋼筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)值時(shí)需終止加載，根據(jù)公式F=σs·A·n計(jì)算所得，抗拔樁鋼筋所能承受的最大抗拔力為F=2127.6kN，計(jì)算所得抗拔樁鋼筋所能承受的最大抗拔力F＞1200kN，符合設(shè)計(jì)要求。

1.3 鋼筋混凝土抗拔樁最大裂縫寬度的驗(yàn)算

根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ94-2008)、《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007-2011)及《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50010-2010)，結(jié)合實(shí)際工程情況，該區(qū)域基樁樁身設(shè)計(jì)參數(shù)詳見(jiàn)表3。

基樁樁身設(shè)計(jì)參數(shù) 表3

按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50010-2010)和《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ94-2008)，本工程基樁樁身最大裂縫寬度的限值ωlim取0.2mm[4]，構(gòu)件受力特征系數(shù)αcr取2.7，鋼筋的彈性模量Es取200000N/mm2，混凝土抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值ftk取2.01N/mm2，最外層縱向受拉鋼筋外邊緣至受拉區(qū)底邊的距離為50mm[5]。

受拉區(qū)縱向普通鋼筋截面面積As=n(0.25×3.142×d^2)=5322.5mm2，受拉區(qū)縱向預(yù)應(yīng)力鋼筋截面面積AP為0，有效受拉混凝土截面面積Ate=(0.25×3.142×D^2)=502720mm2，按有效受拉鋼筋截面面積計(jì)算的縱向受拉鋼筋配筋率ρte=(As+Ap)/Ate=0.011,按荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合計(jì)算的鋼筋混凝土構(gòu)件縱向受拉鋼筋的應(yīng)力σs=Nq/As=163.5N/mm2,fsk為360N/mm2，受拉區(qū)縱向鋼筋的公稱(chēng)直徑di=22mm，受拉區(qū)縱向鋼筋的根數(shù)ni=14，受拉區(qū)縱向鋼筋的相對(duì)粘結(jié)特性系數(shù)vi取1，受拉區(qū)縱向鋼筋的等效直徑deq=∑nidi^2/∑nividi=22mm，裂縫間縱向受拉鋼筋應(yīng)變不均勻系數(shù)ψ=1.1-0.65×ftk/(ρte×σs)=0.345，基樁樁身的最大裂縫寬度ωmax=αcr×ψ×σsk/Es×(1.9cs+0.08deq/ρte)=0.199mm，即ωmax＜ωlim，基樁樁身的最大裂縫寬度小于最大裂縫寬度的限值，符合規(guī)范的要求。

2 結(jié)論

①設(shè)計(jì)單位按地基承載力確定基礎(chǔ)底面積及埋深或按單樁承載力確定樁數(shù)時(shí)，傳至基礎(chǔ)或承臺(tái)底面上的荷載效應(yīng)應(yīng)該正常使用極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合。相應(yīng)的抗力應(yīng)采用地基承載力特征值或單樁承載力特征值。當(dāng)需要驗(yàn)算記錄裂縫寬度時(shí)，應(yīng)按正常使用極限狀態(tài)荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合。

②設(shè)計(jì)單位應(yīng)采用現(xiàn)行規(guī)范來(lái)計(jì)算鋼筋混凝土抗拔樁的最大上拔荷載，并驗(yàn)算鋼筋混凝土抗拔樁的最大裂縫寬度。

③對(duì)于鋼筋混凝土抗拔樁，最大試驗(yàn)荷載不得超過(guò)鋼筋的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，以避免因鋼筋拔斷提前中止試驗(yàn)或出現(xiàn)安全事故。

④設(shè)計(jì)單位應(yīng)充分考慮抗拔樁的設(shè)防水位、樁的浮重度及抗拔阻力取值等。

⑤檢測(cè)單位應(yīng)盡量了解設(shè)計(jì)條件，并對(duì)抗裂或裂縫寬度進(jìn)行驗(yàn)算，抗裂驗(yàn)算給出的荷載可能小于或原小于單樁豎向抗拔承載力特征值的2倍，因此試驗(yàn)時(shí)的最大上拔荷載只能按設(shè)計(jì)要求確定，即當(dāng)抗拔承載力受抗裂條件控制時(shí)，可按設(shè)計(jì)要求確定最大加載值。