人挖桩在竖向荷载作用下桩身配筋设计心得.docVIP

人挖桩在竖向荷载作用下桩身配筋设计心得【摘要】人挖桩的基桩形式多用于高层建筑的桩基，这类建筑的复杂地下室设计及较长施工周期，造成了桩体工作环境的变化，单一的竖向承载力设计已不能完全反映此类基桩的实际受力情况。尤其是在竖向荷载作用下的桩身配筋的设计，必须综合考虑多种因素的影响。通过对桩身配筋影响因素解析，提出桩身配筋的合理建议，为以后的工程设计项目提供借鉴经验。 【关键词】人挖桩；竖向荷载；单桩竖向承载力；桩身配筋；位移；横向土体推力；桩侧摩擦力；配筋率 1 随着城市建设的快速发展，越来越多的高层建筑的大量涌现，致使桩基设计面临了新的课题。 现代建筑的抗震等级要求高、基础设计竖向荷载大、沉降限制不易的特点，钢筋混凝土人工挖孔桩大直径基桩（以下简称人挖桩）以其造价的相对低廉、单桩竖向承载力取值高、桩身材料强度要求低、群桩效应小的优势，成为结构设计人员在高层建筑设计中常常采用的桩型。 2 在竖向荷载作用下的基桩设计有以下两个方面的基本内容：一是单桩竖向承载力的确定； 二是桩身材料强度及裂缝控制。 2.1 按照《建筑桩基技术规程》JGJ94- 2008第5.3.6、第5.3.9规定：根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系，确定大直径桩单桩极限承载力标准值时，可按（1）式计算；桩端置于完整、较完整基岩的嵌岩桩单桩竖向极限承载力，由桩周土总极限侧阻力和嵌岩段总极限阻力组成，当根据岩石单轴抗压强度确定单桩竖向极限承载力标准值时，可按（2）计算： 其中：单桩竖向承载力特征值 2.2 按照《建筑桩基技术规程》JGJ94- 2008第5.2.1规定：荷载效应标准组合时，轴心竖向力作用下及偏心竖向力作用下应同时满足公式（3）（4） Nk≤Ra （3）Nkmax≤1.2Ra （4） 地震作用效应和荷载效应标准组时，轴心竖向力作用下及偏心竖向力作用下应同时满足公式（5）（6） NEK≤1.25Ra (5) NEkmax≤1.5Ra(6) 按照上述计算公式：单桩竖向承载力的评定，取决于桩体穿越的各类土层及桩端土层(岩层)的工程力学性质、各类工况荷载作用组合后的轴心竖向力、偏心竖用力数值和单桩竖向承载力特征值之间的值。 3 人挖桩具有特殊的操作性要求，最小桩身直径800mm。 桩身截面积较大，又多半数被设计成嵌岩桩或端承-摩擦桩，具备良好的持力层力学参数。一般说来，无论在桩身材料强度验算方面，还是在竖向承载力的设计估算值，理论上的计算结果都较为满意；甚至在不考虑桩身配筋作用的情况下，也能满足设计要求。部分设计人员根据理论计算结果，采取桩身构造配筋，即控制纵筋配筋率0.2%，进行施工图的设计。 4 高层建筑，普遍存在着较为复杂的地下室，在这样的设计背景下，几乎没有纯粹的单一竖向荷载作用下的基桩受力模型。 采用理论上的计算结果作为桩身配筋设计依据，过于冒进和偏差，有可能带来不安全的隐患。人挖桩的桩身配筋设计影响因素较多，不同的工程特性，影响因素不尽相同。这不仅仅是一个设计细节问题，而是基桩设计的重要组成部分。笔者根据工程实践经验，结合工程中经常发生的问题，例举几点较常见的影响因素进行解析，提出相应的设计建议，供设计人员在今后的工程中参考和借鉴。 4.1 人挖桩和所有的刚性桩一样，桩侧摩擦力是传力的载体，无论是“嵌岩桩”还是“端承-摩擦桩”，大量的数据表明单桩竖向承载力特征值组成中，桩侧摩擦力总是占着较大的比例。 有摩擦就有位移，分析桩土体系的荷载传力机理，在竖向荷载作用下，存在着桩身自身的压缩位移S1，类似于轴向力的分布曲线变化，其数值随桩长变化显现上大下小的态式(如图一，图二)。对于长径比较小的桩体，这种压缩位移所带来桩土之间的相对滑动比较微小，通过一般的构造配筋，足以抵抗所产生的桩身抗拉力；对于长径比较大的桩体，这种滑动却不容忽视，仅仅依靠较小量的构造配筋作用，往往无法解决，易出现混凝土护壁或桩身设计安全隐患。 4.2 在选择桩端岩（土）层作为持力层时，通常受到地质条件的限制。软质、破碎岩体、极易风化持力层特性、地下水排泄不畅引起“软化现象”导致承载力下降和削弱的现象难以避免，尤其是孔底清理不彻底等各类施工偏差，在较大竖向荷载的作用下，桩端极易刺入桩端土（岩）体，形成桩身与土体之间的相对滑动和建筑沉降，桩身易出现较大负摩擦力，这种因素，先期的设计无法预计。 4.3 选择桩基础，一般是对应于表层土体承载力无法满足建筑荷载的要求情况。设计意在通过桩体将上部荷载输送至深层持力层，对表层土强度及变形要求却不是很高，表层土体与较为深层的土层或是桩端持力层相比，压缩性相对较大，其上附加荷载较大，施工时间较长（如开挖机械行走，施工材料堆放等），都将产生较