柱下两桩承台计算及桩位偏差处理的分析

发表时间:2021/9/6   来源:《科学与技术》2021年第4月第11期   作者:刘书霞
[导读] 在做工程项目时,经常遇到软弱土层,重要车间等建筑物基础形式
       刘书霞
       湖北省缘达化工工程有限公司,湖北 武汉 430074
       摘要:在做工程项目时,经常遇到软弱土层,重要车间等建筑物基础形式不适合用浅基础,宜采用桩基础形式。柱下单桩、双桩、多桩承台形式中双桩承台不同于其他多桩承台,其宜按深受弯构件来计算承载力。工程经验得出,圆砾层等坚硬土层作为桩基的持力层,采用锤击法施工的管桩或是长螺旋钻孔压灌桩,都容易出现桩位偏差。本文阐述了双桩承台的主要计算过程,以及怎么去处理柱下双桩出现的桩位偏差问题。
       关键词:两桩承台;深受弯构件;桩位偏差处理。
       引言
       柱下两桩承台(/h<5.0,=1.15ln,ln为两桩净距)需要计算受弯,受剪承载力,不需要进行冲切承载力计算。本文通过工程实例介绍双桩承台的主要计算过程。同时对现场桩位出现偏差的情况,提供了一种新的处理思路,定性定量的分析问题解决问题。
       1 工程概况
       该工程场区地基不均匀,场地类别Ⅱ类,抗震设防烈度6度,设计地震分
       组为第一组,设计基本地震加速度为0.05g。采用独立基础对于几层大车间厂房来说显然不合适。经过建设地周边实地考察,决定采用长螺旋钻孔压灌桩,桩径600mm,桩承载力特征值1750kPa,桩间距2100mm,两桩承台厚度1250mm,宽度1200mm,保护层厚度40mm。
       通过模型计算后得出柱底荷载:基本组合1.3*恒+1.5*活  
       承台底面荷载 :(考虑柱底剪力的影响)N=2755.7kN   =4.7kN.m
         =5.1kN.m   =0.9kN   =-1.1kN
       考虑拉梁承担弯矩比例系数弯矩折减N=2755.7kN   =4.2kN.m   
         =4.6kN.m   =0.9kN   =-1.1kN
         两桩承台及覆土重: = 167.3×1.20= 200.8kN
       2、柱下两桩承台受弯受剪承载力计算
桩号      X      Y      桩净反力QN(kN)      桩反力Q(kN)
1      -1050.0      0.0      1375.65      1476.04
2      1050.0      0.0      1380.05      1480.44
桩总反力=    2956.5 kN;        桩均反力=    1478.2 kN
        =  1031.741kN.m     =  1035.038kN.m
        =  1375.654kN        =  1380.051kN
       两桩净距: = 1500.mm计算跨度:  = 1.15*=1725.0mm
       根据《混凝土结构设计规范》附录G 深受弯构件G.0.2条,正截面受弯承
       载力应符合:M≤fy*As*z,z=αd(h0-0.5x),αd=0.8+0.04/h。
       /h=1725/1250=1.38<2,则跨中截面h0=0.9h;支座截面h0=0.8h。
       得出,
部位           αd           h0(mm)           x(mm)           z(mm)           As(mm2)
跨中截面           0.8552           1125           225           865.89    3320.283177
支座截面           0.8552           1000           200           769.68    3735.318574
       根据《混凝土结构设计规范》附录G 深受弯构件G.0.3条,深受弯构件的
       受剪截面应满足V≤(10+l0/h)βc*fc*b*h0/60=3432.0kN,或均小于此值,则受剪截面满足要求。
       根据《混凝土结构设计规范》附录G 深受弯构件G.0.4条,对集中荷载作用下的深受弯构件斜截面的受剪承载力载力应符合:
       V≤1.75*ft*b*h0/(+1)+(l0/h-2)*fyv*(Asv/sb)*h0/3+(5-l0/h)*fyh*(Ash/sv)*h0/6
       其中λ=0.2,l0/h取2.0)
       计算得出:或均小于1.75ft*b*h0/(λ+1)=2402kN,则满足要求。也说明了本承台分布钢筋按最下配筋率配筋即可。
       3 现场出现桩位偏差情况介绍
       通过现场施工记录,桩位垂直于两桩连线的方向偏移100mm,本工程桩位
       偏差限值70mm,显然此桩位不合理,但又没有超出限值太多,未达到补桩的程度。
       4 处理原则及实例分析
       我们在设计桩基础时,桩只承受竖向力,不承受弯矩,桩与承台的连接为铰接状态。而柱底的弯矩是通过承台及承台连系梁平衡了。但桩位出现偏差,柱底竖向力对桩产生了一个附加弯矩。如图一:
       
      
       实际上我们就是要解决这个附加弯矩对桩的影响。先进行定性的分析,柱底的弯矩是通过基础梁平衡,那假设将与承台各个方向相连接的基础梁全部无限的增大截面尺寸,使其成为一个足够刚的刚体时,本工程桩的偏位差产生的附加弯矩对桩就没有影响了。那么怎么去定量呢?
       通过查阅规范及著作,我们可以借用基础墩顶弯矩分配的规律来对基础梁需要增大多少进行定量计算。《建筑地基基础设计方法及实例分析》中道:“当底层柱下有基础梁,且基础梁的截面抗弯刚度大于墩的截面抗弯刚度的5倍以上时,可只考虑墩顶轴向力和水平力,不考虑弯矩分配。”(梁的截面抗弯刚度bh^3/12,桩的截面抗弯刚度πd^4/64)
       如图二:柱下两桩承台原四周基础梁大小为300x650。

      
       此时四周基础梁截面抗弯刚度之和为:(4x300x650^3)/12=2.74x10^10。现将桩位反偏差方向加强基础梁至450x750。则四周梁的截面抗弯刚度之和为:(3x300x650^3+450x750^3)/12+=3.64x10^10。五倍的桩截面抗弯刚度为:5x(3.14x600^4)/64=3.18x10^10。由此可以看出,修改后梁的截面抗弯刚度之和大于五倍的桩截面抗弯刚度,满足要求。特别指出,增大的基础梁中纵筋需延伸至承台边缘位置锚固。
       结束语
       充分理解构件的计算原理既能更好的设计,也能更安全有效的解决现场出现的各种问题。
       参考文献:
       [1]JGJ94-2008,《建筑桩基技术规范》[S]
       [2]GB50010-2010,《混凝土结构设计规范》[S]
       [3]朱炳寅,娄宇,杨琦.建筑地基基础设计方法及实例分析[M].中国建筑工业出版社.2013.01Z
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