预应力混凝土工程实例4

预应力混凝土工程实例

某小区为解决停车位严重不足的问题，需利用休闲空地修建2层地下停车庠(负1层为半地下室)，长100.0m，宽40.0m，层高3.70m，底板哼400mm，±0.00(室外地而)绝对标高为5.40m，地下室底板底绝对标高为0.20m框架剪力墙结构，顶板上需进行休闲景观设计。

根据勘察资料，场地地貌译元属珠江河口三角洲，地下室抗浮设防水位为黄海高释5.20m，场地内地层及其桩基承载力指标等列于表l。

2 地下室地基基础选型分析

2.1 地下室工况分析

地下室抗浮应结合基础形式进行设计，且应考虑地下室在使用过程中两种极限工况。

极限工况1：在枯水期，地下水下降至地下室底板以下，地下水对地下室的浮力为零，地下室基础承受的竖向压力最大，包括全部固定荷载及活荷载，由于地下室底板下的淤泥②及淤泥质粘土③的强度低、分布不均匀，天然地基不能满足强度及变形要求。极限工况2：丰水期，地下水上升至抗浮设防水位，地下水浮力大于地下室自重，地下室需采取抗浮措施，天然地基或复合地基不能满足地下室抗浮要求。

综上所述，地下室需采用桩基，其承载力应同时满足抗压及抗浮要求。

2.2 桩基承载力

根据地下室工况和文献[1]、[2]的相关规定，

桩基承载力应满足：

极限工况1(抗压)：

式中：N

1、N

2

一抗压、抗拔桩数量；Ra一基桩竖向抗压承载力特征值；形一地

百室自重；G一地下室上作用的永久荷载；￡一地下室活荷载设计值；u一桩截面

周长；q

sia 一桩周土层侧阻力特征值；Li一土层厚度；q

sia

一桩的端阻力特征值；

Ai一桩的底面积；R

ta

一基桩竖向抗拔力特征值；Ai一抗拔侧阻力折减系数；P一

地下水浮力(按抗浮设防水位计算)；G

w

一桩的水下重量(常用于安全储备)。

2.3 桩基选型对比分析

(1)与钻孔桩相比，预应力管桩的经济效益明显：若不考虑桩的重量，根据表1

及文献[1]，在相同工程地质条件下、预应砼管桩的三项指标均比钻孔灌注桩高。

由(3)、(5)式可知，同比条件下，采用预应力管桩所需桩的数量比钻孔桩数量要少。此外，预应力管桩比钻孔桩更经济。

(2)钻孔桩的侧摩阻力较易退化：随着地下水位的升降，地下室工况将发生交替

变化，桩的受力方式也随之发生改变。对地下室工程桩而言，桩的侧摩阻力并非定值，存在退化效应，机理如下：

当地下水位低于某临界水位时，桩或桩端土处于受压状态，并产生压缩变形，桩周土受到向下的剪力；反之，桩处于受拉状态，产生拉伸变形，桩周土受到向上的剪力。多次反复之后，桩周土受到重塑，抗剪强度逐步降低，桩土接触面粗糙程度下降，从而导致桩周土对桩的侧摩阻力减弱，抗拔力降低。

与预应力混凝土管桩相比，一方面，钻孔桩的桩身刚度较弱；另一方面，因受施工工艺影响，钻孔桩桩底常残留沉渣，桩侧常形成泥皮。所以，在相同压力作用

下，钻孔桩桩身变形量及桩端土的沉降量较大，桩土间产生的相对位移较大，在桩的受力变化过程中，钻孔桩的桩周土受重塑的程度更严重，桩土界面的粗糙程度要下降得更快，桩周土对桩的侧摩阻力更易退化。

(3)钻孔桩的抗拔力离散性大，发挥作用不同步：影响钻孔桩抗拔力的因素很多，

包括地质条件的差异、泥皮厚度、桩土接触面粗糙程度、混凝土质量、钢筋弯曲、塌孔、缩径、断桩等，故而，钻孔桩的抗拔力具有较大的离散性。同样，上述因素也影响桩的抗拔力的同步发挥，在相同的桩土相对位移下，地质条件差、泥皮厚度大、桩土接触面平滑、钢筋弯曲的桩的抗拔力发挥得要差。若抗拔力较弱的桩事实上承担较大的拉拔力时，容易造成桩被拉裂、拔动或拉断，从这个角度考虑，当用钻灌注桩作抗拔桩时，应取得更大的安全第数。

(4)预应力砼管桩施工速度快，无泥浆污染：与钻孔灌注桩相比，预应力砼管桩

的施工速度快，无泥浆污染，可缩短地下室的施工工期，减少基坑排水与泥浆外运所发生的费用。

基于以上分析，根据场地的岩土工程勘察资料，该地下车库最终选择预应力管桩作工程桩。

3 抗浮设计

3.1 顶板堆载

根据地下车库使用要求，顶板上需进行绿化及景观设计，需要堆载，根据景观设计结果，经计算，单位面积平均堆载值为2.55kN·m-2。

3.2 单桩承载力特征值

根据场地勘察资料，通过地下室结构荷载、活荷载、顶板堆载及地下水浮力的计算，按照抗拔桩与受压桩尽可能合二为一的原则，经分析对比，选择Φ500AB型静压桩，以全风化混合花岗岩为桩端持力层，有效桩长12～13m。

为计算桩的数量，做到合理布桩，在勘察孔附近分别作了3根桩的静载试验及抗拔试验，经计算，取单桩竖向承载力特征值Ra1150kN，单桩抗拔承载力特征值Ra=445kN。

3.3 桩数计算

通过对地下室结构荷载及活荷载的计算，将桩的Ra、Rta与地下室顶板堆载G值代人(2)、(4)式得：

(抗压桩数量)≥172(根)，

N

1

(抗拔桩数量)≥195(根)。

N

2

设计取195根(大值)，桩基质量检测结果表明，桩的承载力与抗拔力均满足设计要求。

4 预应力管桩施工要点

4.1 压桩

用作抗拔桩的预应力管桩一般采用闭口桩尖，一方面可提高桩的抗拔力，另一方面也方便后续工序“填芯砼内插筋”施工，达到设计桩长及持力层后，通常要复压2～3次，以减小桩在受压时的沉降量，从而减小桩土间的相对位移，减弱桩的侧摩阻力退化效应。

4.2 接桩

传统的焊接接桩工艺不能满足抗拔桩的使用要求，为保障质量，用作抗拔桩的预应力管桩在施工时宜尽可能避免接桩，当局部持力层起伏大，桩的承载力或抗拔力不满足设计要求时，可采用补桩或增设抗浮锚杆。

目前，由钟肇鸿先生发明的“预应力混凝土管桩机械快速接头技术”已获国家专利，该技术具有连接质量高、防腐性能好、施工速度快等优点，解决了预应力砼管桩作为抗拔桩的技术问题，当桩端持力层埋藏深，存在大面积接桩时，可以采用。

4.3 管桩与地下室底板的连接

为满足地下室抗浮要求，应保障管桩与地下室底板(或承台)连接质量，由于机械截桩不能保全预应力钢筋，常采用填芯砼内插筋法实现管桩与地下室底板(或承台)可靠连接，填芯砼长度以及内插筋的锚固力应大于桩的抗拔力。

5 结论

(1)地下室应结合基础形式进行抗浮设计，当地下室需采用桩基时，可通过合理

选择桩型、几何参数、桩端持力层、施工工艺等，尽可能实现受压桩与抗拔桩合二为一，减少单功能桩的数量，节约工程造价。

(2)地下室还应结合其使用要求进行抗浮设计，本工程实例中，地下车库顶板上

的景观休闲场所是它另一使用要求，需进行堆载，荷载虽不大，但它既满足了景观设计要求，又起着抗拔桩的作用，可谓两全其美。

(3)在地下室深度大、抗浮设防水位高的情况下，桩的抗拔力对桩数起决定作用，

通过复压与选择合适的桩端持力层，可以减小桩土间的相对位移，从而减弱桩的侧摩阻力退化效应。在相同的地质条件下，预应力管桩的抗拔力较同直径的钻孔灌注桩要大，且质量易保障，更经济合理。

(4)通过复压与选择合适的桩端持力层，可以减小桩土问的相对位移，从而减弱

桩的侧摩阻力退化效应。

(5)由于地下室顶板堆载、结构荷载以及各部位所受地下水的浮力分布不均匀，

地下室结构需加强整体刚度。