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    常見問題

    天津樁基設計的幾個疑難問題

    作者: 發布時間:2022-10-31 08:52:05點擊:20368

    信息摘要:

             匯總了《建筑樁基技術規范》施行近半年以來遇到的幾個問題,歸納起來為三類:

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            1)個別規范條文容易被誤解或忽略,如空心樁樁身截面模量W0的取值;


            2)規范條文沒有涉及的實際問題,如樁身壓屈效應和負摩阻力的疊加問題;


             3)極個別的規范規定值得商榷,如液化土中樁身壓屈計算長度lc的取值問題。


            對這些實際問題進行了討論,提出了作者的意見供同行參考。


            1、 樁身壓屈效應和樁負摩阻力的疊加問題


           ①  規范內容簡述


           新樁基規范強調了樁身壓屈效應和負摩阻力效應的重要性,分別在第3.1.3條第2款和5.4.2條以強制性條文的形式提出相關要求,并在第5.8.4條和5.4.3~5.4.4條分別提供了計算方法。


           樁身壓屈效應是使樁身承載力下降,需要乘以樁身穩定系數進行折減;負摩阻力效應是使樁身承受向下的附加荷載。


             ②  設計相關問題


            需要考慮樁身壓屈效應的場合往往也需要考慮負摩阻力效應。例如,廣州地區很多場地有較厚的淤泥,其性質較差(含水量w=60~,直接快剪指標c=3~5kPa、φ=1~30),符合需要驗算樁身壓屈效應的條件。同時場地平整在其上有幾米厚的新近回填松散填土,也需要考慮負摩阻力的不利影響。是否應把兩者的不利影響疊加考慮,即對樁身承載力乘以樁身穩定系數進行折減,同時樁身還要另外附加負摩阻力。如果這樣算下來,樁數比以往要增加不少。


             ③  討論及設計建議


             判斷是否需要疊加樁身壓屈效應和負摩阻力的不利影響,應分析兩者是否會同時發生的。在工程的前期,樁側的淤泥還沒有固結,不存在樁周土層沉降超過基樁沉降的情況,不需要計算負摩阻力;同時淤泥性質較弱,對樁身受壓失穩的約束能力不足,應考慮樁身穩定性問題。在工程的后期,樁側的淤泥固結逐步達到穩定,樁周土層沉降超過基樁沉降,樁負摩阻力達到峰值,應計入負摩阻力的不利影響;但此時淤泥性狀已大大改善,對樁身受壓失穩的約束能力也有很大提高,樁身穩定系數甚至可取1.0??梢妰烧叩母笾挡皇峭瑫r發生的。在樁負摩阻力逐漸增加的過程中,樁身壓屈效應逐漸減弱。


            建議設計時按新樁基規范第5.8.4條和5.4.3~5.4.4條分別單獨復核樁身壓屈效應和負摩阻力的不利影響,并適當留有余地。

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             2、 空心樁樁身截面模量W0的取值問題


              ①  規范內容簡述


             在計算單樁水平承載力特征值、樁的水平變形系數α等環節都涉及樁身抗彎剛度EI,新樁基規范第5.7.2條提供EI的計算取值方法如下:


            對于鋼筋混凝土樁,樁身抗彎剛度 ;其中,Ec為混凝土的彈性模量,I0為樁身換算截面慣性矩,圓形截面 ,矩形截面 ;W0為樁身換算截面受拉邊緣的截面模量,圓形截面:


            其中d為樁直徑,d0為扣除保護層厚度的樁直徑;b為方形樁截面邊長,b0為扣除保護層厚度的樁截面寬度; 為鋼筋彈性模量與混凝土彈性模量的比值。


             ②  設計相關問題


             對照材料力學關于圓形和方形的截面模量W計算公式可知,(1)、(2)式是對應于實心圓形和方形樁,并且把樁身鋼筋等效地計入W0。由于規范條文沒有特別說明,也沒有另外提供空心樁的計算公式,有設計人員直接套用  (1)、(2)計算預應力混凝土管樁和預應力混凝土空心方樁的W0,造成偏差。


              以壁厚90mm的ф400預應力混凝土管樁為例,減去空心部分后樁身抗彎剛度EI相差約12.3%,對后續的單樁水平承載力特征值、樁的水平變形系數α等計算結果有較大影響。


              ③  設計建議


            計算預應力混凝土管樁和預應力混凝土空心方樁W0時,要減去空心部分,即預應力混凝土管樁為:


             其中dl為空心樁內徑。


             3、液化土中樁身壓屈計算長度lc的取值問題


               ①  規范內容簡述


            新樁基規范第5.8.4條規定,對于樁身穿越可液化土的基樁應考慮壓屈影響,樁身正截面受壓承載力乘以φ折減,穩定系數φ可根據樁身壓屈計算長度lc和樁的設計直徑d(或矩形樁短邊尺寸b)確定。樁身壓屈計算長度lc按規范表5.8.4-1確定。


            新樁基規范表5.8.4-1備注第3點提出,當樁側有厚度為dl的液化土層時,樁露出地面長度l0和樁的入土長度h分別調整為:


             ψl按新樁基規范表5.3.12取值。


              ②  對規范規定的討論及建議


              土層液化折減系數ψl值如表1所示(表中N為飽和土標貫擊數實測值;Ncr為液化判別標貫擊數臨界值),與抗震規范[2]表4.4.3同。


             從表1可見,飽和土標貫擊數實測值N越大,飽和土越密實,ψl值越大,液化土層樁側阻力需要折減的程度越??;同時飽和土對樁身受壓失穩的約束能力也越大,樁身壓屈計算長度lc理應越小。


             但對照(5)、(6)式,ψl值越大,樁身自由長度的計算 反而越大,樁身受壓失穩的可能性越大。顯然(5)、(6)式值得商榷,建議改為:


            4、擠土樁的最小樁距


             ①  規范內容簡述


            新樁基規范第3.3.3條第1款提出了基樁的最小中心距,對照94版樁基規范[3],擠土樁和部分擠土樁的最小中心距普遍增加了0.5d,反映出新樁基規范對擠土效應的重視。


              ②  對規范規定的討論及建議


              在軟土中采用擠土樁,可能產生擠土效應,造成地面隆起;鄰近建筑物上抬、下沉和開裂;鄰近管線變形、開裂;拉斷已沉樁的接頭等工程問題。規范的基樁最小中心距所考慮的因素之一就是成樁工藝。對于非擠土樁而言,無需考慮擠土效應問題;對于擠土樁,為減小擠土負面效應,在飽和粘性土和密實土層條件下,樁距應適當加大。


             但是,新樁基規范僅以成樁工藝分類規定基樁最小中心距,似乎并不全面。成樁方法只是其中一個影響因素,擠土效應的控制性因素是樁的面積置換率(即入土樁的總截面積與建筑物底面積之比)。例如,采用輕鋼結構屋面的大跨度結構,就算采用預應力混凝土管樁等擠土樁,由于結構自重輕、樁數少,總體樁的面積置換率低,擠土效應一般不明顯。


            建議對面積置換率在1~2%以內的擠土樁,基樁最小中心距可適當放寬。


           5、靜壓樁壓樁機接地壓強的控制問題


             ①  規范內容簡述


             新樁基規范第7.5.4條規定,采用靜壓沉樁時,場地地基承載力不應小于壓樁機接地壓強的1.2倍。


               ②  工程實例


              2003年廣州市某辦公樓工程,表層土分布自上而下為:(1)、0.1~0.5m厚的松散人工填土、(2)、2.2~5.0m厚的淤泥(fak<30kPa)、(3)、4.2~6.8m厚的淤泥質砂土(fak=40kPa)。在靜壓管樁完工后檢測發現超過半數斷樁,其原因主要是壓樁機的著地壓力達90kPa、超過表層土體承載能力,土體產生側向塑性變形而引起水平位移,把已壓樁推斷破壞。最后決定將改用鉆孔樁進行補樁處理。


              ③  討論及設計建議


            靜力壓樁具有無噪聲、沒有震動、不會對環境造成危害的優點,在很多城市的中心城區廣泛使用。但靜力壓樁需要大量的配重,對場地表層土承載力的要求比較高。靜力壓樁機的接地壓強一般介于66~120kPa,個別可高達160kPa甚至180kPa以上[4]。如果表層土非常軟弱,無法承受配重的過大壓力,就會發生陷機現象,使已壓樁造成壓斷或推斷破壞。


           新樁基規范第7.5.4條是施工方面的規定,而且條文說明也沒有詳細解釋,設計人員容易忽略。當場地軟土層厚而埋深淺、表層土承載力低時,應在設計文件中對壓樁機著地壓強作出限制,或適當處理表層土以提高其承載力。


              6、如何執行預制樁吊運和錘擊驗算的強制性條文規定


            ①  規范內容簡述


             新樁基規范第3.1.3條第2款規定,混凝土預制樁應按吊裝、運輸和錘擊作用進行樁身承載力驗算。


            ②  討論及設計建議


            這是強制性條文,必須嚴格執行。但規范規定比較籠統,可執行性不高。首先規范沒有明確進行驗算的主體,設計單位和施工單位可能互相推諉,使強制性條文無人執行,失去其嚴肅性。第二,新樁基規范第5.8.11和5.8.12條提供了預制樁吊運和錘擊驗算的原則和方法,從該條文在規范的位置來判斷,似乎暗示應由設計單位進行驗算工作;但在設計階段預制樁的施工方案未定,如何吊運、驗算更大錘擊應力的參數等無法事先知曉,設計單位無法進行驗算,反而容易令施工圖審查機構誤會設計單位不執行強制性條文、引起不必要的誤會。


              建議設計單位在樁基施工要求方面補充相關內容,要求施工單位在制定預制樁施工方案時,按《建筑樁基技術規范》(JGJ94-2008)第5.8.11和5.8.12條進行預制樁吊運和錘擊驗算,并報設計單位復核同意后方可施工。


             7、結語


           《建筑樁基技術規范》(JGJ94-2008)總結了近年來我國樁基礎設計、施工經驗,吸納了該領域新的科研成果。它的頒布實施為我國樁基工程提供了更加完善的技術指引。本文提出新樁基規范實施中的若干問題,只是想說明:工程實際情況千變萬化,任何技術規范不可能為所有工程實際問題都提供完整的答案,需要工程技術人員發揮聰明才智,對規范條文融會貫通。


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