拔桩,拔桩清障服务-苏州捷必胜建设工程有限公司

站点地图 | XML | 加入收藏

销售热线:
18051755566


新闻资讯 news list

如有工程需要,欢迎咨询!

手机:18051755566 
联系人:侯先生
咨询拔桩、拔桩清障服务。
网址:www.szjebs.com
地址:昆山开发区隆祺丽景国际广场1号楼1010室

当前位置:首页 》常见问题

抗拔桩布桩形式对基础底板的内力影响

作者:来源:日期:2019-11-7 13:25:02人气:490
      随着城市建设的高速发展,城市建设用地越来越少,民用建筑中设置地下室的工程越来越多,且面积以及基础底板的埋深也越来越大。因地下室的抗浮问题日益突出,所以在这一背景下抗拔桩的设计常常会成为结构工程所面对的问题。抗拔桩的布置形式会直接影响基础底板的变形及内力、基础底板的厚度及用钢量,进而直接影响其工程造价。为此分析抗拔桩的布置形式对基础底板的影响具有实际意义。1原理

      对于纯抗拔工况控制的地下室布桩,常常用抗压桩的布置形式去布置抗拔桩,但是却忽略了抗压桩与抗拔桩对底板作用力的方向是相反的,照搬套用抗压桩的布桩形式明显存在误区。抗压桩是把柱底内力通过承台直接传递至深层土层中,所以把桩布置的离柱中心越近,对基础底板的变形影响也越小,进而底板的内力也会变小,是合理的布桩形式。当然,为减小群桩效应,桩间距需满足规范要求。但是在水浮力作用下,抗拔桩向下的抗拔力与柱底向下的轴力同样可以作为基础底板的支座,如把抗拔桩布置得离柱越近,则基础底板的中间跨度就越大,其变形和内力势必会变大。这种布桩形式就没有很好地利用抗拔桩的刚度作为支点这一原理,虽然满足了地下室的抗浮需求,但没有对改善基础底板变形和内力起到积极的作用。是否应将抗拔桩布置在跨中,以达到均匀分布支座的作用,正是本文讨论的目的所在。

      假设水头足够大,使其在使用阶段不出现抗压工况的地下室结构,底板受抗浮控制。从标准柱网中取出其中1跨,柱下布置2根抗拔桩(见图1)。


由于柱底内力的存在,柱底下水浮力与其部分抵消后,剩余的水浮力均由抗拔桩来平衡。根据该荷载分布示意图,以框架柱为支点,分别画出底板在水浮力作用下产生的弯矩M*、底板在抗拔桩下拉力作用下产生的弯矩Mp将上述2个弯矩组合后即形成了最终弯矩M(见图2)。


      由图2可见,因为布置了抗拔桩,其支撑作用的存在对基础底板有一定的约束作用,对底板有下.拉力,所以柱下以及跨中的弯矩都有所降低。抗拔桩对基础底板的下拉力T的取值与其刚度K正相关,抗拔桩的刚度可以按弹簧刚度来考虑K=T8。其中δ为位移值,可通过抗拔静载试验取得较精准的数据。但是抗拔桩如何布置才能使其组合弯矩M尽可能地变小,需要进一步研究。

      用盈建科建筑结构设计软件计算1根连续梁.的弯矩。以节点荷载模拟抗拔桩的下拉力T,其中梁跨8800mm,节点荷载为1 000kN,其作用位置与框架柱的距离X分别为说, 14, A (L为跨度)。经计算后,各种情况的弯矩见表1


      由表1可见,随着节点荷载往中间移动,连续梁跨中、支座的弯矩都会变大,即抗拔桩的布置往跨中移动,基础底板的板面和板底的弯矩M-都会.变大,由图2可见,正因为M与M*方向是相反的,所以在这种情况下,Mr与M水组合后,其组合弯矩值M就会变小,即底板的内力会变小。

      根据以上分析可见,通过改变调整抗拔桩的位置来调整对基础底板的内力控制的想法是可行的。抗拔桩离柱越远(在跨中) ,可以起到改善底板受力的最优效果。

      2布桩方案的分析对比

      2.1  案例概况

      用盈建科建筑结构设计软件对案例进行比较,以分析抗拔桩对基础底板的内力影响。该案例为地下2层的地下车库,框架结构,柱网为88mx 81m, 顶板覆土1.5m.基础底板厚500mm,埋深98m.柱下设置厚900mm下柱墩。桩基承载力设计参数见表2。


      受力工况汇总:

      (1)抗压工况。此时柱底为上部结构恒+活,底板考虑恒+活,水浮力按低水位取值,即地面以下1.5m。

      (2)抗浮工况。此时柱底为,上部恒载,底板也仅考虑恒载,水浮力按高水位取值,即地面以下05m。根据.上述原则进行导荷计算(见表3)。


      由表3可见,在抗压工况下,柱底已出现上拔力,故该单体的桩可定性为纯抗拔桩。该案例采用φ 600mm的钻孔灌注桩作为抗拔桩,以抵抗水浮力,桩长34m,抗拔承载力为900 kN,桩端进入⑧向层。根据表3中抗浮工沉下导荷的柱底内力,计算得3004900=334根,即标准柱网下每个柱底需布置4根抗拔桩。

      2.2 布桩方案比较

      受传统的抗压桩布置理念的影响,抗拔桩往往都布置在柱下(见图3 ,但是抗压桩与抗拔桩对底板作用力的方向是不一样的。在抗压工况下,由于柱荷载通过柱墩传给桩,故桩集中布置在柱墩下,可减小底板受力;在抗拔工况下,抗拔桩提供的向下抗拔力与竖直向下的柱荷载共同抵抗竖直向上的水浮力,所以相对于水浮力,抗拔桩和柱荷载都起到了支座的作用,抗拔桩布置的离柱越远,则底板的受力越小。根据上述分析,在方案1的基础上做一些布桩形式的调整改变,以便于之后的对比分析。首先柱下保留2根抗拔桩,将其余的2根分别布置在X轴、Y轴的轴线跨中处(见图4,然后柱下仅保留1根桩,将另外1根桩布置在板跨中间(见图9 ,最后柱下不布置桩,把4根桩均匀布置在板跨下(见图日。4种布置方案在9跨x 9跨的计算模型中的总桩数保持不变。

      2.3 桩反力及弯矩、节约效率比较

      不同的布桩方案,其基本的力学原理均为桩、水浮力和柱竖向力三者之间的力的平衡。基础底板为传递各种力的构件。使不同力之间传递更直接,传力构件受力变形最小则是优化设计的根本原则。本文以盈建科建模计算上述4种布桩形式与基础底板内力之间的关系。以弹性地基梁板法计算,抗拔桩的刚度按地质资料迭代反算为90 000 kN。





      从图7~图10的桩反力图中可见,4个方案桩的上拔力均< 900kN,能满足安全要求。其中,方案1的柱下4根桩反力基本相等;方案2的桩反力大小依次为:长跨处>短跨处>柱下;方案3的桩反力大小依次为:板跨跨中处>长跨处>短跨处>柱下;方案4的桩反力也基本相等。桩反力数值的大小,证实了上述所说的在抗拔工况下,抗拔桩向下的抗拔力和柱荷载向下的力都起到了支座的作用。由于柱轴力的存在,柱下的桩反力相对于跨中的桩反力要偏小,也是合理的。

      4个方案的中间板跨的基础底板弯矩比较见表4。


      由表4可见,无论是板跨跨中弯矩还是下柱墩弯矩,方案1~方案3均呈下降趋势,方案4中的板跨跨中弯矩较方案3略大,但相对于方案1也明显减小。方案1中把桩集中布置在柱墩下这一抗压桩的布置形式,在抗浮工况控制的结构中存在明显弊端。这是由于方案1的布置形式没有利用抗拔桩对底板的支撑作用来对水浮力传至基础底板进行干预,导致该布置形式下基础变形较大,内力偏大。方案2方案3方案4则不同程度地考虑到了抗拔桩对基础底板的支撑作用。在同样满足抗浮的前提下,该3种方案不同程度地减小了底板内力,降低了配筋。表5给出了4个不同方案的底板用钢量节约率(取核心区9跨)。


      由表5可见,方案3方案4中在板跨中间布置抗拔桩后,底板每平方米的用钢量相对于方案1节约为321%、 288%,说明在抗压工况不起控制作用时,抗拔桩应尽量布置在跨中。看似简单的布桩调整,带来的节约率不容小觑。在方案2.方案3方案4的布置形式中,柱荷载及抗拔桩都起到了支座作用,支座间距相对均匀,方案3方案4说明抗拔桩的支承点在基础底板分布均匀,其经济性就好。

      2.4 施工阶段的考虑

      在井点降水后不存在水浮力,结构就有阶段性的抗压工况存在,故布桩首先需满足抗压工况。柱下还是需要适当布桩。综上所述,方案3的布桩方案是最合理的。下面验算施工阶段抗压工况下,桩反力能否满足桩承载力设计值。施工阶段仅考虑构件和土的恒载及部分施工活载。经建模计算后,桩反力见图11。


      由图11可见,最大桩反力在柱下,为1200kN,其抗压承载力为1 220kN,可满足其要求。由于桩布置在了底板处,需按照《混凝土结构设计规范》0651条进行施工阶段及正常使用阶段的桩对底板冲切验算。其受冲切承载力F=(0 Bf +0.25r..)ηu.ho= 1 630kN,均可满足上述2种工况下的冲切力设计值。以上β为截面高度影响系数;f为混凝土轴心抗拉强度设计值,σ.为计算截面周长上2个方向混凝土有效预压应力按长度的加权平均值,um为计算截面的周长,h。为截面有效高度。3桩刚度的影响
从布桩形式对比,不难发现利用抗拔桩的刚度对底板的支撑作用,离柱布置得越远,越均匀,对于底板的用钢量越经济。那抗拔桩的刚度大小对于降低底板内力有多大的作用?下面做进一步分析(见表6)。


      由表6中可见,随着桩刚度的提高,底板弯矩有所减少,但相对于刚度值的成倍提高,底板弯矩下降有限,这就说明不能一味地通过改变桩长、后.注浆等方法来增加桩刚度,使其达到优化底板设计的目的,而是应重点关注布桩形式。4结语

      ()对于以抗浮工况控制的地下室结构,抗拔桩除使地下结构满足抗浮要求外,还应通过合理的布桩形式,优化基础底板受力。由于在水浮力作用下,抗拔桩向下的抗拔力和柱向下的轴力共同起到了对底板的支撑作用,如果使抗拔桩分布较均匀,则基础底板的支撑点较均匀,底板的变形和内力都会减小,其用钢量明显降低。

      (2当仅考虑抗压工沉时,桩应尽量集中布置在柱下,柱荷载通过承台传递至桩,桩再将荷载传递至更深的土层中。当仅考虑抗浮工况时,桩应尽量布置在跨中,使桩和柱共同作为底板支撑点,以抵抗水浮力。但在实际项目中,尤其是在施工阶段,并没有水浮力,所以考虑到其抗压工况,柱下还是需要适当布桩,剩余的抗拔桩应尽量布置于跨中。

      (3不同的地质条件、不同的桩型,桩的刚度差别很大,但桩刚度对基础底板受力影响较小,设计时应重点关注布桩形式。

热门新闻